Xem mẫu
- Tiềm năng của khoa học Công Nghệ Nano
1. Tiềm năng thương mại và chế tạo
Hiện nay, trên thế giới các vật liệu và thiết bị nano bắt đầu được sản xuất với số
lượng ngày càng nhiều và được đánh giá là sẽ có tiềm năng thương mại cao, mang lại
những khoản lợi nhuận khổng lồ.
Theo dự báo của Quỹ Khoa học Quốc gia, Mỹ, giá trị thương mại hàng năm giai đoạn
2011-2015 của tất cả các sản phẩm liên quan tới Công nghệ Nano ( bao gồm cả công
nghệ thông tin và truyền thông ) là khoảng 1000 tỷ USD. Các ôxit kim loại, như titan
điôxit, kẽm ôxit, silic ôxit, nhôm ôxit, ziriconi và sắt ôxit, là các loại hạt nano thương
mại quan trọng nhất. Các vật liệu này có sẵn ở dạng bột khô hoặc huyền phù lỏng. Số
lượng vật liệu được sử dụng trong lĩnh vực thị trường chăm sóc da ( titan điôxit, v.v… )
trên thế giới là khoảng 1000 - 2000 tấn/năm, với vật liệu cấu phần nano trị giá khoảng
10 USD đến 100000 USD/tấn. Mặc dù thị trường thế giới về hạt nano được dự báo gia
tăng trong vài năm tới, nhưng tốc độ sản xuất tất cả các hóa chất trên toàn cầu là
khoảng 400 triệu tấn/năm (EC 2001) và như vậy các hóa chất dạng hạt nano chỉ chiếm
một phần rất nhỏ trong tổng số hóa chất được sản xuất hiện nay ( khoảng 0,01% ). Bên
cạnh đó, vật liệu vô cơ, kim loại hoặc bán dẫn cỡ nano thường có nhiều chức năng, nên
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Ví dụ, kẽm ôxit được sử dụng làm vật
liệu quang điện tử ( làm màn hình hoặc pin quang voltaic và pin mặt trời tiên tiến ) ở
dạng cố định trong thành phẩm, nhiều hơn so với làm thành phần sản phẩm chăm sóc
da có hạt nano ở dạng tự do.
Bảng 1 : ước tính sản lượng các loại vật liệu và thiết bị nano khác nhau của thế giới
trên cơ sở các tổng quan và Tạp chí Hóa học Quốc tế ( 2003 - 2004 ) và nghiên cứu thị
trường ( BCC 2001 )
Sản lượng ước tính ( tấn/năm )
Hiện nay 2005 - 2010 2011 - 2020 ( tấn/
Ứng dụng Vật liệu/Thiết bị
( tấn/năm ) ( tấn/năm ) năm )
Ceramic, chất
xúc tác, composit,
ứng dụng kết
chất phủ, màng 10 1000 10000 - 100000
cấu
mỏng, bột, kim
loại
Sản phẩm chăm Oxit kim loại 1000 1000 hoặc ít hơn
1000
sóc da ( titan đioxit,
- kẽm oxit, sắt
oxit )
ống nano đơn
vách, linh kiện
điện tử nano, vật
Công nghệ thông liệu quang điện
1000 hoặc nhiều
tin và truyền tử ( titan đioxit, 10 100
hơn
kẽm oxit, sắt
thông
oxit ), điốt phát
sáng hữu cơ
(OLEDs)
Vật liệu bao
nang nano, chất
cung cấp thuốc
đến mục tiêu,
Công nghệ sinh
chất tương thích ít hơn 1 1 10
học
sinh học, chấm
lượng tử,
composit, cảm
biến sinh học
MEMS, NEMS,
Dụng cụ, cảm SPM, in litô bằng
10 100 100 - 1000
biến, đặc trưng bút nhúng, dụng
cụ viết trực tiếp
Vật liệu lọc
Môi trường 10 100 1000 - 10000
nano, màng
Carbon Nano tube ( ống nano cácbon ) cũng đang thu hút sự quan tâm của ngành công
nghiệp do có các tính chất rất đáng chú ý. Công suất sản xuất ống nano cácbon hiện nay
ước tính khoảng 100 tấn/năm. Hầu hết sản lượng ước tính là của các ống nano đa vách,
còn ống nano đơn vách chiếm khoảng 9 tấn/năm.
