Nanopartikkelit

Nanopartikkelit ovat pienhiukkasia, joiden lineaarinen koko on tyypillisesti 1–100 nanometriä. Tämän kokoluokan rakenneosat voivat käyttäytyä eri tavalla kuin suuremmat aineet, johtuen suuresta pinta-ala/tilavuus-suhteesta sekä kvanttimekaanisista ilmiöistä.

Nanopartikkelit jaetaan usein metallisiin (kulta, hopea, platina), oksidi- (titaanidioksidi TiO2, sinkkidioksidi ZnO), hiili- sekä polymeerisiin muotoihin. Kvanttipisteet ovat puolijohde-nanopartikkeleita, jotka ilmentävät koon mukaan säädeltäviä optisia ominaisuuksia.

Valmistusmenetelmät jakautuvat bottom-up- ja top-down-lähestymistapoihin. Bottom-up -menetelmät rakentavat hiukkasia pienemmistä molekyyleistä tai ioneista kemiallisen reaktion tai sol-gel-prosessin avulla. Top-down-lähestymistavat rikovat suuria rakenteita osittain pienemmiksi hiukkasiksi, esimerkiksi hionnalla tai mekaanisella murskauksella.

Käyttökohteita ovat lääketiede (kohdennettu lääkeaineen toimitus ja kuvantaminen), energia ja ympäristö (katalyysi, valonhallinta sekä pilaantuneiden aineiden hallinta), sekä kuluttajatuotteet kuten UV-suojatut tuotteet ja pigmenttivärit.

Turvallisuus ja sääntely: Nanopartikkelit voivat käyttäytyä ympäristössä ja eläin- sekä kasviperäisissä järjestelmissä eri tavoin kuin suuremmat kappaleet. Toksisuus, biologinen vuorovaikutus ja ympäristövaikutukset riippuvat koosta, muodosta ja pinnan ominaisuuksista. EU:n REACH-lainsäädäntö sekä nanomateriaalien erityispiirteet ovat esimerkkejä sääntelyn kehityssuunnista. Riskinarviointi, elinkaariarviointi ja merkintävaatimukset ovat keskeisiä.

Mittaus ja karakterisointi tapahtuvat tekniikoilla kuten TEM, SEM, XRD sekä UV-vis-spektroskopia. Haasteita ovat yhteenliittyminen (agglomerointi), stabilointi, toistettavuus, skaalaus teolliseen tuotantoon sekä standardointien puute.