ZAPEWNIENIE JAKOŚCI W DZIEDZINIE NANOTECHNOLIGII

Damian Dubis
Koło Naukowe Zarządzania Jakością
Uniwersytet Ekonomiczny w Krakowie

ZAPEWNIENIE JAKOŚCI W DZIEDZINIE NANOTECHNOLIGII

Powstanie i rozwój nanotechnologii
Nanotechnologia jest obszarem nauki odnoszącym się do elementów o wymiarze poniżej 100 nm. Nazwę swoją zawdzięcza wymiarom, którymi operuje (nanos to w języku greckim karzeł). Nanometr jest miliardową częścią metra i wielkością odpowiada on kilku atomom [1]. Nanotechnologia, która wykorzystuje obecnie osiągnięcia wielu nauk na czele z fizyką, chemią, biologią, mechaniką i informatyką jest dyscypliną stosunkowo młodą, lecz niezwykle szybko rozwijającą się. O dynamice tegoż rozwoju najlepiej niech świadczy fakt, że w ciągu ostatnich piętnastu lat liczba publikacji zawierająca w tytule lub w streszczeniu słowo: „nano” zwiększyła się tysiąckrotnie. W 1959r. Amerykanin R. Feynman stworzył wizję, w której naukowcy byli zdolni konstruować różne struktury przez łączenie ze sobą pojedynczych atomów różnych pierwiastków. Tworzenie obiektów atom po atomie oznacza niezwykłą precyzję, brak strat produkcyjnych i dokładną kontrolę procesów [4]. Wizji Feymana jednak nie uznaje się za początek nanotechnologii. Dziedzina ta narodziła się nieco później wraz z wynalezieniem mikroskopów skaningowych umożliwiających obserwację na poziomie nano oraz wraz z odkryciem fulerenów [1].
Najprostszy fuleren zwany C60 jest bryłą przypominającą kształtem piłkę futbolową zbudowaną z sześćdziesięciu atomów węgla. Fuleren C70 posiada dodatkowy pierścień dziesięciu atomów węgla, co czyni jego kształt bardziej owalnym. Innymi nanostrukturami  węglowymi są nanorurki będące długimi walcami zbudowanymi z siatki węglowych sześciokątów domkniętymi na końcu połówkami C60. Najkrótszą nanorurką jest C70, najdłuższe zaś mogą mieć nawet kilkadziesiąt metrów długości [2].
Struktury te, stanowiące nową odmianę alotropową węgla, zostały odkryte przypadkowo, ale ich dokładniejsze zbadanie pozwoliło odkryć szereg ciekawych właściwości takich jak twardość, sprężystość, dobre przewodzenie ciepła czy wytrzymałość na zgniatanie, które to właściwości umożliwiły zastosowanie nanorurek w wielu dziedzinach.
Zastosowanie nanotechnologii
Konstruowanie mikroskopijnych urządzeń, takich jak na przykład roboty medyczne wpuszczane do organizmu chorego, aby precyzyjnie usuwać komórki nowotworowe na razie przekracza możliwości techniczne współczesnej cywilizacji. Nanotechnologia w takim znaczeniu znajduje się jeszcze w sferze wizjonerskiej. W chwili obecnej nauka ta umożliwia dokonywanie modyfikacji właściwości istniejących już materiałów, co pozwoliło jej już znaleźć zastosowanie w każdej niemal dziedzinie życia tworząc produkty o zupełnie nowej jakości [2].
W komunikacie Komisji Wspólnot Europejskich do Rady, Parlamentu Europejskiego i Komitetu Ekonomiczno-Społecznego z dnia 7 czerwca 2005 znaleźć można słowa: ”Nanonauka i nanotechnologia umożliwiają postępy w całym szeregu sektorów. Postępy te mogą wychodzić naprzeciw potrzebom obywateli oraz przyczyniać się do realizacji unijnych celów konkurencyjności i trwałego rozwoju oraz wielu polityk Unii, w tym zdrowia publicznego (…) energetyki, transportu i przestrzeni kosmicznej (...) [3, s.173].
Uczony niemiecki badając pod mikroskopem strukturę XVII-wiecznego saraceńskiego miecza ze stali damasceńskiej wykrył nanorurki węglowe. To właśnie dzięki nim stal damasceńska była tak lekka i wytrzymała. Nanorurki znalazły więc zastosowanie jeszcze zanim zostały odkryte.
Obecnie na rynku dostępnych jest już kilkaset produktów codziennego użytku, do wyprodukowania których użyto nanonapełniaczy.
