Filozofia pojęć technicznych (114). Mikrosfera


27-12-2017 15:36:27

Tworzenie mikrosfer, czyli substancji złożonych ze struktur kulistych o średnicy rzędu 0,001mm - 0,5 mm (mniejsze to już nanosfery) jest przykładem dwutorowości badawczej; w nurcie nauk podstawowych już w I połowie XX wieku wykryto naturalne mikrosfery tworzące się spontanicznie - polipeptydy utworzone z aminokwasów. Był to wynik badań nad początkami życia. Udowodniono, że aminokwasy potrafią tworzyć tzw. micele, czyli kuliste protokomórki pokryte błoną o właściwościach hydrofilowych lub hydrofobowych. Wg. teorii  Aleksandra Oparina życie mogło się w ten sposób spontanicznie „wykluć” z koloidowych skupisk materii organicznej, tzw. koacerwatów. Polipeptydy micelarne po raz pierwszy uzyskał sztucznie w 1957 r. Sidney Foks – biochemik amerykański, postać barwna i niebanalna (zaczynał w California Institute of Technology u Linusa Paulinga, następnie przemierzył liczne  stany i uczelnie publikując szereg prac darwinistycznych). Odtąd rozpoczęła się kariera mikrosfer w medycynie i farmacji, m.in. jako sposób podawania leków i innych substancji bioaktywnych.

Drugi nurt – nieorganiczny wywiedziono z odwiecznej obserwacji właściwości materiałów domieszkowanych twardym kruszywem o regularnym kształcie ziaren. Starożytny beton (od 7 tys. lat p.n.e.!) zawdzięczał swoją wytrzymałość i trwałość nie tylko wiązaniom chemicznym mieszanki, ale także odłamkom skał i skorup ceramicznych, które wspierając się o siebie w strukturze betonu tworzą szkielet odporny na ściskanie. Im bardziej to kruszywo zbliżone jest do kul, tym szkielet jest silniejszy. Do dziś mieszanka betonowa jest tak komponowana, by po starannym zawibrowaniu ziarna żwiru i piasku stykały się w całej objętości. Resztę przestrzeni wypełnia spoiwo. Mikrosfery mogą mieć też inne właściwości, np. jako dodatki do smarów, czy zwiększające gładkość powłok (szklane), wypełniacze farb, papierów i innych kompozytów (polimerowe), a zwłaszcza wypełniacze zwiększające izolacyjność cieplną i zmniejszające masę bez radykalnego zmniejszania wytrzymałości. Każdy z rodzajów wymagał odrębnej, często bardzo zaawansowanej technologii. Np. w Instytucie Chemii i Techniki Jądrowej opracowano proces CSPG (Complex Sol Gel Process, a więc zol-żel) by otrzymać ziarno dla nadprzewodników, bioceramiki oraz materiałów katodowych do ładowania baterii.  Spienianie i spulchnianie także można zaliczyć do zabiegów „mikrosferycznych”, gdyż wprowadza ono w masę materiału kuliste pęcherzyki powietrza. Znaczenie tych mikrosfer docenia już każde dziecko, porównując zakalec z prawidłowo wyrośniętym ciastem.  Większość mikrosfer ma jeszcze inną, cenną właściwość: po wypełnieniu sfery pewnymi gazami materiał zyskuje większą odporność na wysokie temperatury i promieniowanie UV.  

Dla Polski wykorzystanie ziaren mikrosferycznych ma szczególne znaczenie i staje się osobną specjalnością. Wynika to z faktu, że większość popiołów paleniskowych z elektrowni zawiera samoczynnie wytworzone glinokrzemianowe ziarna kuliste (średnio ok. 1,1% popiołów) wypełnione azotem i dwutlenkiem węgla. Ze względu na twardość i odporność termiczną, chemiczną oraz lekkość (45 g/cm3)mogą być używane do prawie każdego kompozytu łącznie z medycznymi. Trudno się oprzeć uwadze, że w kształcie kulistym musi być jakaś magia, skoro odgrywa on tak istotną rolę nie tylko w matematyce i fizyce, ale także w naturze i praktyce technicznej. I to zarówno na poziomie atomowym i cząsteczkowym jak i na poziomie makroskali, a nawet skali kosmicznej. Kształt obły niewątpliwie jest prymusem rzeczywistości, co sygnalizuje wyzywająco za pomocą straszliwej liczby pi. Starożytni Egipcjanie czcili zarówno słońce, jak i skarabeusza toczącego doskonałą kulkę nawozu.

Zygmunt Jazukiewicz

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl