Наноинженерия+в+медицине. Наноинженерия в медицине
 Скачать 32.69 Kb.
|
|
Наноинженерия в медицине Содержание Введение Глава 1. Теоретические основы наноинженерия в медицине История развития нанотехнологии Интересное о нанотехнологиях Нанотехнологии в медицине Глава 2.Сравнительный анализ структуры патентов наноинженерия в медицине 2.1 Наноинженерия в медицине 2.2 Сравнительный анализ патентов Заключение Список литературы Введение Актуальность работы. Нанобъекты окружают нас повсюду. И экран, на который вы сейчас смотрите, в своем составе имеет наноструктуру, изменяющую свойства под воздействием электрического поля. Считается, что нанообъект — это объект, имеющий наноразмеры — 10 в минус 9 степени метра. Размеры нанообъекта варьируются от единиц до нескольких сотен нанометров. Эти объекты имеют свойства, с одной стороны, отличные от классических химических веществ, ведь химические формулы пишутся для одной молекулы, а наноструктуры — это длинные молекулы, и их конфигурация в пространстве важна. С другой стороны, нанообъекты отличаются по свойствам и от макрообъектов, которые изучает механика сплошных сред. Если представить, что человек — единица социальной структуры, то нанообъекты — это группы людей, состоящие из двух-трех человек, это семьи, это друзья, но не больше — не город и не государство. Также как и семьи, в обществе эти наноструктуры очень разнообразны, они отличаются и по природе и по свойствам. И если вы меняете размер нанообъектов, то и свойства материалов меняются. Наноинженерия – одна из областей нанотехнологий, это общий термин, охватывающий все области науки, работающие в области наноразмерности. Наноинженерия – это междисциплинарная наука, которая создает биохимические структуры, меньшие, чем бактерии, которые функционируют как микроскопические фабрики. Это возможно благодаря использованию основных биохимических процессов на атомном или молекулярном уровне. Проще говоря, молекулы взаимодействуют посредством естественных процессов, и наноинженерия использует преимущества этих процессов путем прямого манипулирования. Наноинженерия в зачаточном состоянии добилась определенных успехов в использовании ДНК в качестве катализатора для самостоятельной сборки простых структур. В 2006 году исследовательская группа Университета Брауна смогла вырастить нанопроволоки из оксида цинка длиной примерно 100-200 нм путем слияния фрагментов синтетической ДНК с углеродными нанотрубками. ДНК, руководство природы для создания материи снизу вверх, представляет особый интерес в области наноинженерии. Путем сборки определенного кода ДНК наноинженер может создать условия для генетического кода для выполнения задач, которые приводят к биохимической сборке наноматериалов. Цель курсовой работы – изучить наноинженерию в медицине. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: Изучить историю развития нанотехнологии; Выявить интересное о нанотехнологиях; Обосновать нанотехнологии в медицине; Раскрыть наноинженерию в медицине; Провести сравнительный анализ патентов. Структура курсовой работы включает в себя введения, две главы с подглавами, заключение и список используемой литературы. Глава 1. Теоретические основы наноинженерия в медицине 1.1 История развития нанотехнологии Развитие нанотехнологий и наноматериалов начинается с 1931 года, когда немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. Позже в 1959 году американский физик Ричард Фейнман (нобелевский лауреат по физике, 1965) впервые опубликовал работу, в которой оценивались перспективы миниатюризации под названием «Там внизу — море места». В 1974 году японский физик Норио Танигучи ввел термин «нанотехнология», предложив описывать им механизмы размером менее одного микрона. Немецкими физиками Гердом Бинниг и Генрихом Рорером был создан сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который позволил манипулировать веществом на атомарном уровне (1981 г.), Позже они получили за эту разработку Нобелевскую премию. Сканирующий атомно-силовой (АСМ) микроскоп еще больше расширил типы исследуемых материалов (1986 г.). В 1985 году Роберт Керл, Харольд Крото, Ричард Смолли открыли новый класс соединений — фуллерены (Нобелевская премия, 1996 год). В 1988 году независимо друг от друга французский и немецкий ученые Альберт Ферт и Петер Грюнберг открыли эффект гигантского магнетосопротивления (ГМС) (в 2007г. присуждена Нобелевская премия по физике), после чего магнитные нанопленки и нанопровода стали использоваться для создания устройств магнитной записи. Открытие ГМС стало основой для развития спинтроники. С 1997 года компания IBM в промышленных масштабах начала изготавливать спинтронных приборы — головки для считывания магнитной информации на основе ГМС размерами 10-100 нм. 1991 год ознаменовался открытием углеродных нанотрубок японским исследователем Сумио Ииджимою. В 1998 году впервые создан транзистор на основе нанотрубок Сизом Деккером (голландский физик). А в 2004 году он соединил углеродную нанотрубку с ДНК, впервые получив полноценный наномеханизм, открыв тем самым путь к развитию бионанотехнологии. 