Материјали за предавање „Основи на нанотехнологијата. Државни програми и фундаментални истражувања

Испратете ја вашата добра работа во базата на знаење е едноставна. Користете ја формата подолу

Студентите, дипломираните студенти, младите научници кои ја користат базата на знаење во нивните студии и работа ќе ви бидат многу благодарни.

Објавено на http://www.allbest.ru/

ТЕСТ

на тема: „Основи на нанотехнологијата“

1. Наведете ги областите во кои се користи нанотехнологијата. Наведете примери за примените материјали

Нанотекстил

Нанотекстилите заземаат едно од водечките места во глобалното производство на нанопроизводи по наноелектрониката, нанофармацевтските производи и нанокозметиката.

Обем на производство ~ 50 милијарди ДС (2006)

Раст ~ 10% годишно

Лидер на САД ~ 40%

Руската Федерација купува ~ 1,5 милијарди ДС (технички, хигиенски, спортски)

Хигиенски текстил

(пелени, болничка долна облека)

200 милиони луѓе - потрошувачи (деца, стари лица) на пелени. Светското население старее, пазарот на пелени се шири.

Хигиенски текстил = нанотехнологија: Нановлакна (суперсорбенти), наносребро?, наноперфем итн.

Хемиски влакна

Нановлакна по дијаметар< 100 нм.

Најчеста технологија за производство на нанотински влакна е електроврењето, кога на излезот од вртежот раствор или топење на полимерот влегува во зоната на дејство на електричното поле. Во електричното поле, истечениот полимерен поток се разредува до нано големини, како што е прикажано на дијаграмот:

Конвенционалните хемиски влакна кои содржат наночестички од различни хемиски природи и форми (јаглерод-фулерени, метали, метални оксиди, алумосиликати итн.), влакна исполнети со наночестички се композитни влакна со нови својства.

Новите својства зависат од природата на наночестичките: електрична спроводливост, механичка сила, антимикробни својства, обоеност итн.

Заштитен текстил

Не постои прецизна дефиниција за тоа што е заштитниот текстил ниту во странската ниту во домашната литература. Ајде да се обидеме да го дадеме своето (може да се коригира):

„Текстилен материјал и производи направени од него што ги штитат луѓето и животната средина (чудесен и вештачки)“

Тешкотијата на дефиницијата се должи на фактот што заштитниот текстил делумно спаѓа во технички текстил, кога ја штити опремата, и во спортски текстил, медицински текстил, козметички текстил и геотекстили.

Самиот текстил и производите направени од нив исто така бараат, во услови на работа и складирање, заштита од термичко, хемиско, механичко, био-, фото- и радијациско уништување. Заштитата на материјалот и производите од овие влијанија не заштитува автоматски лице од нив. А сепак, често овие функции се комбинираат, на пример, давајќи му на материјалот отпорност на пожар, штитиме од пожар и луѓе! Заштитувајќи го материјалот од микроорганизми, ги штитиме и луѓето!

Релевантноста на проблемот со развој на технологии и производство на заштитни текстили лежи во фактот дека на милиони луѓе на планетата, објекти на природата и технологијата им е потребна заштита од специфичните работни услови на луѓето и работата на опремата.

Работните услови на луѓето од повеќе професии имаат штетно влијание врз човечкото тело, кое бара заштита со помош на текстилни производи. Работата во индустријата, агенциите за спроведување на законот, болниците, електричните, хидроцентралите и нуклеарните централи е поврзана со одредени и специфични ризици. Секоја професија има свои специфични барања за заштита.

Основни заштитни функции, својства на текстил и производи направени од него:

Прегревање

Хипотермија

Хемиска заштита од течни и гасовити токсични материи

Од штетни микроорганизми

Балистичка заштита

Од зрачење

Од УВ зрачење

Од крлежи што цицаат крв

Повеќето од овие својства сега се пренесуваат на текстилот со користење на нановлакна, наномедицина и разни други нанотехнолошки техники.

Медицински текстил и нанотехнологија

Медицинскиот текстил понекогаш се класифицира како технички текстил, што не е точно. Ова е, се разбира, нетехнички текстил. Медтекстилите се хуманитарна, социјална употреба на текстилот. Во оваа област, нанотехнологијата најде примена, надминувајќи ги (годишен раст од 5%) сите други видови текстил, а за тоа има и причини кои го одредуваат исклучително динамичниот развој на производството на медицински текстил:

Светското население расте, особено во земјите во развој. Во светот има 6,5 милијарди луѓе, во Кина 1 милијарда 200 милиони луѓе, во Индија 900 милиони луѓе.

Промена на демографската структура, зголемување на процентот на постарата популација.

Подобрување на нивото и квалитетот на животот.

Зголемени ризици поврзани со деградација на животната средина (зголемување на срцеви заболувања, рак, СИДА, хепатитис), природни катастрофи, терористички напади итн.

Повеќето од најновите достигнувања во областа на медицинскиот текстил се поврзани со нано-, био- и информатичките технологии, полимерната хемија и физиката.

Медтекстилите покриваат многу широк спектар на производи и според нивната намена може да се класифицираат на следниов начин:

Материјали за облекување (традиционални за заштита на рани, модерен медицински).

