NANOTECHNOLOGIAINNANOTECHNOLOGIAINMEDICINAMEDICINA

NANOTECHNOLOGIAINMEDICINA

Titularcurs:Prof.dr.ing.AdrianVOLCEANOV

Mobil:0744523371

Email:avolceanov@yahoo.co.uk

Laborator:dr.ing.BogdanVASILE

EVALUARE

Laborator:30% Temadecasa:20% ExamenFINAL:50%

probascrisa:8intrebari/chestiunicurs

2intrebari/chestiunitemadecasa

Materialedecurs

Notedecurs(electronic) Slideurideprezentarecurs Altemateriale(reviste,articole,etc) nusuntobligatorii!

Capitolul Coninuturi Nr. de ore

1. C1. Introducere ....................................................................................................1.1 Scop ................................................................................................................1.2 Metodologie ...................................................................................................

0,50,5

2. C2. Nanotiina i nanotehnologia ..2.1 Definiii .2.2 Caracteristici ale domeniului nano

0,50,5

3. C3. Nanomateriale i nanotehnologii pentru secolul 21 ......3.1 Nanomateriale pe baz de carbon .3.2 Materiale anorganice .3.3 Alte tipuri de materiale .

121

4. C4. Aplicaii medicale noi ..4.1 Chirurgie 4.2 Nanoparticule / Platforme pentru terapia cancerului .4.3 Biosenzori / biodetecie .4.4 Diagnosticare in vivo pe baza utilizrii imagisticii moleculare .4.5 Materiale de implant pentru ortopedie i stomatologie .4.6 Materiale de implant pentru intervenii vasculare .4.7 Dispozitive active pentru implant i bionic .4.8 Produse textile i produse pentru ngrijirea leziunilor ..4.9 Cipuri pentru diagnosticare molecular 4.10 Dispozitive / instrumente pentru administrare de produse terapeutice

2121222222

5. C5. Aspecte ale toxicologiei nanoparticulelor i nanotehnologiile .......5.1 Managementul riscului nanotehnologiilor .5.2 Toxicologia particulelor inhalate din mediul ambiant ...5.3 Toxicologia nanotehnologiilor utilizate n sistemele de administrare a

medicamentelor .............................................5.4 Factori suplimentari de toxicitate .......

0,50,50,50,5

6. C6. Probleme de etic n nanotehnologiile pentru medicin .. 2

NR. TOTAL DE ORE 28

Curs1

Materialelascalananometrica

Nanotechnologie

Proprietatialenanomaterialelor

Bine ati venit Bine ati venit in in

Lumea Nano!Lumea Nano!

Obiective

Scopulcursuluiesteaceladeavaintroduceindomeniulnanotechnologiiloremergente

Nanoscala

Esteunlucrudestuldedificildeaintelegecatdemicaestedimensiunea/scalananometrica.Pentruaaveaoreferintapentrucomparatieunnanometru(nm)reprezintaamiliardapartedintrumetru,sauomilionimedintrunmilimetru.Parulumanareogrosimede80.000 nm,oceluladesange(hematie)areundiametrude5.000nmindiametruiaromoleculadeADNareolatimede2,5

nm.

Nanoscala

1.27 107 m 0.22m 0.7 109 m

FullerenesC60

12,756Km 22cm 0.7nm

Maimicade10milioanedeori

Maimicadeun1miliarddeori

Scaledistincte

Materialelascalananometrica:Cesuntele?

Nano=109 m

Materialecudimensiunisitoleranteindomeniuldela100nmla 0,1nm

Metale,ceramici,materialepolimericesaumaterialecompozite

Unnanometrualiniaza 35atominrand

Parulumanestecucinciordinedemarimemaimaredecatnanomaterialele

Ceestenanotechnologia?Ceestenanotechnologia?

Nanotechnologiafundamentalostiintaamaterialelorcareareurmatoarelecaracteristici:

1) CercetaresiDezvoltarelanivelmolecularsi/sauatomic,culungimiindomeniuldela1la100nanometri.

2)Creareasiutilizareadesisteme,dispozitivesistructuricareaufunctiisauproprietatispecialedatoritatocmaidimensiunilorlorfoartemici.

3)Abilitateadeacontrolasaumanipulamaterialascalamolecularasauatomica.

Precizia poziionriisau rezoluia de msurare

Maini unelte, etc. i dispozitive de poziionare a instrumentelorStrunguri, frezeStrunguri de precizie, maini de achiere, maini de lustruit i hornuit

Instrumente de msurare i dispozitive de prelucrarea datelorCalibre micrometriceComparator mecanic, micrometru, ceas comparator

10 m Generator de curbe, main de gurit i de alezat de precizie, main de rectificat n coordonate, main de superfinisare

Micrometru electric sau pneumatic, comparator optic

1 m Main de rectificat de precizie, main de lepuit de precizie, main de rectificat lentile optice, main strung de precizie cu diamant

Balan optic sau magnetic, comparator electric, comparator electronic (fr contact), microscop cu raze X

101 m Sistem de aliniere a mtilor, rectificare final a lentilelor optice, main de lepuit, main de lepuit cu diamant.

