Nanotudomány - Nanotechnológia

Nanotudomány - Nanotechnológia Bányai István

Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék

Tudomány és technológia Tudomány (elméletek, kísérletek)

Technológia fejlesztés, alkalmazás

2009.09.08

Nanotudomány Nanotechnológia

1

Definíciók •

Nanmoméretű részecskék: – speciálisan: azok melyek egy mérete kisebb 100 nm – általában: legalább egy dimenzióban kisebbek mint 1 mikrométer – majdnem olyan reaktívak mint a kis molekulák és nagy a fajlagos felületük – majdnem olyan könnyen eltávolíthatók mint a mikrorészecskék és igen nagy a mozgékonyságuk

2009.09.08


1

Definíciók •

Kolloid mérettartomány: 1-500 nm – Makromoleculák 1-50 nm (kis kolloidok) – Micellák (tipikus méret 1-5 nm) – diszperziós kolloidok

a méret számít, de az alak is nagy a fajlagos felület

2009.09.08


1

A nanoskála • 1 nm = 10-9 m • Feladat: számítsuk ki hány szén nanocső (átmérő 1 nm) fér bele egy „hajszál” csőbe (100 μm) Au atomok 1 nm 2009.09.08


1

Új ez? Lótusz-hatás

hidrolfil 2009.09.08

Hidrofób (nem elég a nyomás!!!)


1

Akinek nincs multja …

• Az absztrakció csodája: • észlelés: a levegő összenyomható • magyarázat: „It must be composed of discrete particles separated by a void”

2009.09.08


1

Lycurgus pohár (BM)

1990: SEM-pal elemezve üveg benne eloszlatva 20-40 nm-es fémek 66,2 % ezüst 31,2 % arany 2,6 % réz a piros: 520 nm abszorpció (Au) a lila : abszorpció a zöld : fényszórás Ag 2009.09.08


1

Faraday 1856 christmas lecture

2009.09.08


1

8

Cassius bíbor (1600-as évek) o z .

b o t t l e

P r i c e : $ 2 4 . 0 0

2009.09.08


1

mérföldkő (?): 1959 CALTECH

•

•

Courtesy of The Archives, California Institute of Technology. Plenty of Room at the Bottom Richard P. Feynman December 1959

•

2009.09.08


1

Elektronika: tranzisztorok Bardeen, fizikai Nobel-díj 1956: „100 elfér egy tenyérben” G.E. Moore: az intel alapítója: 1965 ilyen törvények: processzorok sebessége évente duplázódik 1975: két évente 2005: 10 000 $ Electronics Magazine 1965 április

2009.09.08


1

Új anyagok: „nano anyagok”? • „anódozott Al”, színezett gumi, fehér festék (TiO2 „nanorészecskék”) • kozmetikumok (TiO2 „nanorészecskék) • szénszálas kompozitok • „NS” teniszütők • Fullerének (szénlabdák) • „kvantum pöttyök” 0D anyagok (félvezetők) 2009.09.08


1

egyfalú és többfalú nanocsövek

dióda: javaslat!!!!

2009.09.08


1

mechanikai tulajdonságok

2009.09.08


1

nano fénydiódák (CdSe)

2009.09.08


1

AFM

2009.09.08


EM felvétel

1

Mér vagy alakít?

2009.09.08


1

Művészi fotó

2009.09.08


1

Fényképezés (nanokémia)

• Fekete – fehér fényképek készítése: AgBr

+

hν

= Ag

AgBr + metol = Ag Br + G = BrG AgBr +

2009.09.08

+

Br (Ag 4-10 ) +

Br (auto- katalitikus)

2 Na 2S2 O3 = Ag(S2 O3 ) −2 + 2Na +


1

Nanorészecskék előállítása • Top-down – – – –

aprítás, örlés stb… termikus: párologtatás (aranyfüst) elektromos szikra: fullerének besugárzás (lézer impulzusokkal nanocsövek grafitból)

• Bottom-up – gáz: távolság nagy a részecskék között – folyadék: közel és mozgékony (elektro finiselés), aerogélek, ceria – szilárd: szerkezeti tervezés (aerogélek, templátok) – biológiai módszer: katalízis 2009.09.08


1

PAMAM_Ex.NH2 a prototype Monodisperse, spherical poly electrolites (D. Tomalia, UM 1979)

2009.09.08


1

Synthetic products, biological inportance

2009.09.08


1

Application of dendrimers Baker’s group (UM, Michigan Nanotechnology Institute for Medicine and Biological Sciences (Since late 1990s, 2003 visit)