Импланти (биоразградливи и неразградливи нови материјали, тетиви, лигаменти, кожа, контактни леќи, рожница, коски, зглобови, крвни садови, срцеви залистоци). Ова не значи дека текстилот го формира целиот имплант; тој може да биде негов составен дел.

Уреди што ги заменуваат органите (вештачки бубрег, црн дроб, бели дробови, итн.), каде што текстилот и влакната се вклучени во дизајнот.

Заштитна облека (хируршки маски, капи, навлаки за чевли, кревет и долна облека, ќебиња, завеси). На сите овие материјали им се дадени антимикробни, антивирусни својства, а облеката на хирургот исто така е водоотпорна (задржување на физиолошките течности на пациентот за време на операцијата).

Сензорен текстил и облека за следење на далечина на главните параметри на телото на пациентот (ова се користи и за следење на обуката на спортистите, армискиот персонал при извршување на задачи поврзани со екстремни напори). Минијатурните сензори вградени во текстилот за облека ја следат динамиката на промените во електрокардиограмот, респираторните функции, пулсот, температурата на кожата, нивото на кислород во крвта и положбата на телото во вселената. Сите овие индикатори се снимаат на специјални преносливи уреди (со големина на мобилен телефон) и се пренесуваат до централниот сервер на болницата, а потоа до лекарот што посетува, кој донесува одлука во случај на итност.

Козметички текстил

Козметичкиот текстил е многу помалку разновиден по опсег во споредба со медицинскиот текстил. Главната група, тип на козметички текстил се козметичките маски на база на текстил. Делуваат како подмладувачи на кожата, го одложуваат стареењето на кожата, ги измазнуваат брчките, а во случај на проблематична кожа (осип, акни, пигментација и сл.) маските имаат терапевтски ефект.

Козметичките маски содржат козметички препарати од различна природа (растителни екстракти, витамини, биолошки активни супстанции, лекови, сребрени наночестички).

Постојат различни методи за воведување на овие лекови во маски: импрегнација, користење на технологија за димензионирање и печатење.

Во секој случај, задачата, како и во случајот со медицинските преливи, е да се создаде маска - депо на козметика или лекови.

Домашната компанија Тексал ја разви технологијата и произведува козметички маски на база на текстил под трговското име Тексал. Како основа е земена технологијата Колетекс опишана погоре; за маските беа избрани само специјални текстилни материјали, полимерни композиции и козметика и лекови внесени во нив.

Интересен правец во производството на козметички и медицински текстил е употребата на специјални органски молекули - контејнери за козметика и лекови.

Дериватите на цикличниот декстрин - циклодекстрин - се користат како такви молекуларни контејнери (слајд 70). Циклодекстрините од различни структури (број на членови на циклусот) имаат внатрешна хидрофобна празнина (5085 nm) и надворешна хидрофилна (многу хидроксили) површина. Ако во шуплината на циклодекстрин се стават лекови или козметика, а самиот циклодекстрин се внесе во текстилниот материјал и се фиксира во него, тогаш се формира депо за лекови или козметичко депо.

Спортски нанотекстил

Спортскиот текстил денес широко користи нанотехнолошки техники и методи:

Спортска облека која создава удобност во просторот за долна облека (влажност, температура).

Дијагностичка сензорна облека што ја следи состојбата на телото на спортистот преку Интернет.

Ултра издржлива спортска опрема од новата генерација.

нанотехнологија текстил ризик еколошки

2. Потенцијални ризици поврзани со развојот на нанотехнологијата

Во моментов, голем број на пасивни наноструктури (прва генерација) се користат во козметиката, боите и лубрикантите. Експертите ги идентификуваат следните карактеристики на ризик: токсичност, екотоксичност, енергетска зависност, запаливост, способност да се акумулира во клетките. Посебни ризици од „отворен“ карактер се јавуваат при производството, транспортот и складирањето на отпадот. Значи, истражувачите обрнуваат внимание на следните области во кои се појавуваат ризици поврзани со пасивни наноструктури:

Во областа на човековото здравје: - наноструктурите можат да бидат токсични и да им наштетат на некои човечки органи, како што е црниот дроб и да навлезат во мозокот преку нервниот систем; - некои наноматеријали можат да комуницираат со железо и други метали, што ја зголемува нивната токсичност; - моментално нема доволно материјал за да се процени опасноста од наноматеријалите во зависност од степенот на нивната концентрација во клетките.

Еколошки ризици. Наноструктурите можат да предизвикаат одредена штета на животната средина, имајќи предвид дека: - можат да апсорбираат други загадувачи (пестициди, кадмиум); - поради неговата мала големина, постојат ризици поврзани со тешкотии при откривање на штетни материи. - Ризици по здравјето на луѓето и животната средина. Развојот на дебатата меѓу европските и американските експерти за тоа каква улога треба да има нанотехнологијата во човечкиот живот покренува нови прашања за креаторите на политиките: Дали нанотехнологиите ги прават луѓето подобри или ги прават посилни? Како да се третираат импланти кои го контролираат не само однесувањето на човечкото тело, туку и неговиот мозок? Како да се поврзе со претстојната (во врска со употребата на производи произведени со нанотехнологија) промена во квалитетот на човечкиот живот, а со тоа и ново разбирање на терминот „човечка безбедност“.

