Приложение к Словарю отходов 

Автор — составитель: Обухов Евгений Николаевич

Наноматериалы, биомиметические — Нанотехнология 

 

Наноматериалы, биомиметические иначе биомиметики (англ. biomimetic nanomaterials или biomimetics, bioinspired materials) — искусственные наноматериалы, имитирующие свойства биоматериалов или созданные на основе принципов, реализованных в живой природе.

Описание

Обращение к биологическим примерам, вдохновляющим инженеров на создание новых материалов и технологий, базируется на предположении, что за миллиарды лет эволюции природа создала оптимальные живые конструкции, которые превосходят по эффективности и долговечности конструкции, созданные человеком. Так, изучение «эффекта лотоса», т. е. свойства листьев лотоса не смачиваться дождевой водой и отталкивать грязь за счет своей микро/наноструктурированной поверхности, привело к созданию водоотталкивающих красок и тканей.

Полимерные нановолокна, имеющие прочность, сравнимую с прочностью стали, были созданы на основе биологического примера — паутины, нити которой выдерживают втрое большее растяжение, чем стальная проволока такого же диаметра. Плоды репейника явились прототипом при создании синтетического адгезивного материала Velcro, применяемого в широко распространенных креплениях-«липучках».

Многие биомолекулы обладают свойством самосборки в регулярные структуры, например, сократительный белок актин полимеризуется в филаменты толщиной 7 нм, а белок тубулин — в микротрубочки диаметром 25 нм. Использование принципа самосборки и самих биоструктур в качестве матриц позволяет создавать нанопроводники и нанотрубки путем осаждения на биополимеры монослоев металлов. Принцип комплементарности, лежащий в основе сборки молекул ДНК, используется в ДНК-конструировании новых наноматериалов.

Знания о структуре и функциях биологических молекул дают возможность синтезировать гибридные молекулы, включающие в себя пептиды, липиды, органические полимеры, и создавать биомиметические нановолокна, бионеорганические композиты и нанопористые покрытия для тканевой инженерии.

В последнее время активно развиваются технологии биомиметического получения наночастиц. Например, белок ферритин, выполняющий функцию переносчика и хранилища железа в организме, формирует нанополости с диаметром внутреннего пространства 8 нм. В них удается получать магнитные наночастицы оксида железа и кобальта размером около 6 нм.

Другие подходы используют «выращивание» наночастиц заданного размера в бактериях или в биомассе растений (овса, пшеницы, люцерны). К этим биообъектам добавляются соли металлов, которые восстанавливаются в процессе биокатализа до металлов и формируют наночастицы. Описаны методы получения металлических наночастиц в живых растениях, в воду для полива которых добавляют соли металлов. Наночастицы образуются в стеблях и других частях растений и могут быть выделены оттуда путем экстракции.

Размер формирующихся наночастиц задается белками, участвующими в восстановительных реакциях. В ряде случаев установлены пептидные последовательности, ответственные за катализ, что позволило использовать их в виде кольцевых пептидов для формирования наночастиц in vitro. Наночастицы возможно формировать и с помощью вирусных оболочек — капсидов. Белки вирусного капсида собираются в геометрически правильные пространственные структуры с полостью внутри, куда упаковывается геном вируса.

Калиброванные металлические наночастицы и нанокомпозиты высокой степени упорядоченности можно собирать как внутри капсида, так и на его поверхности. Биомиметический синтез наночастиц имеет ряд преимуществ: он проходит в более мягких условиях, чем получение наночастиц физико-химическими методами. В масштабах промышленного производства наночастиц это позволит снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Автор

  • Ширинский Владимир Павлович

Источники

  1. Ma P. X. Biomimetic Materials for Tissue Engineering // Adv. Drug Deliv. Rev. 2008. V. 60. P. 184–198.
  2. Nanomaterials for the Life Sciences. V. 2: Nanostructured Oxides / Ed. by Kumar, Challa S. S. R. — Weinheim: Wiley–VCH, 2009. — 507 p.

