Rad Ruđerovki donosi nove spoznaje o nanomaterijalima

Sitni su, korisni i sveprisutni. Od senzora novih generacija do medicinskih alata  budućnosti, ugljikovi nanomaterijali krenuli su na put iz laboratorija u  stvarne tehnologije. Ali što se događa kad dospiju u rijeke i jezera? 

Novo istraživanje donosi odgovore na ovo pitanje i pomaže sigurnijem dizajnu tehnologija koje se baziraju na nanomaterijalima. Važnost rezultata potvrđuje i činjenica da je ovaj rad o nanomaterijalima uredništvo uvrstilo među 'vruće radove' časopisa Environmental Science: Nano te na naslovnici časopisa.

Multidisciplinarni istraživački tim, pod vodstvom znanstvenica s Instituta Ruđer Bošković (IRB), usporedio je dvije  važne vrste ugljikovih nanomaterijala i otkrio jasnu razliku u njihovom ponašanju.

Otkrili su da nanodijamanti u vodi uglavnom ostaju ravnomjerno  raspršeni, dok se ugljikove točke lakše udružuju u nakupine. Ta naizgled mala razlika  pokazuje kako se različite nanočestice različito kreću i talože u uvjetima  sličnim onima u rijekama. Dodatno, daje uporište za osmišljavanje sigurnijih, novih materijala i njihovih  aplikacija te jasnijih i stvarnim uvjetima prilagođenih sigurnosnih propisa za  njihovu primjenu.

Nanomaterijali na bazi ugljika danas imaju široku primjenu, od elektronike i energetike, preko zaštite okoliša, do medicine, no još uvijek ne znamo dovoljno što im se događa kad završe u prirodi.

Kad dospiju u vodu, susreću se sa solima i prirodnim tvarima poput ostataka biljaka i bjelančevina, a ti susreti odlučuju hoće li čestice ostati ravnomjerno raspoređene ili će se agregirati u nakupine, hoće li plutati ili potonuti, te koliko dugo će se zadržati u sustavu. Ugljikove točke i nanodijamanti srodni su ugljikovi nanomaterijali, no u vodama se ponašaju različito.

Ključni rezultati: 

• Nanodijamanti se u vodi “drže odvojeno”, a ugljikove točke se lakše udružuju.

Tim je pokazao da nanodijamanti uglavnom ostaju ravnomjerno raspršeni, dok se ugljikove točke često udružuju u nakupine.

• Sol i prirodne tvari ubrzavaju udruživanje e ugljikovih točaka.

Ugljikove točke sklonije su međusobnom “udruživanju” i stvaranju nakupina, osobito u slanijim uvjetima ili kad se na njih vežu prirodne tvari iz razgrađenog bilja i proteini. To znači da će se brže taložiti, kraće ostajati raspršene i ponašati se drugačije od nanodijamanata.

Što to znači za razvoj novih materijala i zaštitu prirode

„Razumijevanje ovih interakcija važno je ne samo za procjenu okolišnih rizika povezanih s nanomaterijalima, već i za njihov održivi razvoj te uspostavu sigurnosnih propisa za njihovu primjenu kako bi u budućnosti mogli osmisliti rješenja koja su učinkovitija i prijateljska prema okolišu,“  objašnjava dr. sc. Željka Fiket, voditeljica Laboratorija za anorgansku geokemiju okoliša i kemodinamiku nanočestica u Zavodu za istraživanje mora i okoliša IRB-a te dopisna autorica na radu.

Ako dizajnirate sustav za dostavu lijeka, trebaju vam čestice koje se neće agregirati prije nego što stignu na odredište. Ako sanirate zagađeno područje, želite čestice koje će  dovoljno dugo biti raspršene da imaju željeni učinak, a zatim se predvidljivo ponašati. Ako pišete pravila sigurnog korištenja, morate znati hoće li čestice ostati u vodenom stupcu, potonuti na riječno dno ili se vezati za prirodne tvari.

Ovo istraživanje nudi jasan vodič za sve te situacije, pomažući društvu da procijeni rizike, potakne zelenije primjene i postavi razumna ograničenja.

„U ovom istraživanju pokazali smo da se nanodijamanti ističu kao robusni i prilagodljivi, osobito kada su povezani s odgovarajućim prirodnim „omotačima“, dok ugljikove točke zahtijevaju dodatnu pažnju i inženjerska rješenja kako bi se izbjeglo njihovo agregiranje u vodama,“ objašnjava dr. sc. Maja Dutour Sikirić, voditeljica Laboratorija za biokoloide i površinsku kemiju te dopisna autorica na radu.