Политички и безбедносни ризици: - употреба на релевантни технологии за криминални и терористички цели; неправедна и нееднаква распределба на ризиците поврзани со развојот на нанотехнологијата меѓу земјите и регионите (традиционален конфликт Север-Југ). Експертите се особено загрижени за ризиците што произлегуваат од појавата на втората и третата генерација на наноструктури. Зборуваме за изгледите за појава на активни наноструктури и цели наносистеми.

Структурни ризици. Поентата е дека современото општество реагира многу бавно на брзо појавуваните нови технологии и производи произведени со нивна употреба. Доцни развивањето на стандарди и процедури со кои се регулира употребата на таквите производи. Во контекст на глобализацијата, постои голема веројатност за неконтролиран пристап до воени производи произведени со помош на нанотехнологијата. Економскиот ефект од масовната употреба на нанотехнологијата е слабо проучен. Со развојот на био- и нанотехнологијата, ќе се формира нова култура, а некои традиционални етички норми и принципи радикално ќе се променат. Проблеми со идентитетот, толерантен однос кон „нано-био“, друга содржина на концептот „приватен живот“ итн.

Објавено на Allbest.ru

...

Слични документи

    Концептот на нанотехнологијата. Нанотехнологијата како научна и техничка насока. Историја на развојот на нанотехнологијата. Сегашното ниво на развој на нанотехнологијата. Примена на нанотехнологијата во различни индустрии. Наноелектроника и нанофотоника. Наноенергија.

    теза, додадена 30.06.2008

    Развој на нанотехнологијата во 21 век. Нанотехнологии во модерната медицина. Ефектот на лотос, примери за користење на неговите уникатни својства. Интересни работи во нанотехнологијата, видови нанопроизводи. Суштината на нанотехнологијата, достигнувања во оваа гранка на науката.

    апстракт, додаден 11/09/2010

    Концептот на нанотехнологиите и нивните области на примена: микроелектроника, енергија, градежништво, хемиска индустрија, научни истражувања. Карактеристики на употребата на нанотехнологиите во медицината, парфимеријата, козметиката и прехранбената индустрија.

    презентација, додадена на 27.02.2012 година

    Употреба на нанотехнологијата во прехранбената индустрија. Креирање на нови прехранбени производи и следење на нивната безбедност. Метод за фракционирање на прехранбени суровини во големи размери. Производи кои користат нанотехнологија и класификација на наноматеријали.

    презентација, додадена на 12.12.2013 година

    Нанотехнологијата е високотехнолошка гранка насочена кон проучување и работа со атоми и молекули. Историја на развојот на нанотехнологијата, карактеристики и својства на наноструктурите. Примена на нанотехнологијата во автомобилската индустрија: проблеми и перспективи.

    тест, додаден на 03/03/2011

    Нанотехнологијата и транзицијата кон водородна енергија, развој и производство на наномашини. Главниот придонес на нанотехнологијата за „чисто“ производство на водород. Развој на ново поле на знаење за однесувањето на нано-системите со јонска и мешана спроводливост.

    работа на курсот, додадена на 16.11.2009 година

    Режими на работа на микроскоп за скенирање тунели. Јаглеродни наноцевки, супрамолекуларна хемија. Развојот на хемичарите на Државниот универзитет во Урал во областа на нанотехнологијата. Тестирање на лабораториска горивни ќелии со средна температура.

    презентација, додадена на 24.10.2013

    Водство на земји во областа на нанотехнологијата. Изгледите за употреба на нови технологии во областа на енергијата, компјутерската технологија, хемиската и биомолекуларната технологија, оптиката и електрониката и медицината. Примери на научни достигнувања и случувања.

    презентација, додадена на 14.04.2011 година

    Историја на развојот на нанотехнологијата; нивното значење во медицината, науката, економијата и информациската средина. Шематски приказ и насоки на примена на едноѕидна карбонска наноцевка. Создавање нанотехнолошки центри во Руската Федерација.

    презентација, додадена на 23.09.2013 година

    Материјална основа и функции на техничката служба и начини на нејзин развој. Моменталната состојба на претпријатијата од ЦУ, насоки за нивна реформа. Видови и примена на наноматеријали и нанотехнологии во производството, реставрацијата и зајакнувањето на машинските делови.

Курс „Основи на нанотехнологијата“ / 26.02.2009

Извор: Истражувачки центар за нанотехнологии, Московски државен универзитет

Предавањата на курсот „Основи на нанотехнологијата“ ќе се одржат во пролетниот семестар 2009 година во вторник и петок од 17-00 часот во просторијата 02 на главната зграда на Московскиот државен универзитет.

Курсот на предавањата „Основи на нанотехнологијата“ е отворен за секого. Доколку не сте студент, дипломиран студент или вработен на Московскиот државен универзитет, тогаш ќе можете да присуствувате на предавањето само со претходно пријавување за него.

Материјали за предавање „Основи на нанотехнологијата“се поставуваат додека се читаат предавањата.

Изборот и распоредот на материјалите подлежат на авторски права на предавачите, но дел од илустративниот материјал може да подлежи на други предмети на авторско право.

