Σχολείο Βαθέος Αυλίδας

Σχολικό έτος:2010-2011

 

 

 

Εργασία στο μάθημα Τεχνολογίας

Θέμα «Νανοτεχνολογία»

 

 

 

 

Από τις μαθήτριες:Ευδοξία Μαραθωνίτη, Αθανασία Λουκά.

 

 

Βαθύ Ιανουαρίου 2011


ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ.. 1

Γενικά για την νανοτεχνολογία. 2

Συζήτηση για τα buckyballs: Είναι τα νανοϋλικά τοξικά; 3

Πλεονεκτήματα της νανοτεχνολογίας- Συμβολή στις επιστήμες. 4

«Τι θα σημάνει η Νανοηλεκτρονική για την εξέλιξη των υπολογιστών και της πληροφορικής; 5

Νανοτεχνολογία στη μάχη κατά του καρκίνου. 6

Κίνδυνοι νανοτεχνολογίας. 9

 



Γενικά για την νανοτεχνολογία

 

 

«Η νανοτεχνολογία είναι εκείνη η τεχνολογία που αποβλέπει στην κατασκευή τεχνητών μηχανισμών με τρομερά μικρό μέγεθος, της τάξεως των 100 νανομέτρων, δηλαδή 100 δισεκατομμυριοστών του μέτρου. Αυτοί οι μηχανισμοί θα είναι γύρω στις 100 φορές μικρότεροι από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας. Οι ειδικό προβλέπουν ότι αυτές οι μικροσκοπικές μηχανές μπορούν να μας προσφέρουν ένα ολόκληρο φάσμα νέων επιτευγμάτων, από μικροσκοπικά εξαρτήματα υπολογιστών, μέχρι νέες μορφές θεραπευτικής αγωγής κατά του καρκίνου και νέα όπλα. Στο μεταξύ χρησιμοποιούνται ήδη νανοτεχνικές για την παραγωγή αντιηλιακών ουσιών, υφασμάτων που δεν λεκιάζουν και συνθετικών υλικών για αυτοκίνητα. Γρήγορα θα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή υπολογιστών και συσκευών αποθήκευσης δεδομένων με εξαιρετικά μικρό μέγεθος. Επιπλέον έχουν αρχίσει να εμφανίζονται μερικά από τα θαυμαστά προϊόντα της νανοτεχνολογίας που αναμένονταν εδώ και πολύ καιρό. Το 2002, μια εταιρεία κατασκεύαζε αυτοκαθαριζόμενους υαλοπίνακες παραθύρων, ενώ μια άλλη παρήγαγε νανοκρυσταλλικούς επιδέσμους τραυμάτων με αντιβιωτικές και αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες.» «Το πρόθεμα "νανο" σημαίνει εξαιρετικά μικρό μέγεθος. Τόσο μικρό στην πραγματικότητα που μία νανοκατασκευή χρειάζεται να μεγεθυνθεί πάνω από 10 εκατομμύρια φορές προτού να μπορέσουμε να εκτιμήσουμε εύκολα τις μικρές λεπτομέρειες με γυμνό μάτι. Ο όρος νανοτεχνολογία αναφέρεται σε τεχνολογίες όπου η ύλη επεξεργάζεται σε κλίμακα ατόμου και μορίου για να δημιουργήσει νέα υλικά και διαδικασίες. Δεν είναι απλά η μελέτη πολύ μικρών πραγμάτων, αλλά η πρακτική εφαρμογή της γνώσης αυτής. Υπάρχουν δύο βασικές οδοί πρόσβασης στον νανοκόσμο: η μοριακή κατασκευή αφορά το χειρισμό μεμονωμένων ατόμων (δουλεύοντας από κάτω προς τα πάνω) και η υπερσμίκρυνση που παράγει ολοένα και μικρότερες συσκευές (δουλεύοντας από πάνω προς τα κάτω).»

 

 

Νανόκοσμος

«Ο νανοκόσμος διακρίνεται σε τρεις κύριους τομείς:Νανοηλεκτρονική: Συνέχεια της ανάπτυξης της μικροηλεκτρονικής, ειδικά για ηλεκτρονικούς υπολογιστές, αλλά σε σημαντικότερα μικρή κλίμακα μεγέθους. Νανοβιοτεχνολογία: Συνδυασμός μηχανικής σε νανοκλίμακα με βιολογία για το χειρισμό είτε έμβιων συστημάτων είτε την κατασκευή υλικών βιολογικής έμπνευσης σε μοριακό επίπεδο. Νανοϋλικά:Ο ακριβής έλεγχος της μορφολογίας ουσιών ή σωματιδίων σε διαστάσεις νανοκλίμακας, για την παραγωγή νανοδομημένων υλικών. Όλοι αυτοί οι αλληλοεπικαλυπτόμενοι τομείς περιστοιχίζονται από τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση και το χειρισμό πάρα πολύ μικρών δομών, τα μικροσκόπια με ευκρίνεια νανοκλίμακας.