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Наноматериалы, биофункционализированные иначе бионаноматериал; нанобиоматериал (англ. biofunctionalized nanomaterials) — наноразмерный искусственно синтезированный материал, модифицированный для придания ему биосовместимости с живыми средами, либо наномодифицированный материал биологического происхождения.

Описание

В медицинской практике в ряде случаев возможно использование искусственно полученных материалов, например, в целях:

  • ранней диагностики заболеваний;
  • целевой доставки лекарственных препаратов;
  • восстановления поврежденных органов и тканей.

Для придания синтетическим наноматериалам дополнительных функций — например, способности связываться со специфическими белками в организме, защиты от агрегации, более высокой растворимости в воде и др., часто используется прием химической модификации поверхности таких частиц.

Современные методы диагностики, такие, как магнитно-резонансная томография, позволяют визуализировать только размер и форму органа или опухоли. Новые методы визуализации — с использованием биофункционализированных флуоресцирующих полупроводниковых маркеров (см. рис.) — имеют большие перспективы: лиганды на поверхности маркера взаимодействует с белками, специфическими для конкретной структуры — раковой опухоли, холестириновых бляшек и т. п., а интенсивное «свечение» закрепленного маркера позволяет получить четкую картинку расположения и строения патологического образования.

Наночастицы оксида железа имеют потенциал применения для гипертермии — уничтожения раковой опухоли за счет локального разогрева содержащей такие частицы пораженной области в магнитном поле. Функциональные группы на поверхности наночастиц оксида железа призваны предотвратить их агрегацию при введении в организм, ингибировать преждевременное растворение материала и обеспечить целевую доставку частиц в пораженную заболеванием область.

Развивается аналогичная методика с использованием биофункционализированных наночастиц золота (разогрев области, где концентрируются такие частицы, проводят с применением лазера).

Другой пример биофункционализации — использование кальций-фосфатных покрытий. При «вторжении» в организм любого искусственного имплантата практически всегда наблюдается воспалительный процесс — реакция тканей на контакт с инородным телом. Например, в ортопедии находят широкое применение титановые имплантаты — благодаря своей высокой прочности, легкости, коррозионной стойкости.

Для придания титановым изделиям более высокой совместимости с организмом на их поверхность наносят керамическое покрытие из фосфатов кальция, которое воспроизводит состав кости: такое покрытие еще больше снижает коррозию материала и обеспечивает дружественный отклик костной ткани.

Иллюстрации

 prilozhenie-43 Схема биофункцонизированной квантовой точки — внутрениий слой защищает частицу от окисления, внешний — обеспечивает стабильность суспенции и биосовместимость. Иммобилизованные лиганды управляют специфическим связыванием с биомолекулами [1].

Автор

  • Вересов Александр Генрихович

Источники

  1. Biofunctionalization of Nanomaterials / Ed. by Kumar, Challa S. S. R. — Weinheim: Wiley–VCH Verlag, 2005. — 386 p.
  2. Британский терминологический стандарт BSI PAS 136:2007 / Terminology for nanomaterials.
  3. Британский терминологический стандарт BSI PAS 132:2007 / Terminology for the bio-nano interface.

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Наноматериалы, углеродные (англ. carbon nanomaterials) — собирательный термин, которым обозначают различные низкоразмерные структуры или наноструктурированные материалы, основой которых является углерод.

Описание

К углеродным наноматериалам относят:

  • фуллерены (см. также фуллерит) и их производные (см. также фуллерид, эндоэдральный фуллерен);
  • углеродные нанотрубки;
  • углеродные нановолокна;
  • наноалмазы;
  • графены (см. также графан).

Углеродные наноматериалы часто выступают в качестве наполнителя для композитов, наиболее известными среди которых являются композиционные материалы с полимерной матрицей.

Авторы

  • Гольдт Илья Валерьевич
  • Зайцев Дмитрий Дмитриевич

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Нанообъект (англ. nano-object или nano scale object) — дискретная часть материи или, наоборот, ее локальное отсутствие (пустоты, пора), размер которой хотя бы в одном измерении находится в нанодиапазоне (как правило, 1–100 нм).