Предавање 1 (PDF, 3.2Mb), академик на Руската академија на науките, професор Ју.Д. Третјаков.

Тема на предавањето: основни поими и дефиниции за наносистемските науки и нанотехнологиите. Историја на појавата на нанотехнологијата и наносистемските науки. Интердисциплинарност и мултидисциплинарност.
Примери на нанообјекти и наносистеми, нивните карактеристики и технолошки апликации. Објекти и методи на нанотехнологијата. Принципи и перспективи за развој на нанотехнологијата.

Предавање 2 (PDF, 3.8Mb), професор А.Н. Примероци.

Тема на предавањето: карактеристики на физичките интеракции на наноскали. Улогата на волуменот и површината во физичките својства на објектите со нано големина. Механика на нано-објекти Механички вибрации и резонанци во системи со нано големина. Сила на триење. Кулонова интеракција. Оптика на нанообјекти. Врска помеѓу брановата должина на светлината и големината на наночестичките. Разлики во ширењето на светлината во хомогени и наноструктурни медиуми. Магнетизам на нанообјекти.

Предавање 3 (PDF, 1.7Mb), професор В.Ју. Тимошенко.

Тема на предавањето: квантна механика на наносистеми. Ефекти со квантна големина во нанообјекти. Квазичестички во цврсти материи и наноструктурни материјали. Квантни точки. Мустаќи, влакна, наноцевки, тенки филмови и хетероструктури. Квантни ефекти во наноструктури во магнетно поле. Електрична спроводливост на нанообјекти. Концептот на балистичка спроводливост. Тунелирање со единечни електрони и блокада на Кулон. Оптички својства на квантните точки. Спинтроника на нанообјекти.

Предавање 4 (PDF, 4,7Mb), дописен член на Руската академија на науките, професор Е.А. Гудилин.

Тема на предавањето: методи за производство на наночестички

Предавање 5 (PDF, 2,5Mb), академик на Руската академија на науките, професор А.Р. Хохлов.

Тема на предавањето: нанотехнологија и „мека“ материја.


Курс програма

Основни концепти и дефиниции за наносистемските науки и нанотехнологиите. Историја на појавата на нанотехнологијата и наносистемските науки. Интердисциплинарност и мултидисциплинарност. Примери на нанообјекти и наносистеми, нивните карактеристики и технолошки апликации. Објекти и методи на нанотехнологијата. Принципи и перспективи за развој на нанотехнологијата.
(Академик на Руската академија на науките, професор Ју.Д. Третјаков)

Карактеристики на физичките интеракции во нано размери. Улогата на волуменот и површината во физичките својства на објектите со нано големина. Механика на нанообјекти. Механички вибрации и резонанции во системи на нано размери. Сила на триење. Кулонова интеракција. Оптика на нанообјекти. Врска помеѓу брановата должина на светлината и големината на наночестичките. Разлики во ширењето на светлината во хомогени и наноструктурни медиуми. Магнетизам на нанообјекти.
(Професор А.Н. Образцов)

Квантна механика на наносистеми. Ефекти со квантна големина во нанообјекти. Квазичестички во цврсти материи и наноструктурни материјали. Квантни точки. Мустаќи, влакна, наноцевки, тенки филмови и хетероструктури. Квантни ефекти во наноструктури во магнетно поле. Електрична спроводливост на нанообјекти. Концептот на балистичка спроводливост. Тунелирање со единечни електрони и блокада на Кулон. Оптички својства на квантните точки. Спинтроника на нанообјекти.
(Професор В.Ју. Тимошенко)

Основни принципи на формирање на наносистем. Физички и хемиски методи. Процеси за добивање нанообјекти „од врвот до дното“. Класична, „мека“, микросфера, јонски зрак (FIB), AFM - литографија и наноиндентација. Механичко активирање и механиосинтеза на нанообјекти. Процеси за добивање нанообјекти „оддолу-нагоре“. Процеси на нуклеација во гасовити и кондензирани медиуми. Хетерогена нуклеација, епитаксија и хетероепитакси. Спинодално распаѓање. Синтеза на нанообјекти во аморфни (стаклени) матрици. Методи на хемиска хомогенизација (ко-преципитација, метод на сол-гел, криохемиска технологија, пиролиза на аеросоли, солвотермална обработка, суперкритично сушење). Класификација на наночестички и нанообјекти. Техники за добивање и стабилизирање наночестички. Агрегација и расчленување на наночестички. Синтеза на наноматеријали во еднодимензионални нанореактори.