→ Νέοι κόσμοι που προσφέρουν νέες ευκαιρίες Οι αλλαγές που επιφέρουμε στις μοριακές ιδιότητες ενός υλικού σε νανοκλίμακα μπορούν να ενισχύσουν εξαιρετικά τις φυσικές και χημικές του ιδιότητες σε μεγάλη κλίμακα. Δεν είμαστε ακόμη σε θέση να κατανοήσουμε πλήρως όλες τις λεπτομέρειες που κρύβει το φαινόμενο αυτό. Η επόμενη πρόκληση είναι να κλιμακώσουμε τις μεθόδους νανοκατασκευής για μαζική παραγωγή από τη βιομηχανία - επί του παρόντος, είναι απαραίτητη η ουσιαστική έρευνα για να εκμεταλλευτούμε τις πλήρεις δυνατότητες της νανοτεχνολογίας Νανοϋλικά

«Εστίαση στην παραγωγή: Το σχέδιο Nanofib αναπτύσσει μία τεχνική εστιασμένης ακτίνας ιόντων. Η διάμετρος της ακτίνας είναι μόνο λίγα νανόμετρα, ίση με λίγες δεκάδες ατομικές διαμέτρους. Πρόκειται για μία από αρκετές νέες τεχνολογίες που στοχεύουν στη δημιουργία αποτυπωμάτων σε υλικά σε εξαιρετικά μικρή κλίμακα - ο νανοχειρισμός. Οι τεχνολογίες αυτές υποστηρίζουν έντονα την έρευνα στον τομέα της νανοτεχνολογίας και αποτελούν βασικό στοιχείο για τις μελλοντικές νανοκατασκευές. Το γέμισμα της οπής: Το Nanoptt, ένα έντονα πολυτομεακό σχέδιο, αναπτύσσει μία τεχνολογία για τη δημιουργία τέλειων κυλινδρικών οπών σε φύλλο πολυμερούς, οι οποίες έχουν μόλις κάποιες δεκάδες νανόμετρα διάμετρο. Τα φύλλα αυτά έχουν πολύ γνωστές εφαρμογές σε μονάδες φιλτραρίσματος. Στη συνέχεια, οι οπές γεμίζονται με μέταλλα ή άλλα πολυμερή για να δημιουργήσουν "νανοκαλώδια". Τα γεμισμένα φύλλα χρησιμοποιούνται σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς όπως οι τηλεπικοινωνίες και οι μαγνητικές μνήμες προηγμένου τύπου και θα μπορούσαν να συμβάλουν στην ανάπτυξη του πρώτου "εργαστηρίου σε μορφή τσιπ".»

Συζήτηση για τα buckyballs: Είναι τα νανοϋλικά τοξικά;

«Κατά τη διάρκεια της προηγούμενης δεκαετίας, η ανάπτυξη των νανοϋλικών προχώρησε γρήγορα με σκοπό μια ενδεχόμενη χρήση τους σε προϊόντα που κυμαίνονται από τις ηλιακές κυψέλες ως τα φάρμακα. Εντούτοις, οι δοκιμές για τα πιθανά τοξικά αποτελέσματα αυτών των ουσιών στην υγεία του ανθρώπου και το περιβάλλον δεν εξελίσσονται τόσο γρήγορα. Πρόσφατα, ένα πείραμα προκάλεσε ανησυχία για τις γνωστές δομές buckyballs ή φουλερένια, που μοιάζουν με μπάλες σχηματισμένες από μόρια άνθρακα. Τώρα, άλλοι χημικοί επιβεβαιώνουν αυτά τα ευρήματα και αναφέρουν μια καινοτόμο μέθοδο που μπορεί να αφοπλίσει τα ενδεχομένως τοξικά φουλερένια Όπως προκαλούν ανησυχία και οι γενετικά τροποποιημένες τροφές έτσι και οι κυβερνήσεις και η βιομηχανία αρχίζει να εξετάζει την τοξικότητα των νανοϋλικών περισσότερο, λέει η Kristen Kulinowski, εκτελεστικός διευθυντής του κέντρου του πανεπιστημίου Rice για τη βιολογική και περιβαλλοντική νανοτεχνολογία στο Χιούστον. "Πριν ενάμισι χρόνο υπήρχε ένα τεράστιο ενδιαφέρον για την χρηματοδότηση της έρευνας για την περιβαλλοντική υγεία και την ασφάλεια των νανοϋλικών", αναφέρει η ίδια. Το υπομοριακό μέγεθος αυτών των υλικών τα προικίζει με πολύτιμες ιδιότητες αλλά θα μπορούσε επίσης να τους επιτρέψει να αλληλεπιδράσουν με τα ζωντανά κύτταρα με απρόβλεπτους, και