Obor: Bezpečnostní a strategická studia

3Úvod do nanotechnologií

Stěžejní pojem této práce – nanotechnologie je v podstatě rozpínající se subsumací mnoha rozličných disciplín⁴ a v nich používaných procesů a postupů. Drexler a Pamlin (2013: 6), po mém soudu příhodně, přirovnávají její charakter spíše k širokým, co do výstupů nesourodým odvětvím, jako je zpracovávání kovu nebo užívání ohně. Nemožnost koherentního uchopení této disciplíny tudíž nezbytně evokuje otázky, zda je vůbec na místě k dané tématice přistupovat ve smyslu jednotné kategorie (Tahan 2006).

V tomto kontextu není s podivem, že vymezení dotyčné skupiny a dalších základních termínů nepodléhá universálnímu konsensu, ale existuje větší množství pojetí. Vzhledem k lokálnímu dosahu je možno pominout individuální přístupy jednotlivých států nebo vědeckých těles. Vlastními definicemi disponuje i řada významnějších subjektů, namátkou je možno uvést Evropskou unii, Mezinárodní organizaci pro normalizaci a Národní nanotechnologickou iniciativu USA (National Nanotechnology Initiative, dále NNI), jejíž definice budou, nebude-li uvedeno jinak, v této práci vzhledem k původu dostupných dat používány.

Obecně lze na nanotechnologii pohlížet jako na pokračování trendu miniaturizace, jenž zahrnuje konstrukční proces maximální možné komplexity, který umožňuje vlastnosti hmoty v mnohem větší míře designovat, než jich pouze pasivně využívat, jak je běžné podobě konvenčních „makro“ rozměrů. Názvosloví je odvozeno od předpony „nano“ používané v mezinárodní metrické soustavě, pro označení 1 biliontinu (10^-9) základní jednotky (v tomto případě metru). S pomocí nanotechnologií je možno dosáhnout kontroly základních fyzikálních a chemických vlastností do podob, které jsou u materiálů z hlediska běžné empirické zkušenosti kontraintuitivní, aniž by docházelo ke změnám původního chemického složení (Minoli 2009:1, National nanotechnology iniciative 2013a). Zmíněné vlastnosti, zakládající se na velikostním přiblížení struktur k rozměrům atomů, které spadají do specifické oblasti kvantové fyziky, jsou do větší podrobnosti rozvedeny v příloze č. 1.

Nanotechnologie, je s platností na území Spojených států amerických ⁵ definována jako: „(…) pochopení a kontrola hmoty v rozměrech přibližně mezi 1 a 100 nanometry, kde unikátní jevy umožňují neobvyklá využití, která nejsou realizovatelná při práci s materiálem na úrovni běžné velikosti, ani ve formě jednotlivých atomů nebo molekul.“ (National nanotechnology iniciative 2013b). Uvedená definice splňuje podstatnou zásadu, kterou je explicitní důraz na slovo „kontrola“, což znamená odlišení nanotechnologií od běžné chemie, ve které se jedná o procesy v podstatě nekontrolovatelné a náhodné (Ramsden 2009: 10-11).

Dalším klíčovým termínem jsou nanomateriály, což jsou „materiály v nanorozměrech (1-100 nm) nebo materiály se strukturami těchto velikostí uvnitř či na povrchu. Mohou obsahovat uměle vyprodukované nanoobjekty, jako nanočástice, nanotrubice a nanodesky a přírodně vznikající nanočástice, zahrnující například sopečný popel, mořskou vodní tříšť a kouř.“

V definnici uvedený pojem nanočástice, označuje subskupinu nanomateriálů, zahrnující veškeré formy hmoty, které mají jednu nebo více dimenzí v nanorozměrech. Nanočástice je možné členit podle počtu dimenzí, kterými nanorozměr přesahují na 0 dimenzionální (např. porézní leptané nanomateriály, nanopěny, kvantové tečky) 1 dimenzionální (nanovlákna, nanotyče, nanotrubice, nanopásky) a 2 dimenzionální (tenké vrstvy/nanofilmy, deskovité povlaky, kvantové jámy), (Hošek 2011: 57, Williams 2007: 40).

Ačkoliv se lze setkat i s alternativním pojetím rozměrového vymezení nanotechnologií, tato práce se bude pokud možno držet standardního, konstruktu přibližného rozsahu 1 – 100 nm, usnadňující určení, zda ta či ona technologie spadá do autorem určeného záměru. Třebaže nejde o rozmezí ideální, přece jen je, jak uvádí Evropská komise (2013), tato arbitrární velikost v převážné míře s působením jevů, spojených s revolučními vlastnostmi materiálů asociovatelná.

Z čistě  pracovního hlediska je tato hranice rovněž směrodatná díky kompatibilitě s přístupem NNI, který determinuje vnímání majoritní skupiny producentů dat, jenž jsou v práci analyzována a kategorizována. Třebaže v informačních materiálech mnohdy nejsou přesné rozměrové propriety uvedeny, logicky lze usuzovat, že je pojem nanotechnologie s v daném vývojovém prostředí obsahově koherentní.

Nanorozměry a procesy jenž se v nich odehrávají, také stojí v pozadí funkčnosti všech biologických systémů, které řadou svých unikátních vlastností poskytují ukázku možností, kterých lze pomocí nanotechnologií teoreticky dosáhnout. S tímto faktem koresponduje pojetí základního rozčlenění nanotechnologií na tzv. „mokrou“ (wet) a „suchou“ (dry). „Mokrá“ nanotechnologie zahrnuje do předmětu svého zkoumání definici poplatné biologické prvky zodpovědné za přenosy látek, informací a transformace energie jako membrány, proteiny, enzymy, molekuly DNA a další buněčné komponenty, jež, jak název naznačuje, fungují v prostředí, založeném na interakci s kapalinami (Minoli 2006: 88). Tato kategorie se do vysoké míry překrývá s oborem, známým pod názvem syntetická biologie.

„Suchá“ nanotechnologie, jež je chápána jako tradičnější forma, se zaměřuje na anorganické částice a struktury (uhlík, křemík, atp.), často s cílem v odlišném prostředí pomocí jiného druhu mechanismů napodobovat funkčnost prvků, vyskytující se v živých organismech (Minoli 2006: 88). Tato rozsáhlá kategorie nanotechnologií, pracující s biologickou oblastí jako vzorem pro nápodobu, je označována jako biomimetika.

V neposlední řadě se fakticky mezi nanotechnologie řadí i veškeré jejich simulované chování, prováděné modelací souvisejících jevů s využitím výpočetní techniky a řada výrobních postupů, které úlohy nanorozměru prakticky využívají.

Tabulka - Příklady rozměrů objektů v nanometrech

Objekt	velikost v nanometrech (typický rozsah v rámci kategorie)
atom	0.1- 0.3
molekula vody	0.3
virus	60 - 100
DNA	2.5 (šířka)
buněčná stěna	5 – 9
bakterie	250 – 1000
spory	1000 – 8000
červená krvinka	6000 – 8000
lidský vlas	60000 – 100000

Zdroje: Tahan 2006, Implications of emerging micro- and nanotechnologies 2002: 25