2004 год — открытие графена, за исследования его свойств А. К. Гейму и К. С. Новоселову в 2010 г. присуждена Нобелевская премия по физике. Известные фирмы IBM, Samsung финансируют научные проекты с целью разработки новых электронных устройств, смогли бы заменить кремниевые технологии. 1.2 Интересное о нанотехнологиях Нанотехнологии (НТ) (греческое слово «nannos» означает «карлик») — это совокупность методов манипулирования веществом на атомном или молекулярном уровне с целью получения заранее заданных свойств. 1 нанометр (нм) = 10-9 метра. К нанотехнологиям относят технологии, обеспечивающие возможность контролируемым образом создавать и модифицировать наноматериалы, а также осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба. Нанотехнологии используют: атомное сообщения молекул, локальную стимуляцию химических реакций на молекулярном уровне и др. Процессы нанотехнологий подлежат законам квантовой механики. На сегодня основными отраслями нанотехнологий являются: наноматериалы, наноинструменты, наноэлектроника, микроэлектромеханические системы и нанобиотехнологии. Задача НТ: получения наноматериалов с заданной структурой и свойствами; применения наноматериалов по определенному назначению с учетом их структуры и свойств; контроль (исследования) структуры и свойств наноматериалов как в ходе их получения, так и в период их применения. Существует два основных подхода к нанопроизводства: сверху вниз и снизу вверх. Технология сверху вниз заключается в измельчении материала, имеющего большие размеры (массивный материал), до наноразмерных частиц. При подходе снизу вверх продукты нанопроизводства создаются путем выращивания (создания) их из атомного и молекулярного масштабов. Производство на наноуровне известно как нанопроизводств — предусматривает масштабные мероприятия, создание надежного и экономически эффективного производства наноразмерных материалов, конструкций, устройств и систем. Оно предусматривает исследования, разработки и интеграции технологий сверху вниз и более сложную — снизу вверх или процессы самоорганизации. Наноматериалы — это дисперсные или массивные материалы (структурные элементы — зерна, кристаллиты, блоки, кластеры), геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм и имеющие качественно новые свойства, функциональные и эксплуатационные характеристики, которые проявляются вследствие наномасштабных размеров. Все вещества в начальном состоянии или после определенного обработки (измельчения) имеют разную степень дисперсности, размер составляющих частиц можно не увидеть невооруженным глазом. Объекты с размерами в пределах 1-100 нм принято считать нанообъектами, но такие ограничения являются весьма условными. При этом данные размеры могут касаться как всего образца (нанообъектом является весь образец), так и его структурных элементов (нанообъектом является его структура). Геометрические размеры некоторых веществ приведены в таблице. Основные преимущества нанообъектов и наноматериалов состоит в том, что за малых размеров в них проявляются новые особые свойства, не характерные этим веществам в массивном состоянии. 1.3 Нанотехнологии в медицине Технологии развиваются стремительными темпами и позволяют создавать устройства и приложения, которые открывают безграничные возможности в самых различных областях медицины. В результате, человек все больше и больше приближается к пониманию того, что происходит в его организме не только на клеточном, молекулярном, но и атомном уровне - на наноуровне. Наномедицина - это исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне с использованием разработанных наноустройств и наноструктур. В области медицины возможности нанотехнологий нацелены на управление с помощью наноматериалов и наночастиц физическими, химическими и биологическими процессами, протекающих в живых организмах на молекулярном уровне. В настоящее время на основе нанотехнологий разрабатываются наноустройства, способные выполнять операции от диагностики и мониторинга до уничтожения патогенных микроорганизмов, восстановления поврежденных органов, снабжения организма необходимыми веществами и т.д. Нано(био)технологии в медицине – наномедицина – развиваются в следующих направлениях: Нанодиагностикумы на основе молекулярных детекторов и биосенсоров и флюоресцентных наночастиц; нанопоровые сиквенаторы индивидуальных геномов; наночастицы как контейнеры для доставки лекарств и вакцин; наночастицы как лекарства; синтетические геномы в качестве саморазмножающихся систем; нанобиоинженерия – репарация органов и тканей наноматериалами; нанороботы для медицины – устройства, разыскивающие очаги поражения тканей и устраняющие их, и наноустройства, имитирующие функции различных клеток (например, эритроцитов). Несмотря на сравнительную молодость данного направления исследований, у нас уже есть определенные результаты применения нанобиотехнологии в медицине. Остановлю ваше внимание на достижениях исследователей в этой области и наших перспективных разработках для наномедицины. Глава 2.Сравнительный анализ структуры патентов наноинженерия в медицине 2.1 Наноинженерия в медицине 2.2 Сравнительный анализ патентов Заключение Список литературы |