Starożytna nanotechnologia, ludzka próżność i testy ciążowe, czyli po co nam złoto...

Ludzie żyjący w kulturze, która narodziła się w miejscu określanym jako Europa Wschodnia, używali złota do celów dekoracyjnych już 4000 lat p.n.e. To złoto prawdopodobnie pochodziło z Alp Transylwańskich lub masywu Pangajon z Tracji. Nieco później, bo około 1500 r p.n.e. złoto zostało środkiem wymiennym w handlu międzynarodowym. Najstarszą monetą (ok. 600 roku p.n.e.) jest lidyjski lew wybity przez króla Alyattesa II [1]. Dla tej monety używane jest też określenie szelek [2], co było tradycyjnym mezopotamskim terminem określającym daną wagę kruszcu. Jednak nie było to czyste złoto tylko stop zwany elektrum, w którym były 2/3 złota i 1/3 srebra.

Współcześnie również mamy do czynienia ze złotem i jego stopami, mimo że słowo złoto mają w swojej nazwie. W systemie karatowym czyste złoto ma 24 karaty, a w europejskim systemie odpowiada to próbie 1000. Ze względu na to, że złoto jest bardzo miękkim metalem, to biżuteria jest wykonywana ze stopów, by zwiększyć twardość i wytrzymałość a nawet kolor. U jubilera można zakupić przecież nie tylko żółte złoto, ale też różowe czy białe.

Białe złoto to nic innego jak stop, w którym oprócz złota mamy 25% niklu, cynku, czasem srebra i palladu, który imituje platynę. Dodatkowo takie wyroby pokrywa się cienką warstwą rodu, by kolor biżuterii był jeszcze bardziej intensywny. Niestety po pewnym czasie ta powłoka się ściera. Co do różowego złota, to stało się one popularne w Rosji w XIX w. i dlatego czasem można spotkać się z nazwą czerwone czy rosyjskie złoto. Ten różowy kolor zawdzięczamy dodatkowi miedzi, która nadaje też większą trwałość i wytrzymałość materiałowi.

Barwy złotej biżuterii są zasługą dodatku innych metali do stopu, a nie samego złota. I to chyba na tyle, jeśli chodzi o kolory złota w skali makro, czyli gdy mamy na myśli błyszczące kolczyki, naszyjniki czy pierścionki.

To nie koniec możliwości, bo złoto może mieć też kolor fioletowy, czerwony, a nawet zielony. Co więc należy zrobić, by je zdobyć, może udać się do jakiejś wyjątkowej kopalni? Odpowiedź na to pytanie brzmi jak... plan bohaterów książki z gatunku science-fiction: żeby uzyskać inne kolory złota należy przenieść się do świata w wymiarach nano. W tym wymiarze detale materiału nie są widoczne gołym okiem, chociaż można tego rodzaju struktury bez problemu wytworzyć.

Pojedynczy wymiar takich nanostruktur złota jest mniejszy od 100 nanometrów. Mimo że cały czas jest to złoto, to już nie zachowuje się jak złoto, które znamy jako połyskujący kawałek miękkiego metalu, w postaci sztabki czy drogocennej biżuterii. To prawie tak, jak wymagać od dzieci, by były idealną kopią rodziców, a przecież tak to nie działa.

W nanomateriale więcej atomów znajduje się na powierzchni w porównaniu do tych obecnych w jego środku, tworząc granicę między wnętrzem a otoczeniem. Dzięki temu otrzymujemy materiał, który ma niezwykle rozwinięta powierzchnię. To z kolei ma wpływ na jego reaktywność i daje możliwość zgromadzenia na powierzchni ładunku czy przyczepienia czegoś, np. nici DNA.