Описание

К нанообъектам могут быть отнесены как объекты, имеющие четкие пространствнные границы и доступные для прямого наблюдения методами электронной и зондовой сканирующей микроскопии (наночастицы, нанопластины, нанотрубка, нанопора), так и прочие наноразмерные объекты, размер которых часто определяется косвенными методами (агрегаты, липосомы, мембраны, нанокапли и т.п.).

Авторы

  • Журавлева Наталья Геннадиевна
  • Шляхтин Олег Александрович

 

Нанопорошки, коммерческие иначе промышленные нанопорошки (англ. bulk nanoparticles) — нанопорошки, производимые в промышленном масштабе по устоявшимся промышленным технологиям.

Описание

Объемы производства коммерческих нанопорошков различны в зависимости от характера применения и рыночных потребностей. Например, для сажи, оксида титана и оксида кремния объемы составляют сотни тонн, для нанолюминофоров — сотни килограммов, для нанопорошков, используемых в медицине, — килограммы.

Авторы

  • Иванов Виктор Владимирович
  • Шляхтин Олег Александрович

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Нанопорошок (англ. nanopowder) — в настоящее время существует несколько определений данного термина:

  1. 1. Согласно определению Международной организации по стандартизации (ISO), нанопорошок — твердое порошкообразное вещество искусственного происхождения, содержащее нанообъекты, агрегатыили агломератынаообъектов либо их смесь;
  2. 2. Ансамбль наночастиц;
  3. 3. Порошок, размер всех частиц которого менее 100 нм.

Определенное содержание наноразмерной фракции можно встретить во многих субмикронных порошках, но, как правило, это количество незначительное. Наличие такой нанодисперсной фракции не дает основания считать весь порошок «нанопорошком». Возможны отдельные случаи нанопорошков, когда субмикронные конгломераты состоят из связанных наноразмерных кристаллитов и/или блоков, но при определенном физическом воздействии (ультразвуковое диспергирование, механическое активирование и др.) могут распадаться на наночастицы.

Нанопорошки характеризуются:

  • средним размером частиц и распределением частиц по размерам;
  • средним размером кристаллитов и распределением кристаллитов по размерам;
  • степенью агломерации частиц (слабая агломерация — связь частиц за счет взаимодействий типа ван-дер-ваальсовых, сильное агрегирование характеризуется сильными межчастичными связями);
  • удельной площадью поверхности;
  • химическим составом объема частиц;
  • составом по сечению для частиц ядро-оболочка;
  • морфологией частиц;
  • химическим составом поверхности;
  • кристаллической структурой наночастиц;
  • содержанием влаги и других адсорбатов;
  • сыпучестью (текучестью);
  • насыпной плотностью;
  • цветом.

Авторы Гусев Александр Иванович, Иванов Виктор Владимирович

Источник NanoDictionary // Nanotechnology Perceptions. 2005. №1. P. 147–160.

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Нанопроволока (англ. nanowire) — проводящая анизотропная квазиодномерная структура, два внешних размера которой (например, ширина, толщина) существенно меньше третьего (длина) и находятся в нанодиапазоне.

Иллюстрации

 prilozhenie-44 Массив металлических нанопроволок никеля, полученных в порах пористого алюминия электролитическим осаждением. Автор: К. С. Напольский, ФНМ МГУ им. М. В. Ломоносова. Из личного архива.

Авторы

  • Журавлева Наталья Геннадиевна
  • Гудилин Евгений Алексеевич

Источник

Nanotechnologies. Terminology and definitions for nano-objects // Nanoparticle, nanofibre and nanoplate. ISO/TS 27687:2008.

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Нанореактор (англ. nano-reactor) — реактор для осуществления химических реакций в ограниченном объеме, размер которого не превышает 100 нм хотя бы по одному из измерений и ограничен физически размерами элементов упорядоченной структуры.