ενδεχομένως επικίνδυνους τρόπους. Παραδείγματος χάριν, αυτή τη χρονιά, ερευνητές διαπίστωσαν ότι φουλερένια μπορούν να καταστρέψουν κύτταρα του εγκεφάλου των ψαριών, διασπώντας τις μεμβράνες τους. Για να δει εάν η ίδια επίδραση εμφανίζεται και στα ανθρώπινα κύτταρα, μια ομάδα ερευνητών που καθοδηγήθηκαν από τον πανεπιστημιακό χημικό Vicki Colvin του Πανεπιστημίου Rice εξέθεσε ανθρώπινα κύτταρα συκωτιού και δέρματος καλλιεργημένα στο εργαστήριο, για 48 ώρες σε διαλύματα που περιέχουν διάφορες συγκεντρώσεις φουλερενίων. Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι ένα ασθενές διάλυμα - 20 μέρη ανά δισεκατομμύριο - θα μπορούσαν να σκοτώνουν τα μισά από τα ανθρώπινα κύτταρα. "Αυτή η μελέτη επικυρώνει πραγματικά τα συμπεράσματά μας", λέει η Eva Oberdörster στο Νότιο Πανεπιστήμιο των Μεθοδιστών στο Ντάλλας, η οποία πραγματοποίησε τις μελέτες για την τοξικότητα των buckyball στα ψάρια. Οι ερευνητές του Rice επέκτειναν το πείραμά τους επιστρώνοντας τις σφαίρες από άνθρακα με απλές χημικές ουσίες, παραδείγματος χάριν, με υδροξύλιο ή διάφορες καρβοξυλικές ομάδες. Και τότε διαπίστωσαν ότι όσο περισσότερες επιστρωμένες χημικές ενώσεις υπήρχαν στα φουλερένια ή buckyballs, τόσο λιγότερο τοξικές γίνονταν. Στην πραγματικότητα, για αυτά τα buckyballs που είχαν το μεγαλύτερο αριθμό επιστρωμένων χημικών ομάδων, η συγκέντρωση που χρειάστηκε για να σκοτώσει τα μισά από τα ανθρώπινα κύτταρα, ήταν μεγαλύτερη κατά 10 εκατομμύρια φορές από αυτή που απαιτήθηκε με τα γυμνά φουλερένια. Τα συμπεράσματα της ομάδας θα εμφανιστούν του στις 13 Οκτωβρίου στο Nano Letters. Οι ερευνητές δίνουν και μια πιθανή εξήγηση για την πτώση στην τοξικότητα. Τα γυμνά φουλερένια είναι διακριτά συσσωματώματα στο διάλυμα, σημειώνουν. Εκείνα τα συσσωματώματα παράγουν χημικές ουσίες γνωστές ως ελεύθερες ρίζες, που μπορούν να επιτεθούν στις μεμβράνες των κυττάρων. Τα φουλερένια που είναι 'ντυμένα' με χημικές ουσίες δεν συγκεντρώνονται, έτσι οι ερευνητές δεν ανίχνευσαν καμιά ελεύθερη ρίζα στα διαλύματα εκείνων των μορίων. Περαιτέρω αναλύσεις αποκάλυψαν ότι τα σύνολα των γυμνών φουλερενίων δεν έβλαψαν το DNA μέσα στα κύτταρα, μειώνοντας έτσι την πιθανότητα ότι αυτά τα νανοϋλικά θα μπορούσαν να είναι καρκινογόνα, λέει το μέλος της ομάδας Christie Sayes. Τα επιστρωμένα φουλερένια στο πείραμα του Rice μπορεί να μην μειώνουν την τοξικότητα σε όλες τις καταστάσεις, σημειώνει η Oberdörster. Στο περιβάλλον, παραδείγματος χάριν, το υπεριώδες φως από τον ήλιο μπορεί να σπάσει τους δεσμούς των υδροξυλίων, κάνοντας έτσι και πάλι τοξικά τα φουλερένια. Από την άλλη, μέσα στο σώμα, τα επιστρωμένα buckyballs μπορεί να παραμείνουν άθικτα και να χρησιμεύσουν για την ακίνδυνη μεταφορά φαρμάκων. Η ομάδα του Πανεπιστημίου Rice προγραμματίζει να εξετάσει την πιθανή τοξικότητα κι άλλων υλικών νανοκλίμακας, όπως είναι τα νανοσωματίδια του διοξειδίου του τιτανίου που χρησιμοποιείται στα καλλυντικά και στις αντηλιακές κρέμες, και να ερευνήσει εάν η τοξικότητά τους επηρεάζεται από το μέγεθος και τη μορφή.