Przykładem niech będą nanorurki użyte do wzmocnienia konstrukcji rakiety tenisowej, które, przy stukrotnie większej sztywności w porównaniu ze stalą są sześciokrotnie od niej lżejsze [1].
Nanotechnologia niesie ze sobą nie tylko możliwości ulepszania właściwości produktów i materiałów, ale też umożliwia nadawanie wyrobom cech, jakich dotąd nie posiadały, a co za tym idzie możliwość zaspokajania potrzeb, jakich dotąd nie zaspokajały.    Jednym z takich produktów jest szkło samoczyszczące. Jego powierzchnia pokryta została dwutlenkiem tytanu rozdrobnionym do wielkości nano. Pod wpływem słońca nabiera ona właściwości hydrofilowych, co sprawia, że woda spływa po niej równymi falami, zmywając brud i nie tworząc brzydkich zacieków [2].
Udowodniono już, że niektóre związki rozdrobnione do wielkości nano posiadają właściwości bakteriostatyczne, co stwarza możliwość wykorzystania ich w wielu dziedzinach, zwłaszcza tam, gdzie aktywność mikroorganizmów jest wysoce nieporządana. Mowa tu na przykład o miejscach takich jak szpitale, w których można zamontować armaturę łazienkową utrudniającą rozwój bakterii.
Oprócz tych przykładów produkuje się już kosmetyki, opakowania, sprzęt sportowy i wiele innych wyrobów, w których nanonapełniacze znajdują zastosowanie [5].
Normalizacja w dziedzinie nanotechnologii
W ciągu najbliższych lat przewiduje się szybki wzrost zainteresowania nanotechnologią oraz postęp w zakresie jej stosowania. Oczywistym jest, że rozwój tejże dziedziny wiedzy wymaga stworzenia gamy narzędzi, które będą służyły jego ustawicznemu przyspieszaniu. Z inicjatywy Rady Technicznej Europejskiego Komitetu Normalizacji z dniem 1 września 2005r. do życia powołany został Komitet Techniczny CEN/TC o nazwie „Nanotechnologie”. Celem istnienia tego Komitetu jest działalność na polu normalizacji w sferze nanotechnologii obejmująca:
1.    Terminologię i nazewnictwo – ujednolicenie słownictwa związanego z każdą nową dziedziną nauki jest konieczne, niesie bowiem ze sobą usprawnienie procesów komunikacyjnych między jednostkami naukowymi, przemysłowymi, regulacyjnymi i prawnymi.
2.    Podstawową metrologię i procedury kalibrowania urządzeń pomiarowych – jest to związane z koniecznością dokonywania wiarygodnych pomiarów w nanoskali np. pomiaru grubości ultracienkich błon.
3.    Problemy związane z bezpieczeństwem dla zdrowia i środowiska – do niedawna uważano, że nanomateriały są bezpieczne dla zdrowia, jednak – jak ostrzegają amerykańscy naukowcy – niektóre z nich mogą odkładać się w organizmie i wywoływać różne schorzenia. Trzeba więc prowadzić szczegółowe badania każdego nowego nanonapełniacza zanim podejmie się decyzję o jego powszechnym zastosowaniu [3].
Podsumowanie
Nanotechnologia niesie ze sobą nowe możliwości wszechstronnego rozwoju wielu dziedzin gospodarki. Jej wszechstronność i elastyczność pozwalają na stosowanie jej niemal wszędzie i zaspokajanie coraz to nowych potrzeb użytkowników. Jednakże nie należy zapominać o tym, że jest to dziedzina młoda i nie wszystkie mechanizmy nią rządzące są dokładnie poznane. Należy zatem zwracać szczególną uwagę na bezpieczeństwo nanomateriałów, zarówno dla zdrowia ludzkiego jak też dla środowiska naturalnego, w czym mogą pomóc uregulowania prawne i odpowiednia normalizacja.
Literatura:
1.    Niesiołowska E.: High-tech średniowiecza, „Focus”, 2007, 2, s. 18
2.    Stankiewicz B.: Znaczenie nanotechnologii dla materiałów budowlanych, “Szkło i ceramika”, 2007, 3, s. 19–23.
3.    Szewczyk P.: Społeczeństwo ryzyka a nanotechnologia, "Innowacyjność w kształtowaniu jakości wyrobów i usług”, s. 172 – 176.
4.    Świderski F., Waszkiewicz-Robak B.: Nanotechnologia – Technologia XXIw, "Innowacyjność w kształtowaniu jakości wyrobów i usług”, s.167 – 172.
5.    www.nanotechproject.org/consumerproducts