Električna žica za ljudsko tijelo – stotinu puta tanja od vlasi

Srebrna žica zaštićena od korozije stotinu puta tanja od ljudske vlasi, koja se može rastezati bez gubitka električne vodljivosti - to je kratak opis novog dostignuća nanotehnologije.

Nenad Raos nedjelja, 9. rujna 2018. u 12:00

Za alkemičara je srebro, a nadasve zlato plemeniti metal. Zašto? Zato što su zlato i srebro metali u koje sazrijevaju oni neplemeniti, primjerice olovo ili živa, baš kao što – prema njihovom viđenju – u rudniku sazrijevaju stijene u rude, a u metalurškoj peći rude u kovine. Za kemičara su pak plemeniti metali oni metali koji u Voltinom nizu stoje iza vodika, tj. kovine koje kiseline ne nagrizaju. U školi smo opet učili kako  postoje plemenite, neplemenite i poluplemenite kovine. Plemenite se razlikuju od neplemenitih po tome što ne hrđaju, dok se poluplemenite kovine presvlače zaštitnom kožicom oksida koja ih štiti od daljnje oksidacije.

Što na to reći? „Plemenito“ srebro ipak reagira s dušičnom kiselinom, a još plemenitije zlato ne otapa se ni u jednoj kiselini osim u smjesi dušične i klorovodične kiseline – poznatoj kao zlatotopka ili carska vodica (aqua regia). Zaštitnim oksidnim slojem presvlači se i posve neplemeniti aluminij, a srebrni nakit vremenom posivi uslijed stvaranja srebrovog sulfida na površini. Nema tog metala koji bi bio apsolutno plemenit, takav da za njega ne postoji kemijski reagens koji bi ga preveo u nešto drugo, neki kemijski spoj. No vratimo se srebru: nije ono tako plemenito kako se na prvi pogled čini.

Reaktivnost srebra nije problem koji muči samo vlasnike srebrnog nakita i (danas već rijetke) ljubitelje srebrnog pribora za jelo. Taj problem muči i konstruktore pace makera te sličnih električnih uređaja koji se ugrađuju u ljudsko tijelo. Najjednostavnije rješenje – da se svi električni vodovi naprave od srebrne žice – nije dobro. Jer iako srebro ima najmanji specifični električni otpor (ili najveću vodljivost) od svih metala, teško može izdržati korozivno djelovanje „nekorozivnih“ tjelesnih tekućina. Nakon nekog vremena ne samo da propada električna instalacija, nego se oslobađaju i otrovni srebrovi ioni. I što sad?  Treba napraviti izoliranu srebrnu žicu, takvu koja će ne samo biti otporna na „kemikalije“ u ljudskom tijelu nego će biti i rastezljiva – samo kako?  

Na to je pitanje nedavno odgovorila skupina znanstvenika iz Južne Koreje, Sjedinjenih Država i Izraela u časopisu Nature Nanotechnology napisavši znanstveni rad podužeg naslova „Highly conductive, stretchable and biocompatible Ag-Au core-sheath nanowire composite for wearable and implantable bioelectronics“ (u slobodnom prijevodu: „Visoko vodljiva, rastezljiva i biokompatibilna zlatom zaštićena srebrna nanožica za vanjsku i unutrašnju bioelektroniku“). Riječ je, da ne duljim, o srebrnoj žici na koju je prvo galvanskim postupkom nanesen sloj zlata, a zatim sloj SBS-elastomera, tj. kopolimera stirena i butadiena, punim imenom poli(stiren-butadien-stiren).

I to ne bi bilo vrijedno spomena, jer je zapravo riječ o izoliranoj žici, da ta žica nije „nanožica“, što će reći izuzetno tanka žica. Debela je jedva 140 nm (ili 0,14 μm) od čega 35 nm otpada na zaštitni sloj zlata. Znamo li da je debljina vlasi iz kose od 0,02 do 0,04 mm (20 – 40 μm), nije teško zaključiti kako je nonožica 200 puta tanja od ljudske vlasi. Kad uzmemo tu tankoću u obzir jasno je zašto bi, da je srebro ostalo nezaštićeno, žica posve propala, dok se korozija na malo debljoj srebrnoj žici ne bi ni zapazila. Tako smo objasnili ono što piše u naslovu, da je riječ o nanožici (nanowire). No što je s drugim njezinim svojstvom iz naslova, s rastezljivošću (stretchable)?

Zahvaljujući dodatku heksilamina (1-aminoheksan) koji veže SBS-elastomer za metalnu podlogu, nanožica je izuzetno rastezljiva. Konkretno, može se tri puta produžiti a da joj se  pritom – važno je napomenuti – bitno ne smanji električna vodljivost. To je čini pogodnom za ugradnju pod kožu - koja se, razumije se, neprestano steže i rasteže – no i na srčani mišić. Ovo je posljednje, implantacija na srčani mišić, iskušano na srcu svinje. Zahvaljujući rastezljivoj nanožici bilo je moguće elektrode za snimanje elektrokardiograma pričvrstiti izravno na srce.

I što na kraju reći? Zahvaljujući rastezljivoj nanožici bit će moguće kontinuirano snimati elektrokardiogram bez neugode za pacijenta. U slučaju da nastupi opasno stanje liječnik će biti smjesta (mobitelom?) obaviješten, a onda će (opet mobitelom) poslati u srce električne signale koji će mu uskladiti rad. Dogodi li se pak ono najgore, zastoj rada srca uslijed srčanog udara, uređaj će smjesta automatski reagirati – ne čekajući ekipu prve pomoći, s liječnikom ili bez njega.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.