Tiềm năng tạo ra lợi nhuận của các Carbon Nano tube cũng rất lớn. Theo một bản báo
cáo mới đây của NanoMarket LC, một công ty tư vấn và nghiên cứu thị trường của Mỹ,
thì các tính chất vật lý, nhiệt và điện đặc biệt của các ống nano cácbon sẽ tạo ra 3,6 tỷ
USD trong kinh doanh cho các khu vực điện tử và bán dẫn tới năm 2009. Nghiên cứu
của NanoMarket chỉ ra rằng các ống nano cácbon đang trở thành một sản phẩm chủ chốt
mà các công ty điện tử rất quan tâm. Bản báo cáo cho biết khu vực chế tạo các thiết bị
cảm biến, màn hình và bộ nhớ sẽ tạo ra lợi nhuận từ các linh kiện điện tử dựa trên ống
nano. Mỗi một thị trường này sẽ có các sản phẩm dựa trên Carbon Nano tube trị giá hơn
200 triệu USD tới năm 2007.
- Cũng theo một nghiên cứu của công ty này về 20 nước có Khoa học công nghệ Nano
phát triển nhất trên thế giới thì thị trường bào chế dược phẩm sử dụng công nghệ Nano
sẽ đạt 1,3 tỷ USD tới năm 2009. Nghiên cứu này chỉ ra, Công nghệ Nano sẽ mang lại
những ích lợi hữu hình cho quá trình bào chế dược phẩm thông qua:
- Cải thiện sự hiểu biết về hóa chất ở cấp độ tế bào/phân tử,
- Cải thiện việc xác định và công nhận các dược phẩm và tế bào mục tiêu,
- Tăng thông lượng,
- Giảm thời gian bào chế những loại dược phẩm mới,
- Giảm lượng chất phản ứng quý giá cần thiết để tiến hành thử nghiệm dược phẩm
tiềm năng,
- Cải thiện sự hình dung về các tương tác dược phẩm.
Bản báo cáo cũng dự đoán, tới năm 2009, 19% doanh thu bào chế dược phẩm sử dụng
công nghệ Nano sẽ thu được từ điều khiển và phân tích tế bào, 13% từ sắp xếp
ADN/ARN, các electropherroresis và định lượng hóa. Phân loại gen ( Genotyping ) sẽ
chiếm 11% doanh thu và xét nghiệm thông lượng cao sẽ chiếm 10%. Những công ty lớn
đang nghiên cứu những công nghệ chủ chốt như các hệ vi lỏng và phòng thí nghiệm trên
con chíp sẽ thu được những khoản lợi nhuận khổng lồ vì những công ty này sẽ sáng tạo
ra nhiều giải pháp, không chỉ trong bào chế dược phẩm mà còn cả trong việc cung cấp
thuốc theo mục tiêu và ngăn ngừa bệnh tật.
1.2. Tiềm năng của khoa học - công nghệ nano trong công cuộc giảm đói nghèo toàn cầu
Viện Nanotech Foresight, một cơ quan chuyên về lĩnh vực công nghệ Nano được thành
lập năm 1986 của Mỹ, đã xác định những nhiệm vụ tổng thể của công nghệ nano đối
với thế giới trong giai đoạn hiện nay, gồm:
- Đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu bằng những giải pháp sạch,
- Cung cấp nước sạch cho toàn cầu,
- Tăng sức khoẻ và tuổi thọ cho con người,
- Tối đa hoá sản xuất nông nghiệp,
- Làm cho công nghệ thông tin có mặt ở mọi nơi,
- Tạo điều kiện để phát triển hiểu biết về vũ trụ.
- Nhưng bên cạnh đó, khoa học và công nghệ Nano còn là một công cụ hữu hiệu để giải
quyết một nhiệm vụ quan trọng, cấp bách nhất của thế giới. Đó là làm giảm nạn đói
nghèo mà hơn 5 tỷ người sống ở những nước nghèo đang phải đối mặt. Các nhà khoa
học cho rằng, hầu hết các làn sóng công nghệ đều làm tăng khoảng cách giữa các nước
giàu với các nước nghèo, nhưng việc khai thác Công nghệ Nano lại là một cơ hội để thu
hẹp khoảng cách này. ứng dụng Công nghệ Nano có tiềm năng rất lớn để cải tiến
những tiêu chuẩn sống cơ bản của những người nghèo.
Bản Báo cáo về Phát triển Con người năm 2001 của Chương trình Phát triển Liên hiệp
quốc (LHQ) đã minh hoạ rõ ràng vai trò làm giảm tỷ lệ tử vong và cải thiện đời sống
con người của KH&CN trong giai đoạn 1960-1990, nhưng không nhấn mạnh đặc biệt
tới vai trò của Công nghệ Nano. Trong một bản báo cáo mới được công bố vào đầu năm
2005, Lực lượng đặc nhiệm về Khoa học, Công nghệ và Đổi mới của Liên hiệp quốc
( một bộ phận được thành lập để hỗ trợ cho các cơ quan của Liên hiệp quốc nhằm
thực hiện được các Mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ của Liên hiệp quốc ) đã nêu bật
tiềm năng to lớn của Công nghệ Nano đối với sự phát triển bền vững.
