nanotecnologijos

956 0

Darbas:

Turinys

Nanomedžiagų gamyba ir panaudojimas..............3 Nanomedžiagų taikymas biologijoje ir medicinoje......4

Kokios tai medžiagos?........................4

Anglies nanovamzdeliai......................5

Nanovamzdelių gamybos būdai..................6

Tūrinės nanostruktūrinės medžiagos................7

Tai kas įdomu!............................7 “Nanomedicina: puslaidininkiniai koloidiniai kvantiniai taškai”.8 Naudota literatūra.........................9

Nanotechnologija yra vadinama ateities technologija, tai turbūt labiausiai šiai dienai pažengusi technologija, nes pasiekia teorinį tikslumo lygį, kuris yra molekulės ar atomo dydžio. Gamybos pramonėje galėtume išskirti dvi tarpusavyje susijusias atšakas: miniatiūrizavimo linkme ir labai tikslios gamybos linkme.

Nanotechnologijai priklauso medžiagos ir sistemos turinčios šias savybes:

• Bent vienas išmatavimas yra 1 – 100 nm ribose;

• Gaminama procesų meetu, iš esmės kontroliuojant molekulinio dydžio struktūrų fizikines ir chemines savybes;

• Gali būti sujungtos formuojant didesnes struktūras.

Nanomedžiagų gamyba ir panaudojimas

Nanomedžiagų gamyba didesnę įtaką pramoninei gamybai įgavo praeito šimtmečio aštuntojo dešimtmečio pabaigoje. Pasaulio rinkoje šiuo metu yra didelė nanomedžiagų įvairovė. Jos plačiai naudojamos mikroelektronikoje, miniatiūrizuojant elektronikos prietaisus, įvairiose sistemose, sugeriančiose aukštadažnę, ultradažnę ir rentgeno spinduliuotę. Nanomedžiagos gali būti naudojamos kaip katalizatoriai, nes jų yra didžiulis santykinis paviršiaus plotas. Atominėje energetikoje kuro elemento tabletės gaminamos iš UO2 nanomiltelių, termabranduolinėje technikoje iš ultrasmulkiųjų berilio naanomiltelių gaminami lazerinės – termobranduolinės sintezės taikiniai. Metališkųjų nanomiltelių dedama į variklių alyvą. Šis priedas atstato susidėvėjusius paviršius. Plokščios ir sudėtingos formos plėvelinės nanomedžiagos naudojamos vaizdo magnetofonų įrašymo galvutėse. Nanomilteliai, pagaminti plazmocheminiais būdais, į kurių sudėtį įeina karbidai, naudojami šlifavimo ir poliravimo medžiagoms, re

eikalingoms baigiamajam puslaidininkų ir dialektrikų šlifavimui, gaminti. Medicinoje nanomilteliai naudojami asmeninės apsaugos nuo rentgeno spinduliuotės priemonėms ( pirštinėms, prijuostėms ir kt. ). Guma su švino nanomiltelių užpildu yra keturis kartus lengvesnė už įprastą apsauginę gumą. Nanomilteliai naudojami ypač greito įsisavinimo ir veikimo medicininėms priemonėms ar net vaistams gaminti. Šie vaistai ypač tinka ekstremaliomis sąlygomis, pvz., gydant sužeidimus įvykus stichinėms nelaimėms ar katastrofoms, karo atveju ir kt. Nanomedžiagos tinka specialiems radiobangas sugeriantiems paviršiams gaminti. Tokiais paviršiais padengtų lektuvų negali pastebėti ir sekti radarai. Grafitinėje ,, bomboje“ esantis anglinis nanopluoštas patekęs ant energetinių įrenginių sukelia elektrinių grandinių trumpajį jungimą ir taip sutrikdo įrenginių darbą. Vamzdelinis anglinis nanopluoštas iš fulerenų yra perspektyvi medžiaga formuojant kompozicinius kovos mašinų šarvus ir apsaugines liemenės. Rinkoje siūlomos ne tik metališkosios naanomedžiagos, bet ir nanomedžiagos, kurias sintezuoja karbidai, kurių dalelių dydis yra nuo 20 iki 200 nm. Svarbiausia problema tampa praktinių gamybos technologijų, skirtų gaminti didelius nanomedžiagų kiekius, kūrimas. Pastaraisiais metais metinė nanomedžiagų rinkos augimo sparta pasiekė 30%. Sparčiausiai plečiasi nanodangų kūrimo apimtys ( 43%). Nanomiltelių gamybos didėjimo sparta sudaro 24 %.

Medicinoje naudojamas priemones, tarp jų, pavyzdžiui, diagnostines miniatiūrines priemones, kurias galima implantuoti ir diagnozuoti ligą ankstyvoje stadijoje. Nanotechnologija pagrįstos dangos gali pagerinti implantų biologinį aktyvumą ir suderinamumą. Savaime susidarantys karkasai paruošia dirvą naujoms audinių ir biologines yp
patybes imituojančių medziagų inzinerijos kartoms, vedančioms tolesnėje ateityje į organų pakaitalų sintetinimą. Kuriamos naujoviškos vaistų padavimo į tikslią organizmo vietą sistemos; pastaruoju metu nanodalelės gali gydyti auglius, nukreipiant jas tiesiai į auglio ląsteles, pavyzdžiui, šildant.

Nanodalelytės jau naudojamos medžiagoms stiprinti arba kosmetikos funkcionalumui padidinti. Naudojant nanostruktūras, galima pakeisti paviršius ir padaryti juos nesibraižančius, neslampančius, švarius ir sterilius. Organinių molekulių implantavimas, taikant paviršiaus nanostruktūravimą, padės sukurti biologinius jutiklius ir molekulinius elektroninius prietaisus. Galima labai pagerinti medžiagų elgseną ekstremaliose sąlygose ir padaryti šuolį, pavyzdžiui, aeronautikoje ir kosmoso pramonėje;

Nanotechnologijos pagrindu sukurtais atitaisomaisiais metodais (pavyzdžiui, fotokatalizės metodais) galima atitaisyti aplinkai padarytą žalą ir isvalyti tersalus (pavyzdžiui, naftą vandenyje ar dirvožemyje).

Nanomedžiagų taikymas biologijoje ir medicinoje

Sparčiai vystantis technologijoms atsiranda galimybės kontroliuoti medžiagų kūrimą nano lygmenyje. Tai leidžia sukurti medžiagas kurių savybės (mechaninės, optinės ir kt.) daug geresnės nei dabar naudojamų. Kadangi nano dalelių savybės priklauso nuo dalelių dydžio (kurį galima konroliuoti) tai galima kurti medžiagas su tam tikromis savybėmis kurios tiktų tam tikriems specifiniams taikymams. Šias medžiagas galima taikyti daugelyje sričių, tame tarpe medicinoje bei biologijoje. Nano medžiagų panaudojimas medicinoje leidžia pagerinti diagnostikos bei vaizdinimo metodų jautrumą, pagerinti gydymo efektyvumą, kurti naujus gydymo bei diagnostikosmetodus.

Kokios tai medžiagos?

Tokios medžiagos pasižymi unikaliomis mechaninėmis savybėmis, yra labai kietos ir atsparios mechaninei erozijai. Na

anomedžiagos gaunamos bendradarbiaujant su Kauno technologijos universiteto fizikos katedros mokslininkais elektroninio garinimo ir kondensacijos vakuume būdu, kurio principinė schema parodyta paveikslėlyje ( a) . Vytauto Didžiojo universiteto Fizikos katedra kartu su Lietuvos energetikos instituto mokslininkais, išplėtojo modernią medžiagos nusodinimo su vienalaike plazmos aktyvacija technologija, kurios schema parodyta paveikslėlyje (b). 2- 5 mikrono storio nanokristalinės volframinės dangos gaunamos naudojant magnetroninų garinimą jonizuoto argono dujų aplinkoje ant masyvių medžiagų, pagrinde anglies kompozito, kurie naudojami tokamakuose. Suformuotos dangos apspinduliuojamos vandenilio jonais specialiai sukonstruotoje celėje, kur pasiekiamas srovės tankis iki 2–5 mA×cm-2, protono energija 100–300 eV, bandinio temperatūra iki 1000 K. Šios sąlygos bent iš dalies leidžia priartėti prie realio volframo dangų darbo režimo termobranduoliniame reaktoriuje.

1 pav. 2 pav.

Dangų formavimo technologijos: a- elektroninio spindulio garinimo ir kondensacijos vakuume, b- plazma aktyvuota kondensacija.

Preliminarūs rezultatai rodo, kad naudojamos technologijos tankina nanomedžiagų struktūrą ir didina jų atsparumą mechaninei erozijai.