 

 

 

 

 

Πλεονεκτήματα της νανοτεχνολογίας- Συμβολή στις επιστήμες

«→Τα προϊόντα θα μπορούν να είναι ελαφρύτερα, πιο ανθεκτικά και κατασκευασμένα με μεγαλύτερη ακρίβεια. Καταρχήν, θα μπορούσε να συνεχιστεί η επανάσταση στο χάρντγουερ των ηλεκτρονικών υπολογιστών με την προσθήκη μοριακών θυρών και καλωδίων- κάτι που με τις σημερινές λιθογραφικές μεθόδους δεν υπάρχει ελπίδα να πραγματοποιηθεί. Επίσης θα μπορούμε ανέξοδα να κατασκευάσουμε υλικά με μεγάλη ανθεκτικότητα και με μικρό βάρος: άθραυστα διαμάντια, στα μεγέθη που εμείς ακριβώς επιθυμούμε, σε πολύ μεγάλες ποσότητες και περισσότερο από πενήντα φορές ελαφρύτερα από ατσάλι της ίδιας ανθεκτικότητας. Θα μπορούσαμε, ακόμη, να κατασκευάσουμε μια Cadillac που θα ζυγίζει πενήντα κιλά ή μια πολυθρόνα μεγάλων διαστάσεων που θα σηκώνεται με τη βοήθεια του ενός μας χεριού. Επιπρόσθετα, θα γινόταν δυνατή η κατασκευή χειρουργικών οργάνων με τέτοια ακρίβεια και επιδεξιότητα που θα μπορούσαν να εργαστούν πάνω στα κύτταρα, ακόμη και στα μόρια απ’ τα οποία είμαστε φτιαγμένοι-κάτι πολύ καλό πέραν της σημερινής ιατρικής τεχνολογίας. «Η νανοτεχνολογία θα μας επιτρέπει την κατασκευή οποιουδήποτε βιομηχανικού προϊόντος κάνοντάς το ελαφρύτερο, ανθεκτικότερο, πιο ασφαλές, πιο καθαρό, και πιο «έξυπνο». Μπορούμε ήδη να δούμε τις δυνατότητες αυτές της νανοτεχνολογίας. Νέα προϊόντα που λύνουν νέα προβλήματα με νέες μεθόδους είναι δυσκολότερο να προβλεφθούν, και η «σύγκρουση» θα είναι πολύ μεγάλη αλλά και μοιραία. Θα μπορούσε ο Edison να είχε προβλέψει τον ηλεκτρονικού υπολογιστή ή ο Newton τους τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους?»

