ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.01.2025
Просмотров: 41
Скачиваний: 0
Министерство образования и науки российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образование учреждение высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)»
Университет машиностроения
Кафедра «Полимерное машиностроение»
Курсовая работа
по дисциплине: «Нанотехнологии и наноматериалы»
на тему: «Применение наноматериалов и нанотехнологий в медицине ».
Выполнила: Макеева Н.А.
Студентка группы: 3 курса Заочного отделения
Направление: 240100.62
Группа: ХЗ-3-Пс
Шифр: 412107
Проверил: Бажко Г. В.
Москва 2014
Оглавление
Введение 3
Наноструктуры и наноматериалы 4
Основные типы наноструктур и наноматериалов 4
Инструменты нанотехнологий 4
Наномедицина 5
Направления развития наномедицины 5
Достижения в области наномедицины 6
Заключение 8
Список литературы 9
Введение
Нанотехноло́гия — это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
Если выражаться более просто, то это технологии манипулирования веществом на уровне отдельных атомов и молекул с целью получения продуктов с заданной структурой.
Нанотехнологии подразумевают работу с веществами, размеры которых находятся в диапазоне примерно от 0,1 до 100 нм. В переводе с греческого слово «нано» означает карлик. Один нанометр (нм) – это одна миллиардная часть метра (10-9 м). Большинство атомов имеют диаметр от 0,1 до 0,2 нм, а толщина нитей ДНК – около 2 нм. Для сравнения: диаметр эритроцитов – 7000 нм, а толщина человеческого волоса – 80 000 нм. Также можно провести более грубое, но соизмеримое сравнение: Нанометр во столько же раз меньше одного метра, во сколько толщина пальца меньше диаметра Земли.
Основными объектами исследования нанотехнологий являются структуры, такие как, например:
- наночастицы, нанопорошки;
- нанотрубки, нановолокна;
- нанопленки.
Они характеризуются тем, что часть их размеров находится в диапазоне до 100 нм, а целесообразность их применения обусловлена тем, что при таких размерах объектов вещество обладает рядом ценных свойств, не наблюдаемых у макроколичеств того же вещества.
Также к объектам исследования нанотехнологий относятся макроскопические объекты, атомарная структура которых может контролироваться посредством манипуляций отдельными атомами.
Наноструктуры и наноматериалы.
Одной из целей исследования нанотехнологий является создание наноструктур и наноматериалов.
Наноструктуры - это микроскопические объекты, построенные из отдельных атомов, или молекул, имеющие строго упорядоченную структуру (кристаллическую решетку особой формы). Благодаря этой особой структуре, которая не встречается в объектах естественного происхождения, такие объекты обладают уникальными характеристиками.
Наноматериалы - это материалы, сформированные из наноструктур, благодаря чему они обладают рядом свойств, не характерных для материалов из того же вещества, но с обычной структурой.
Выделяют следующие основные типы наноструктур и наноматериалов:
- нанопористые структуры;
- наночастицы;
- нанотрубки и нановолокна;
- нанодисперсии (коллоиды);
- наноструктурированные поверхности и пленки;
- нанокристаллы и нанокластеры
Особым классом наноструктур являются углеродные структуры. Углерод является уникальным строительным материалом, который лежит в основе всех органических веществ. Из чистого углерода состоят материалы с такими разными физическими свойствами, как графит и алмаз, разница между которыми обуславливается исключительно структурой кристаллической решетки. С помощью нанотехнологий оказалось возможным формировать собственные структуры из углерода, получая материалы с новыми уникальными свойствами.
Инструменты нанотехнологий.
Для работы с объектами столь малых размеров необходимо специальное оборудование, позволяющее не только визуализировать их, но также избирательно воздействовать, в частности, перемещать атомы по поверхности.
К такого рода инструментам относятся:
- просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения;
- сканирующий электронный микроскоп;
- атомно-силовой микроскоп – он же сканирующий зондовый микроскоп;
- спектроскоп комбинационного рассеяния света;
- рентгеновская установка, способная создавать малое угловое
рентгеновское рассеивание.
Наномедицина.
Современная медицина сегодня начинает активно использовать достижения нанотехнологий, тем самым обретает новое направление своего развития – под названием наномедицина. Как медицинская наука она реально и широко не существует, а находится только на стадии становления.
Наномедицину можно было бы охарактеризовать как новое перспективное научное медицинское направление, в основе которого лежит точечное воздействие на организм человека на атомном и молекулярном уровнях, с целью слежения, исправления, генетической коррекции и контроля его биологических систем посредством использования наноустройств, наноструктур и информационных технологий.
Направления развития наномедицины.
В развитии наномедицины можно выделить следующие направления:
Устранение патологических состояний и инфекционных агентов, провоцирующих развитие заболеваний с использованием нанокомпьютеров с искусственным интеллектом и нанороботов;
Непосредственная манипуляция с помощью специальной техники отдельными составными элементами вещества, атомами, молекулами для генетической коррекции генома человека;
Развитие информационных и телекоммуникационных методов;
Усовершенствование методов диагностики;
Создание нанокомпьютерных технологий управления функциональным состоянием организма человека.
Достижения в области наномедицины
Наноматериалы в медицине.
Электрические, магнитные, механические и некоторые другие свойства материала, состоящего из наночастиц, перестают быть постоянными и начинают зависеть от размеров и формы частиц. Иногда наноструктурированные материалы проявляют совершенно неожиданные качества, которые могут найти потенциальное применение в самых разных отраслях науки и техники, в частности в медицине. В настоящее время ведутся разработки новых медицинских препаратов, инструментов, лекарств и т.п. на основе уже известных свойств некоторых наноматериалов. Биохимикам, похоже, удалось найти способ срастить порванные во время травмы нервы. Имплантат состоит из полимерных нановолокон, которые служат направляющей для растущего нерва. Кроме того, эти нановолокна можно сделать биоактивными.
Аппарат Илизарова с использованием нанотехнологий.
В Кургане состоялась конференция «Клеточные и нанотехнологии в биологии и медицине». Был предложен способ лечения людей с заболеваниями и повреждениями опорно-двигательного аппарата. Нанотехнологи направлены на стимуляцию регенерационного процесса, то есть, мобилизацию тех сил, которые есть в каждом организме. На конференции курганский научный центр представил технологии, которые позволяют сократить сроки лечения больных в разы.
Диагностика, мониторинг, биосенсоры.
Lydia Sohn, доцент Калифорнийского университета Беркли, провела презентацию своего портативного наноцитометра во время «научной ярмарки». Наноцитометр – это карманное устройство, которое очень быстро определяет болезнь, тестируя всего одну каплю крови с помощью дешёвого доступного картриджа. Картридж состоит из кремниевого чипа, усеянного искусственными нанопорами, которые имитируют систему очистки человеческих клеток.
В лаборатории Oak Ridge National Laboratory (ORNL) разработан сенсор, обладающий высокой селективностью и чувствительностью. Его наконечник представляет собой оптическое волокно диаметром 50 нм с присоединенными к нему антителами, которые могут распознавать и прикрепляться к определенным молекулам. Созданы биосенсоры на базе протеиновых нанопроволок. Здесь учеными исследуется, в частности: способность протеиновых волокон (которые образуют скелет клетки) проводить электричество в водной среде, возможность создания сенсоров на основе измерения изменений проводимости. Уже созданы биосенсоры на кремниевой нанопроволоке, обладающие высокой чувствительностью благодаря ее малым размерам.