Статистичка физика на наносистеми. Карактеристики на фазни транзиции во мали системи. Видови интра- и интермолекуларни интеракции. Хидрофобност и хидрофилност. Самособирање и самоорганизирање. Формирање на мицели. Самосклопени монослоеви. Филмови Лангмуир-Блоџет. Супрамолекуларна организација на молекулите. Молекуларно препознавање. Полимерни макромолекули, методи за нивна подготовка. Самоорганизација во полимерни системи. Микрофазно раздвојување на блок кополимерите. Дендримери, полимерни четки. Самосклопување слој по слој на полиелектролити. Супрамолекуларни полимери.
(Академик на Руската академија на науките, професор А.Р. Хохлов)

Компјутерско моделирање на наноструктури и наносистеми. Микроскопски и мезоскопски методи на моделирање (Монте Карло и молекуларна динамика, динамика на дисипативни честички, теоретски методи на терен, методи на конечни елементи и перидинамика). Спојување на различни просторни и временски скали. Молекуларно инженерство. Компјутерска визуелизација на нанообјекти. Можности за нумерички експеримент. Примери за молекуларно моделирање на наноструктури, молекуларни прекинувачи, протеини, биомембрани, јонски канали, молекуларни машини.
(Професор П.Г. Калатур)

Истражувачки методи и дијагностика на нанообјекти и наносистеми. Електронско скенирање и микроскопија за пренос. Електронска томографија. Електронска спектроскопија. Методи за истражување на дифракција. Оптички и нелинеарни оптички дијагностички методи. Карактеристики на конфокална микроскопија. Микроскопија со скенирачка сонда: Силна микроскопија. Спектроскопија на интеракции на атомски сили. Тунелска микроскопија и спектроскопија. Оптичка микроскопија и полариметрија на блиско поле. Примена на микроскопија со скенирачка сонда во нанотехнологијата.
(Професор В.И. Панов)

Супстанција, фаза, материјал. Хиерархиска структура на материјалите. Наноматеријали и нивна класификација. Неоргански и органски функционални наноматеријали. Хибридни (органско-неоргански и неорганско-органски) материјали. Биоминерализација и биокерамика. Наноструктурирани 1D, 2D и 3D материјали. Мезопорозни материјали. Молекуларни сита. Нанокомпозити и нивните синергистички својства. Структурни наноматеријали.
(Дописен член на Руската академија на науките, професор Е.А. Гудилин)

Капиларност и мокрење во наносистеми. Површинска енергија и површински напон. Капки на цврсти и течни површини. Целосно и нецелосно мокрење. Површински (електростатски и молекуларни) и капиларни сили. Хистереза ​​на контактен агол: улогата на хетерогеноста и грубоста на хемиската. Суперхидрофобни површини. Фрактални и подредени текстури. Еластокапиларност. Динамика на навлажнување и ширење. Проблеми на проток, мешање и одвојување во мали канали и уреди за микро- и нанофлуиди. Дигитална микрофлуидика, електрокинетика, анизотропни и суперхидрофобни текстури како примери за решавање проблеми со микро- и нанофлуиди. Апликации: Самочистење и хидроизолација, инк-џет печатење, лабораторија на чип, ДНК чипови, биомедицина, горивни ќелии.
(Професор О.И. Виноградова)

Предавање 10.

Катализа и нанотехнологија. Основни принципи и концепти во хетерогена катализа. Влијание на условите за подготовка и активирање врз формирањето на активната површина на хетерогени катализатори. Структурно-чувствителни и структурно-чувствителни реакции. Специфичност на термодинамичките и кинетичките својства на наночестичките. Електрокатализа. Катализа на зеолити и молекуларни сита Мембранска катализа.
(Академик на Руската академија на науките, професор В.В. Лунин)

Предавање 11.

Физика на наноуреди. Методи за создавање наноуреди. Механички и електромеханички микро и нано уреди. Сензорски елементи на микро- и нано-системска технологија. Температурни сензори базирани на термопарови. Сензори за аголна брзина. Сензори за магнетно поле. Микро и нано пумпи. Интегрални микро огледала. Интегрални микромеханички клучеви. Интегрирани микро- и нано-мотори. Физички принципи на работа на основните елементи на микро- и наноелектрониката. Законот на Мур. Едноелектронски уреди. Едноелектронски транзистор. Едноелектронски елементи на дигитални кола.
(Професор А.Н. Образцов)

Предавање 12.

Физика на наноуреди. Уреди за оптоелектроника и наноелектроника. LED диоди и ласери базирани на двојни хетероструктури. Фотодетектори на квантни бунари. Лавински фотодиоди базирани на систем на квантни бунари. Уреди и уреди за нанофотоника. Фотонски кристали. Вештачки опали. Оптички влакна. Оптички прекинувачи и филтри. Изгледи за создавање на фотонски интегрирани кола, уреди за складирање и обработка на информации. Магнетни наноуреди за снимање и складирање информации. Наносензори: полупроводнички, пиезоелектрични, пироелектрични, површински акустични бранови, фотоакустични.
(Професор В.Ју. Тимошенко)

Предавање 13.

Молекуларните основи на живите системи. Концепт на жива клетка; структура и функции на органели, принцип на самоорганизација на живите суштества. Применливост на термодинамички и кинетички пристапи за процесите што се случуваат во живата материја. Бактерии, еукариоти, повеќеклеточни организми. Нуклеински киселини: класификација, структура, својства. Природни наносистеми во складирање, репродукција и имплементација на генетски информации на клетките. Системи за контрола на клеточната делба на ниво на организам. Ракот е неуспех на генетската програма на клетката.
(Дописен член на Руската академија на науките, професор О.А. Донцова)

Предавање 14.

Структура и функции на протеините. Функциите што ги извршуваат протеините, разновидноста на амино киселините што го сочинуваат протеинот. Нивоа на протеинска организација, методи за проучување на различни нивоа на организација на протеинската молекула. Примарна протеинска структура, пост-преведувачки модификации. Секундарни и терциерни протеински структури, проблеми со правилно преклопување на протеините, болести предизвикани од неправилно преклопување на протеините. Создавањето вештачки протеини со „подобрена“ структура е важна нанотехнолошка задача. Разбирање на кватернарна структура и користење на кватернарна структура за подобрување на регулаторните способности и извршување на механички функции. Протеини на сврзното ткиво (колаген), механизми за регулирање на механичката сила. Протеини кои го формираат цитоскелетот (актин, тубулин, протеини на интерстицијални нишки), регулирање на склопување и расклопување на цитоскелетните елементи. Употреба на цитоскелетни протеини како „шини“ за моторни протеини. Миозините, кинезините и динеините се примери на високо специјализирани наномоторни протеини кои обезбедуваат интрацелуларен транспорт и биолошка подвижност. Можност за користење на моторни протеини за решавање на некои нанотехнолошки проблеми.
(Професор Н.Б. Гушев)

Предавање 15.

Јаглехидрати. Моно-, олиго- и полисахариди. Карактеристики на структурата, методи на презентација. Можност за користење полисахариди како нанобиоматеријали. Липиди. Класификација и структурни карактеристики. Наноструктури формирани од липиди. Монослоеви, мицели, липозоми. Изгледи за нанотехнолошки цели. Биомембрани. Структурни карактеристики и главни функции.
(Професор А.К. Гладилин)

Предавање 16.

Ензимите се протеини со посебна функција на катализа. Основни принципи на ензимската структура и карактеристики на ензимската катализа. Активното место на ензимот е самосклопена и високо организирана функционализирана наночестичка и наномашина. Витамини и коензими, нивно учество во катализата. Молекуларен дизајн и модификација на ензимската специфичност - нанотехнолошки предизвици и перспективи. Ефектите на големината во наноскалата во протеинската катализа. Ензими во мембраните и мембрански наноструктури: регулирање на каталитичките својства и олигомерниот состав според големината на матрицата. Биомолекуларни наночестички; ензим во „јакна“ (обвивка од неоргански и органски молекули) е нов стабилен катализатор. Мултиензимски комплекси: имплементација на принципот на „препознавање“ во природата и матрици со нано големина.
(Професор Н.Л. Кљачко)

Предавање 17.

Структурни и функционални аспекти на бионанотехнологијата. Различни супрамолекуларни структури формирани од биомолекули. Принципот на самосклопување. Употреба на биоструктури со уникатни геометрии како шаблони за производство на наноматеријали и наноструктури (производство на наножици, наноцевки и нанопрачки од метали, спроводливи полимери, полупроводници, оксиди и магнетни материјали со користење на ДНК, вирусни честички и протеински нишки). Генерирање на 2D нано-шеми и 3D надградби со користење на ДНК, S-листови, вирусни честички и липозоми. Вештачки методи на самоорганизација во наноскала. Биофункционализација на наноматеријали. Општи методи на конјугација на нанообјекти со биомолекули. Специфичен афинитет на некои биомолекули за нанообјекти.
(Професор И.Н. Курочкин)

Предавање 18.

Нанобиоаналитички системи. Историја на развојот на современите биоаналитички системи. Биосензори. Основни концепти, области на примена. „Препознавање“ на елементите на биосензорите: ензими, нуклеински киселини, антитела и рецептори, клеточни органели, клетки, органи и ткива. „Елементи за откривање“ на биосензори. Физичка основа на снимање сигнал. Видови биосензори: електрохемиски, полупроводнички, микрогравиметриски, оптички влакна, површински плазмони, дифракциони решетки, интерферометриски, микро- и наномеханички. Нанобиоаналитички системи засновани на нанодимензионални полупроводнички и метални конструкции (квантни точки, молекуларни „извори“, гигантски нелинеарни оптички ефекти на површината на металните наночестички - SERS, ензимски и автометалграфски методи итн.). Апликација за целите на мониторинг на животната средина и биомедицински истражувања. Нанобиоаналитички системи базирани на микроскопија со сонда за скенирање.
(Професор И.Н. Курочкин)

Образовните курсеви на далечина се модерна форма на ефективно дополнително образование и напредна обука во областа на обука на специјалисти за развој на ветувачки технологии за производство на функционални материјали и наноматеријали. Ова е една од ветувачките форми на современо образование што се развива низ целиот свет. Оваа форма на стекнување знаење е особено релевантна во таква интердисциплинарна област како што се наноматеријалите и нанотехнологијата. Предностите на курсевите на далечина се нивната пристапност, флексибилност во изградбата на образовните рути, подобрена ефикасност и ефикасност на процесот на интеракција со студентите, исплатливост во споредба со редовните курсеви, кои, сепак, можат хармонично да се комбинираат со учење на далечина. Во областа на основните принципи на нанохемијата и наноматеријалите, изготвени се видео материјали од Научниот и образовен центар за нанотехнологии на Московскиот државен универзитет:

