Nanotudomány - Nanotechnológia

Átírás

1 Nanotudomány - Nanotechnológia Bányai István Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék

2 Tudomány és technológia Tudomány (elméletek, kísérletek) Technológia fejlesztés, alkalmazás

3 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

4 Definíciók Kolloid mérettartomány: 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

5 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

6 Új ez? Lótusz-hatás hidrolfil Hidrofób (nem elég a nyomás!!!)

7 Akinek nincs multja Az absztrakció csodája: észlelés: a levegő összenyomható magyarázat: It must be composed of discrete particles separated by a void

8 Lycurgus pohár (BM) 1990: SEM-pal elemezve üveg benne eloszlatva 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

9 Faraday 1856 christmas lecture

10 8 Cassius bíbor o(1600-as évek) z. b o t t l e P r i c e : $

11 mérföldkő (?): 1959 CALTECH Courtesy of The Archives, California Institute of Technology. Plenty of Room at the Bottom Richard P. Feynman December 1959

12 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: $ Electronics Magazine 1965 április

13 Új anyagok: nano anyagok? anódozott Al, színezett gumi, fehér festék (TiO 2 nanorészecskék ) kozmetikumok (TiO 2 nanorészecskék) szénszálas kompozitok NS teniszütők Fullerének (szénlabdák) kvantum pöttyök 0D anyagok (félvezetők)

14 egyfalú és többfalú nanocsövek dióda: javaslat!!!!

15 mechanikai tulajdonságok

16 nano fénydiódák (CdSe)

17 AFM EM felvétel

18 Mér vagy alakít?

19 Művészi fotó

20 Fényképezés (nanokémia) Fekete fehér fényképek készítése: AgBr + h ν = Ag + Br (Ag ) AgBr + metol = Ag + Br (auto- katalitikus) Br + G = BrG AgBr + 2 Na S O = Ag(S O ) + 2Na +

21 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

22 PAMAM_Ex.NH 2 a prototype Monodisperse, spherical poly electrolites (D. Tomalia, UM 1979)

23 Synthetic products, biological inportance

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

25 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. Lackof 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.

26 Water balls in water (basic research) D obs = x d D d + x bulk D w molecules/dendrimer Calc: PAMAM_E5.NH 2 : V dendrimer = m 3 V(víz) = m 3 V (váz)= 0.6 x m 3

27 Nano containers (what can we do?) 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?

28

29 Partial amidation of PGA (65 kda) COOH COOH -NH-CH-CH 2 -CH 2 -CO-NH-CH-CH 2 -CH 2 -CO- -H 2 O + H 2 N-R CO-NH-R COOH -NH-CH-CH 2 -CH 2 -CO-NH-CH-CH 2 -CH 2 -CO Nanotudomány Nanotechnológia

30 The result of partial amidation 10 nm N N N N N N N N. 50 nm PGA is a cheap polymer Strong complex formation with transition Metals (other donor groups?) Specific complex formation with VO(H 2 O 2 )

31 Catalysis with nanoparticles

32 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

33 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

34 A nanotechnológia vége: egyszer minden elmúlik

35 hecking Industry Already in decline, the end of the handwritten check is drawing ear. Within ten years the appearance of a paper check will be quite rare pace Shuttle This Model T of the space age is long overdue to be replaced by an fficient, low-prep craft that makes space accessible to the common man. ign Language Advances in cochlear implant technology will soon make the need for he visual person-to-person sign language unnecessary. ax Machine Museum curators are already dusting off a spot for this once staple of he business world. Already in its twilight, the remaining days of the fax machine are umbered. raditional AM-FM Radio With commercial-free satellite radio making major inroads, he success of ipods and other MP3 players, and internet radio gaining ground, raditional radio has been loosing ground quickly. roadcast Television Internet TV is gaining ground. Pay-per-View options along with cdonald s DVD rentals and services like Netflix are all causing the traditional broadcast V market to dwindle. ires As we move further into the wireless age, more and more of our wired nfrastructure will begin to disappear. First the cable television lines, then the telephone ires, and eventually the power lines.

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

37 End