Miltä kuulostaa sukat, jotka eivät rupea haisemaan, tai leikkuulauta, johon ei tartu bakteereja? Näistä keksinnöistä voimme kiittää valmistustapaa, jossa käytetään hyväksi aineen ominaisuuksia sen ollessa hyvin pienessä koossa, nanokoossa. Puhutaan ns. nanohiukkasista. Nanohiukkasen halkaisija on alle 100 nanometriä, ja yksi nanometri on millimetrin miljoonasosa. Nanometrin kokoisen hiukkasen suhde 10 sentin kolikkoon on sama kuin 10 sentin kolikon suhde maapallon halkaisijaan. Yhteen soluun menee helposti miljoona nanohiukkasta!
"Nanoteknologia ei ole mikään yhtenäinen valmistusmenetelmä, vaan nanoteknologioilla tarkoitetaan kaikkea sitä tutkimusta ja teollisuutta, joka puuhastelee nanokokoisten asioiden parissa – lopputuloksena saattaa olla niin parempia lääkkeitä, tekstiilejä kuin kodinkoneitakin", kertoo tutkijatiimin päällikkö Kai Savolainen Työterveyslaitoksesta.
Vaikka emme kuluttajina ole todennäköisesti koskaan kuulletkaan nanoteknologiasta, olemme hyvinkin saattaneet käyttää nanomanipuloituja tuotteita. Tällä hetkellä maailman markkinoilla on noin 600 tuotetta, jotka hyödyntävät nanohiukkasia. Nanoteknologioihin perustuvien tuotteiden liikevaihto maailmassa on noin 100 miljardia euroa vuodessa. Vuonna 2014 se on teollisuuden ennusteen mukaan noin 2,5 biljoonaa euroa.
Puhdasta juomavettä ja muita mullistuksia
Nanoteollisuuden perusta löytyy havainnosta, että aineilla saattaa nanokoossa olla yllättäviä ja hyödyllisiä ominaisuuksia. Esimerkiksi kultasormus sulaa 1200 asteessa eikä reagoi ympäristönsä kanssa. Sen sijaan yhden nanometrin kokoinen kullan nanohiukkanen on väriltään sinistä, sulaa 200 asteessa ja reagoi ympäristönsä kanssa.
"Toinen keskeinen seikka on se, että nanokokoon tultaessa kappaleen pinta-ala muuttuu radikaalisti. Kultasormuksella on hyvin vähän pinta-alaa, mutta jos minulla olisi sama määrä kultaa nanohiukkasina vieri vieressä, olisi niillä miljardeja kertoja enemmän pinta-alaa. Nanohiukkaset ovat niin pieniä, että käytännössä ne ovat pelkkää pintaa", Savolainen selittää.
Kun käytettävänä on enemmän pinta-alaa, mahtuu samaan kokoon enemmän sisältöä. Tähän periaatteeseen perustuvat mm. tietokoneiden muistilevyjen kapasiteetin kasvu, kännyköiden kehitys ja monenlaisten kodinkoneiden kehittely. Toinen tärkeä nanoteknologian suoma etu on merkittävät materiaalisäästöt. Tarkoilla menetelmillä on esimerkiksi helppo tehdä muovikelmusta, johon jauheliha kaupoissa pakataan, paljon ohuempi kuin aikaisemmin.
"Materiaalien pintoja voidaan päällystää jopa yhden atomin paksuisella ainekerroksella. Esimerkiksi mikrobeja tuhoavilla hopeananohiukkasilla on käsitelty leikkuulaudan pintoja ja sukkia, jotta vältyttäisiin bakteereilta ja sukkahajulta."
Myös pehmoleluja, vaatteita, lentotyynyjä ym. tekstiilejä on nanopinnoitettu, jotta niihin ei tarttuisi lika. Onpa nanopinta mahdollistanut myös itsekorjautuvat automaalit ja täydellisesti vettä hylkivän kankaan, johon ei jää edes kosteutta kahden kuukauden liottamisen jälkeen. Putkitekniikalle nanopinnoitus tarjoaa tulevaisuudessa huimia mahdollisuuksia.
"Putken sisäpuolen nanopinnoitus voisi tuhota esimerkiksi juomavedestä epäpuhtaudet tai estää materiaa, esim. lietettä tai hometta, tarttumasta putken tai ilmanvaihtohormin sisäpintaan," Savolainen kertoo.