O ile naszym okiem nie dostrzeżemy tego kształtu czy nie określimy wielkości, bo na to pozwalają jedynie techniki obrazowania z użyciem np. mikroskopu elektronowego, to te nietypowe, jak na złoto, kolory można zobaczyć. Kolor zależy od kształtu nanocząstek (mogą to być kuleczki, pręciki, a nawet gwiazdki), ich rozmiaru, a także odległości miedzy nimi. Nie za bardzo nadają się one do wykonania biżuterii, ale ich różnorodność zastosowań jest przeogromna.

Już w starożytności, mimo że ludzie nie byli świadomi tego, że wkraczają w obszar nanotechnologii, wytwarzali szkła o zmieniającej się barwie. Przykładem takiego dzieła jest puchar przedstawiający mitycznego króla Likurga, który ma inny kolor w zależności od strony, z której jest oświetlany. Gdy światło pada na niego od przodu, to ma kolor zielony, a gdy od tyłu, to czerwony. Takie szkło nazywamy dichroicznym i do obecnych czasów skład takich dwóch dichroicznych szkieł został poznany. [3] Były one wytworzone ze szkła sodowo-wapniowo-krzemowego otrzymywanego z minerału trony (uwodniony wodorowęglan sodu) i lokalnego piasku zawierającego podwyższoną ilość żelaza i manganu.

Co do samego pucharu Likurga, to pierwsze podejście do odkrycia sekretu nanotechnologów ze starożytności podjęto w 1990 r. Wtedy Ian Freestone z University College London sugerował, że biorąc pod uwagę wyniki badań, to Rzymianie wiedzieli, co robią i nanocząstki złota i srebra, że są odpowiedzialne za ten niezwykły efekt. [4] W tamtych czasach dodatek metali szlachetnych do szkieł był możliwy tylko dzięki ich rozpuszczeniu w mieszaninie kwasu azotowego z sodem lub chlorkiem amonu, co sugeruje również, że kwasy mineralne były znane człowiekowi jeszcze przed eksperymentami arabskich alchemików.

Mimo że od momentu pierwszego podejścia do rozwikłania zagadki pucharu Likurga minęło ponad 20 lat i wydawało się, że już wszystko wiadomo, to dalej obiekt nie daje spokoju naukowcom. Tym razem zespół naukowców z Uniwersytetu Moskiewskiego i Uniwersytetu Camerino z Włoch [5] wykazał, że to nie tylko kwestia obecności złota i srebra, ale procesu rozpraszania światła na kropelkach fazy bogatej w krzemionkę. Oprócz tego zjawiska rozpraszania, to absorbcja światła przez jony żelaza, które są obecne blisko powierzchni, wyjaśniają zielony kolor pucharu w świetle odbitym. Co szczególnie należy podkreślić, wskazano na rolę, jaką odgrywają mikroskładniki, tj. fosforany i jony żelaza. Były one prawdopodobnie obecne w piasku wykorzystanym do produkcji szkła. I tylko takie połączenie wszystkich składników, a nie tylko obecność nanocząstek złota i srebra pozwala na otrzymanie takich właściwości tego przedmiotu. Istotny wpływ jonów żelaza zweryfikowano, gdy wymieniono je na jony magnezu. W takim przypadku separacja faz nie miała miejsca, co ogranicza możliwość nadawania koloru takim szkłom, a autorzy wskazują, że tajemnica, którą skrywał puchar Likurga inspiruje do dalszych badań obiektów, których wygląd zależy od ich oświetlenia.

Współcześnie nanocząstki złota mają szczególne znaczenie w biomedycynie, m.in. terapii fotodynamicznej, obrazowaniu fluoroscencyjnym, do transportu leków, wykrywaniu patogenów czy czujnikach. Powszechnie najbardziej znane sensory, w których ważną rolę odgrywają nanocząstki złota to testy paskowe jak np. testy ciążowe [6]. Kiedy dwa paski zrobią się różowe wskazuje to wynik pozytywny, a gdy widzimy tylko jedną różową kreskę oznaczaną jako kontrola (C), to wynik uznajemy za negatywny. Jeśli akurat jest to test ciążowy, to wykrywa on gonadotropinę kosmówkową (HCG) - hormon, którego poziom wzrasta we wczesnej fazie ciąży. Podjednostka hormonu obecna w moczu wiąże się do przeciwciał połączonych z nanocząstkami złota. A te przemieszczają się wzdłuż paska aż trafią do odpowiedniego miejsca testu oznaczonego jako T, z ang. test line, gdzie łączą się z kolejnymi lokalnie zaadsorbowanymi przeciwciałami. [7] Analogicznie działają testy paskowe do wykrywania bakterii czy wirusów.

Są jednak zastosowania złota, które też, nie wiedzieć czemu, coraz bardziej zyskują na popularności. Takim przykładem jest zastosowanie drogocennego kruszcu w kuchni, dzięki czemu złoto zyskuje miano jadalnego. Ani nie ma w nim wartości odżywczych, ani nie nadaje smaku, który mógłby z nas zrobić fanów takiego dodatku. Jest to jedynie złota dekoracja, która nadaje potrawie luksusowy połysk, a konsumentowi wrażenie, że zaraz zje coś wyjątkowego, chociaż jego kubki smakowe tego nie odczują.

Jednak ten trend nie jest wcale taki nowy. Te kulinarne praktyki sięgają starożytnego Egiptu i Chin. Potem w XV i XVI wieku do talerzy rodzin królewskich dorzucano nieco złota szczególnie na ryby i owoce, by w ten sposób pochwalić się swoim bogactwem. Współcześnie ten trend złocenia jedzenia pojawił się w Dubaju, a nakładanie złota na jedzenie niczym innym się nie różni od techniki złocenia mebli, instrumentów muzycznych czy obrazów. Takim symbolem kultowego złotego dania jest Douche Burger [8], który nie tylko ma pozłacany wierzch bułki, ale zawiera japońskie mięso wołowe Kobe, trufle czy ser Gruyere maczany w szampanie.

Natomiast, w restauracji Serendipity w Nowym Jorku serwuje się deser zrobiony raptem z trzech lodów z tahitańską wanilią i pokrytych 23-karatowym złotem [9]. Trafił on w 2007 do księgi rekordów Guinnesa jako najdroższy deser, za który trzeba było zapłacić 1000 dolarów [10].

Wychodzi więc na to, że nawet jeśli złoto nie smakuje, czy nie najemy się nim, to trzeba pokazać innym, że nas stać. Szkoda, bo to samo złoto mogłoby zostać wykorzystane w o wiele bardziej pożyteczny sposób.

Literatura

[1]. http://rg.ancients.info/lion/article.html

[2] M. Mitchiner, Ancient Trade and Early Coinage, Hawkins Publications, London, 2004, p. 215,

[3] C.A. Höpken, Fragment of a dichroic cage cup from Dülük Baba Tepesi/Doliche, Turkey

J. Glass Studies, 50 (2008), p. 303

[4] https://www.smithsonianmag.com/history/this-1600-year-old-goblet-shows-that-the-romans-were-nanotechnology-pioneers-787224/

[5] A. Drozdrov, M. Andreev, M. Kozlov, D. Petukhow, S. Klimonsky, C. Pettinari, Lycurgus cup: the nature of dichroism in a replica glass having similar composition, Journal of Cultural Heritage 51 (2021) 71-78

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1296207421001072?via%3Dihub

[6] S. Nickmans, P. Vermeersch, J. Van Eldere, J. Billem Performance of qualitative urinary hCG assays, Acta Clinica Belgica 69 (2014) 277-279

[7] https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/250343/250343.pdf

[8] https://laughingsquid.com/photos-making-666-burgers-gold-leaf-topped-douche-burger/

[9] https://www.reuters.com/article/us-dessert-idUSN0753679220071107

[10] https://elitechoice.org/luxury/worlds-most-expensive-ice-cream-golden-opulence-sundae