Eesti Köök ja Külalsied – Angela Ivask

Novembri lõpus pidas Los Angelese Eesti Majas huvitava ettekande nanotehnoloogiast Angela Ivask. Angela on järeldoktorant Kalifornia California Ülikooli Los Angelese haru juures asuvas Kalifornia California Nanosüsteemide Instituudis (California NanoSytems Institute, www.cnsi.ucla.edu); varem on ta õppinud ja töötanud  Tartu Ülikoolis, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis Tallinnas ning Soomes Turu Ülikoolis. Oma ettekandes rääkis Angela nanotehnoloogia eesmärkidest ja rakendustest ja teadlaste igapäevatööst laiemalt.

Kuigi sõna „nanotehnoloogia“ võib esialgu tunduda võõras, on enamus inimesi selle saavutusi juba ammu kasutanud, omades iPhone, kerge süsinikraamiga ratast, kandes mittemäärduva kihiga kaetud mantlit, määrides näkku päikesekreemi. Seda loetelu võiks pikalt jätkata. Nanoosakesi olete aga ilmselt ka ise valmistanud, käivitades auto või süüdates jaanilõkke, mille põlemisel paiskub õhku mitmesuguse kuju ning suurusega nanoosakesi.

Nanotehnoloogia uurib nanomõõtmes osakeste omadusi ja nende kasutusvõimalusi, keskendutakse eeskätt eesmärgipärase inimtegevuse tagajärjel tekkinud väikesemõõdulistele osakestele, mitte looduses loomulikult esinevatele osakestele näiteks tolmus või vulkaanilises tuhas. Nagu ka muudes teadusharudes, on osa uurimisprobleemidest teoreetilisemad ja teised rakenduslikuma kallakuga.

Osakest loetakse nanomõõtmes olevaks, kui kõik ta mõõtmed on väiksemad kui 10-6m (üks mikromeeter (m), üks miljondik meetrit, üks tuhandik millimeetrit, tuhat nanomeetrit (nm)) ja kui vähemalt üks mõõdetest on alla 10-7m (üks kümnendik mikromeetrit, sada nanomeetrit). Üks nanomeeter (10-9 m) on üks triljondik meetrit, üks miljondik millimeetrit ja üks tuhandik mikromeetrit; nano tähendab kreeka keeles ”üheksa”. Juuksekarva läbimõõt on 80.000 nanomeetritm, ühes kuupnanomeetris (nm3) on umbes 125 aatomit, ühes nanoosakeses on 1000-10.000 aatomit. Ühes molekulis on keskmiselt 10 aatomit; molekule nanoosakeste hulka tavaliselt ei arvata.

Nagu eel mainitud, on olemas looduslike protsesside käigus tekkivaid nanoosakesi, ent nanotehnoloogia uurib siiski eesmärgipäraselt valmistatud nanoosakeste omadusi ning nende kasutusvõimalusi.

Nanomõõtmes osakesi valmistatakse kas suuremaid aineid peenemaks jahvatades, neid tuhaks põletades, kiirjahutamise (kondensatsiooni) teel või keemilise sünteesi teel üksikaatomeid ja molekule kokku liites. Eelistatakse viimast meetodit, sest selle tulemusena tekkivate nanoosakeste suurus ja omadused on paremini kontrollitavad. Selliselt võib valmistada erineva suuruse, kuju (kandilised, ümmargused, torujad, kiled) ja pinnaga nanoosakesi.

Nanotehnoloogia uurib nanomõõtmes osakeste omadusi ja nende kasutusvõimalusi, keskendutakse eeskätt eesmärgipärase inimtegevuse tagajärjel tekkinud väikesemõõdulistele osakestele, mitte looduses loomulikult esinevatele osakestele näiteks tolmus või vulkaanilises tuhas. Nagu ka muudes teadusharudes, on osa uurimisprobleemidest teoreetilisemad ja teised rakenduslikuma kallakuga.

