Nanotecnologie e nanomateriali commercializzati per la purificazione dell’acqua L’acqua è l’elemento più essenziale per ogni vita su questa Terra. È una sostanza composta da elementi chimici idrogeno e ossigeno. L’acqua ha sempre avuto un ruolo preminente nella civiltà umana. Una quantità sufficiente di acqua potabile sicura è uno dei requisiti importanti per una vita sana, ma le malattie a base acquosa svolgono un ruolo mortale nella creazione di un gran numero di morti in molte parti del mondo. Tutti gli esseri viventi richiedono acqua per crescere e riprodurre i propri simili. L’acqua è un liquido insapore e inodore a temperatura ambiente. L’acqua è l’unica sostanza che si presenta naturalmente come un solido sotto forma di ghiaccio, un liquido e un gas che si presenta sotto forma di vapore acqueo. L’acqua copre il 71% dell’intera superficie terrestre. La quantità di acqua in questo mondo non sta diminuendo, ma la domanda è in costante aumento. Gli scienziati ritengono che la popolazione mondiale raddoppierà entro il 2050. Inoltre, la quantità di acqua dolce pulita e sicura da bere diminuisce costantemente a causa degli agenti inquinanti. Quindi, le persone hanno bisogno di acqua potabile nella sua forma più pura. Ci sono molti depuratori d’acqua disponibili sul mercato che usano diverse tecniche come bollitura, filtrazione, distillazione, clorurazione, sedimentazione e ossidazione. Attualmente la nanotecnologia svolge un ruolo fondamentale nelle tecniche di purificazione dell’acqua. Nella nanotecnologia, le nano membrane sono utilizzate allo scopo di addolcire l’acqua e rimuovere sostanze contaminanti come contaminanti fisici, biologici e chimici. Esistono svariate tecniche nelle nanotecnologie che utilizzano nanoparticelle per fornire acqua potabile sicura con un elevato livello di efficacia. Alcune tecniche sono state commercializzate. Per una migliore purificazione dell’acqua o processi di trattamento è preferita la nanotecnologia. Molti tipi diversi di nanomateriali o nanoparticelle sono utilizzati nei processi di trattamento delle acque. La nanotecnologia è molto promettente per la bonifica, la desalinizzazione, la filtrazione, la purificazione e il trattamento delle acque. Le principali caratteristiche che rendono le nanoparticelle efficaci per il trattamento delle acque sono

Questa bottiglia LifeSaver è progettata in modo che sia molto semplice per l’utente ottenere acqua pulita. È un filtro per l’acqua microbiologico che utilizza la nanotecnologia per filtrare batteri, virus, cisti e parassiti da fonti d’acqua contaminate. Basato sulle raccomandazioni dell’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti (EPA) Filtra i batteri fino a un livello minimo di Log 6 (99,9999%), cisti a un livello minimo di Log 3 (99,9%) e virus a un livello minimo di Log 4 ( 99,99%) come specificato dal Protocollo NSF 231. Può essere usato per raccogliere l’acqua dalla fonte che vogliamo e quindi il fondo della bottiglia è stappato per riempirlo. La bottiglia è composta da una pompa sul fondo. Quindi, una volta che la bottiglia è piena, dovrebbe essere chiusa ermeticamente e quindi pompata. La pressione che si accumula pompando farà passare l’acqua attraverso il filtro purificandolo. Il filtro intercambiabile della bottiglia può purificare tra 4.000 e 6.000 litri, ma una volta che smette di funzionare, il filtro deve essere sostituito. Filtra gli oggetti più grandi di 15 nm, inclusi virus, batteri, ecc. Per filtrare 0,71 litri di acqua, 20sec è tutto ciò che serve. I soldati usano questa bottiglia Lifesaver per l’acqua potabile. Con una capacità di 750 ml e una durata del filtro fino a 6.000 litri, questo avanzato purificatore personale ci assicurerà di avere acqua fresca e pura quando ne abbiamo bisogno. Il principio di una bottiglia salvavita è una tecnologia di nanofiltrazione. Questo è molto efficace contro tutte le forme di agente patogeno e particelle sospese. È efficace contro i batteri a una rimozione minima del 99,999% e virus fino al 99,99%.