Instrumente de msurare pe baz de laser, sisteme de fibre optice

102 m Instalaie de gravare a reelelor de difracie, instalaie de litografie cu fascicol electronic, rectificare de superprecizie, maina de lepuire i lustruire, echipament pentru corodare i depunere chimic, main de iradiere de tip dutevino

Instrumente de msurare cu laser de nalt precizie (Doppler, Hiposs), instrumente laser cu reflexii multiple, instrumente de msurare cu heterodin a rugozitii (Zygo, Wypo)

103 m(distan de ordinul constantei

de reea)

Sistem de nanoservopoziionare, aparat de prelucrare cu fascicol atomic/molecular sau ionic, echipament de corodare i depunere nanochimic, echipament pentru sinteza substanelor (suprareele)

Microscop electronic cu baleiaj, microscop electronic prin transmisie,echipament de difracie electronic, microscop cu raze X (2nm), analizor ionic, microscop cu efect tunel cu baleiaj (STM), microscop ionic cu baleiaj (SIM), microscop de fore atomice (AFM)analizor Auger, ESCAR, microanalizor cu raze X.

Poziionarea acurateii * mainilor unelte i a echipamentului de procesare i rezoluia instrumentelor de msurare

*Precizia de poziionare = eroarea deviaiei poziionrii + mprtierea erorii de poziionare (repetabilitatea)

Tolerana (precizia)

Subansamble mecanice Subansamble electronice Subansamble optice

200 m Maini normale i casnice

Componente electrice de uz general (comutator, motor, conector)

Aparate foto i corpuri de telescoape

50 m Componente mecanice de uz general (angrenaje, filete), subansamble pentru maini de scris, subansamble de motor)

Pri preasamblate (subansamble electronice), micromotoare, tranzistori, diode, capete magnetice (magnetofon)

Declanator foto, sistem de fixare a lentilelor, (camere foto, microscoape)

5 m Subansamble mecanice pentru ceasuri, angrenaje de precizie, filete, lagre de maini unelte, bol sferic, pri de compensor, lame de ras

Releu electric, rezistor, condensator, disc de memorie, plachet de siliciu, masc TV, cilindru i cap video.

Lentile, prisme, fibre i conectori optici

0,5 m Rulmeni cu bile i cu role, tragere de fire de precizie, servovalv rabatabil, rulmeni de giroscop, lagr pe pern de aer, matri de precizie, duz pentru inkjet

Cap magnetic, balan magnetic, dispozitiv cu cuplare de sarcin (CCD), oscilator cu cuar, memorie magnetic, circuite integrate, magnetron, traductor de presiune cu strat subire, cap termic pentru imprimante

Lentile i prisme de precizie, mti de iradiere pentru circuite integrate (foto, raze X) oglind laser poligonal, oglind de raze X, oglind de deflecie elastic

0,05 m Penetrometru cu diamant (indenter), cale planparalel, mas XY de nalt precizie, microachietor de diamant

Memorii de circuite integrate, discuri video electronice, circuite LSI, tuburi microvidate, tranzistor cu strat subire pentru afiaj cu cristale lichide

Lentile Fresnel de precizie, planeitate optic, reea de difracie optic,discuri video optice (CD)

0,005 m Componente ultraprecise (plane, sferice, axiale, filete)

Circuite VLSI, suprareele (sintez), straturi subiri

Reele de difracie ultraprecise

Particularitispeciale

Precizia formei (3D) Fineea configuraiei (2D) Precizia rugozitii de gravare a suprafeei oglinzilor (1D)

Tolerane admisibile ale produselor

Distana interplanar atomic este 0,20,3 nm.

IstoriaNanotechnologiei Acum~2000deani nanocristaledesulfuriutilizatedegrecisiromanipentruvopsireaparului

Acum~1000deani(Evulmediu) nanoparticuledeaurdediferitedimensiuniutilizatepentruaproducediferiteculoriinsticladevitralii

1974 Nanotechnologie Taniguchifolosestetermenuldenanotechnologie pentruprimadatapentruadescrie stiintasitehnologiadeprocesaresaucontruireacomponentelorcutolerantananometrica.

1981 IBMdezvoltaScanningTunnelingMicroscope(STM) 1985 Buckyball CercetatoriidelaRiceUniversitysiUniversityofSussexdecoperafulerena:C60

1986 EnginesofCreation PrimacartedenanotechnologiescrisadeK..EricDrexler.MicroscopuldeForteAtomiceinventatdeBinnig,QuateandGerbe.

1989 LogoulIBMscris cuatomiindividualideXe 1991 DescoperireananotuburilordecarbondecatreS.Iijima 1999 Nanomedicine primacartedenanomedicinadeR.Freitas 2000 LansareaNationalNanotechnologyInitiative inRomania

Nanoparticuledeaur.

EfectealedimensiuniiNano

Realizareadispozitivelorsisistemelorminaturizatepemasurafurnizariiunuigradmaimaredefunctionalitate

Atingereaunorrapoartespecificemarialesuprafeteiraportatelavolum

Manifestatareaunorproprietatispecifice,inclusivmodificariale: ProprietatilorFizice(e.g.punctuldetopire)

ProprietatileChimice(e.g.reactivitatea)

ProprietatileElectrice(e.g.conductivitatea)

Proprietatile Mecanice(e.g.rezistenta)

ProprietatileOptice(e.g.emisialuminii)

Proprietatialenanomaterialelor:Proprietatilematerialelorsemodificapemasuracedimensiunealorseapropiede

domeniulnanoiarproprietatilenanomaterialelorsuntdependente dedimensiunealor.

Structuradebaza:Nanoparticuledemetalexistacaungrupdeatomimetaliciformanduncluster.Clusterelecuunanumitnumarspecificdeatomisuntmultmaiprobabiledeaexistainraportdealticlusterisausuntmaistabiledecatclustereledealtedimensiuni;aceste numeresuntdenumite numere magice.

StructuraGeometrica: Structurageometricaananoparticulelomaridepinddemarime;pentrudimensiunimaimaristructuresteaceeasicasiincazulmaterialelormasive(bulk)iardeviatiileaparatuncicanddimensiuneascadesuboanumitavaloarecritica.

StructuraElectronica: Candunmaterialmasivestereduslaodimensiunedecatevasutedeatomi,benziledeenergiesuntinlocuitedeunsetdeniveleenergetice discreteseparateprinniveleacarorvaloareestemaimaredecatenergiatermica.Astfel,seatingeodimensiuneundesuprafeteleparticulelorsuntseparateprindistantecaresuntdeordinuldemarimealungimii deundaasociateelectronilor.Inaceastasituatieniveleleenergeticepotfimodelatepebazamodeluluicuanticdenumitparticulaincutie.Acest

lucruestecunoscutcaefectcuanticalmarimii QuantumSizeeffect.

Culoarea:Culoareaunuimaterialestedeterminatadelungimeadeundaafotoniloropticiabsorbitidecatreacesta.Astfel,clusteriidediferitedimensiunivoraveaniveleenergeticeseparatedevaloridiferitesiprinurmarevoraveaculoridiferiteiardimensiuneapoatefiutilizatatpentruaestimaculoareunuimaterial,sireciproc.

QuantumSizeEffect

Proprietati:

Reactivitate: Abilitateananoparticulelordeareactionacualtespeciidepindedemarimeaclusterului.Aceastacaracteristicaprezintaimplicatiiimportantepentruproiectareaagentilorcatalitici.

Fluctuatii: atomiidelasuprafatasuntmaiputinconstransireferitorlacapacitatealordevibratiedecatatomiidininteriorulstructuriisiastfelauposibilitateadea migrapezonemaiextinseinraportcupozitiiledeechilibru.Astfel,nanoparticulelecontinuasasetransformeindiversearanjamentestructurale.

ProprietatiMagnetice: Intrunclustermomentulmagneticalfiecaruiatomvainteractionacumomentelecelorlaltiatomisipotastfelfortatoatemomentelemagneticesasealiniezeintrosinguradirectieinraportcuoanumitaaxadesimetrieaclusterului.Clusterulvaaveaunmomentnet,sisespunecaestemagnetizat..Momentulmagneticnetalunuiclusteresteinversproportionalcutemperatura.Oproprietateimportantaananoparticuleloresteaceeacapentruclusterialcatuitidinatominemagneticipoateexistaunmomentmagneticnet.

ProprietatiOptice: Existaodeplasaresemnificativainspectrulabsortieiopticecatrezonaalbastra(lungimideundamaiscurte)pemasuracedimensiuneaparticulelorestemicsorata.

Fotofragmentarea: Nanoparticuleledesiliciusigermaniumpotfisparte inparticulemaiusoareatuncicandsuntsupuselaactiuneaunuifascicollaseravandolungimedeundaadecvata.AcestfenomenestecunoscutcaFotofragmentare PhotofragmentationPhotofragmentation.

NANOTECHNOLOGIA IN MEDICINANANOTECHNOLOGIA IN MEDICINAEVALUAREMateriale de cursCurs 1ObiectiveNanoscala Scale distincteMateriale la scala nanometrica: Ce sunt ele?Ce este nanotechnologia? Istoria NanotechnologieiEfecte ale dimensiunii NanoProprietati ale nanomaterialelor: Proprietatile materialelor se modifica pe masura ce dimensiunea lor se apropie de domeniul Quantum Size EffectProprietati: