Nanotechnologie dneška

–

koloidní stříbro

RNDr. Libor Kvítek, CSc., Katedra fyzikální chemie

Přírodovědecká Fakulta Univerzity Palackého v Olomouci

Nanotechnologie stále častěji pronikají svými produkty do běžného života. Nejde v tomto případě o prostou úsporu materiálu a energie na výrobu příslušných produktů, ale hlavním důvodem jejich rozšiřujícího se uplatnění jsou unikátní vlastnosti hmoty rozptýlené do částeček o velikosti jednotek až desítek nanometrů. S jejich pomocí lze konstruovat nejen nové elektronické součástky či subminiaturní stroje, ale lze realizovat procesy, neuskutečnitelné jinými prostředky. Nanočástice vynikají díky svému vnějšímu i vnitřnímu uspořádání odlišnému od makroskopického uspořádání hmoty unikátními vlastnostmi adsorpčními, katalytickými, optickými i biologickými.

Typickým příkladem nanotechnologií dneška je příprava a využití koloidních (nanočástic) stříbra. Stříbro bylo již odedávna aplikačně známé svými optickými vlastnostmi (barvení skla a keramiky) i biologickými účinky (jeho baktericidní účinky využívali již staří Římané). Prakticky jedna z prvních nanotechnologií nového věku vědecko technické revoluce byla fotografie založená na fotocitlivosti halogenidů stříbra, kdy po částečné fotolýze těchto halogenidů při expozici (za vzniku nanočástic stříbra) vznikal fotografický obraz díky chemickému zesílení – redukci stříbrných iontů za vzniku viditelných částic stříbra. Nanočástice stříbra ukázaly své ohromné katalytické účinky i v další oblasti, kdy na počátku 70. let 20. stol. bylo objeveno zesílení signálu v Ramanově spektroskopii dané přítomností nanočástic stříbra ve studované soustavě. Tento povrchem zesílený Ramanův rozptyl přinesl citlivou spektroskopickou techniku, umožňující v současnosti studium jediné molekuly adsorbované na nanočástici stříbra.

Nanočástice stříbra (podobně jako nanočástice dalších kovů) vynikají i zajímavými optickými vlastnostmi. Jejich soly (disperze pevných částic v kapalině) jsou intenzivně zabarveny díky existenci jevu nazývaného jako povrchový plasmon. Zjednodušeně lze tento jev vysvětlit interakcí vodivostních elektronů kovu, které mají v tak malé částici jen určité povolené hladiny energie, souměřitelné s energií světelného fotonu, s dopadajícím elektromagnetickým zářením. Při dopadu světla na takovou soustavu dochází k silné adsorpci světelné energie ve chvíli, kdy je kmitočet záření v rezonanci s pohyby vodivostních elektronů (ty produkují elektromagnetické pole o stejné frekvenci). Výsledkem je pak známé intenzivní zabarvení koloidů kovů – např. rubínově červené zabarvení koloidů zlata či oranžově žluté zabarvení koloidů stříbra.

Aktuálním tématem současného lidstva je boj s bakteriemi a viry. Tyto nejjednodušší organismy jsou velmi přizpůsobivé a za přibližně 50 let používání antibiotik jsou již mnohé bakteriální kmeny vůči mnoha antibiotikům rezistentní. Ovšem proti baktericidním účinkům nanočástic stříbra jsou bezmocné. A zde je k dispozici široké pole výzkumu specifičnosti baktericidních případně i antivirotických účinků nanočástic stříbra, protože bopj s těmito nejmenšími nepřáteli člověka nikdy neskončí.

No a jak připravujeme a studujeme nanočástice stříbra na pracovišti Katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého? K přípravě používáme nejrozšířenější metodiku založenou na chemické redukci rozpustné stříbrné soli. Studujeme vliv jak redukční látky (např. kyselina askorbová, redukující cukry, hydrazin, hydroxylamin apod.), tak i prostředí (např. látky tvořící komplexní sloučeniny se stříbrnými ionty, povrchově aktivní látky či makromolekulární látky) na velikost, tvar a polydisperzitu vznikajících nanočástic stříbra. Protože tyto částice nejsou pozorovatelné běžnými optickými metodami, využíváme při jejich studiu hlavně metody elektronové mikroskopie, mikroskopie atomárních sil (AFM) a metody studující rozptyl světla na těchto částicích. Úspěšně jsme zvládli řízenou přípravu nanočástic stříbra o velikostech 20 – 500 nm, což je ve srovnání s jinými pracovišti ve světě, zabývajícími se touto problematikou velký úspěch.

Další informace na webu fch.upol.cz