Biologiske nanomaterialer

Mælk er en kolloid og kan faktisk betragtes som et biologisk nanomateriale. Mælk er hvidt, da det indeholder fedt og proteiner, heraf er 80% af proteinindholdet kasein.

Kaseinproteiner er nogenlunde sfæriske og har en varierende størrelse mellem 50-600 nm i diameter, og er derfor pr. definition nanopartikler. De af os, der drikker mælk på daglig basis, indtager derfor store mængder nanopartikler - hver eneste dag. Kasein består af en masse aminosyrer, kulhydrater og essentielle grundstoffer såsom calcium og fosfor, der i kroppen bruges til at opbygge og genopbygge knogler og tænder.

Nanopartikler gør mælken hvid
De nanopartikler, mælken består af, har et helt bestemt forhold til synligt lys, der har en bølgelængde fra 400 nm til 800 nm i det elektromagnetiske spektrum. Når lys kommer i kontakt med en partikel af samme størrelse som lysets bølgelængde eller mindre, så spredes det. Denne form for spredning kaldes Rayleigh-spredning, og man kan bruge den til at vise, at der er nanopartikler i væsker, som f.eks. mælk.

Molekylerne i luften (fx O2 og N2) er mindre end bølgelængderne af synligt lys, som kommer fra solen. Derfor spredes der mest blåt lys i vores atmosfære, hvilket resulterer i, at himlen ser blå ud på en skyfri dag. Dette medfører, at den blå farve ikke findes i de solstråler, vi observerer, når vi kigger direkte op på solen, hvilket gør at vi ser solen som værende gul eller orange. Fænomenet er tydeligt på en varm sommeraften, hvor vi oplever himlen som værende rød eller orange og ikke blå, da solstrålerne passerer igennem langt flere lysspredende luftmolekyler end midt på dagen.  

Det er netop denne “solnedgangseffekt”, vi kan se, hvis vi lyser direkte på et gennemsigtigt glas vand blandet med mælk (se øvelsen).

Solnedgangseffekten kan altså beskrive Rayleigh-spredning i en væske med nanopartikler, da det egentlig er samme princip. Lyset fra solen indeholder alle farvespektrummets farver. Det blå lys har en kort bølgelængde på omkring 450 nm, og er energirigt. Sammenhængen mellem lysets bølgelængde og energi kan beskrives ved:

E= hc

hvor E er energi i joule (J), h er Planck’s konstant: 6.626*10-34m2*kgs, lambda (λ) er bølgelængden af lyset i nanometer (nm) og c er lysets hastighed (299.792.458ms).

Farven afhænger af bølgelængden
Jo kortere bølgelængde lyset har, jo mere energi har det. Blåt lys har derfor mere energi end rødt lys, som har en bølgelængde på 650 nm. Blåt lys har af denne grund større sandsynlighed for at kollidere med partiklerne i atmosfæren og blive spredt. Rødt lys har mindre sandsynlighed for at ramme atmosfærens partikler, og derfor tager det en mere uforstyrret vej gennem atmosfæren, og rejser længere afstande.  Så når alt det blå lys er blevet spredt, forholdsvis hurtigt, er der kun det røde lys tilbage.

Effekten kan ses på figuren af Jorden og dens atmosfære.

Figur 2. Illustration af Jorden og dens atmosfære samt længden solens stråler skal rejse, for at vi kan se dem. Midt på dagen er det blå lys dominerende, men ved solnedgang tager det røde lys over.

Figur 2. Illustration af Jorden og dens atmosfære samt længden solens stråler skal rejse, for at vi kan se dem. Midt på dagen er det blå lys dominerende, men ved solnedgang tager det røde lys over.

Vulkaner giver flotte solnedgange
Ifølge Scientific American oplevede man i 1883 de utroligste solnedgange rundt omkring i verden efter et vulkanudbrud på en af Indonesiens vulkanøer. Et vulkanudbrud er en kilde til naturlige aerosoler, og disse spredes let med vind og vejr. Aerosoler er med til at forurene luften, men de kan altså også give anledning til en større Rayleigh-spredning i atmosfæren og flotte solnedgange.

Hvis du har været i en by med partikelforurening, vil du måske lægge mærke til, at der er meget smukkere solnedgange med meget stærke røde og orange farver, end vi f.eks. har herhjemme. Det skyldes lige præcis sollysets interaktion med nanopartikler.

Mere om aerosolforurening og dens effekt på menneskers helbred kan findes under afsnittet om Nanotoksikologi. http://www.nanotechacademy.dk/nano-toksikologi

 

Kolloid
Kolloid er en opløsning af væske, der indeholder små partikler i fast form eller en gas, der indeholder enten flydende eller faste stoffer.

Faktaboks: Rayleigh-spredning

Rayleigh-spredning er spredningen af lys eller anden elektromagnetisk stråling, der skabes af partikler, som er langt mindre end lysets eller strålingens egen bølgelængde. 


Aerosoler
Aerosoler er faste eller flydende partikler, som svæver i en gas, f.eks. i luften. De har en størrelse mellem få nanometer og flere mikrometer, og de findes i bl.a. luftforurening.

http://www.nanotechacademy.dk/Nanomaterialer/Biologiske-nanomaterialer
18 JUNI 2019