«Τι θα σημάνει η Νανοηλεκτρονική για την εξέλιξη των υπολογιστών και της πληροφορικής;

Κατ' αρχάς, θα δημιουργήσει ασύγκριτα μικρότερους υπολογιστές, ταχύτατους, με τεράστιες αποθηκευτικές δυνατότητες και με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας. Επιπλέον, ο τρόπος αποθήκευσης και μεταφοράς δεδομένων θα αλλάξει ριζικά. Η μνήμη θα αποκτήσει μεγαλύτερη πυκνότητα, τα αποθηκευτικά μέσα θα διαθέτουν αποθηκευτικές δυνατότητες που θα μετριούνται σε Terabytes, η ταχύτητα πρόσβασης σε αυτά θα είναι ασύλληπτη, ενώ η διατήρηση δεδομένων δεν θα εξαρτάται αναγκαστικά από το ηλεκτρικό ρεύμα. Παράλληλα, η μείωση του όγκου των συσκευών θα είναι κατακόρυφη. Οι οθόνες θα γίνουν τόσο λεπτές, που θα μετριούνται σε χιλιοστά, ενώ ταυτόχρονα θα μπορούν να είναι και διάφανες. Οι υπολογιστές θα ξεκινούν αμέσως, χωρίς να χρειάζεται να περάσουν από τη διαδικασία της εκκίνησης του λειτουργικού συστήματος (boot), θα εκκινούν δηλαδή όπως εκκινούν και οι τηλεοπτικές συσκευές. Το πληκτρολόγιο, με τη σημερινή μορφή, θα αντικατασταθεί από ένα εικονικό πληκτρολόγιο που θα εμφανίζεται στην επιφάνεια του γραφείου ή κάποιας άλλης επιφάνειας και θα εξαφανίζεται όταν θα κλείνει ο υπολογιστής. Παρόμοια επιτεύγματα θα καταγραφούν και στους συναφείς με την πληροφορική κλάδους: τις τηλεπικοινωνίες και την τηλεματική. Τα κινητά τηλέφωνα θα μικρύνουν περισσότερο και θα φθάσουν το μέγεθος ενός κουμπιού, που θα μπορεί κάλλιστα να φορεθεί στο αυτί. Οι υπολογιστές παλάμης θα αποτελούν ιδιαίτερα κομψά δημιουργήματα και το μέγεθός τους δεν θα είναι μεγαλύτερο από μία πιστωτική κάρτα. Θα ενσωματώνουν δε σχεδόν τα πάντα. Θα είναι τηλέφωνο, υπολογιστής, τηλεόραση, φωτογραφική μηχανή, βιντεοκάμερα, σύστημα πλοήγησης, συσκευή εγγραφής και αναπαραγωγής ήχου κ.ά.. Ασφαλώς, οι συσκευές θα μπορούν να μικρύνουν ακόμη περισσότερο, κάτι τέτοιο όμως θα αποτελούσε πρόβλημα για τους χρήστες, που θα δυσκολεύονταν να τις χειριστούν, λόγω "αντικειμενικών" δυνατοτήτων. Οι επιδράσεις της νανοτεχνολογίας δεν θα περιοριστούν στον τομέα της μικροηλεκτρονικής, αλλά θα επεκταθούν σε πολλές πτυχές της ανθρώπινης ζωής. Στον τομέα της υγείας, η νανοτεχνολογία υπόσχεται να θεραπεύσει τις ανίατες ασθένειες και να κάνει το ιατρικό έργο ευκολότερο. Αόρατα στο ανθρώπινο μάτι νανορομπότ θα εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό (μέσω ενός χαπιού λ.χ.) και θα δίνουν αναλυτική διάγνωση για την κατάσταση του οργανισμού. Κατόπιν, άλλα νανορομπότ θα αναλαμβάνουν τη θεραπεία. Μία λεπτή ανάλυση στο ακροδάχτυλο θα αρκεί για να έχουμε αναλύσεις αίματος για πάντα (από το ίδιο άτομο). Η θεραπεία θα είναι στοχευόμενη στα ασθενή κύτταρα και δεν θα προκαλεί παρενέργειες. Ασθένειες όπως η τύφλωση θα μπορούν να θεραπευθούν, και ο κατάλογος δεν τελειώνει εδώ… Στον τομέα της οικονομίας, η νανοτεχνολογία θα παράσχει τα μέσα για τη δημιουργία υλικών με τη χρήση ελάχιστων πόρων και την προοδευτική αντικατάσταση των συμβατικών τεχνολογιών, με καινούργιες, που θα εξοικονομούν πόρους. Για παράδειγμα, μία τηλεόραση καθοδικού σωλήνα καταναλώνει πολύ περισσότερη ενέργεια από μία τηλεόραση υγρών κρυστάλλων ή plasma. Κάτι αντίστοιχο θα συμβεί και με τις συσκευές που θα ενσωματώνουν τη νανοτεχνολογία, καθώς θα μπορούν να λειτουργήσουν με ελάχιστους ενεργειακούς πόρους. Στο ίδιο πλαίσιο, η ηλιακή ενέργεια από περιθωριακή/πειραματική μορφή ενέργειας που είναι σήμερα, θα γίνει και βιώσιμη και επικερδής και θα χρησιμοποιείται ακόμα και για την κίνηση αεροσκαφών και πλοίων. Στον τομέα της ανάπτυξης και της ανακάλυψης νέων τεχνικών, οι νανοσωλήνες του άνθρακα αποτελούν ένα πρώτης τάξεως υλικό για τη δημιουργία συμπαγών κατασκευών. Προοδευτικά, η πλειονότητα των δομικών υλικών θα βασίζεται στους νανοσωλήνες του άνθρακα και αυτό θα δώσει την ευκαιρία για τη δημιουργία πανύψηλων κτιρίων, γεφυρών κ.λπ. Την περίοδο αυτή, η NASA μελετά τον τρόπο για να ανεβάζει στο διάστημα δορυφόρους και πυραύλους, μέσω ειδικών σκοινιών που θα συγκροτούν ένα είδος ανελκυστήρα. Στον τομέα της αυτοκίνησης, μολονότι η σχεδίαση των οχημάτων θα διατηρήσει τις σημερινές της γραμμές, εντούτοις πολλά θα αλλάξουν. Τα αυτοκίνητα θα γίνουν πιο λεπτά, πιο φιλικά προς το περιβάλλον, πιο "έξυπνα" και, κατά συνέπεια, ασφαλέστερα. Χάρη στη νανοτεχνολογία, νέα καύσιμα θα αντικαταστήσουν το πετρέλαιο και τη βενζίνη, και τα αυτοκίνητα θα μπορούν να αποφεύγουν τους κινδύνους, χωρίς την παρέμβαση του οδηγού. Στον τομέα της ένδυσης, τα καθημερινά ρούχα θα είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε ούτε να τσαλακώνονται ούτε να ξεθωριάζουν. Πέραν αυτών, ρούχα που προορίζονται για ειδικές χρήσεις (λ.χ. στολές) θα είναι -κατά μία έννοια- άφθαρτα και δεν θα σχίζονται ούτε θα καταστρέφονται. Στον τομέα της καθημερινής υγιεινής, απλά σπρέι θα διαποτίζουν το χώρο με καθαρό οξυγόνο ή με άρωμα λουλουδιών, εξαφανίζοντας ταυτόχρονα τα βακτήρια. Αυτό θα γίνεται αυτόματα, μέσω των συστημάτων κλιματισμού, για έναν κόσμο χωρίς δυσάρεστες μυρωδιές. Με παρόμοιο τρόπο θα λειτουργούν και οι τουαλέτες, που θα πάψουν να ταυτίζονται με εστίες μόλυνσης και ακαθαρσίας. Η οδοντόκρεμα θα περιέχει νανοσωματίδια που θα φροντίζουν την υγιεινή των δοντιών. Η κρέμα νυκτός, αντίστοιχα, θα επαναφέρει τα κύτταρα στην αρχική τους κατάσταση.»

