Toepassingen van Nanomaterialen
Nanomaterialen vinden hun weg naar steeds meer sectoren dankzij hun unieke eigenschappen. Ze maken behandelingen in de geneeskunde effectiever, versterken en verduurzamen bouwmaterialen, en dragen bij aan schonere milieutechnologieën. Hieronder lees je hoe nanomaterialen op verschillende manieren bijdragen aan vooruitgang in de gezondheidszorg, de bouwsector en het milieubeheer.
Toepassingen per sector
Nanomaterialen in de Geneeskunde
In de gezondheidszorg spelen nanomaterialen een steeds belangrijkere rol. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt voor gerichte medicijnafgifte, waarbij medicijnen precies daar in het lichaam terechtkomen waar ze nodig zijn. Dit verhoogt de effectiviteit van behandelingen en vermindert bijwerkingen. Daarnaast worden nanodeeltjes toegepast bij diagnostiek: denk aan contrastmiddelen voor MRI-scans of biosensoren die ziekten in een vroeg stadium kunnen opsporen. Ook in de weefselengineering en regeneratieve geneeskunde worden nanomaterialen gebruikt om kunstmatige weefsels of implantaten te ontwikkelen die beter door het lichaam worden opgenomen.
Nanomaterialen in de bouw
Ook in de bouwsector zorgen nanomaterialen voor een revolutie. Door toevoeging van nanodeeltjes aan bouwmaterialen ontstaan sterkere, lichtere en duurzamere producten. Zo kan beton met nanodeeltjes zelf kleine scheurtjes herstellen, wat de levensduur van constructies aanzienlijk verlengt.
Nanocoatings worden gebruikt om oppervlakken water- en vuilafstotend te maken, wat het onderhoud van gebouwen vermindert en hun energie-efficiëntie verbetert. Bovendien dragen nanotechnologische isolatiematerialen bij aan een lager energieverbruik en een kleinere ecologische voetafdruk.
Nanomaterialen en het Milieu
Nanotechnologie biedt ook veelbelovende oplossingen voor milieuproblemen. Nanomaterialen worden ingezet voor waterzuivering, waarbij ze verontreinigende stoffen zoals zware metalen en microplastics uit het water filteren. In de luchtzuivering kunnen nanofilters fijnstof en schadelijke gassen afvangen.
Daarnaast spelen nanomaterialen een rol bij de ontwikkeling van duurzame energie, bijvoorbeeld in efficiëntere zonnepanelen en batterijen. Door hun hoge oppervlakte-energie en geleidbaarheid kunnen nanodeeltjes helpen om energieopslag en -omzetting te verbeteren.
Nanomaterialen in de landbouw
Met behulp van zogenoemde nanodragers kunnen onder andere pesticiden en meststoffen langzaam en doelgericht worden afgegeven.
Nanopartikels worden zelf ook gebruikt als pesticide. Zo bestaan er onder andere metaalgebaseerde nanopesticiden, die door hun kleine afmetingen gemakkelijker door de celwand van ziekteverwekkers kunnen dringen.
Ze kunnen ook als nanosensor gebruikt optreden: ze veranderen van kleur in de aanwezigheid van bepaalde chemicaliën of kunnen zelfs de omgevingsfactoren monitoren.
Enkele specifieke toepassingen
1. Medische testen
Goudnanopartikels die vastgehecht zijn aan antilichamen, kunnen worden gebruikt in bijvoorbeeld de COVID-test. De antilichamen binden aan de spike-eiwitmoleculen van het virus. Wanneer dat gebeurt, zal de oplossing van kleur veranderen: doordat de antilichamen aan het virus binden, ontstaat immers een veel groter deeltje, dat anders interageert met licht dan de veel kleinere goud-antilichaampjes.
Zilvernanopartikels worden onder andere gebruikt vanwege hun antibacteriële eigenschappen. De zilvernanopartikels geven zilverionen vrij, die de celwand en het celmembraan van de bacterie verstoren. Eens ze in de cel zijn, kunnen die ionen onder andere de ribosomen denatureren en de eiwitsynthese afremmen. Maar ook de zilvernanopartikels zelf kunnen de celwand en het celmembraan denatureren.
Vanwege die eigenschappen gebruikt men zilvernanopartikels in onder andere sportkleding ( zweetgeur voorkomen), wasmachines en ziekenhuisuitrusting.
Titaandioxide en zinkoxide zijn als nanopartikels aanwezig in zonnecrème. Anorganische deeltjes kunnen op twee manieren interageren met licht: ze kunnen licht absorberen of verstrooien. Onderzoek heeft uitgewezen dat nanopartikels het UV-licht even goed absorberen als hun grotere versie maar door hun kleinere afmetingen verstrooien ze het zichtbare licht veel minder goed, waardoor de zonnecrème transparant is. Daarnaast speelt het relatief grotere contactoppervlak ook een rol: zonnecrème met nanopartikels is veel efficiënter.
Opmerking
In wasmiddelen voor witte was worden vaak siliciumnanodeeltjes gebruikt als optische witmaker. Die deeltjes zijn fluorescerende stoffen: ze interageren met uv-licht en zenden blauw licht uit dat voor een wittere schijn zorgt.
4. Koolstofnanobuizen
Koolstofnanobuizen zijn opgerolde grafeenlagen. Dubbelwandige geleiden zeer goed de elektrische stroom ( beter dan koper), terwijl enkelwandige enkel bij heel lage stromen de elektriciteit geleiden. Koolstofnanobuizen zijn veel sterker dan staal en bovendien zeer licht. In tegenstelling tot bij andere koolstofvezels blijft de structuur intact als je ze buigt. Koolstofnanobuizen worden onder andere gebruikt in lithiumbatterijen, maar ook bijvoorbeeld in vliegtuigvleugels.
5. Grafeenmembranen
Grafeenmembranen zijn zeer goed geschikt voor waterzuivering en ontzilting. Ze zijn zeer goed doorlaatbaar en hebben een grote thermische stabiliteit, maar ze zijn ook bestand tegen hoge druk. Door het grote contactoppervlak en de porositeit kunnen grafeenmembranen worden gebruikt om allerhande verontreinigingen, zoals bacteriën, te verwijderen.