Описание

Основная задача, решаемая при использовании нанореакторов, — предотвращение слияния и роста твердых частиц при синтезе и, в ряде случаев, последующей термообработке синтезируемых материалов. В качестве нанореакторов обычно выступают поры естественного или искусственного материала, инертного по отношению к используемым реагентам и продуктам реакции.

При синтезе нанообъектов поры инертной матрицы заполняются одним из реагентов, после чего он приводится в контакт со вторым реагентом, обычно в жидкой или газообразной форме, инициатором (в случае полимеризации), или подвергается воздействию электрического тока (при электрохимическом синтезе). Регулирование размеров пор при создании искусственного пористого материала или выбор естественного пористого материала с узким распределением пор по размерам в требуемом диапазоне позволяет управлять размером синтезируемых частиц.

Нанореакторы могут использоваться как для получения нанокомпозитов синтезируемого материала с материалом инертной матрицы, так и для получения изолированных нанообъектов, для чего материал матрицы подвергается селективному растворению. В качестве естественных нанореакторов часто используются цеолиты и слоистые двойные гидроксиды, в качестве искусственных — искусственные цеолиты и пористые мембраны на основе оксидов металлов, созданные электрохимическим методом (см. анодирование).

Иллюстрации

 prilozhenie-45 Формирование магнитных наночастиц различной морфологии на основе железа в матрице слоистого двойного гидроксида в зависимости от условий эксперимента [1].

Авторы

  • Гудилин Евгений Алексеевич
  • Шляхтин Олег Александрович

Источники

  1. Третьяков Ю. Д. и др. Синтез функциональных нанокомпозитов на основе твердофазных нанореакторов // Успехи химии. 2004. Т. 73. №9. С. 974–998.
  2. Григорьева Н. А. и др. Способ получения нанокомпозитных материалов с упорядоченной структурой. Патент РФ №2 322 384 от 16.10.2006.
  3. Miura K. et al. Nano-reactor for producing high performance nanomaterials // Chem. News. 2007. V. 62. P. 5655–5660.
  4. Nakajima H. et al. Preparation and characterization of polypropylene/mesoporous silica nanocomposites with confined polypropylene // J. Polymer Sci. B. 2003. 41. P. 3324–3332.
  5. Микроструктура новых функциональных материалов. Вып. 1. — М.: Изд-во МГУ, 2006. — 10 с. —fnm.msu.ru/documents/8/poroes.pdf (дата обращения: 27.06.2010).

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Наноструктура (англ. nanostructure) — совокупность наноразмерных объектов искусственного или естественного происхождения, свойства которой определяются не толькоразмером структурных элементов, но и их взаимным расположением в пространстве.

Авторы

  • Шляхтин Олег Александрович
  • Гольдт Анастасия Евгеньевна

Источники

  1. Nanostructure Science and Technology // Springer. —springerlink.com/content/ph6713 (дата обращения: 27.06.2010).
  2. Nanostructure // Wikipedia, the free Encyclopedia. — http://en.wikipedia.org/wiki/Nanostructure (дата об- ращения: 27.06.2010).
  3. Nanostructure // Answers Corporation, 2009. —answers.com/topic/nanostructure (дата обращения: 27.06.2010).

 

Нанотехнология (англ. nanotechnology) — данный термин в настоящее время не имеет единого, признаваемого всеми определения. Под термином «нанотехнологии» РОСНАНО понимает совокупность технологических методов и приемов, используемых при изучении, проектировании и производстве материалов, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и управление строением, химическим составом и взаимодействием составляющих их отдельных наномасштабных элементов (с размерами порядка 100 нм и меньше как минимум по одному из измерений), которые приводят к улучшению, либо появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских характеристик и свойств получаемых продуктов.

Описание

Термин «нанотехнология» впервые был использован профессором Норио Танигучи в его докладе «Основные принципы нанотехнологии» (On the Basic Concept of Nanotechnology) на международной конференции в Токио в 1974 г. Первоначально термин «нанотехнология» использовался в узком смысле и означал комплекс процессов, обеспечивающих высокоточную обработку поверхности с использованием высокоэнергетических электронных, фотонных и ионных пучков, нанесения пленок и сверхтонкого травления.