Nanoteknologioilla parannetaan myös tuotteen kestävyyttä. Tällä hetkellä tärkein nanoaine, hiilestä teollisesti tuotetut hiilinanoputket, ovat vetolujuudeltaan ja sähköjohtavuudeltaan ylivertaisia. Niitä voi tavata niinkin arkipäiväisissä yhteyksissä kuin kengissä, jääkiekkomailoissa tai betonin lujikkeena. Paitsi kestävämpää, hiilinanoputkilla saadaan tehtyä myös entistä kevyempää.
Lääketeollisuudessa näkymät ovat huikeat. Puhutaan ns. nanoroboteista, jotka voidaan kohdistaa kulkemaan elimistössä juuri tiettyyn soluun. Nanokapselin avulla esimerkiksi syöpälääke voitaisiin pistää vaikuttamaan syöpäsoluun eikä nykyiseen tapaan koko ruumiiseen. Tällöin vältyttäisiin sivuvaikutuksilta ja voitaisiin tiputtaa potilaaseen lääkettä vain murto-osa nykyisestä annoksesta.
"Tulevaisuudessa varmasti syntyy myös nanolääkkeitä neurologisten sairauksien hoitamiseen, ja voisin myös kuvitella, että nanolääkkeellä liuotettaisiin plakkia verisuonista."
Yksi prosentti rahoista haittojen tutkimukseen
Kun nanotuotteet ja -hiukkaset tunkeutuvat koko ajan elämäämme enemmän, on myös niiden terveys- ja ympäristövaikutukset huomioitava. On selvää, että kun nanokoossa aineen pinta-ala kasvaa, myös sen kyky reagoida biologisen materiaalin kanssa kasvaa. Tutkijoiden mukaan vaikutuksista tiedetään kuitenkin hyvin vähän.
Ihmiskehoon nanohiukkaset kulkeutuvat käytännössä nielemällä tai hengittämällä. Hiukkaset imeytyvät verenkiertoon, josta ne voivat kulkeutua minne tahansa elimistössä. Kauhuskenaario on se, että teemme ns. "asbestit". Eli koska emme tiedosta terveysvaikutuksia, huomaamme ne tilastopiikkinä vasta vuosikymmenten päästä.
"Joitain vakavia terveysriskejä näyttää olevan olemassa. Esimerkiksi hiilinanoputket aiheuttavat hengitettynä aggressiivista keuhkotulehdusta, ja eläimen vatsaontelossa ne aiheuttavat mesoteliooma-kasvainta paljon tehokkaammin kuin asbesti", Savolainen selittää.
Ongelma on se, että nanotutkimuksen tekeminen on erittäin kallista, eikä altistumistutkimuksia ole tehty kuin muutamalla eri nanohiukkastyypillä. Kyse on myös tutkimuspolitiikasta: nanoteknologiaan käytettävistä tutkimusresursseista vain yksi prosentti käytetään haittojen tutkimukseen.
Tutkijoiden käsityksen mukaan suurin osa nanohiukkasista on kuitenkin vaarattomia. Hiukkasista tuskin on vaaraa ainakaan kuluttajille, mutta työntekijöitä, jotka altistuvat nanomateriaaleille valmistus- tai romutusvaiheessa, on miljoonia. Ja määrä kasvaa nopeasti. Nykyinen lainsäädäntö ei edellytä ilmoittamaan, onko tuotteessa käytetty nanokokoista ainetta.
"Kun kuitenkin tiedetään, kuinka paljon aineet muuttuvat nanokoossa, voidaan sanoa, että lainsäädäntö on tässä selvästi jäljessä. Työntekijöiden lisäksi on nyky-yhteiskunnassa myös kuluttajilla oikeus tietää tällaisista asioista, ainakin elintarvikkeiden kohdalla. Mutta toki päättäjät ja viranomaiset voivat laatia rajoituksia ja ohjeita vasta sitten, kun nanohiukkasista on enemmän tietoa. Nythän nanoasiat ovat päättäjille joko hyvin vieraita tai täysin tuntemattomia."
Lisätietoa aiheesta:
Suomalaisen nanoteknologiaosaamisen tietopankki
Jyväskylän yliopiston nanotutkimuskeskus
Euroopan komission nanoteknologiasivusto
Micronova-tutkimuskeskus (TKK&VTT)