Vậy cộng đồng khoa học quốc tế có thể làm gì để hỗ trợ cho việc ứng dụng công nghệ
Nano ở các nước nghèo ? Năm 2002, Các Viện Y học Quốc gia (Mỹ) đã khái quát hoá
một Lộ trình nghiên cứu y học để xác định những phương hướng trong nghiên cứu y-
sinh và chỉ ra y học nano là một trong những lĩnh vực hứa hẹn giải quyết những vấn đề
mà các nước nghèo đang phải đối mặt. Một số nhà khoa học từ Trung tâm Đạo đức
Sinh học của trường Đại học Toronto và Chương trình Hệ gen và Y tế Toàn cầu
Canađa, đã tiến hành một chương trình đánh giá tiềm năng sử dụng các ứng dụng của
Công nghệ Nano để thực hiện 8 Mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ của Liên hiệp quốc
bằng các phương pháp khoa học và đã rút ra được kết luận thể hiện ở bảng 5. Trong
đó, 8 mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ là:
I - Xoá đói và giảm nghèo;
II - Phổ cập giáo dục;
III- Đẩy mạnh bình đẳng giới và trao quyền cho phụ nữ;
IV - Giảm tỉ lệ tử vong ở trẻ em;
V - Tăng cường sức khoẻ cho bà mẹ;
VI - Chống lại HIV/AIDS, sốt rét và các bệnh khác;
VII - Đảm bảo môi trường bền vững;
VIII - Xây dựng quan hệ đối tác toàn cầu để phát triển.
- Bảng 5: Các ứng dụng công nghệ Nano phục vụ Tám Mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ
Mục tiêu Phát triển
Các ứng dụng của
Ví dụ Thiên niên kỷ tương
công nghệ Nano
ứng
- Các hệ thống tích trữ hyđrô mới dựa trên
các ống nano cácbon và các vật liệu nano có
trọng lượng nhẹ. - Các pin quang điện và
Tàng trữ, sản xuất và các thiết bị phát sáng vô cơ dựa trên các
chuyển hoá năng chấm lượng tử. Các ống nano cácbon ở các VII
lượng lớp vỏ màng composit dùng cho pin mặt
trời. - Các chất xúc tác nano để sản xuất
hyđrô. - Các màng mô phỏng sinh học lai
ghép protein-polime.
- Các zeolit xốp nano dùng để cung cấp
chậm, hiệu quả nước và phân bón cho cây
trồng, chất dinh dưỡng, thuốc cho vật nuôi,
Nâng cao sản lượng
- Các viên nang nano để cung cấp thuốc I, IV, V, VII
nông nghiệp
diệt cỏ, - Các cảm biến nano để giám sát
chất lượng đất và cây trồng, - Nam châm
nano để loại trừ chất gây ô nhiễm đất.
- Màng nano để làm sạch nước, khử muối
và giải độc,- Các cảm biến nano để phát
hiện ra chất gây ô nhiễm và mầm bệnh,-
Xử lý và làm sạch Các zeolit xốp nano, các polime xốp nano và
I, IV, V, VII
nước các loại đất sét dùng để làm sạch nước,-
Các hạt nano từ tính dùng để xử lý và làm
sạch nước, - Các hạt TiO2 dùng để làm
thoái hoá các chất gây ô nhiễm nước.
- Phòng thí nghiệm trên chip. - Các dãy cảm
ứng nano dựa trên ống nano cácbon. - Các
chấm lượng tử dùng để chẩn đoán bệnh. -
Các hạt nano từ tính dùng làm cảm biến
Kiểm tra và chẩn nano. - Các liên hợp dendrimer (polime
IV,V,VII
đoán bệnh tầng) kháng thể điều trị HIV-1 và ung thư. -
Các cảm biến nano dây nano và đai nano để
chẩn đoán bệnh. - Các hạt nano dùng làm
chất nâng cao chất lượng chụp hình trong y
học.
Các hệ thống cung - Các viên nang nano, các liposome (hạt IV,V,VI
cấp thuốc mỡ), các dendrimer, các quả bóng buckyball,
- các hạt nano sinh học từ tính và các loại đất
sét để dùng cho các hệ thống cung cấp
thuốc lâu dài và từ từ.
- Các nano composit dùng cho các lớp màng
phủ dẻo được sử dụng để bao gói thực
phẩm. - Các nhũ tương nano chống vi trùng
sử dụng cho các ứng dụng khử độc ở các
Tích trữ và chế biến
dụng cụ thực phẩm, đóng gói thực phẩm I, IV, V
Thực phẩm
hoặc ở thực phẩm. - Các cảm biến sinh học
phát hiện kháng nguyên dựa trên Công nghệ
Nano để xác định được các chất nhiễm
bệnh.