В настоящее время термин «нанотехнология» используется в широком смысле, охватывая и объединяя технологические процессы, приемы и системы машин и механизмов, предназначенные для выполнения сверхточных операций в масштабе нескольких нанометров.

Объектами нанотехнологий могут быть как непосредственно низкоразмерные объекты с характерными для нанодиапазона размерами как минимум в одном измерении (наночастицы, нанопорошки, нанотрубки, нановолокна, нанопленки), так и макроскопические объекты (объемные материалы, отдельные элементы устройств и систем), структура которых контролируемо создается и модифицируется с разрешением на уровне отдельных наноэлементов. Устройства или системы считаются изготовленными с использованием нанотехнологий, если как минимум один из их основных компонентов является объектом нанотехнологий, т. е. существует как минимум одна стадия технологического процесса, результатом которой является объект нанотехнологий.

Авторы

  • Гольдт Илья Валерьевич
  • Гусев Александр Иванович

Источники

  1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М.: Физматлит, 2007. — 416 с.
  2. Gusev A. I., Rempel A. A. Nanocrystalline Materials. — Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. — 351 p.

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

 

Нанотехнология (англ. nanotechnology) — данный термин в настоящее время не имеет единого, признаваемого всеми определения. Под термином «нанотехнологии» РОСНАНО понимает совокупность технологических методов и приемов, используемых при изучении, проектировании и производстве материалов, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и управление строением, химическим составом и взаимодействием составляющих их отдельных наномасштабных элементов (с размерами порядка 100 нм и меньше как минимум по одному из измерений), которые приводят к улучшению, либо появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских характеристик и свойств получаемых продуктов…

Термин «нанотехнология» впервые был использован профессором Норио Танигучи в его докладе «Основные принципы нанотехнологии» (On the Basic Concept of Nanotechnology) на международной конференции в Токио в 1974 г. Первоначально термин «нанотехнология» использовался в узком смысле и означал комплекс процессов, обеспечивающих высокоточную обработку поверхности с использованием высокоэнергетических электронных, фотонных и ионных пучков, нанесения пленок и сверхтонкого травления. В настоящее время термин «нанотехнология» используется в широком смысле, охватывая и объединяя технологические процессы, приемы и системы машин и механизмов, предназначенные для выполнения сверхточных операций в масштабе нескольких нанометров.

Объектами нанотехнологий могут быть как непосредственно низкоразмерные объекты с характерными для нанодиапазона размерами как минимум в одном измерении (наночастицы, нанопорошки, нанотрубки, нановолокна, нанопленки), так и макроскопические объекты (объемные материалы, отдельные элементы устройств и систем), структура которых контролируемо создается и модифицируется с разрешением на уровне отдельных наноэлементов.

Устройства или системы считаются изготовленными с использованием нанотехнологий, если как минимум один из их основных компонентов является объектом нанотехнологий, т. е. существует как минимум одна стадия технологического процесса, результатом которой является объект нанотехнологий.

Авторы Гольдт Илья Валерьевич, Гусев Александр Иванович

Источники

  1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М.: Физматлит, 2007. — 416 с.
  2. Gusev A. I., Rempel A. A. Nanocrystalline Materials. — Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. — 351 p.

Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:  http://thesaurus.rusnano.com —  Название с экрана

konsulmirКниги и СловариПриложение к Словарю отходовПриложение к Словарю отходов  Автор - составитель: Обухов Евгений Николаевич Наноматериалы, биомиметические - Нанотехнология    Наноматериалы, биомиметические иначе биомиметики (англ. biomimetic nanomaterials или biomimetics, bioinspired materials) — искусственные наноматериалы, имитирующие свойства биоматериалов или созданные на основе принципов, реализованных в живой природе. Описание Обращение к биологическим примерам, вдохновляющим инженеров на создание новых материалов и технологий, базируется на...Организации и консульства. Справочная информация