Lifesaver Jerrycan è un sistema portatile di purificazione dell’acqua. È comunemente usato per scopi di conservazione e purificazione. La capacità della tanica salvavita è 18,5 litri. Può elaborare fino a 10.000-20.000 l. Può filtrare particelle fino a 0,015 micron. La temperatura minima e massima di funzionamento è di circa 32 ° F e 140 ° F. La temperatura minima e massima di stoccaggio è 14 ° F e 140 ° F. La portata iniziale è di 2 l / min. Il taglio del peso molecolare è di 200 KDa. La più grande versione della bottiglia del salvavita è chiamata tanica salvavita. Consiste in una pompa d’aria che crea pressione all’interno della lattina in modo che l’acqua penetri attraverso la membrana filtrante e venga filtrata. L’acqua sporca viene trasportata all’interno del barattolo stesso mentre l’acqua filtrata viene ottenuta dal beccuccio filtrato. Il filtro a carboni attivi rimuove il cloro, i cattivi odori e il gusto. Rimuove anche metalli pesanti, residui medici e pesticidi chimici che includono composti antiparassitari endocrini. Rimuove anche le particelle sospese nell’acqua. Lo scopo principale della tanica salvavita è rimuovere le impurità biologiche. Include la rimozione di batteri, virus, parassiti e varie forme di cisti. Può rimuovere virus superiori al 99,999% (log 4) e cisti fino al 99,99% (log 3). Qui la riduzione dei batteri è maggiore

La biologia ingegneristica è l’insieme di metodi per progettare, costruire e testare sistemi biologici ingegnerizzati che sono stati usati per manipolare le informazioni, costruire materiali, trattare prodotti chimici, produrre energia, fornire cibo e aiutare a mantenere o migliorare la salute umana e l’ambiente

I rapidi progressi nella capacità di modificare geneticamente gli organismi biologici hanno avanzato una nuova disciplina ingegneristica, comunemente nota come biologia sintetica. Questo approccio cerca di sfruttare il potere dei sistemi viventi per una varietà di applicazioni di produzione, come terapie avanzate, carburanti sostenibili, materie prime chimiche e materiali avanzati. Finora, la ricerca in biologia sintetica si è basata tipicamente su approcci sperimentali ed errori, che sono costosi, laboriosi e inefficienti.

* Biologia sintetica

Vantablack è il nome del marchio (di proprietà di Surrey NanoSystems Limited) per una sostanza chimica costituita da array di nanotubi di carbonio allineati verticalmente ed è la sostanza artificiale più oscura nota, assorbendo fino al 99,965% delle radiazioni nello spettro visibile.

Il nome deriva dal termine “array allineati verticalmente NanoTube” e il colore nero.

Vantablack è composto da una foresta di tubi verticali che vengono “cresciuti” su un substrato utilizzando un processo di deposizione chimica a vapore modificato (CVD). Quando la luce colpisce Vantablack, invece di rimbalzare da esso, diventa intrappolata e viene continuamente deviata tra i tubi, finendo per essere assorbita e dissipata in calore. Vantablack era un miglioramento rispetto a sostanze simili sviluppate all’epoca. Vantablack assorbe il 99,965% della luce visibile. Può essere creato a 400 C; La NASA aveva precedentemente sviluppato una sostanza simile, ma può essere coltivata solo a 750 C. Per questo motivo, Vantablack può essere coltivato solo su materiali in grado di sopportare temperature più elevate. I livelli di degassamento e di precipitazione delle particelle di Vantablack sono bassi. Gli alti livelli di sostanze simili in passato avevano limitato la loro utilità commerciale. Vantablack ha anche una maggiore resistenza alle vibrazioni meccaniche e ha una maggiore stabilità termica.

