Слайд 1Ценностные регулятивы развития современного естествознания
Вопросы:
Понятия «НАНОНАУКА» и «НАНОТЕХНОЛОГИЯ»
Сферы применения нанотехнологий
Слайд 2Наноразмеры
«нано»
означает
изменение
масштаба
в 10-9
1 нм = 10-9 м
Слайд 4Определения
Нанонаука – междисциплинарная наука, относящаяся к фундаментальным физико-химическим исследованиям объектов
и процессов с масштабами в несколько нм.
Нанотехнология - совокупность прикладных
исследований нанонауки и их практических применений в технологии создания объектов, потребительские свойства которых определяются необходимостью контроля и манипулирования отдельными атомами, молекулами, надмолекулярными образованиями.
Слайд 6Перспективы применения нанотехнологии
Нанотехнология самая междисциплинарная отрасль.
Она связана с химией,
физикой, медициной, физическим материаловедением электроникой и многими другими дисциплинами.
Слайд 7Типы наноматериалов
Согласно рекомендациям 7 Международной конференции по нанотехнологиям (Висбаден, 2004
год) выделяют следующие типы наноматериалов:
Нанопористые структуры
Наночастицы
Нанотрубки и нановолокна
Нанодисперсии (коллоиды)
Наноструктурированные поверхности
и пленки
Нанокристаллы
Нанокластеры.
Слайд 8Свойства наноматериалов
Наноматериалы характеризуются несколькими основными свойствами, по сравнению с другими
материалами:
суперминиатюризация;
большая удельная площадь поверхности, ускоряющая взаимодействие между ними и
средой, в которую они помещены;
нахождение вещества в наноматериала в особом «наноразмерном» состоянии.
Слайд 9Оптические микроскопы
Правило оптической техники (1873 г): минимальные объекты различаемых деталей
рассматриваемого объекта не могут быть меньше, чем длина света, используемого
для освещения.
Самые короткие длины волн диапазона соответствуют примерно 400 нм, разрешающая способность оптических микроскопов принципиально ограничена половиной этой величины, то есть составляет около 200 нм.
Слайд 10Электронный микроскоп
Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ): электронный пучок пропускается через тонкие
слои исследуемого вещества с толщиной не менее 1 мкм
Слайд 11Электронный микроскоп
Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ): электронный пучок последовательно отражается от
маленьких участков поверхности.
Слайд 12Сканирующее электронно-зондовые микроскопы
Сканирующее электронно-зондовые микроскопы (СЭЗМ) сканируют поверхность исследуемого образца
при помощи зонда или щупа в виде крошечной металлической
иголки.
Слайд 13Сканирующее электронно-зондовые (туннельные) микроскопы
Между зондом и поверхностью приложено электрическое напряжение,
в результате чего возникает туннельный эффект.
Туннельный эффект – преодоление микрочастицей
потенциального барьера в случае, когда ее полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера.
Слайд 14Туннельный эффект
Схематическое представление классической и квантовой физической ситуации при возникновении
барьера на пути частицы
Слайд 15Атомарно-силовой микроскоп
В этом приборе измеряемой физической величиной выступают непосредственно силы
взаимодействия между атомами, величина которых определяется «шероховатостью» конкретного участка поверхности
в точке измерения.
АСМ позволяет получать изображения с очень высокой степенью точности (вплоть
до 10-10м).
Слайд 16Два главных принципа технологической обработки
Подход
«сверху-вниз»
Подход
«снизу-вверх»
Слайд 17Пример нанотехнологии
«снизу-вверх»
Слайд 18Фуллерены
В 1985 году были экспериментально при исследовании масс-пектров паров графита
обнаружены фуллерены – огромные молекулы углерода в виде замкнутых объемных
структур, напоминающих по форме футбольный мяч.
Термин фуллерен происходит от имени Ричарда Букминстера Фуллера, сконструировавшего оригинальный купол павильона США на выставкев Монреале в форме сочлененных пентагонов (пятиугольники) и гексагонов.
