Super-små nanomaterial är redo att revolutionera vår teknik. Vad för vad de kan göra för oss: ingen vet verkligen.
Varje ålder har sina underbara material. För viktorianerna var det gummi. Under 20th century var det plast. Och för den digitaliserade 21st århundradet kan det visa sig vara grafen.
Har du hört talas om grafen? Om inte, kommer du snart. Det är ett av de nyaste nanomålade materialen som har kommit fram ur våra laboratorier - och som New York Times nyligen meddelade, "det förväntas omvandla nästan alla aspekter av livet."
Varje dag lär forskare nya saker om detta fantastiska nanomaterial. Men inte allt de lär sig om det är en anledning till otrolig optimism. Liksom andra underbara material från det förflutna kan grafen inte vara så underbart.
Vad är Graphene?
Grafen är härledd från grafit, samma kolbaserade substans som vi placerar inuti pennor. Men det finns inget gemensamt om grafen. Dess atomer är kopplade i det tunnaste tänkbara lagret: en bikakegitter som bara är en atom tjock.
Ett ark av grafen är så tunn, faktiskt att enligt American Chemical Society kan en uns av det täcka 28 fotbollsplaner; en liten bit är så lätt att du kan balansera den på en tusensköna utan att böja kronbladen. Det är också (inte i övrigt) starkare än stål, hårdare än diamanter, och mer ledande än koppar eller kisel, förutom att det är vattentätt, transparent och otroligt smidigt.
Du skulle vara hårt pressad, med andra ord, för att hitta ett annat material fyllt med så många användbara egenskaper. Inte undra på att forskare inom ett brett spektrum av branscher krypterar för att få grafen ut ur våra laboratorier och in i våra liv. Försäljningen, som låg på knappt $ 9 miljoner i 2012, förväntas hoppa 14-fold till $ 126 miljoner av 2020, enligt Lux Research, ett företag som analyserar nya teknologier.
Anledningar att vara försiktiga med tanke på tidigare lektioner
Tekniska experter förutser att grafen kan omvandla en stor mängd konsumentprodukter, från kondomer till datorer till kemiska sensorer. ”5 Skäl Graphene kommer att ändra dina gadgets för alltid, "Skedde NBC News, med en lista som föreslog en framtid fylld med papperstunna smartphones, flexibla datorskärmar, medicintekniska enheter som kan" prata "med mänskliga celler och superlånga batterier.
Graphene's ardent champions hävdar att det skulle kunna användas för att göra starkare och lättare bilar, betydligt effektivare solceller, även syntetiskt blod.
Den orubbliga hype har en välbekant ring till den - och det lockar oss att vara försiktig, med tanke på tidigare lärdomar. Asbest var en gång betraktad som "det magiska mineral" för sin förmåga att motstå flammor; först senare upptäckte vi att det faktiskt är ett mördare damm.
Samma historia med DDT, som visade sig vara väldigt skadlig inte bara för de sjukdomsbärande myggorna som den var avsedd att döda utan också att djurliv (särskilt fåglar) och människor; med vinyl, som i slutändan visat sig vara en signifikant hormonförstörare; eller med den icke biologiskt nedbrytbara polyetenfilmen som har tänds otaliga ban-the-bag-enheter. Var och en avgjordes och användes allmänt innan vi upptäckte att den hade en mörk, farlig sida.
Collingridge Dilemma
Det finns faktiskt en term för detta fenomen, jag lärde mig nyligen: Collingridge Dilemma. Namngiven för David Collingridge, den annars obskurliga brittiska professorn som först postulerade den i en 1980-bok, erkänner det svårigheten att förutse de negativa effekterna av en ny teknik tills den tekniken har blivit mycket användbar - Det blir så mycket svårare att ta itu med dessa negativ och att vidta lämpliga åtgärder. Eller, som Collingridge själv sätter in den Den sociala kontrollen av teknik,
"När förändringen är lätt, kan inte behovet av det förutses. När behovet av förändring är uppenbart har förändringen blivit dyrt, svårt och tidskrävande. "
Som kan förklara varför, när det gäller nanomaterial, försöker forskare komma före kurvan. Ett antal forskningsprogram har uppstått för att studera de frågor som nanotekniken ställer. Sedan 2008 har både miljöskyddsmyndigheten och National Science Foundation hällt tiotals miljoner dollar till ett gemensamt program vid University of California Los Angeles och Duke University Centrum för miljöeffekter av nanoteknik (CEIN).
Forskare följer de typer av frågor som tidigare inte fick bli frågade tills det skulle ha varit för sent att ta itu med några allvarliga problem som uppstod från svaren. Kan dessa nya material komma in i vår miljö? Vad händer om de gör det? Hur interagerar de med olika växter och organismer? Har de giftiga effekter?
