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.
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.
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.
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.
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.
