Многообразие наноструктур

ГЛАВА 1. НАНОСТРУКТУРЫ И НАНОМАТЕРИАЛЫ……………………....6
1.1. Классификация и свойства наноструктур……………………………….11
1.2. История исследования и область применения наноструктур …….........17

ГЛАВА 2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАНОСТРУКТУРЫ………………………....24
2.1. Биополимеры. Белки. ДНК-дублированная нанопроволока……………...24
2.2. Особенности строения и область применения наноматериалов в медицине................................................................................................................30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….40

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………...

Актуальность исследования определяется особенностью применения биологических наноструктур в области медицины.
Цель данной работы является всестороннее систематическое изучение многообразия наноструктур, анализ литературных данных по применению нанотехнологий в медицине, изучение использования биогенных металлов, исследование существующих направлений развития нанотехнологий, а также выявление наиболее перспективных из них.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить классификацию и свойства наноструктур;
2. Проанализировать историю исследования и области применения наноструктур;
3. Исследовать биополимеры, белки и ДНК-дублированную нанопроволоку в области биологической наноструктуры;
4. Проанализировать особенности строения и область применения наноматериалов в медицине.
Предметом исследования являются наноструктуры и их классы.

1.1. Классификация и свойства наноструктур.

Подавляющее большинство новых физических явлений на наномасштабах проистекает из волновой природы частиц (электронов и т.д.), поведение которых подчиняется законам квантовой механики. Проще всего это пояснить на примере полупроводников. Когда по одной или нескольким координатам размеры становятся порядка и меньше длины волны де Бройля носителей заряда ‑ полупроводниковая структура становится резонатором, а спектр носителей заряда ‑ дискретным.
В полупроводниковых наноструктурах используются методы «зонной инженерии» и «инженерии волновых функций»,5 где можно конструировать квантоворазмерные структуры с заданным электронным спектром и требуемыми оптическими, электрическими и другими свойствами. Поэтому они очень удобны для приборных применений.
Квантовые ямы. Этим термином обозначаются системы, в которых имеется размерное квантование движения носителей заряда в одном направлении.
...

1.2. История исследования и область применения наноструктур.

Основы нанотехнологий, как считает значительное число экспертов, заложены лауреатом Нобелевской премии Р. Фейнманом в 1959 г. в его знаменитой лекции на заседании американского физического общества.
Термин «нанотехнология» или «нанотехнологии»8 – в дальнейшем был введен профессором токийского университета Норио Танигучи в 1974 г. в контексте обработки материалов путем добавления или удаления атома или молекулы.
В 1981 г. термин был популяризован сотрудником Сандийской национальной лаборатории Э. Дрекслером, использовавшим понятие для обобщения процессов создания материалов, структур и устройств с зернами, слоями и элементами в субстананометровом диапазоне, а также методов их измерения.9
В 1869 г. химик И. Борщов10 высказал гипотезу, что вещество в зависимости от условий может быть получено и в кристалловидном (склонность к образованию кристаллов), и в коллоидном (аморфном) состоянии.
...

2.1. Биополимеры. Белки. ДНК-дублированная нанопроволока.

Белки представляют собой биополимеры, состоящие из полипептидных цепей, построенные из 20 типов аминокислотных остатков. Полипептидные цепи образуются из аминокислот путем установления пептидных связей между аминокислотами. Гидроксильная группа карбоксильной группы одной аминокислоты связывается с атомом водорода аминогруппы следующей аминокислоты с установлением пептидной связи и освобождением молекулы воды. Аминокислотными остатками называют аминокислоты, включенные в полипептидные цепи, в отличие от свободных аминокислот. «Для формирования пептидной связи гидроксил карбоксильной группы одной аминокислоты связывается с атомом водорода аминогруппы следующей аминокислоты с установлением пептидной связи и освобождением молекулы воды».13 При этом образуется трипептидная цепь путем установления пептидных связей между тремя аминокислотами. Выделяются четыре уровня структуры белка:

2.2. Особенности строения и область применения наноматериалов в медицине.

Супермагнитные кристаллы оксида железа имеют размер 4-5 нм. Это гексагональные кристаллы, окруженные молекулами декстрана или полиэтиленгликоля. При экспозиции в магнитном поле эти кристаллы, обладающие высоким магнитным моментом. Локально нарушают однородность поля, что позволяет прижизненно визуализировать заданную мишень. Используются для адресной доставки лекарственных препаратов. К поверхности кристалла в оксиде железа могут быть привязаны функциональные группы - антитела, белки, олигонуклеотиды.
Квантовые точки - полупроводниковые флуоресцентные металлические нанокристаллы размером 5-10 нм, образованы из халькогенидов кадмия.(например из селенида кадмия, покрыты оболочкой из сульфида цинка), обладают уникальными оптическими и электронными свойствами, имеют высокие квантовый выход и коэффициент экстинкции. Квантовые точки отличает уникальная фотостабильность.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние годы исследование субмикронных и нано материалов получило быстрое развитие благодаря существующим и потенциальным применениям во многих технологических областях, таких как электроника, катализ, магнитное сохранение данных, структурные компоненты и т.п. Наноструктурированные материалы в настоящее время широко применяются в качестве конструкционных элементов и функциональных слоев в современных микроэлектронных устройствах, деталях авиакосмической техники, в качестве твердых износостойких покрытий обрабатывающей промышленности. Вне всяких сомнений, элементная база, основанная на использовании разнообразных низкоразмерных структур, является наиболее перспективной для электронной техники новых поколений. Однако при переходе к системам нанометрового масштаба начинает отчетливо проявляться квантовомеханическая природа квазичастиц в твердом теле.
...