Il primo sviluppo è stato effettuato presso il National Physical Laboratory nel Regno Unito, il termine “Vanta” è stato coniato qualche tempo dopo. Gli array di nanotubi allineati verticalmente sono venduti da diverse aziende, tra cui NanoLab, Santa Barbara Infrared e altre. Il nome Vantablack è un marchio registrato da Surrey NanoSystems Limited ed è stato referenziato in tre brevetti registrati presso l’Ufficio marchi e brevetti degli Stati Uniti.

Essendo il materiale più nero, questa sostanza ha molte potenziali applicazioni, tra cui impedire alla luce parassita di entrare nei telescopi e migliorare le prestazioni delle telecamere a infrarossi sia sulla Terra che nello spazio, ha spiegato Ben Jensen, Chief Technology Officer di Surrey NanoSystems: “Ad esempio , riduce la luce parassita, migliorando la capacità dei telescopi sensibili di vedere le stelle più deboli … La sua riflettanza ultra-bassa migliora la sensibilità della strumentazione terrestre, spaziale e aerea “. Vantablack può anche aumentare l’assorbimento di calore nei materiali utilizzati nella tecnologia a energia solare concentrata, così come nelle applicazioni militari come il camuffamento termico. La sua emissività e scalabilità supportano una vasta gamma di applicazioni. Il materiale è utilizzato dall’artista Anish Kapoor. Oltre ai nanotubi di carbonio allineati direttamente in crescita, Vantablack è costituito da due vernici a spruzzo con nanotubi orientati in modo casuale, Vantablack S-VIS e Vantablack S-IR con un migliore assorbimento dell’infrarosso rispetto al precedente. Queste vernici richiedono una licenza speciale, una temperatura di 100 ° C, 280 ° C e la post-elaborazione del vuoto. Surrey NanoSystems commercializza anche una linea di vernici spray non nanotubo nota come Vantablack VBx che sono ancora più facili da applicare. Vantablack VBx2, una variante per l’irrorazione di grandi superfici, viene utilizzato in un “padiglione Vantablack” alle Olimpiadi invernali del 2018.

Vantablack S-VIS, una vernice spray che utilizza nanotubi di carbonio allineati in modo casuale e ha solo un alto assorbimento nella banda di luce visibile, è stato concesso in licenza esclusiva allo studio di Anish Kapoor per uso artistico. Ciò ha causato indignazione tra alcuni altri artisti, tra cui Christian Furr e Stuart Semple. Per rappresaglia, Semple ha bandito Kapoor dall’acquistare la forte sfumatura di rosa che Semple aveva sviluppato. Più successivamente ha dichiarato che la mossa era di per sé come la performance art e che non anticipava la quantità di attenzione ricevuta. A dicembre 2016, Kapoor ha pubblicato un post Instagram del suo dito medio immerso nel rosa di Semple. Semple più tardi ha escluso Kapoor dall’acquistare altri suoi prodotti, tra cui uno venduto come “Black 2.0”, che ha qualità simili a Vantablack nonostante sia acrilico. Nanolab, un produttore di nanotubi di carbonio con sede a Waltham, nel Massachusetts, ha collaborato con l’artista di Boston Jason Chase per rilasciare una vernice nera a base di nanotubi chiamata Singularity Black. Durante la prima rappresentazione del colore, Chase, alludendo a Vantablack, ha dichiarato che “le sue possibilità sono state smorzate dal non essere disponibile per sperimentare”, e la versione di Singularity Black era importante per creare l’accesso. La collaboratrice di Artreport.com Jazia Hammoudi ha affermato che le polemiche sono state prodotte dai media, mentre l’autore di un articolo su Wired ha suggerito che la controversia tra gli artisti e la sua risposta online è stata una parte spontanea di arte performativa collettiva in sé. Il produttore afferma che Vantablack è soggetto a controlli sulle esportazioni da parte del Regno Unito e, a causa dei suoi requisiti fisici e delle sue caratteristiche termiche, non è pratico per l’uso in molti tipi di arte.