Слайд 19Пример нанотехнологии «снизу-вверх»
Углеродные нанотрубки представляют собой крошечные цилиндры или цилиндрические
образования с диаметром от 0,5 до 10нм и длиной примерно
в 1мкм.
Они являются новой формой углерода, открытой в 1991 году.
Слайд 20Квантовая точка
Квантовая точка - искусственно созданная область вещества, в которой
можно «хранить» небольшие количества электронов.
Слайд 21Нанотехнология в биологии и медицине
Причины интереса к применению наносистем в
биологии и медицине:
наносистемы могут перемещаться внутри живых организмов и проникать
внутрь клеток;
наносистемы могут создавать нанокомпозиты «наночастица/биологически активная оболочка».
Слайд 22Нанотехнология в медицине
Новые парадигмы в медицине: создание долгосрочных и эффективных
систем контроля здоровья, непрерывный контроль за состоянием организма. Реализация идей
восстанавливающей медицины. Возникновение медицины «малого» вмешательства.
Измерение содержания различных веществ в организме, лечебные операции при необходимости.
Реализация идей «индивидуальной» медицины.
Разработка лекарственных препаратов с новым механизмом действия .
Производство искусственных тканей и органов, не вызывающих реакцию отторжения
Слайд 23Мечение живых клеток и визуализация внутриклеточных структур с помощью квантовых
точек
Dahan M et al., Science302:442–445,2003
.
Слайд 24Выявление раковых маркеров на клетках
с помощью квантовых точек
Слайд 25Наночастицы quantum dots для выявления очагов опухолей
Слайд 26Наночиповая технология позволяет генерировать 100 миллионов точек на той же
площади, которую занимает одна точка в микрочипе
Ginger DS et al
, Angew Chem Int Ed Engl 43:30–45,2004
Слайд 27Образование новых кровеносных сосудов после инъекции гена phVEGF165
До инъекции
Слайд 28Молекулярные моторы – биосовместимые двигатели для нанороботов
миозины кинезины
динеины
REGULATORY
LIGHT CHAIN
ESSENTIAL
LIGHT CHAIN
миозин II
7 nm
актин
Движение полимеров актина по стеклу,
покрытому миозином
Слайд 29Нанотехнологии в медицине
Структура нанокапсул и микрофотография нанокапсул с захваченными люминесцентными
частицами
Слайд 30Ю. Свидиненко , nanotech-now.com
Julian Baum/Science Photo Library
Нанороботы
Слайд 31Нанотехнология в информационных технологиях
Устройства с очень малым энергопотреблением
«Карманные» суперЭВМ
Запоминающие устройства
нового типа
Повышение характеристик ЭВМ на три порядка
Слайд 32Нанотехнология в информационных технологиях
Основным элементом записывающей системы является оптическое волокно
с отверстием диаметром в несколько десятков нм.
Наконечник такого оптического волокна
двигается над плоскостью записывающего диска на расстоянии всего10-20нм.
При освещении поверхности лазерным лучом на поверхности происходит запись информации.
Слайд 33Нанотехнологии и проблемы окружающей среды и энергетики
Создание нового типа производств
Новые
возможности контроля за состоянием среды
Создание альтернативных источников энергии и разработка
эффективных методов сохранения и передачи энергии
Слайд 34Нанотехнология в сельском хозяйстве
Решение проблемы нехватки питания
Создание стабильного и достаточного
сельскохозяйственного производства
Широкое применение техники ДНК-чипов и ДНК-анализа
Слайд 35нанотехнология
Нанотехнология выступает связующим звеном, объединяющим подходы и методики разных дисциплин.
С этим обстоятельством связана основная трудность в развитии и практическом
внедрении нанотехнологий – необходимость постоянного сотрудничества и согласования между учеными разных специальностей.
Слайд 36Литература:
Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника М.2006
Мейер К., Дэвис С. Живая организация:
Компания как живой организм: Грядущая конвергенция информатики, нанотехнологии, биологии и
бизнеса. М. 2007