Eilse nanotehnoloogia teemalise „Uudishimu tippkeskuse“ jätkuks käis ERR Novaator Tallinna tehnikaülikoolis vestlemas professor Krummega ja vaatamas, mida huvitavat ja rakenduslikku nanotehnoloogias tehakse.

Võrdleme näiteks sõrmejämedust kaablit ja peenikest kõrvaklapijuhet. Kaabli painutamisel piisab vaid mõnest korrast murdmisest ning juhe puruneb. Kõrvaklapijuhet saab aga üsna paindlikult kerida ja muljuda, ilma et midagi erilist juhtuks.

Aga teeme nüüd selle kiu veel sada kord peenemaks, mis ühtlasi tähendab ka kergemaks. „Üks asi on tema kergus, teine asi on tema erilised omadused. Kuna need kiud on hästi peenikesed, siis nad muutuvad hästi painduvaks ja vastupidavaks,“ selgitab Krumme.

Professor Krumme laboris, mis kannab nime polümeeride ja tekstiilitehnoloogia labor, tegeletakse nanofiibrite ehk ultrapeenete kiudude tehnoloogiaga. Üks sellistest tehnoloogiatest on elektroketrus – lihtsamalt öeldes nähtamatu kiu ketramine.

Ketramas Eesti kosmosetehnoloogiat

Andres Krumme näitas nanokiu ketrustehnoloogiat, mis sõna otseses mõttes on plaanis saata kosmosesse. Tugineb nanokiududel, mis jäävad mõnekümne kuni -saja nanomeetri priidesse. Krumme töörühm kasutab tehnoloogiat, mida nimetatakse elektroketruseks. Liide elektro- viitab sõnas elektripingele ning ketrus viitab tegelikult üsna tavalisele ketramisele ehk kerimisele. Ketrus toimub kõrgepinge väljas.

Väikse süstla otsast pumbatakse silmale nähtamatu niidina välja polümeerilahust, mis kõrgepinge väljas keritakse pöörlevale trumlile. Kuna see polümeer sisaldab ohtralt süsinikku, siis näeb seda videos trumli peal musta kogumina. Üksikkiud ehk fiiber on aga silmale nähtamatu, kuna tema läbimõõt jääb nähtava valguse lainepikkusest väiksemaks ehk teda on selles valguses raske tuvastada.

Eelkirjeldatud tehnoloogia on oluline, kuna see valmib Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) projektina ehk ongi üks neist projektidest, kus eesti materjaliteadus on saanud kasu kosmoseriigiks olemisest. ESA-le töötatakse välja süsinikfiibrist superkondensaatori materjali.

Teeme savist kilet

Kosmosest Maa peale tagasi tulles tegelevad Eesti materjaliteadlased ka palju igapäevasemate teemadega. „Uudishimu tippkeskuses“ rääkis Tartu ülikooli optika ja spektroskoopia vanemteadur Sven Lange, kellega Andres Krumme teeb tihedat koostööd. Praegugi on neid kahasse juhendamisel kolm doktoranti. Samuti on neil kahel koostöö plastitootmisettevõtte Estiko Plastariga.

Need doktoritööd käsitlevad polümeermaterjalide, näiteks kilede, tõhustamise võimalusi nanotehnoloogia abil. Täpsemalt otsivad nad kilede õhuläbilaskvuse vähendamiseks lahendust savist. Savi on nanomaterjal, mis koosneb õhukeste alumiiniumist või ränioksiidi liistakutest, mis on mõne aatomi paksused. Tavaliselt on need liistakud omavahel kokku kleepunud.

Kuidas aga Estiko Plastar võiks savi nanoosakesi kasutada kile tootmisel? „Kui meile tundub plast, see kile selline tihke ja mitte eriti läbilaskev materjal, siis tegelikult, kui minna aatomite tasemele või nanomaailma, siis kile või plastid on suhteliselt hõre materjal,“ seletab Krumme.

Pildi saamiseks tasub ette kujutada köiepundart, millest hapniku aatomid võivad nagu hiired läbi joosta. Nanosavi liistakuid saaks aga segada selle plasti sisse, mis omakorda paneks „hiireaugud“ hapniku jaoks kinni. Teisisõnu teeks nanosavi selle plasti gaasikindlaks.

Nanopüüdjad antibiootikumidele

Nanoosakesed ja nanotehnoloogia tervikuna teeb eriliseks nende pind, täpsemalt asjaolu, et nende ultratillukeste osakeste pind on osakese suuruse kohta väga suur, teisisõnu nende eripind on väga suur. See tähendab, et ühe osakese pinnal saab toimuda suur hulk erinevaid keemilisi reaktsioone.

Eriti peenikeste osakeste püüdmiseks võiksid nanotehnoloogia materjalid, näiteks elektroketruse meetodil valmistatud filtrid, kinni püüda nii nano- kui makroosakesi meie reoveest.

Võtame näiteks antibiootikumresistentsuse probleemi, kus bakterid muutuvad vastupidavaks antibiootikumravile.

Praegu puuduvad head lahendused, kuidas takistada antibiootikumide levimist reoveega keskkonda, näiteks püüda antibiootikumimolekulide kinnipüüdmiseks haiglate või loomakasvatuste reoveest.

Nanofiltrid aga suudavad seda. „Me saame seda nanomaterjali keemiliselt modifitseerida just nii, et ta seoks keskkonnast keemilisi ühendeid, kaasa arvatud antibiootikume.“

Kuna nanokangas on ka suhteliselt tihe, suudaks see filter kinni pidada ka mikroplasti osakesed, mis on üha kasvav probleem kogu maakeral.

Ära hinga sisse nanoosakesi!

Nagu KBFI teadur Olesja Bondarenko tõi „Uudishimu tippkeskuses“ välja – nanoosakesed on ohtlikud ennekõike kui neid sisse hingata. Andres Krumme tõstab seda esile kui asja, mida iga inimene saab oma tegevusega teadlikult vältida.

Kuigi Olesja Bondarenko rääkis nanoosakeste sissehingamisest kosmeetikatoodete kasutamise kontekstis, siis Andres Krumme hoiatab inimesi plasttoodete ja nanoosakesi sisaldavate toodete ahju viskamise eest.

„Näiteks ma mängin ka sulgpalli reketiga, mis on tugevdatud süsiniknanotorudega. Nii kaua kuni ta püsib seal plastkomposiidi sees, on ta täiesti ohutu materjal,“ kirjeldab Krumme. Ohtlikuks muutuvad need nanoosakesed siis, kui see reket visata näiteks ahju, kus plastkomposiit sulab ümbert ära ning nanoosakesed satuvad korstna kaudu õhku.

Sama moodi satuvad nii plastijäägid kui muud peenosakesed õhku, kui inimesed põletavad ahjus pakendijäätmeid. „Lisaks peenosakestele tuleb seal ka väga erinev kokteil kantserogeenseid orgaanilisi ühendeid.“ Plast ja nanoosakesed on senikaua ohutud ja head, kuni nad püsivad ühes tükis ega lagune.