Νανοτεχνολογία στη μάχη κατά του καρκίνου

 «Νανοσφαιρίδια και υπέρυθρα λέιζερ εναντίον καρκινικών όγκων. Επιστήμονες στις ΗΠΑ λένε ότι έχουν επινοήσει μια νέα τεχνική με αδρανή νανοσφαιρίδια, που μπορεί γρήγορα να καταστρέψει τους καρκίνους χωρίς χειρουργική επέμβαση και να αφήσει ακόμα τον περιβάλλοντα ιστό αβλαβή. Τα σφαιρίδια είναι μικροσκοπικά μόρια πυριτίου επί Δεξιά: Η περιοχή που είναι κόκκινη είναι εκείνη όπου εγχύθηκαν τα νανοκελύφη. Μέσα σε λίγα λεπτά θέρμανσης από τις δόσεις της υπέρυθρης ακτινοβολίας, τα καρκινικά κύτταρα πέθαναν."Οι θερμοκρασίες μέσα στους όγκους έφθασαν σε αρκετά υψηλά επίπεδα, έτσι ώστε να καταστρέψουν τα καρκινικά κύτταρα μέσα σε τέσσερα έως έξι λεπτά, σκοτώνοντας τους όγκους αλλά αφήνοντας τον περιβάλλοντα ιστό αβλαβή," είπαν οι επιστήμονες. Οι ερευνητές προτείνουν ότι εάν τα προκαταρκτικά αποτελέσματά τους αποδειχθούν ότι είναι σωστά, η τεχνική θα μπορούσε να είναι ιδανική για την καταστροφή των μικρών καρκινικών όγκων, που είναι μικροί και ενσωματωμένοι σε ζωτικής σημασίας ιστό, όπως ο εγκέφαλος. Τα νανοκελύφη είναι τόσο μικροσκοπικά - περίπου 120 nm, ή 1.500 φορές μικρότερα από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας - που μπορούν να ληφθούν εύκολα από τα κύτταρα, όπως έδειξαν οι επιστήμονες σε σειρά πειραμάτων που στοχεύουν στην ανάπτυξη της τεχνικής. Οι επιστήμονες αρχικά έφτιαξαν σωματίδια από πυρίτιο διαμέτρου 110 νανομέτρων και με επίστρωση από χρυσό πάχους 10nm -ο χρυσός επελέγη γιατί είναι βιολογικά αδρανής. Το χρυσό επίστρωμα στα κελύφη είναι όχι μόνο αβλαβή στο σώμα - σαν το χρυσό δόντι στο στόμα - αλλά με μια ρύθμιση του πάχους του σε σχέση με τον πυρήνα πυριτίου, οι ερευνητές ήταν σε θέση "να συντονίσουν" τα νανοκελύφη για να πάρουν έναν συγκεκριμένο τύπο φωτός κοντά στην εγγύς υπέρυθρη ζώνη. Όπως ο χρυσός, το φως κοντά στην εγγύς υπέρυθρη ζώνη δεν βλάπτει τον ζωντανό ιστό, αλλά όταν επέδρασε η ακτινοβολία πάνω στον χρυσό αυτός θερμάνθηκε μέχρι μια μέση τιμή 37° C, αρκετά για να πλήξη θανατηφόρα τα κύτταρα στα οποία τα νανοκελύφη είχαν δεσμευτεί. Αφού από την επώαση καλλιεργημένων ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων του στήθους σε ένα διάλυμα που περιέχει νανοκελύφη, οι ερευνητές εξέθεσαν τα επωασμένα κύτταρα μαζί με άλλα κύτταρα ελέγχου σε μια πηγή φωτός στην εγγύς υπέρυθρη ζώνη. Τα κύτταρα τότε εμφάνισαν τα σημάδια μιας αμετάκλητης θερμικής καταστροφής καθώς και τον θάνατο κυττάρων, ενώ τα κύτταρα ελέγχου παρέμειναν άθικτα καθώς το ανθρώπινο σώμα είναι διαφανές στην υπέρυθρη ακτινοβολία. Οι επιστήμονες ενέγχυσαν έπειτα νανοκελύφη σε αυξανόμενους όγκους σε ποντίκια και εξέθεσαν έπειτα τα ζώα σε χαμηλές δόσεις φωτός στην εγγύς υπέρυθρη ζώνη. Μέσα σε λίγα λεπτά, τα κύτταρα του καρκίνου είχαν καταστραφεί από την παραγόμενη θερμότητα. Σύμφωνα με την West, ακόμα και αν τα σωματίδια εισαχθούν απλώς στην κυκλοφορία του αίματος θα συσσωρευτούν στους όγκους, καθώς τα αιμοφόρα αγγεία στις περιοχές αυτές είναι πιο διαπερατά. Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η συμβατική χειρουργική επέμβαση είναι μια αποτελεσματική θεραπεία για τους καθορισμένους με σαφήνεια κύριους όγκους σε προσιτούς, μη-ζωτικής σημασίας, ιστούς. Οι εναλλακτικές επεξεργασίες - όπως το λέιζερ και ο υπέρηχος - είναι διαθέσιμες μόνο για τη θεραπεία των μικρών καρκίνων, που δεν ορίζονται σωστά και που ενσωματώνονται στους ζωτικής σημασίας ιστούς. Εντούτοις, οι περισσότερες μέθοδοι γίνονται είτε με εγχείριση είτε δεν κάνουν διακρίσεις μεταξύ των υγιών και των καρκινωδών κυττάρων. Άλλοι ερευνητές έχουν πειραματιστεί με θεραπείες που στηρίζονται σε χρωστικές ουσίες που εγχύνονται στα κύτταρα και που απορροφούν το, εγγύς στην υπέρυθρη ζώνη, φως αλλά η West και οι συνάδελφοι της έχουν εμφανίσει ότι τα νανοκελύφη είναι ενδεχομένως πολύ αποτελεσματικότερα. Υπολογίζουν ότι τα νανοκελύφη είναι πάνω από ένα εκατομμύριο φορές πιο κατάλληλο από ένα βαμμένο μόριο που φωτίζεται από ένα φωτόνιο και θερμαίνεται. Ένα άλλο πλεονέκτημα που έχουν τα νανοκελύφη πάνω στις βαμμένες ουσίες είναι ότι οι βιοχημικοί μπορούν να δημιουργήσουν επιστρώματα για αυτά που τα κάνει "αόρατα" στο ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος, επισημαίνουν οι ερευνητές. Το νανοκελύφη θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να διανείμουν βιολογικά ενεργά μόρια - όπως είναι τα φάρμακα - σε συγκεκριμένες περιοχές πριν ενεργοποιηθούν από μια εξωτερική πηγή ενέργειας, όπως είναι το φως, τα ραδιοκύματα ή τα ηχητικά κύματα. Για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της μεταφοράς τα σωματίδια θα μπορούσαν να συνδεθούν με ειδικά αντισώματα που αναγνωρίζουν τα καρκινικά κύτταρα (Οι ερευνητές ελπίζουν να ξεκινήσουν κλινικές δοκιμές σε ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονα σε 12 με 18 μήνες εντός ενάμισι έτους)ενδεδυμένα με χρυσό , που είναι γνωστά ως νανοκελύφη, που μπορούν να εγχυθούν σε έναν καρκινικό όγκο και κατόπιν να θερμανθούν με μια υπέρυθρη ακτινοβολία, λέει μια επιστημονική ομάδα που καθοδηγείται από την Δρ Jennifer West του Πανεπιστημίου Rice στο Χιούστον, σε μια έκθεση χθες στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας των Επιστημών.

 

Υπέρηχοι μπορούν να καταστρέψουν καρκίνο χωρίς επέμβαση

Μια νέα τεχνική για την καταστροφή όγκων στο στήθος με τη βοήθεια υπερήχων που 'ψήνουν' τα καρκινικά κύτταρα δοκιμάστηκε στην πρώτη ασθενή και οι γιατροί τώρα αισιοδοξούν για την πορεία της υγείας της. Η νέα μέθοδος θα μπορούσε να περιορίσει τις χειρουργικές επεμβάσεις για την αφαίρεση όγκων δίχως ένα σημάδι ή ουλή στο δέρμα της γυναίκας. Η Vicki Freeman είναι η πρώτη γυναίκα που δοκιμάζει ένα καινούργιο ιατρικό πείραμα για να δουν οι γιατροί εάν αυτή η 'εστιασμένη θεραπεία με υπέρηχους' μπορεί μια μέρα να προσφέρει μια εναλλακτική θεραπεία του καρκίνου του μαστού χωρίς επέμβαση. Θα πάρει αρκετά χρόνια μελέτης για να εξετάσουν πως δουλεύει το 'ψήσιμο' του όγκου. Αλλά καθώς ήδη οι γυναίκες φωνάζουν για λιγότερη παραμόρφωση σε εγχειρήσεις του στήθους, πιλοτικά πειράματα στο Καρκινικό Κέντρο Anderson του Houston και στο Γυναικείο Νοσοκομείο της Bοστώνης σηματοδοτούν τα νέα γεγονότα σε μια αυξανόμενη τάση: έρευνα πάνω σε τρόπους για να αφαιρούν τον καρκίνο όχι απλώς με μικρότερη επέμβαση, αλλά να εγκαταλείψουν εντελώς την εγχείρηση. Στη φωτογραφία η Vicki Freeman κείτεται εντελώς ακίνητη στο εσωτερικό του σωλήνα ενός μηχανήματος που ρίπτει υπερήχους στο καρκινικό στήθος της. Στο μηχάνημα, ο όγκος ανάβει με παλμούς υπερήχων που διαρκούν περίπου 10 sec, για να φτάσει έτσι περισσότερο από 140 βαθμούς. Οι μικρές αυτές ριπές θερμότητας από υπερήχους 'έψησαν' τον όγκο της ώστε να σβήσει τελείως; Αυτό δεν το γνωρίζουμε ακόμη. Αν η μέθοδος αποδειχθεί αποτελεσματική και ασφαλής, θα μπορούσε να μειώσει τις επεμβάσεις μαστεκτομής, που δημιουργούν αισθητικά και άλλα προβλήματα, αναίμακτα και ανώδυνα. “Γνωρίζουμε από την βασική επιστήμη και έρευνα σε ζώα πως αυτή η θεραπεία δουλεύει. Τώρα πρέπει να δείξουμε ότι αυτή η θεραπεία είναι κατορθωτή,” είπε ο υπεύθυνος χειρουργός του Anderson Dr. Marc Fenstermacher, που την εφάρμοσε στην πρώτη από τις 30 γυναίκες στις οποίες θα γίνουν οι προκαταρκτικές δοκιμές της πρωτοποριακής τεχνικής. Ο όγκος στο στήθος της γυναίκας 'βομβαρδίζεται' με υπερήχους, που εστιάζονται σε μια μικρή περιοχή. Η διαδικασία πραγματοποιείται μέσα σε ένα μαγνητικό τομογράφο, που απεικονίζει τον όγκο σε πραγματικό χρόνο, ώστε οι γιατροί να είναι σε θέση να παρακολουθούν την καταστροφή του. Ένας παλμός υπερήχων διαρκείας 10 sec αρκεί για να υπερθερμάνει τον όγκο και να καταστρέψει τα κύτταρα που τον αποτελούν, αποδιατάσσοντας τις πρωτεΐνες τους. Η θέρμανση δεν διαρκεί πολύ, ώστε να γίνει επώδυνη, και οι γειτονικοί ιστοί δεν βλάπτονται σημαντικά. ΄Όμως η Vicki Freeman, η πρώτη γυναίκα στην οποία δοκιμάστηκε η εν λόγω μέθοδος, δεν θα επωφεληθεί πραγματικά από τη νέα τεχνική, καθώς μία εβδομάδα μετά την όλη διαδικασία θα υποβληθεί σε χειρουργική επέμβαση για να αφαιρεθεί ο όγκος και να διαπιστωθεί η καταστροφή του - ελπίζει όμως ότι θα μπορέσουν με τη συμμετοχή της αυτή να βοηθηθούν άλλες γυναίκες στο μέλλον.Αλλά πως δουλεύει. Όπως ένας φακός εστιάζει τις ακτίνες σε ένα σημείο και αναπτύσσεται εκεί μεγάλη θερμότητα, έτσι και εδώ εστιάζονται στον όγκο υπέρηχοι υψηλής πυκνότητας που τον θερμαίνουν, αφήνοντας ανεπηρέαστους τους διπλανούς ιστούς του στήθους. Οι υπέρηχοι φονεύουν όχι καίγοντας αλλά μέσω αλλαγών στις πρωτεΐνες των κυττάρων, όπως όταν βράζοντας ένα αυγό, σταματάς την ανάπτυξη του ωαρίου. Δεν είναι όμως η μόνη μη χειρουργική μέθοδος που μελετάται, αλλά αυτή είναι ολοκληρωτικά χωρίς εισβολή. Σε μια άλλη μέθοδο καταστρέφουν την κυτταρική μεμβράνη με ένα εισαγόμενο καθετήρα. Η θεμελιώδης όμως ερώτηση είναι: Μπορεί η δράση των υπερήχων στον όγκο του στήθους να αντικαταστήσει την χημειοθεραπεία και ακτινοβόληση; Και η απάντηση έρχεται από τους επιστήμονες, ΟΧΙ. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται μόνο για το στήθος και μόνο για αισθητικούς λόγους.»

Νανοσωλήνες Άνθρακα και η συμβολή τους στην καταπολέμηση του καρκίνου«Νανοσωλήνες άνθρακα –μικροσκοπικές ίνες καθαρού άνθρακα-σε συνδυασμό με τροποποιημένες ακτίνες λέιζερ, λειτουργούν σαν μικροσκοπικές θερμάστρες που μπορούν επιλεκτικά να καταστρέψουν καρκινικά κύτταρα. Όταν εκτίθενται σε υπέρυθρη ακτινοβολία, οι νανοσωλήνες απελευθερώνουν το ενεργειακό τους πλεόνασμα με τη μορφή θερμότητας. Αυτή ακριβώς την ιδιότητά τους εκμεταλλεύτηκαν ερευνητές του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ για να επιτεθούν σε καρκινικά κύτταρα. Ένα από τα μεγαλύτερα ιατρικά προβλήματα είναι το πώς μπορεί να θεραπευτεί ο καρκίνος χωρίς να προκληθούν βλάβες σε υγιείς ιστούς του σώματος. Προκειμένου να σιγουρευτούν ότι οι νανοσωλήνες θα προσκολληθούν μόνο σε καρκινικά κύτταρα, οι ερευνητές, τους κάλυψαν με φολικά μόρια, έτσι ώστε να συλλαμβάνονται από τους φολικούς υποδοχείς που βρίσκονται στην επιφάνεια των καρκινικών κυττάρων. Τα πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης μεθόδου είναι εμφανή στον πόλεμο κατά του καρκίνου και οι επιστήμονες σύντομα να βελτιώσουν την τεχνική ώστε να μπορέσουν να τη δοκιμάσουν σε ανθρώπους.»

