Nanohiukkasista

Nanohiukkasista tarkoitetaan pieniä hiukkasia, joiden suurin ulkoinen mitta on tyypillisesti 1–100 nanometriä. Niiden ominaisuudet voivat poiketa merkitsevästi suuremmista vastineistaan johtuen suuresta pinta-ala–tilavuussuhteesta sekä mahdollisista kvantti- ja elektronisista vaikutuksista. Määritelmä vaihtelee tutkimus- ja sovellusalueittain, mutta 1–100 nm on yleinen rajaus.

Syntetointi jakautuu kahteen päätyyppiin: top-down ja bottom-up. Top-down -lähestymistavoissa suurta kappaletta pilkotaan pienemmiksi hiukkasiksi esimerkiksi mekaanisesti tai kemiallisesti. Bottom-up -menetelmät rakentavat hiukkasia pienemmistä molekyyleistä tai esikappaleista kemiallisilla reaktioilla, hajotuksilla tai itseorganisoitumisella. Yleisimmät materiaalit ovat metallit (esim. kulta ja hopea), metalliyhdisteet (titanidioksidi TiO2, sinkkidioksidi ZnO), hiili- ja orgaaniset hiukkaset sekä lipid- ja polymeeripohjaiset hiukkaset. Koon, muodon ja pintakäsittelyn hallinta vaikuttavat esimerkiksi optisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin sekä biologiseen yhteensopivuuteen.

Sovelluksia on monilla aloilla. Lääketieteessä nanopartikkeleita tutkitaan kohdennetun lääkeaineiden toimituksen, kuvantamisen ja terapeuttisten menetelmien kehittämisessä. Elektroniikassa ja fotoniikassa niillä on rooli sensoriteknologioissa, valonlähteissä ja muissa nanostruktuureissa. Katalyysissa ne voivat kiihdyttää reaktioita, energiantuotannossa ja varastoinnissa niiden ominaisuudet voivat parantaa suorituskykyä, kuten polttoaine- ja aurinkokennojen tehokkuutta. Lisäksi niillä on käyttökohteita pintakäsittelyissä ja ympäris- törisä sensorijärjestelmissä.

Turvallisuus ja sääntely ovat keskeisiä keskustelunaiheita. Nanohiukkasista voi aiheutua terveys- ja ympäristövaikutuksia riippuen koostumuksesta, koosta ja altistumisesta. Tutkimuksessa painotetaan elinkaariarviointeja, riskinarviointia sekä asianmukaista käyttöönottoa ja hallintaa. Mitoitusta ja karakterisointia varten käytetään esimerkiksi elektronimikroskopiaa (TEM/SEM), dynamiikka-lähi- hajontaa (DLS), zeta-potentiaalia sekä UV-Vis-spektroskopiaa. Standardit ja säädökset kehittyvät jatkuvasti eri maissa.