Bland annat har dessa forskare testat olika nanomaterial i människa och djurceller, observerar deras effekter i labbdjur, studerar hur de beter sig i mark och vatten och analyserar adekvata befintliga lagar vad gäller deras kontroll och reglering. Tack vare sådana ansträngningar "har vi skapat mycket mer data än vad jag någonsin trodde vi skulle göra för sju år sedan", säger Andrew Maynard, chef för University of Michigan Risk Science Center, som länge har varnat för behovet av bättre övervakning av nanoteknologi. Det finns fortfarande många viktiga obesvarade frågor, säger han, men "vi börjar få ett riktigt handtag på vad som verkligen är oroligt och vad som inte är så oroande."
Farlighet kan ta många former
Till att börja med blir det allt tydligare att vissa typer av nanomaterial utgör små miljö- eller folkhälsorisker, vissa utgör mer och vissa, särskilt de nyare, är fortfarande i grunden frågetecken. De mest farliga av dem verkar vara vissa nanomaterial som härrör från silver, koppar eller zink, som alla lätt löser upp i vatten och celler, vilket frigör giftiga metaller som de gör. Men farlighet kan ta många former.
Den särskilda morfologin hos ett nanomaterial gör en stor skillnad. Vissa (inklusive grafen) har skarpa kanter som kan skära genom cellväggar. Nål-liknande kolnanorör kan verka väldigt som asbest vid inandning, mycket skadlig lungvävnad.
Som den senaste nanopremien för att träffa scenen har grafen nu bara börjat dra till sig forskarnas uppmärksamhet. Och de första fynden har redan visat upp några oroliga tecken och understryker hur viktigt dessa tidiga undersökningar kan vara. I ett 2013 studie, till exempel fann Brown University-ingenjörer att grafenark med skarpa kanter kunde punktera - och möjligen penetrera - mänskliga hud-, lung- och immunceller.
Kan vi starta grafenrevolutionen utan att äventyra vår hälsa eller miljö?
In en annan ny studie, CEIN-anslutna forskare vid University of California-Riverside fann att grafenoxid nanopartiklar visade en oroande miljöpåverkan vid vissa akvatiska miljöer. I en simulering av en akvifer tycktes de sjunka ner i sedimentet, där de sannolikt skulle nedbrytas. Men i simuleringen av ytvatten, som en sjö eller ström, tenderade partiklarna att glömma sig till döda löv och annan organisk substans. Flytande i vattenkolonnen var de mycket mer sannolikt att absorberas av vattenmikrokritiker - eller för att komma in i vår vattenförsörjning.
Men det är naturligtvis skillnad att dra mellan potentiella risker och faktiska faror. Som Sharon Walker, en av författarna till UC-Riverside-studien, berättade för mig,
"... vi vill inte höja röda flaggor så mycket som att informera människor, så att röda flaggor inte gör det ha att höjas. "
Sådana studier presenterar tillverkare och policymakers med ett tidigt och oerhört värdefullt tillfälle att räkna ut sätt att starta grafenrevolutionen utan att äventyra vår hälsa eller miljön.
Jag antar att David Collingridge skulle vara nöjd.
Denna artikel uppträdde ursprungligen i På jorden
Om författaren
Susan Freinkel är författare till Plast: En giftig kärlekshistoria och American Chestnut: Livet, döden och återfödelsen av ett perfekt träd. Hon har också skrivit för New York Times, Discover, Smithsonian, Mindful och andra publikationer. Hennes intressen går brett: hon har täckt berättelser som sträcker sig från galen ko sjukdom till en vitaminbehandling för bipolär sjukdom, från adoption till fallet för djurparker i strävan att utveckla en blå ros. En berättelse om en sjukdom som plågade Kalifornien ekar ledde till sin första bok, American Chestnut: Livet, döden och återfödelsen av ett perfekt träd. Det vann en 2008 National Outdoor Book Award. Efter att ha nedsänkt sig i den naturliga världen för den boken vände hon sin uppmärksamhet åt den onaturliga världen för sin nästa bok, Plast: En giftig kärlekshistoria.
Rekommenderad bok:
Plast: En giftig kärlekshistoria
av Susan Freinkel.
Plast byggde den moderna världen. Var skulle vi vara utan cykelhjälmar, baggies, tandborstar och pacemakers? Men ett århundrade i vår kärleksaffär med plast, börjar vi inse att det inte är så en hälsosam relation. Plast drar på att minska fossila bränslen, läcka skadliga kemikalier, kulllandskap och förstöra marina liv. Som journalisten Susan Freinkel påpekar i denna engagerande och ögonöppnande bok, närmar vi en krispunkt. Vi drunknar i grejerna, och vi måste börja göra några svåra val. Författaren ger oss de verktyg vi behöver med en blandning av livliga anekdoter och analyser. Plast visar vägen mot en ny kreativ partnerskap med det material vi älskar att hata, men verkar inte kunna leva utan.
Klicka här för mer info och / eller för att beställa den här boken på Amazon.