Anglies nanovamzdeliai

Anglies nanovamzdeliai (Carbon Nanotubes – CNT, angliškai) yra objektas, kuriuo mokslininkai pastaruoju metu ypač domisi. Šios makromolekulės pasižymi labai įdomiomis mechaninėmis, terminėmis ir elektrinėmis savybėmis. Jos, pavyzdžiui, gali būti ir laidininkais, ir puslaidininkiais. Metalizuoti CNT atlaiko itin didelius elektros srovės tankius, siekiančius 109 A/cm2. Dėl to jie yra įdomūs kaip potencialūs ateities nanoelektronikos lustų jungiamieji elementai. Iš puslaidininkinių CNT galima pagaminti įvairiomis savybėmis pasižyminčius diodus ir lauko tr

ranzistorius. Juos, kaip ir kitus puslaidininkius, galima paversti ir n, ir p- tipo medžiagomis. IBM sugebėjo pademonstruoti pirmą iš anglies nanovamzdelių pagamintą integrinį grandyną: dvi NOT grandinėles, galinčias veikti kaip įtampos keitiklis. 4 pav. yra parodytas toks auksu padengtas anglies nanovamzdelis. 5 pav. yra pavaizduoti kelių nanovamzdelių struktūros skaičiavimų rezultatai. Kiekvienas nuokrypis nuo idealios formos iš karto pakeičia CNT elektrines savybes.

4 pav. Įvairių anglies nanovamzdelių teorinio modeliavimo rezultatai.

Nanotechnologija šiuo metu yra imliausia mokslui gamybos technologija. Kartais ji vadinama ,,ekstremaliąja technologija”, operuojama dydžiais, artimais molekulės arba atomo dydžiui. Gamyboje vienu metu plėtojamos dvi technologijų kryptys: viena iš jų yra detalių ir gaminių miniatiūrizacija, o antra – ultratikslusis detalių apdorojimas. Abi šios technologijų kryptys siejasi su nanotechnologijomis, kadangi ir vienos, ir kitos, ir kitos krypties objektas yra kelių ar keleto dešimčių nanometro dydžio. <

. . .

“Nanomedicina: puslaidininkiniai koloidiniai kvantiniai taškai”

7 pav.

Spartus nanotechnologijų vystymasis ir jų pritaikymas medicinoje įvedė visiškai naują sąvoką – “Nanomedicina”. Šiuo metu galima tik įsivaizduoti nanorobotus, įleistus į kraujotaką, kurie taiso vėžio pažeistas ląsteles, atstato audinius arba ardo ant kraujagyslių sienelių susidariusias nuosėdas, sukeliančias aterosklerozę. Ar tai mokslinė fantastika? Ne, tai visiškai nauja mokslo kryptis -” Nanomedicina”. Nors praktinis taikymas numatomas tik po 20 metų, tačiau pirmieji žingsniai žengti jau dabar. Naujausi mokslo pasiekimai teikia vilčių, kad tokie nanorobotai bus greitai sukurti. Vieni iš tokių nanorobotų pirmtakų – puslaidininkiniai koloidiniai kvantiniai taškai. Šiuolaikinės gamybos technologijos leidžia gauti reikiamos formos bei dydžio kvantinį tašką. Labai tiksliai kontroliuojant struktūrą (nanometrų eilės tikslumu) galima keisti kvantinių taškų savybes taip, kad jie būtų tinkami įvedimui į biologines sistemas. Pavyzdžiui, modifikuojant kvantinių taškų paviršinį sluoksnį, galima padidinti jų tirpumą vandenyje. Jautrių ne radioizotopinių sistemų vystymasis įtakojo daugelį tyrimo sričių, tokių kaip DNR grandinės iššifravimas, klinikinė diagnostika, fundamentinė molekulinė biologija. Puslaidininkiniai koloidiniai kvantiniai taškai – nauja, perspektyvi, fluorescuojančių žymeklių klasė, teikianti naujos informacijos.

Naudota literatūra

1) „ Naujos medžiagos“ , A. V. Valiulis, 2005.

2) http://ausis.gf.vu.lt/mg/nr/2003/10/10nano.html.

3) http://rtn.elektronika.lt/mi/0512/index.html.

4) http://mail.lei.lt/~simas/images/nano.doc.

Join the Conversation

×
×