  • . Основни концепти и дефиниции за наносистемските науки и нанотехнологиите. Историја на појавата на нанотехнологијата и наносистемските науки. Интердисциплинарност и мултидисциплинарност. Примери на нанообјекти и наносистеми, нивните карактеристики и технолошки апликации. Објекти и методи на нанотехнологијата. Принципи и перспективи за развој на нанотехнологијата.
  • . Основни принципи на формирање на наносистем. Физички и хемиски методи. Процеси за добивање нанообјекти „од врвот до дното“. Класична, „мека“, микросфера, јонски зрак (FIB), AFM - литографија и наноиндентација. Механичко активирање и механиосинтеза на нанообјекти. Процеси за добивање нанообјекти „оддолу-нагоре“. Процеси на нуклеација во гасовити и кондензирани медиуми. Хетерогена нуклеација, епитаксија и хетероепитакси. Спинодално распаѓање. Синтеза на нанообјекти во аморфни (стаклени) матрици. Методи на хемиска хомогенизација (ко-таложење, метод на сол-гел, криохемиска технологија, аеросолна пиролиза, солвотермална обработка, суперкритично сушење). Класификација на наночестички и нанообјекти. Техники за добивање и стабилизирање наночестички. Агрегација и расчленување на наночестички. Синтеза на наноматеријали во еднодимензионални нанореактори.
  • . Статистичка физика на наносистеми. Карактеристики на фазни транзиции во мали системи. Видови интра- и интермолекуларни интеракции. Хидрофобност и хидрофилност. Самособирање и самоорганизирање. Формирање на мицели. Самосклопени монослоеви. Филмови Лангмуир-Блоџет. Супрамолекуларна организација на молекулите. Молекуларно препознавање. Полимерни макромолекули, методи за нивна подготовка. Самоорганизација во полимерни системи. Микрофазно раздвојување на блок кополимерите. Дендримери, полимерни четки. Самосклопување слој по слој на полиелектролити. Супрамолекуларни полимери.
  • . Супстанција, фаза, материјал. Хиерархиска структура на материјалите. Наноматеријали и нивна класификација. Неоргански и органски функционални наноматеријали. Хибридни (органско-неоргански и неорганско-органски) материјали. Биоминерализација и биокерамика. Наноструктурирани 1D, 2D и 3D материјали. Мезопорозни материјали. Молекуларни сита. Нанокомпозити и нивните синергистички својства. Структурни наноматеријали.
  • . Катализа и нанотехнологија. Основни принципи и концепти во хетерогена катализа. Влијание на условите за подготовка и активирање врз формирањето на активната површина на хетерогени катализатори. Структурно-чувствителни и структурно-чувствителни реакции. Специфичност на термодинамичките и кинетичките својства на наночестичките. Електрокатализа. Катализа на зеолити и молекуларни сита. Мембранска катализа.
  • . Полимери за структурни материјали и функционални системи. „Паметни“ полимерни системи способни за извршување сложени функции. Примери на „паметни“ системи (полимерни течности за производство на нафта, паметни прозорци, наноструктурни мембрани за горивни ќелии). Биополимерите како „најпаметни“ системи. Биомиметички пристап. Дизајн на секвенца за оптимизирање на својствата на паметните полимери. Проблеми на молекуларна еволуција на секвенци во биополимери.
  • . Се разгледуваат моменталната состојба и проблемите на создавање нови материјали за хемиски извори на енергија: горивни ќелии со цврст оксид (SOFC) и литиумски батерии. Анализирани се клучни структурни фактори кои влијаат на својствата на различни неоргански соединенија, кои ја одредуваат можноста за нивна употреба како електродни материјали: комплексни перовскити во SOFC и соединенија на преодни метали (комплексни оксиди и фосфати) во литиумски батерии. Се разгледуваат главните анодни и катодни материјали кои се користат во литиумските батерии и се препознаваат како ветувачки: нивните предности и ограничувања, како и можноста за надминување на ограничувањата со насочени промени во атомската структура и микроструктурата на композитните материјали преку наноструктурирање со цел да се подобрат карактеристиките. на тековните извори.

Избраните прашања се дискутирани во следните поглавја од книгата (Издавање Бином):

Илустративни материјали за нанохемија, самосклопување и наноструктурни површини:

Научно популарни „видео книги“:

Избрани поглавја од нанохемија и функционални наноматеријали.

Нанотехнологијата, по својата специфичност, е интердисциплинарно научно поле на применета технологија, ангажирано во проучување и создавање на иновативни и иновативни методи за производство на нови материјали со одредени својства, кои последователно се користат во широк спектар на сектори на современиот човечки живот.

Општо земено, нанотехнологијата работи со структури кои имаат вредности од 100 nm или уште помалку, а во исто време користи уреди, како и материјали со горенаведените димензии. Денес, нанотехнологијата е исклучително разновидна и се користи во широк спектар на истражувања, кои се движат од создавање на нови технички уреди до најновите истражувања поврзани со проучувањето на молекуларно-атомското ниво.

Основи на нанотехнологијата.

Метод на микроскопија со атомска сила.

