ナノテクノロジー

みなさんこんにちは

特殊水処理機『新ん泉』 AtoZの桜井です。

ナノテク(正確にはナノテクノロジー)が今大いに注目されています。

ナノテクノロジーは素材、IT、バイオなど広範な産業の基盤に関わるものであり、21世紀の最重要の技術と捉えられています。

そしてすでにその技術を応用した製品が出回り始めています。

今回は水にも関連するナノテクについてお伝えしましょう。

ナノテクは何なの?

ナノとは10億分の1を表す長さの単位です。

したがって1nm(ナノメートル)は1mの10億分の1の長さを表し、非常に小さい長さと大きさの世界です。

ナノテクノロジーとは、原子や分子の配列をナノスケール(10-9m)で自在に制御することにより、これまでの物質や材料とは異なった特性や望みの機能を発現する素材を実現し、産業に活かす技術のことです。

ナノテクノロジーを応用すると

★ 鉄鋼よりも10倍つよく、しかもずっと軽い材料  (素材)
★ 国会図書館の情報を角砂糖の大きさのメモリに収容  (IT)
★ ガンを細胞数個程度の段階で検出  (バイオ)

などが実現すると期待されています。

ただそのためには克服する課題も多く、ナノスケールでの制御技術の開発や、分子、原子に関する情報の集積、望みの機能とは何かの目標設定などまだ開発は始まったばかりの状態です。

ナノの世界は違う

同じ原子からできていても、原子の配列が異なると性質が全く違ってきます。

典型的な例としては炭素からなる多種の物質があります。

グラファイト、ダイアモンド、フラーレン(炭素原子60個で構成されるサッカーボール状のような構造を持ったC60フラーレンである)、カーボンナノチューブなどです。

グラファイトは半金属、ダイアモンドは絶縁体です。

フラーレンもC60のみならず、多数の類似構造があり、それらの性質は違います。

カーボンナノチューブは、グラファイトの1枚のシートを巻いたもの(それが多重になっていることが多い)と考えられますが、その巻き方によって金属にも、半導体にもなります。

目に見えるマクロの世界では、銅線があった場合に、それを半分に切断したとしても、銅線の基本的性質(単位長さ当たりの抵抗、比熱、色など)は変わりません。

しかし、ナノスケールの世界はそうではありません。

長さが変わると電子が閉じ込められる空間の大きさが変わるために、電子のエネルギー準位が変わってきて、そのため、単位長さ当たりの抵抗、比熱、帯磁率、色などが全て変わってしまうのです。

原子の配列(原子の種類、配列の仕方、サイズ)によって、千差万別の性質や現象が見出されることになりますが、これらについての知識は限られており、今後の研究によって豊富なデータを蓄積していかなければなりません。

そして望むべき性質や機能を得るためにはナノスケールでの加工精度が厳しい条件の中でつまり、原子一個分の精度で操作することも必要になってきます。

ナノカプセル

ナノテクが既に応用されているのが化粧品などに使われているナノカプセルです。

250ナノメートルより大きいものは人間の肌の細胞の間は通る事ができません。

従来の技術の化粧品では分子が大きいため、皮膚や毛穴から浸透せず、せっかくの有効成分が肌の表面にとどまっていました。

しかし、有効成分をナノ化することにより、有効成分は肌の細胞の間をすり抜け肌の奥底まで届く事が可能になりました。

ナノカプセルは、薬品をナノメートルの単位まで細かくしたもので、さらにその微粒子が何層にもタマネギの皮のようになっているものです。

時間経過とともに層が一枚一枚はがれ、肌に浸透させつつ有効成分を目的地に確実に放出し、効果を長時間持続させることができるようになっています。

ナノカプセルにはナノ単位の微粒子をカプセルにつめたものもあります。

人体に無害な炭酸カルシウムのナノカプセルに有効成分を閉じこめる事により、安定した状態で必要な部分にのみ有効成分を届ける事ができます。

この方法は医療の分野ではすでに応用されていて、DDS(ドラッグデリバリーシステムと呼ばれています。

他の部分への薬の副作用をなくすため、患部に直接薬剤を届ける方法です。

水の分子はこうしたナノの世界よりさらに小さいピコ(ナノの1/1000)の領域で水をコントロールするためには“ピコテク”の技術開発が必要とされるといわれています。

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