Nanoteknologia

Nanoteknologia  tai nanotekniikka on tekniikka, jolla valmistetaan nanometrin mittakaavassa rakenteita siten, että muodostunut uusi rakenne tuottaa jonkun uuden suunnitellun ominaisuuden tai toiminnon. Yksi nanometri on vain miljoonasosa millimetristä. Atomin koko on noin 0,1 nm. Termiä nanoteknologia käytti ensimmäisenä  K. Eric Drexler vuonna 1986 kirjassaan "Engines of creation: the coming era of nanotechnology".

Taustaa ja historiaa 

Fyysikko Richard Feynman visioi vuonna 1959 luonnossaan mahdollisuudesta rakentaa molekyyleja "mekaanisesti" tuomalla atomit hallitusti toistensa luo ja valmistaa siten uusia aineita. Eric Drexler tarttui asiaan 1970-luvun lopulla ja kehitti ajatuksia molekyylikokoisista koneista, jotka halvoista raaka-aineista kokoaisivat suunniteltuja aineita. Hänen ensimmäinen kirjansa vuonna 1986 sai innostuneen vastaanoton ja toi nanotekniikan julkisuuteen. Drexlerin toinen kirja, "Nanosystems, molecular machinery, manufacturing and computation", perustui hänen väitöskirjaansa. Nanokokoiset koneet ajatuksena vaikuttavat utopistisilta, mutta luonnosta tunnetaan samankaltaisia prosesseja kuten ribosomi, joka rakentaa proteiineja amonihapoista DNA:n tietojen pohjalta. Nanotekniikkaan alettiin panostamaan 2000-luvun alussa. Samalla alkuperäinen ajatus molekyylien rakentamistekniikasta laajeni nanokokoisiin rakenteisiin, joista oli saatavissa nopeammin taloudellista hyötyä. Alkuperäisestä nanotekniikasta alettiin tieteellisen väittelyn jälkeen käyttämään nimitystä  molekulaarinen nanoteknologia.

2010-luvulla nanotekniikassa edistysaskeleita ovat olleet CRISPR-cas9, jolla pystytään muokkaamaan vapaasti DNA-molekyylejä sekä atomikerroskasvatuksen (ALD ) yleistyminen mikroelektroniikan valmistuksessa. Mikroprosessorien viivanleveyden kaventuessa transistorin kalvorakenteiden yksittäisten kalvojen paksuus jää kymmeniin nanometreihin, jolloin hidas kalvonkasvatus atomikerros kerrallaan on tullut taloudellisesti kannattavaksi ja tekniikka on leviämässä nopeasti.

Sovelluksia 

Nykyisin elektroniikassa hyödynnetään molekyylitason teknologiaa laajasti. Elektroniikassa esimerkiksi tietokoneiden kiintolevyjen lukupäissä ja tietokonesiruissa on nykyään useita osia, joiden toiminta perustuu nanoteknologiaan. Autojen uusien katalysaattoreiden toiminta perustuu jalometalli (Pt/Pd/Rh)-nanohiukkasiin, joilla on voimakas katalyyttinen aktiivisuus. Myös aineiden mikroskooppisia mekaanisia ominaisuuksia voi parantaa nanohiukkasilla; markkinoilla on jo esimerkiksi parempia tennismailoja sekä vaikeasti naarmuuntuvia maalipintoja. Nykyisin onkin jo mahdollista yksittäisiä atomeita liikuttelemalla luoda muutamien atomien kokoisia kirjaimia.

Nanoteknologian yksi mahdollinen tulevaisuuden sovellusalue on nanorobottien valmistaminen. Nanorobotit, nanobotit tai kansanomaisemmin naniitit ovat nanokokoluokkaa olevia itsenäisiä koneita, jotka teoriassa pystyisivät esimerkiksi kulkemaan ihmisten verisuonissa ja elimistössä korjaten nykylääketieteelle mahdottomia vaurioita solutasolla. Toinen naniittien sovellusalue olisi atomitason rakennustyö. Kokoojat pystyisivät valmistamaan mitä tahansa kuviteltavissa olevaa aineesta koostuvaa, jos niillä olisi käytössään tarvittavat raaka-aineet. On kuitenkin erittäin kyseenalaista, tuleeko tämä ikinä toteutumaan: on useita periaatteellisia syitä, miksi ainakaan normaaliin metalliteknologiaan perustuvaa robottiteknologiaa ei pystytä miniatyrisoimaan atomitasolle asti.

Nanotekniikan haittoja 

Yksi kehittyneeseen nanoteknologiaan liittyvä pelko on se, että nanobotit pääsevät vapaaksi ja replikoituvat loputtomasti, ”syövät” koko maapallon ekosysteemin (globaali ekofagia) ja muuttavat maapallon lopulta ”harmaaksi mönjäksi” (grey goo). Tämä pelko on kuitenkin melko aiheeton, kuten K. Eric Drexler ja Chris Phoenix osoittavat julkaisussaan Safe Exponential Manufacturing.  

Suuremmat pitkän aikavälin riskit liittyvätkin tietoisesti valmistettuun tuhoisaan nanoteknologiaan. Nykyisistä riskeistä suurimmaksi katsotaan nanopartikkelien mahdollinen myrkyllisyys niiden joutuessa ihmisen hengityselimiin ja muualle kehoon. Suomessa nanomateriaalien turvallisuutta tutkitaan mm. Työterveyslaitoksen Nanoturvallisuuskeskuksessa.

Ympäristöpolitiikan professori Janne Hukkisen mukaan tulee viemään vuosia, ennen kuin meillä on toksikologista tietoa nanoteknologiasta sen käytön riskien arviointiin.

Katso myös 
 Nanotiede
 Nano
 Nanoputki
 Pikoteknologia
 Älypöly
 Ohutkalvon kasvatus
 IMEC
 Nanoturvallisuuskeskus

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Nanoteknologia tulee – oletko valmis?(laaja katsaus nanoteknologiaan ja -katalyysiin) Timo-Olavi Jalkanen, Teollisuus Nyt -lehti.
 Foresight Institute 
 Center for Responsible Nanotechnology 
 Nanotechnology Now

Nanoturvallisuustutkimus Suomen mediassa 
 Kemia-lehti 2008
 Tietysti.fi 2007
 Palkkatyöläinen 2008
 Palkkatyöläinen 2010
 Ylioppilaslehti 2011
 K-kauppiasliitto 2008
 Iltalehti 2011
 YLE 2010
 YLE 2011 

Seulonnan keskeiset artikkelit