I primi ordini sono stati consegnati a luglio 2014. Nel 2015 la produzione è stata scalata per soddisfare le esigenze degli acquirenti nei settori aerospaziale e della difesa.

Il termine oggetti artificiali è strettamente associato a oggetti fatti dall’uomo o non presenti in natura che sono stati inviati nello spazio. Questa è una lista di elenchi di oggetti artificiali nello spazio trovati su Wikipedia. Per oggetti artificiali non nello spazio, vedere o Elenco delle invenzioni.

I nanomateriali descrivono, in linea di principio, materiali di cui una singola unità è dimensionata (in almeno una dimensione) compresa tra 1 e 1000 nanometri (10 -9 metri) ma solitamente è compresa tra 1 e 100 nm (la normale definizione di nanoscala). La ricerca sui nanomateriali prende un approccio basato sulla scienza dei materiali alla nanotecnologia, sfruttando i progressi nella metrologia e sintesi dei materiali che sono stati sviluppati a sostegno della ricerca sulla microfabbricazione. I materiali con struttura su scala nanometrica hanno spesso proprietà ottiche, elettroniche o meccaniche uniche. I nanomateriali stanno lentamente diventando commercializzati e stanno iniziando ad emergere come materie prime.

Esistono differenze significative tra le agenzie in merito alla definizione di un nanomateriale. In ISO / TS 80004, il nanomateriale è definito come un “materiale con qualsiasi dimensione esterna su scala nanometrica o con struttura interna o struttura superficiale su scala nanometrica”, con nanoscala definita come “intervallo di lunghezza approssimativamente da 1 nm a 100 nm”. Ciò include sia i nano-oggetti, che sono pezzi di materiale discreti, sia materiali nanostrutturati, che hanno una struttura interna o superficiale su scala nanometrica; un nanomateriale può essere un membro di entrambe queste categorie. Il 18 ottobre 2011 la Commissione europea ha adottato la seguente definizione di nanomateriale: “Un materiale naturale, accessorio o fabbricato contenente particelle, in uno stato non legato o in forma aggregata o agglomerata e per il 50% o più delle particelle nel distribuzione delle dimensioni del numero, una o più dimensioni esterne è compresa tra 1 nm e 100 nm. In casi specifici e ove giustificato da preoccupazioni per l’ambiente, la salute, la sicurezza o la competitività, la soglia di distribuzione del numero di dimensioni del 50% può essere sostituita da soglia compresa tra 1% e 50%. ”

I nanomateriali ingegnerizzati sono stati deliberatamente progettati e prodotti dagli esseri umani per avere determinate proprietà richieste. I nanomateriali legacy sono quelli che erano nella produzione commerciale prima dello sviluppo della nanotecnologia come progressi incrementali rispetto ad altri materiali colloidali o particolati. Includono nanoparticelle di biossido di carbonio e biossido di titanio.

I nanomateriali possono essere incidentalmente prodotti come sottoprodotti di processi meccanici o industriali. Le fonti di nanoparticelle accidentali comprendono gli scarichi dei motori dei veicoli, i fumi di saldatura, i processi di combustione dal riscaldamento domestico del combustibile solido e la cottura. Le nanoparticelle atmosferiche accidentali sono spesso definite particelle ultrafini e contribuiscono all’inquinamento atmosferico.