2009.09.08


1

• Structural control over size and shape of drug or imaging-agent cargo-space. • Biocompatible, non-toxic polymer/pendant functionality. • Precise, nanoscale-container and/or scaffolding properties with high drug or imaging-agent capacity features. • Well-defined scaffolding and/or surface modifiable functionality for cell-specific targeting moieties. • Lack of immunogenicity. • Appropriate cellular adhesion, endocytosis and intracellular trafficking to allow therapeutic delivery or imaging in the cytoplasm or nucleus. • Acceptable bioelimination or biodegradation. • Controlled or triggerable drug release. • Molecular level isolation and protection of the drug against inactivation during transit to target cells. • Minimal nonspecific cellular and blood-protein binding properties. • Ease of consistent, reproducible, clinical grade synthesis. 2009.09.08


1

Water balls in water (basic research) Dobs = xdDd + xbulkDw 3540-3900 molecules/dendrimer Calc: PAMAM_E5.NH2: 2500-4000 Vdendrimer= 2.7-3.8×10-25 m3 V(víz) = 2.0-2.4×10-25 m3 V (váz)= 0.6 x 10-25 m3

2009.09.08


1

Nano containers (what can we do?)

24

23

22 20

21 19

We determined the pshophate content (in vivo application and analysis) (Roswell Park Cancer Institute, L.P. Balogh group) Vanadate coordination inside but in non-specific way (keeps peroxydes for days) Specific coordination of copper and silver (toxic metal ions removal, molecular silver spoon) Make it cheaper ?

2009.09.08


1

2009.09.08


1

Partial amidation of PGA (65 kDa) COOH

COOH

-NH-CH-CH2-CH2-CO-NH-CH-CH2-CH2-CO-H2O

CO-NH-R

+ H2N-R COOH

-NH-CH-CH2-CH2-CO-NH-CH-CH2-CH2-CO2009.09.08


The result of partial amidation 10 nm

N N N N N N

N

N

PGA is a cheap polymer 50 nm .

Strong complex formation with transition Metals (other donor groups?) Specific complex formation with VO(H2O2)

2009.09.08


1

Catalysis with nanoparticles

2009.09.08


1

Nanotechnológia: társadalom • Fontos, politika, gazdaság: – a mai tudomány felfoghatatlan a szakképzetlenek számára, ezért közvetíteni kell a döntéshozókhoz – rendkivül gyors a kutatás – fejlesztés- alkalmazás – pénz !!!!

• Jog – verseny szabályozása, nemzeti kérdések – szellemi tulajdon

• Etikai kérdések „nanoetika” ? – erkölcsi választások, dilemmák, jó-rossz? – az ember becsülése (élőlény?) – jócselekedet : szükségtelen fájdalom, minimális kockázat maximális előny

2009.09.08


1

Társadalmi elfogadottság • Tanítás-tájékoztatás – egy felfedezetlen terület – pozitív-negatív hatások – társadalmi elfogadottság (USA 51.8 % több +, EU 29%, 6% több -, 4 %)

• A magánszféra megsértése: – kis méretek, rejtehetők

• Környezeti kérdések – faicilitált transzport ivóvizek (100 nm) – egészségügyi kérdések (reaktivitás, tisztaság) – Paracelsus: a dózis a méreg! Nanotoxikológia 2009.09.08


1

A nanotechnológia vége: „egyszer minden elmúlik”

2009.09.08


1

Checking Industry Already in decline, the end of the handwritten check is drawing near. Within ten years the appearance of a paper check will be quite rare . Space Shuttle – This Model T of the space age is long overdue to be replaced by an efficient, low-prep craft that makes space accessible to the common man. Sign Language – Advances in cochlear implant technology will soon make the need for the visual person-to-person sign language unnecessary. Fax Machine – Museum curators are already dusting off a spot for this once staple of the business world. Already in its twilight, the remaining days of the fax machine are numbered. Traditional AM-FM Radio – With commercial-free satellite radio making major inroads, the success of iPods and other MP3 players, and internet radio gaining ground, traditional radio has been loosing ground quickly. Broadcast Television – Internet TV is gaining ground. Pay-per-View options along with McDonald’s DVD rentals and services like Netflix are all causing the traditional broadcast TV market to dwindle. Wires – As we move further into the wireless age, more and more of our wired infrastructure will begin to disappear. First the cable television lines, then the telephone wires, and eventually the power lines. 2009.09.08


1

Végpontok? • A Moore törvény vége (kb. 200 év mulva elérjük a minimumot • A legkisebb motor megszületése (100 nm 250000 dollár Feynman price) • A legkisebb repülőgép (láthatatlan) • A legkisebb komputer (250 000 dollár 50 nm és még összeadni tud) • egyedi molekula átalakítás (piko technológia) • nanotengeralattjáró (gyógyászat) • a megsemmisíthetetlen anyagok • önjavító sejtek • stb. 2009.09.08


1

End

2009.09.08


1

Nanotudomány - Nanotechnológia

Recommend Documents