Треба да се каже дека една од главните алатки кои се користат за работа со микрочестички се микроскопите, бидејќи без овој уред не е можно не само да се работи со микрочестички, туку и да се проучува микросветот. Зголемувањето на разрешувачките карактеристики на современите микроскопи и стекнувањето на сè повеќе нови знаења за елементарните честички денес се меѓусебно поврзани. Во моментов, со помош на опрема како што се микроскопи со атомска сила или AFM и електронски микроскопи за скенирање, современите научници можат не само да набљудуваат поединечни атоми, туку дури и да најдат начини да влијаат на нив, на пример, со бришење на атомите низ површината. Во исто време, современите научници веќе успеаја да создадат таканаречени дводимензионални наноструктури на површини користејќи го горенаведениот метод на влијание. На пример, во истражувачките центри на добро познатата компанија IBM, со последователно мешање на ксенонски атоми на површината на нанокристалите на никел, научниците успеаја да создадат лого на компанијата што се состои од 35 атоми на супстанцијата.

При извршувањето на овие дејствија поврзани со мешање на супстанции, како и нивно одвојување и комбинирање, научниците наидоа на одредени технички тешкотии. За да се надмине потребно е да се создадат услови на суперсоничен вакуум (10–11 torr), за ова е потребно да се изладат држачот и микроскопот на ултра ниска температура од 4 до 10 К, додека површината на оваа подлога мора да биде мазна и чиста на атомско ниво. За таа цел се користат специјализирани технологии за механичка и хемиска обработка на производите, а целта на оваа обработка е да се намали површинската дифузија на депонираните атоми, со чија помош се лади основата.

Наночестички.

Главната карактеристика на новите материјали кои се добиваат при употреба нанотехнологијата, е непредвидливото добивање на физички и технички карактеристики стекнати од овие материјали. Благодарение на ова, современите научници имаат можност да добијат нови квантни физички и механички карактеристики на супстанциите во кои се модифицирани електронските структури, што автоматски ја менува формата на манифестација на овие соединенија. На пример, способноста за намалување на големината на честичките не е во сите случаи подложна на одредување или мерење со помош на макро или микро мерења. Сепак, мерењата може да бидат можни ако големината на честичките е во опсег од милимикрони. Исто така, треба да се забележи дека одредени физички и механички својства се менуваат доколку се промени големината на елементите. Во моментов, присуството на необични механички својства во наноматеријалите е предмет на истражување на научниците кои работат во областа на наномеханиката. Во исто време, посебно место во современите нанотехнологии зазема производството на нови супстанции со користење на различни катализатори кои влијаат на однесувањето на наноматеријалите при интеракција со различни биоматеријали.

Како што рековме претходно, честичките со големини од 1 до 100 нанометри се нарекуваат наночестички, а истражувањата покажаа дека наночестичките од многу материјали имаат висока апсорпција и каталитички својства. Другите материјали обезбедуваат уникатни оптички својства. На пример, истражувачите успеаја да добијат проѕирни керамички материјали врз основа на наноправи со големина од 2-28 nm, кои имаат подобри својства од, на пример, круните. Научниците, исто така, успеаја да добијат интеракција на вештачки произведени наночестички со природни објекти со нано големина, на пример, со протеини, нуклеински киселини итн. Покрај тоа, прочистените наночестички, поради нивните уникатни својства, имаат способност да се интегрираат во различни структури . Ваквите структури кои содржат наночестички добиваат својства и карактеристики кои претходно им биле непознати.

Денес, сите нанообјекти се поделени во три класи:

Првата класа вклучува тродимензионални честички кои се добиваат со експлозија на проводници, со синтеза на плазма или со намалување на тенки филмови.

Втората класа ги вклучува таканаречените дводимензионални објекти, кои се филмови и се добиваат со помош на методи на молекуларно таложење, ALD, CVD и јонско таложење.

Третата класа вклучува мустаќи или еднодимензионални предмети добиени со методи на молекуларно наслојување или со внесување на различни супстанции во цилиндричен микропорт.

Покрај тоа, постојат и нанокомпозити, кои се добиваат со внесување наночестички во специјализирани матрици. До денес, широко се користи само методот на микролитографија, што овозможува да се добијат островски рамни објекти со големина од 50 nm или повеќе на површината на матрицата и се користат во модерната електроника. Исто така, неопходно е да се забележат методите на молекуларно и јонско обложување, бидејќи со користење на овие методи е можно да се добијат вистински филмски облоги во форма на еднослоен.

Самоорганизирање на наночестички.

Еден од најголемите предизвици со кои се соочува нанотехнологијата е како да се присилат атомите и молекулите да се групираат на специфични начини, овозможувајќи им да се самопоправаат и само-еволуираат, што на крајот ќе доведе до нови материјали или уреди. Овие проблеми ги решаваат хемичари кои работат во областа на супрамолекуларната хемија. Во исто време, тие ги проучуваат не поединечните молекули, туку интеракцијата меѓу нив, како и како тие се организирани под одредено влијание и дали имаат способност да формираат нови супстанции. Многу научници веруваат дека природата навистина поседува такви системи и во неа се случуваат такви процеси. На пример, веќе се познати биополимери кои можат да се организираат во посебни структури. Исто така, дадени се слични примери на протеини кои, поради нивните својства, не само што можат да се преклопат и да добијат топчест облик, туку и да формираат цели комплекси и структури кои содржат неколку протеински молекули одеднаш. Веќе денес, научниците успеаја да создадат метод на синтеза што ги користи специфичните својства што ги имаат молекулите на ДНК.