I sistemi biologici spesso presentano nanomateriali naturali e funzionali. La struttura dei foraminiferi (principalmente gesso) e virus (proteine, capside), i cristalli di cera che ricoprono una foglia di loto o nasturzio, la seta di ragno e acaro, la tonalità blu delle tarantole, le “spatole” sul fondo dei piedi di geco, alcune scaglie di ali di farfalla, colloidi naturali (latte, sangue), materiali cornea (pelle, artigli, becchi, piume, corna, capelli), carta, cotone, madreperla, coralli e persino la nostra matrice ossea sono tutti nanomateriali organici naturali. I nanomateriali inorganici naturali avvengono attraverso la crescita dei cristalli nelle diverse condizioni chimiche della crosta terrestre. Ad esempio, le argille mostrano nanostrutture complesse dovute all’anisotropia della loro struttura cristallina sottostante, e l’attività vulcanica può dare origine agli opali, che sono un’istanza di un cristallo fotonico naturale dovuto alla loro struttura su scala nanometrica. Gli incendi rappresentano reazioni particolarmente complesse e possono produrre pigmenti, cemento, silice fumata, ecc. Le fonti naturali di nanoparticelle includono i prodotti della combustione, gli incendi boschivi, le ceneri vulcaniche, gli spruzzi oceanici e il decadimento radioattivo del gas radon. I nanomateriali naturali possono anche essere formati attraverso processi di invecchiamento di rocce contenenti metalli o anioni, così come nei siti di drenaggio delle miniere di acido. ; Galleria di nanomateriali naturali File: Kapsid Schema-01.png | Capside virale File: Lotoseffekt.jpg | “Effetto loto”, effetto idrofobico con capacità autopulente File: Gecko foot on glass.JPG | Close-up of the underside of il piede di un geco mentre cammina su una parete di vetro. (spatola: 200 × 10-15 nm). File: immagine SEM di un’ala di pavone, vista inclinata 4.JPG | Micrografia SEM di una scala di ali di farfalla (× 5000) File: Trevarno, pavo cristatus06.jpg | Piuma di pavone (particolare) File: 62cts brasiliano Crystal Opal.JPG | Opale di cristallo. Il gioco del colore è causato dall’interferenza e dalla diffrazione della luce tra le sfere di silice (150 – 300 nm di diametro). File: Lasiodora parahybana, claws.JPG | Tonalità blu di una specie di tarantola (450 nm ± 20 nm)

I nano-oggetti sono spesso categorizzati su quante delle loro dimensioni cadono su scala nanometrica. Una nanoparticella è definita un nano-oggetto con tutte e tre le dimensioni esterne nella scala nanometrica, i cui assi più lunghi e quelli più brevi non differiscono in modo significativo. Una nanofibra ha due dimensioni esterne su scala nanometrica, con nanofibre vuote in nanofibre e nanorods che sono nanofibre solide. Una nanoplate ha una dimensione esterna nella scala nanometrica, e se le due dimensioni maggiori sono significativamente diverse, viene chiamata a

La biologia sintetica è una branca interdisciplinare di biologia e ingegneria. L’argomento combina discipline all’interno di questi domini, come la biotecnologia, l’ingegneria genetica, la biologia molecolare, l’ingegneria molecolare, la biologia dei sistemi, la scienza delle membrane, la biofisica, l’ingegneria elettrica, l’ingegneria informatica, l’ingegneria del controllo e la biologia evolutiva. La biologia sintetica applica queste discipline per costruire sistemi biologici artificiali per applicazioni di ricerca, ingegneria e medicina.