Nanomõõtmes osakesed on teadlaste jaoks huvitavad sellepoolest, et nende keemilised ja füüsikalised omadused kipuvad erinema ühest küljest üksikaatomite omadustest, aga samas ka samatüüpi aatomitest koosnevate suuremamõõduliste asjade omadustest. Sedalaadi erinevuse põhjustab asjade välispinnal ja sisemuses olevate aatomite arvuline suhe: suurtel asjadel on välispinnal palju vähem aatomeid kui sisemuses, aga väikeste nanoosakeste ning torujate ja  kilejate nanostruktuuride puhul on hoopis just välispinnal sisepinnaga võrreldes rohkem aatomeid. Lisaks sellele on sageli on ka nanoosakeste Välispinna aatomite kõik elektronid ei ole teiste aatomite elektronidega elektronseoses, sellest tingituna ei ole  välispinna aatomid nii väga ”reaktiivsed”, moodustades hõlpsasti tugevalt teiste aatomitega seotud, ja rohkearvulised vabad elektronid saavad hõlpsasti moodustada uusi sidemeid väliskeskkonnas olevate osakestega. Seetõttu on nanoosakeste sulamistemperatuur madalam kui suurtel asjadel (osakesesiseseid sidemeid on lihtsam katkestada, oksüdatsidatsioon hapniku aatomitega toimub kiiremini), suurem on päiksekiirguse neeldumine ning erinevad nende külgetõmbejõud ja teised elektromagnetilised omadused.  Osa nanomaterjale (süsinikust torud, fullereen, grafeen – ühekihiline süsiniku”leht”, titaanium) on väga tugevad ja rebenemiskindlad, hea elektrijuhtivusega ja samas väikese tiheduse ja massiga (kerged). Nanomaterjalid, millega kaetakse ”mittemäärduvaid ning -märguvaid” riideid, on vetthülgavad ning katavad tekstiilikiude nii tihedalt, et veetilk nende vahele ei mahu ning riiet märjaks ei tee. Suure tõenäosusega veereb koos veetilgaga riidelt ka võimalik mustus ning riie püsib kauem puhtana.

Kui tahke nanomaterjaliga puutub kokku vedelik, siis on vastavalt kokkupuutuva vedeliku kaldenurgale osa  nanomaterjale mittemärguvad (hüdrofoobsed) või hoopis ülimärguvad (hüdrofiilsed). Vesi, mis mittemärguva materjaliga kokku puutub, muutub pindpinevusest tingituna tilgakujuliseks, haakub tugevamini nanoainel olevate (mustuse)osakestega kui nanomaterjali endaga ja veetilgad veerevad koos mustuseosakestega minema. Ülimärguvuse korral haakub aga vesi tihedalt nanomaterjaliga, moodustades selle pinnal ühtlase õhukese läbipaistva veekihi, mis on sageli eelistatum niiskusest halva nähtavusega uduseks tõmbumisele

Nanoainete Mitmete nanomaterjalide ”isepuhastuvate” omaduste tõttu leiavad nad praktilist kasutamist kattematerjalides (hoonete välispind, tualettpotid, riided) ; oma väiksuse ja välisosakestega haakuvuse tõttu kasutakse nanosoakesi ”kulleritena” näiteks vähiravimites ja vitamiinidega rikastatud toiduõlides või väikeste pragude täitmiseks hambapastas ja näokreemides. Päiksekiirguse suure neelduvuse tõttu kasutatakse nanoaineid nanoosakesi päikesepatareides ja päikesekreemis kaitseks ultraviolettkiirguse eest. Ülitugevaid nanomaterjale kasutatakse spordivarustuses (jalgrattaraamid, tennisereketid, mägironimiskirkad), mikroelektroonikas ja muudes rakendustes, kus materjali kaal oluline on, sealhulgas ka planeeritavas, hetkel veel utoopilisena tunduvas kosmoseliftis. Nanosuuruses hõbe on tänu oma bakteritsiidsetele omadustele juba laialdaselt kasutuses nii haavaravivahendites, sokkides ja isegi aluspesus!

Kuigi nanomõõtmes osakeste kasutamist näiteks värvimuldades vitraaz-klaasides on teada juba antiikajast, peetakse kaasaegse nanotehnoloogia rajajaks Richard Feynmani, kes 1959.a. Kalifornia Tehnikaülikoolis töötades esimesena rääkis sellest, kuidaset teaduse arenedes õpivad inimesed valmistama üha väiksemaid ja väiksemaid masinaid ja liigutama üha väiksemaid ja väiksemaid aineosakesi, mis töötlevad  üha väiksemaid ja väiksemaid aineosakesi, kuni üksikaatomite liitmiseni välja. Kuigi sel ajal tundus see utoopilise mõttena, on paljuski nii läinud.

Nii on paljuski ka läinud. Kuna aga nanotehnoloogia on seega siiski veel suhteliselt uus teadusharu, ei ole praeguseks kõik nanoosakeste toimemehhanismid omadused veel hästi teada ning nanoosakeste uurija süda ei ole rahulik. Paljude kasulike omaduste kõrval võib neil olla ka kahjulikke mõjusid Vlla ka kah nanode soovimatuteks kõrvalmmjudeks võivad olla nad ols interaktsioonid bioloogiliste süsteemidega ja seega, ka m bioloo. S, ageli tuuakse analooge nanosuuruses torujate struktuuride ning asbesti mõjude vahel. Teatavasti sobib viimane küll hästi nagu näiteks asbestil, mis sobib küll hästi ehitusmaterjalides kasutamiseks, aga mille selle üliväikesed osakesed võivad hingamisteedesse sattudes rakke kahjustada ning vähkkasvajaid tekitavdaad. Esimene raport nanoosakeste reaalsest ohust inimese tervisele ilmus 2009. aastal, kui raporteeriti mitme hiina töölise surmajutumist tingituna arvatavasti nende kokkupuutest nanoosakestega tootmisprotsessis. Angela Ivaski enda uurimistöö keskendubki nanomõõtmetes osakeste mõjule elusrakkudele inimkeskkonnale, eriti nanoosakeste võimalikele toksikoloogilistele mürgistele ja inimtervist kahjustavatele aspektidele.
Nanotehnoloogiaga – nii uute võimalike materjalide leiutamisega kui ka nende ohutuse või ohtlikkuse uurimisega, tegeldakse ka Eestis. Uusi materjale valmistatakse ja uuritakse nii Nanotehnoloogiate Arenduskeskuses Tartus kui Tallinna Tehnikaülikoolis, nanode ohutust kontrollitakse Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis. Panustatud on ka uude, Baltimaade suurimasse nanotehnoloogiate tootearenduskeskusse.Tulevikus saab ta oma uurimistööd jätkata ka Tartusse ehitatavas, Baltimaade suurimas nanokeskuses.

Teadlaste igapäevatööd kirjeldades rääkis Angela teaduse finantseerimisest ja uurimistulemuste publitseerimisest ning tõi huvitava võrdluse teadusetegemise ja orienteerumisspordi vahel: mõlemal juhul on osalejatele teada lõppeesmärk (leida vastus teatavale konkreetsele probleemile), aga teid selleni on mitmeid, alati pole teada, kas valitud tee on parim võimalikest või kui kaugel üldse lõppeesmärgist veel ollakse, vahel võib ka päris ära eksida ja ringiratast käies samasse punkti tagasi jõuda, kus kord juba oldud.
Angela rääkis ka oma rohkem kui kümne-aastasest teadustöökogemusest ning tõi võrdluse teadustöö ja orienteerumisspordi, tema teise lemmiktegevuse, vahel. Mõlemal juhul on osalejatele lõppeesmärk teada, ent teid selleni on mitmeid ja alati pole valitud tee sirgeim või otstarbekaim võimalikest. Alati on ka võimalus teel eksida ning ringiratast käies samasse punkti, kus juba kord oldud, tagasi jõuda. Peab tunnistama, et nii lõpevad ka kahjuks mitmed teadusuuringud. Alati jääb aga võimalus proovida õnne uuel maastikul.

Peale sisutihedat ettekannet oli soovijail võimalik mõtteid vahetada lõunalauas ja nautida Eesti Köögi tublide naiste poolt valmistatud eestipärast toitu.

Tekst Lumme Erilt. Foto Reet Rand.

Leave a Reply