- Quá trình thoái hoá xúc tác quang học dựa
trên các hạt nano TiO2 các chất ô nhiễm
không khí ở các hệ thống tự làm sạch. - Các
Ô nhiễm không khí và
chất xúc tác nano dùng cho các bộ biến đổi
làm trong sạch không IV, V, VII
xúc tác hiệu quả hơn, rẻ hơn và được kiểm
khí
soát hơn. - Các cảm biến nano để phát hiện
ra các chất độc và rò rỉ các chất độc. - Các
thiết bị nano tách khí.
- Các cấu trúc nano phân tử để tạo ra nhựa
đường và bê tông cứng hơn chống thấm
nước. - Các vật liệu nano chịu nhiệt để
ngăn ngừa tia cực tím và bức xạ hồng
ngoại. - Các vật liệu nano làm vỏ bọc bền
Xây dựng VII
và rẻ hơn, các bề mặt, các lớp bọc, các loại
keo, bê tông và chất ngăn ánh sáng, nhiệt. -
Các bề mặt tự làm sạch ( ví dụ như cửa sổ,
gương, toa-lét ) với các lớp phủ hoạt tính
sinh học.
- Các ống nano và các hạt nano sử dụng cho
Giám sát sức khoẻ các cảm biến đường, CO2 và Cholesterol và IV, V, VI
cho việc giám sát sức khoẻ tại nhà.
- Các cảm biến nano để phát hiện sinh vật
Kiểm soát và phát
gây hại. - Các hạt nano sử dụng cho các IV, V, VI
hiện sinh vật gây hại
loại thuốc trừ sâu bọ, côn trùng gây hại.
Những kết luận của công trình nghiên cứu này là một định hướng rất bổ ích đối với
những nước nghèo để hoạch định phát triển Công nghệ Nano theo những hướng thiết
thực nhất phù hợp với hiện trạng của đất nước. Hiện nay, trên thế giới chỉ mới có các
chất có cấu trúc nano được sử dụng để xây dựng nên thế hệ tiếp theo của tế bào năng
- lượng mặt trời và tế bào nhiên liệu hyđrô. Các nhà khoa học đang nghiên cứu sử dụng
Công nghệ Nano để phát triển phương pháp dự trữ hyđrô. Hệ thống dự trữ hyđrô phù
hợp có nghĩa là sẽ có năng lượng thay thế sạch hơn cho những nước vẫn phụ thuộc vào
nhiên liệu hoá thạch. Mặt khác, các nhà khoa học cũng phát triển ứng dụng Công nghệ
Nano để cải thiện độ phì nhiêu của đất và sản lượng cây trồng, các bộ cảm biến nano
có thể giám sát tình hình cây trồng vật nuôi và các chất từ nano có thể loại bỏ những
chất gây ô nhiễm cho đất. Cũng nhờ vào Công nghệ Nano, các nhân viên y tế có thể xét
nghiệm máu bằng một mẩu nhựa nhỏ bằng đồng xu. Tương tự, nếu sử dụng tiến bộ
của Công nghệ Nano có thể thực hiện chẩn đoán bệnh chỉ trong vài phút và rút ngắn
thời gian cũng như chi phí xét nghiệm các bệnh truyền nhiễm như sốt rét và HIV/AIDS.
Công nghệ Nano cũng có vai trò rất lớn trong việc xử lý nước. Hiện nay, 1/6 dân số toàn
cầu không có nước sạch, hơn 1/3 người dân ở những vùng nông thôn châu Phi, châu Á
và châu Mỹ La tinh không có nước sạch và hàng năm có hai triệu trẻ em chết vì bị
những bệnh phát sinh do nước bẩn. Trong khi đó, màng và ống nano là những hệ thống
rất rẻ, dễ di chuyển và có thể lọc, giải độc và khử muối trong nước hiệu quả hơn
phương pháp lọc bằng vi khuẩn và vi rút thông thường. Chính vì vậy, các nhà nghiên
cứu đang tìm cách phát triển phương pháp sản xuất hàng loạt các ống lọc bằng nano
cácbon nhằm nâng cao chất lượng nước. Như vậy, với khả năng tạo ra những ứng
dụng thiết thực nhất đối với đời sống của con người, Công nghệ Nano sẽ có vai trò rất
lớn để cải thiện cuộc sống của người dân, giải quyết những vấn đề nan giải nhất mà
nhân loại đang phải đối mặt.
nguon tai.lieu . vn