La biologia sintetica è vista in modo diverso da biologi e ingegneri. Originariamente considerato parte della biologia, negli ultimi anni il ruolo dell’ingegneria elettrica e chimica è diventato più importante. Ad esempio, una descrizione definisce la biologia sintetica come “una disciplina emergente che utilizza i principi di ingegneria per progettare e assemblare componenti biologiche”. Un altro lo ha descritto come “un nuovo campo scientifico emergente in cui le TIC, le biotecnologie e le nanotecnologie si incontrano e si rafforzano a vicenda”. La definizione di biologia sintetica è anche discussa nelle scienze umane, nelle arti e nella politica. Una definizione popolare: gli aspetti funzionali di questa definizione sono radicati nella biologia molecolare e nella biotecnologia. Con l’espansione del termine, la biologia sintetica è stata recentemente definita come la progettazione e l’ingegneria artificiale dei sistemi biologici e degli organismi viventi allo scopo di migliorare le applicazioni per l’industria o la ricerca biologica. In generale, il suo scopo può essere descritto come la progettazione e la costruzione di nuovi percorsi biologici artificiali, organismi o dispositivi, o la riprogettazione dei sistemi biologici naturali esistenti. La biologia sintetica è stata tradizionalmente divisa in due diversi approcci. Dall’alto verso il basso la biologia sintetica implica l’utilizzo di tecniche di ingegneria genetica e metabolica per impartire nuove funzioni alle cellule viventi. La biologia sintetica di fondo implica la creazione di nuovi sistemi biologici in vitro riunendo componenti biomolecolari “non viventi”, spesso con l’obiettivo di costruire una cellula artificiale. I sistemi biologici sono quindi assemblati modulo per modulo. Spesso vengono impiegati sistemi di espressione proteica senza cellule, così come i meccanismi molecolari basati su membrana. Vi sono crescenti sforzi per colmare il divario tra questi approcci formando cellule viventi / sintetiche ibride e comunicazioni ingegneristiche tra popolazioni viventi e popolazioni di cellule sintetiche.

Il primo uso identificabile del termine “biologia sintetica” è stato nella pubblicazione di Stéphane Leduc di Théorie physico-chimique de la vie et générations spontanées (1910) e di La Biologie Synthétique (1912). Un’interpretazione contemporanea della biologia sintetica è stata data dal genetista polacco Wacław Szybalski in una tavola rotonda durante la diciottesima conferenza annuale “OHOLO” sulle strategie per il controllo dell’espressione genica “del 1973, Zichron Yaakov, in Israele. Nel 1978, Arber, Nathans e Smith vinsero il premio Nobel in Fisiologia o Medicina per la scoperta di enzimi di restrizione, portando Szybalski a offrire un commento editoriale sulla rivista Gene: Il lavoro sulle nucleasi di restrizione non solo ci permette facilmente di costruire molecole di DNA ricombinante e analizzare i singoli geni, ma ci ha anche condotti nella nuova era della biologia sintetica, in cui non solo i geni esistenti sono descritti e analizzati, ma anche le nuove disposizioni genetiche possono essere costruite e valutate. Un notevole progresso nella biologia sintetica si è verificato nel 2000, quando due articoli in Nature hanno discusso la creazione di dispositivi di circuiti biologici sintetici di un interruttore a levetta genetica e un orologio biologico combinando i geni all’interno delle cellule di E. coli.

Gli ingegneri considerano la biologia una tecnologia – una biotecnologia di un dato sistema o la sua ingegneria biologica. La biologia sintetica comprende l’ampia ridefinizione e l’espansione della biotecnologia, con gli obiettivi finali di essere in grado di progettare e costruire sistemi biologici ingegnerizzati che elaborano informazioni, manipolano sostanze chimiche, fabbricano materiali e strutture, producono energia, forniscono cibo e mantengono e migliorano la salute umana ( vedi Ingegneria biomedica) e il nostro ambiente. Gli studi in biologia sintetica possono essere suddivisi in classificazioni generali in base all’approccio adottato per il problema in questione: standardizzazione delle parti biologiche, ingegneria biomolecolare, ingegneria genomica. L’ingegneria biomolecolare include approcci che mirano a creare un kit di unità funzionali che possano essere introdotte per presentare nuove funzioni tecnologiche nelle cellule viventi. L’ingegneria genetica include approcci per costruire cromosomi sintetici per organismi interi o minimi. La progettazione biomolecolare si riferisce all’idea generale di design de novo e combinazione additiva di componenti biomolecolari. Ognuno di questi approcci condivide un compito simile: sviluppare un’entità più sintetica a un livello superiore di complessità manipolando inventivamente una parte più semplice al livello precedente.

I riscrittori sono biologi sintetici interessati a testare l’irriducibilità dei sistemi biologici. A causa della complessità del biolo naturale