Nanostruktury przekraczają granice. To nowe możliwości dla medycyny, energetyki i elektroniki
Wyobraźmy sobie metalową powierzchnię, która pod mikroskopem nie jest gładka, lecz pokryta regularnym lasem maleńkich rurek – każda z nich ma grubość tysięcy razy mniejszą niż ludzki włos. Taka struktura może zmieniać właściwości materiału: sprawić, że będzie lepiej współpracował z tkanką w organizmie, stanie się bardziej wrażliwy na obecność gazów albo zacznie efektywniej pochłaniać światło.
Przez lata tego rodzaju precyzyjne pokrycia uważano jednak za niemal niewykonalne (zwłaszcza na dużych powierzchniach), gdyż metale posiadają ziarnistą strukturę krystaliczną zakłócającą tworzenie idealnego, uporządkowanego wzoru.
Krakowscy naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego udowodnili, że tę barierę można pokonać. Wykorzystując połączenie dwóch technik – litografii nanocząstek i anodyzacji elektrochemicznej – opracowali metodę pozwalającą pokrywać duże arkusze tytanu jednorodną, misterną siecią nanorurek tlenkowych. Co ważne, proces ten jest nie tylko skuteczny, ale także szybki, stosunkowo tani i możliwy do zastosowania na skalę większą niż laboratoryjna.
– Nie ma żadnych przeszkód fizycznych, chemicznych czy technicznych, by zaadaptować naszą metodę do nanostrukturyzacji powierzchni wykonanych z innych metali przejściowych niż tytan, takich jak żelazo, glin czy tantal. Wszystko zależy tu po prostu od potrzeb – powiedział dr inż. Juliusz Chojenka (IFJ PAN).
Osiągnięcie krakowskich specjalistów ma znaczenie nie tylko teoretyczne, gdyż tak przygotowane powierzchnie otwierają drogę do nowych rozwiązań w medycynie, energetyce i elektronice. W przypadku implantów medycznych nanorurki mogłyby stopniowo uwalniać substancje wspomagające gojenie lub zmniejszające ryzyko zapalenia, zwiększając szanse na dobre połączenie implantu z organizmem. W energetyce ich zdolność do oddziaływania ze światłem ultrafioletowym może pomóc tworzyć bardziej wydajne fotoogniwa lub katalizatory.
Z kolei w elektronice badacze widzą możliwość zmniejszenia rozmiarów tzw. memrystorów czyli elementów, które mogą pełnić rolę sztucznych synaps w komputerach inspirowanych mózgiem. Jeśli zamiast obecnych rozmiarów udałoby się zejść do skali pojedynczych nanorurek, mogłoby to oznaczać nową generację niezwykle energooszczędnych systemów przetwarzania informacji.
To odkrycie pokazuje, jak badania podstawowe mogą przenikać do świata realnych technologii. Od zrozumienia zachowania powierzchni metalu na poziomie atomów do pomysłów na ulepszone implanty i inteligentną elektronikę droga nie jest wcale tak długa, jeśli nauka dysponuje odpowiednimi narzędziami i wyobraźnią. Krakowscy badacze udowodnili, że przełomy zdarzają się wtedy, gdy z pozornie znanych metod tworzy się zupełnie nową jakość.
Źródło: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie
Czytaj też: Dostarczanie leków wprost do komórki nowotworowej. Trwają przełomowe badania!
Grafika tytułowa: Artem Podrez / Unsplash
