Наночастицы: тогда и сейчас

Время прочтения: 16 минут

29 октября на фестивале «Старкон: Хэллоуин» Алексей Смирнов, призер молодежной премии в области науки и технологий, педагог химической образовательной смены в «Сириусе», популяризатор науки, провел лекцию «Наночастицы в технологиях времен Древнего Рима, настоящего и будущего». Он рассказал, как использовали частицы во времена, когда такого термина еще не было, как часто мы сталкиваемся с наночастицами в настоящем и каким образом они изменят наше будущее.

Наночастица. О каком размере мы говорим? 

Если мы возьмем лист формата А5 и согнем его 53 раза, то размер его уменьшится до наномасштаба. Если мы уменьшим еще в 100 раз, то достигнем размерности атома. Таким образом, что такое нанодиапазон? Технический регламент работает с объектами, у которых каждая из трех размерностей меньше 100 нм и у материалов появляются новые свойства, отличные от материала большого масштаба. Если сравнивать с привычными метрами, то нанометр меньше его в 10^-9 раз.

Экскурс в историю: примеры использования наночастиц 

В V веке до нашей эры керамику армировали асбестом. Природный асбест без вмешательства человека находится в форме волокн — наночастиц. Они при создании керамики древними наногончарами придавали ей новые свойства. С одной стороны, материал усилен этими нановолокнами, с другой стороны, остается легким. Как можно судить из методики, она очень проста и скорее всего получена в результате перебора природного сырья.

В Древнем Египте наночастицы использовали женщины. Смесь оксида свинца и гашеной извести наносилась на волосы и придавала им черный цвет, так как реагировала с аминокислотами. Ученые, исследуя такой волос, выяснили, что наночастицы проникают вглубь структуры. Но важно понимать, что этот способ вреден для них. 

Древнеегипетское изображение. Источник: timetoast.com

Кубок Ликурга из Римской империи имеет особое свойство. При пропускании света (проходящего) сквозь кубок стекло становится красным, а под действием отраженного — зеленым. При исследовании в нем нашли наночастицы золота и серебра, однако процесс попадания неизвестен. Схожие метаморфозы произошли и в витражах. Цветные стекла, обнаруженные в средневековых церквях, содержат в себе частицы золота и серебра, что придает им красный и желтый оттенки соответственно. 

Кубок Ликурга, меняющий цвет в зависимости от попадания света. Источник: kulturologia.ru

В Мексике найдены фрески дворца майя Cacaxtla, датированные I веком нашей эры. При этом краска не потеряла цвет до сих пор, хотя оттенок индиго обычно очень нестойкий. Стену исследовали с помощью электронной микроскопии, когда вместо света пропускаются или отражаются электроны. В краске была обнаружена наноструктура. По-видимому, в ней содержалось очень много примесей металлов и она участвовала не только как краситель, но и как восстановитель. Наночастицы стабилизировали краску, охраняя от деградации. 

Фрески Cacaxtla. Источник: atlasobscura.com 

При исследовании люстровой керамики Средиземноморья выяснилось, что наночастицы находятся в несколько слоев. Частицы участвуют в преломлении падающего, проходящего сквозь поверхностный слой, отраженного света, рассеивая его. Таким образом, достигается интересная игра света. Ученым древнего мира повезло с солями оксида, который они перебирали опытным путем, чтобы прийти к уникальным свойствам. 

Дамасская сталь известна своей прочностью и гибкостью. В структуре образца было обнаружено, что уникальным волнистым рисунком, который проявляется на стали, она обязана формированием углеродных нанотрубок. Ресурсы добывались в индийских шахтах, но они истощились в XVIII веке. Скорее всего, в них, кроме железа, были примеси, в том числе и углерод. И смесь получалась самопроизвольно.

Настоящее и будущее: наночастицы в медицине

Наночастицы сейчас еще более популярны, чем в прошлом, особенно в медицине. Серебро можно найти в антибактериальных средствах. Кроме того, исследуется возможность использования наночастиц в томографии, флюорисцентной диагностики для повышения контрастности, так как они больше молекулы.

Нельзя забыть и о важном в последние годы изобретении — тестах на коронавирус, но и не только на него. К наночастице приделано определенное антитело, связанное с вирусом. При столкновении с вирусом именно наночастица придает цвет полоске.

Источник: zdrav.expert

Также сейчас исследуются способы улучшить лекарства против рака. Тело поглощает свет по-разному. Синий сильнее всего, а ультрафиолет и вовсе может быть губительным. Красный — лучше всего проходит через тело. Поэтому есть идея перегревать опухоль с помощью света.

Источник фотографии на обложке: gettyimages.com