 

 

 

Κίνδυνοι νανοτεχνολογίας

« Ένα τεράστιο τεχνολογικό, οικονομικό και κοινωνικό τσουνάμι θα χτυπήσει σύντομα… Οι εταιρείες ήδη πιέζονται να ακολουθήσουν τον καταιγιστικό ρυθμό της τεχνολογικής αλλαγής. Αυτή η βιασύνη μάλλον θα ενταθεί και σίγουρα θα επεκταθεί». Γκέιλ Πέργκαμιτ και Κρις Πίτερσον, Πάλο Άλτο, Καλιφόρνια, Απρίλιος 1997. «Ποιο είναι το πιο τρομακτικό πράγμα? Αυτό που δε μπορούμε να δούμε… Η νανοτεχνολογία θα μας προσφέρει πολλά και ελπίζω ότι μερικά από αυτά θα είναι θαυμαστά. Φοβάμαι όμως ότι κάποια θα είναι τρομακτικά, ιδιαίτερα από τη στιγμή που ο στρατός έχει δείξει τόσο έντονο ενδιαφέρον γι’ αυτή». “Nanotechnology in the firing line”, Φίλιπ Μπολ (Philip Ball), Δεκέμβριος 2003. Παράλληλα με το πλήθος θαυμαστών και χρήσιμων εφαρμογών που θα επιφέρει η νανοτεχνολογία μέχρι το 2020, οι επιστήμονες νανοτεχνολόγοι πιστεύουν ότι οι συνέπειες θα είναι καταστροφικές. «Καταρχάς, τα νανοσωματίδια προκαλούν ανησυχία στην παγκόσμια κοινή γνώμη, γιατί αποτελούν(λόγω των ιδιαίτερων ιδιοτήτων τους) νέα υλικά, τα οποία μπορούν, χάρη στο μικροσκοπικό τους μέγεθος, να εισχωρήσουν παντού, ακόμη και στο ανθρώπινο σώμα, με απρόβλεπτες και άγνωστες μέχρι στιγμής συνέπειες. Σαν αόρατος κίνδυνος προκαλούν φόβο: Τι θα συμβεί όταν κατασκευαστούν συσκευές τόσο μικρές, που θα μπορούν να παρακολουθούν τα πάντα χωρίς κανένας να τις αντιλαμβάνεται? Σενάρια επιστημονικής φαντασίας που κάνουν λόγο για ορδές αυτοαναπαραγόμενων νανορομπότ τα οποία θα καταστρέψουν τα πάντα δεν έχουν αμφισβητηθεί (Πολύ καλό παράδειγμα αποτελεί το βιβλίο του Michael Crichton, «Θήραμα» (“Prey”),2002.) Η ανησυχία κορυφώνεται στη σκέψη ότι τέτοιες συσκευές ίσως να μην περιοριστούν σε στρατιωτικές χρήσεις, αλλά σταδιακά, σε ένα νοσηρό και όχι τόσο μακρινό μέλλον, είναι πιθανό να εισχωρήσουν στα σπίτια μας, σηματοδοτώντας το τέλος της προσωπικής ζωής. Επιπρόσθετα, αξίζει να αναφέρουμε ότι τα νανοσωματίδια έχουν διαφορετικές ιδιότητες από ότι τα ανάλογα υλικά σε κανονική κλίμακα, οι οποίες δεν έχουν μελετηθεί σε σχέση με τους κινδύνους που επιφυλάσσουν για την ανθρώπινη υγεία και για το περιβάλλον. Δεν είναι απίθανο κάποια νανοσωματίδια να είναι τοξικά –ακόμα και αν τα υλικά από τα οποία προέρχονται δεν έχουν τοξικές ιδιότητες- ή λόγω μεγαλύτερης επιφάνειας στη νανοκλίμακα να παρουσιάζουν υψηλότερη τοξικότητα από ότι τα αρχικά υλικά. Στην ουσία οι διαφορετικές τους ιδιότητες σε νανοκλίμακα τα καθιστούν εντελώς νέα υλικά, για τα οποία γνωρίζουμε ελάχιστα, πόσο μάλλον για τους κινδύνους που επιφυλάσσουν. Όμως, όπως κάθε τεχνολογία αιχμής, η νανοτεχνολογία έχει αμυντικό ή επιθετικό χαρακτήρα, καθώς και θετικές ή αρνητικές συνέπειες. Κρύβει κινδύνους, αλλά παρουσιάζει και πλεονεκτήματα. Είναι γεγονός ότι η νέα επιστήμη έχει επηρεάσει τη ζωή μας και πρόκειται να την αλλάξει πολύ περισσότερο στο άμεσο μέλλον. Θα δούμε πράγματα θαυμαστά και τρομακτικά. Θα απολαύσουμε ανέσεις και θα αντιμετωπίσουμε κινδύνους. Όπως και να έχει, η νανοτεχνολογία έχει ήδη μπει στη ζωή μας και συνεχίζει ακάθεκτη την πορεία της. Το δικό μας χρέος είναι να ενημερωθούμε γι’ αυτή και να την αντιμετωπίσουμε όσο πιο υπεύθυνα γίνεται, χωρίς να κρυβόμαστε πίσω από τα σενάρια επιστημονικής φαντασίας και αβάσιμους φόβους, αλλά και χωρίς να αγνοούμε τους κινδύνους που ενέχει. Προετοιμαστείτε, λοιπόν, γιατί ο νέος νανόκοσμος περιμένει…»