Реферат_Наносенсоры. наносенсоры. Появившиеся в последней четверти ХХ века нанотехнологии стремительно развиваются. За свой небольшой срок существования они уже успели проникнуть в самые различные области науки и производства
 Скачать 1.09 Mb.
|
Встроенные наносенсоры.По мнению ученых из университета штата Мичиган скоро настанет тот день, когда с помощью нанотехнологий в кровяные клетки человека можно будет встраивать микроскопические датчики, предупреждающие о появлении первых признаков радиационной угрозы или болезнетворных процессов, грозящих организму. Доктор Джеймс Бэйкер (James R. Baker) и его коллеги надеются создать такие датчики - микроскопические устройства, в тысячи раз тоньше человеческого волоса, - с помощью нанотехнологий. Исследование, которое уже долгие годы проводится в университетском Центре биологических нанотехнологий, направлено на разработку новых способов обнаружения раковых клеток в организме и борьбы с этой страшной болезнью. Новый метод выявления раковых клеток основывается на вживлении в тело человека крошечных сферических резервуаров, сделанных из синтетических полимеров под названием дендримеры (от греч. dendron - дерево). Эти полимеры были синтезированы в последнее десятилетие и имеют принципиально новое, не цельное строение, которое напоминает структуру кораллов или дерева. Такие полимеры называются сверхразветвленными или каскадными. Те из них, в которых ветвление имеет регулярный характер, и называются дендримерами. В диаметре каждая такая сфера, или наносенсор, достигает всего 5 нанометров - 5 миллиардных частей метра (для сравнения, диаметр обычной булавочкой головки составляет миллион нанометров). Это позволяет разместить на небольшом участке пространства миллиарды подобных наносенсоров. Наносенсоры смогут попасть в тело человека через пластырь на коже или же вместе с пищей. Оказавшись внутри тела, эти крошечные датчики проникнут в лимфоциты - белые кровяные клетки, обеспечивающие защитную реакцию организма против инфекции и других болезнетворных факторов. При иммунном ответе лимфоидных клеток на определенную болезнь или условия окружающей среды - простуду или воздействие радиации, к примеру, - белковая структура клетки изменяется. Каждый наносенсор, покрытый специальными химическими реактивами, при таких изменениях начнет флуоресцировать или светиться. Чтобы увидеть это свечение, д-р Бэйкер и его коллеги планируют создать специальное устройство, сканирующее сетчатку глаза. Лазер такого устройства должен засекать свечение лимфоцитов, когда те один за другим проходят сквозь узкие капилляры глазного дна. Если в лимфоцитах находится достаточное количество помеченных сенсоров, то для того, чтобы выявить повреждение клетки, понадобиться 15-секундное сканирование, заявляют ученые. Оптические сенсоры на основе хромогенных краун-эфиров и гетероматических систем.Область применения и назначение таких сенсоров заключается в высоко селективных оптических химических реакциях на катионы металлов, фотоуправляемые ионные сенсоры-экстрагенты (Рис. 2.4.1.).  Рис. 2.4.1. Рассмотрим основные технические характеристики данного сенсора. На кафедре технологии тонкого органического синтеза и химии красителей в течение ряд лет проводятся разработки высокоселективных оптических и электрохимических сенсоров на основе производных краун-соединений. Полученные к настоящему времени сенсоры могут быть отнесены к нескольким типам: К первому типу относятся высокоселективные молекулярные сенсоры на катионы металлов, построенные введением краун-эфирного фрагмента в состав оптически активной молекулы. Благодаря сопряженной структуре процесс комплексообразования в подобном сенсоре приводит к значительным изменениям оптических характеристик. Так были впервые получены и запатентованы оптические сенсоры на соли меди. Вторым типом являются супрамолекулярные металлоорганические комплексы, обладающие свойствами флуоресцентных сенсоров. Краунсодержащие стириловые производные полипиридинов и фенантролинов в присутствии солей цинка, кадмия или кобальта способны самопроизвольно образовывать супрамолекулярные нефлуоресцентные комплексы, показанные на схеме, приведенной ниже. При связывании катиона металла краун-эфирным фрагментом наблюдается разгорание флуоресценции. Поскольку краун-эфирный фрагмент обладает высокой селективностью связывания катионов металлов, определяющейся составом гетероатомов макроцикла, то флуоресцентный отклик будет наблюдаться только при селективном комплексообразовании определенного типа катионов  Рис. 2.4.2. Краунсодержащие нафталимиды были привиты на поверхность нанокристаллов оксидов олова. Оптические инертные оксиды металлов, показанные рисунке 2.4.2., в результате становятся флуоресцентными. При связывании катиона металла краун-эфирным фрагментом наблюдается дополнительное разгорание флуоресценции. Поскольку краун-эфирный фрагмент обладает высокой селективностью связывания катионов металлов, определяющейся составом гетероатомов макроцикла, то флуоресцентный отклик будет наблюдаться только при селективном комплексообразовании определенного типа катионов.   Рис. 2.4.3. Фотоуправляемые ионные сенсоры-экстрагенты получены на основе краунсодержащих фотохромных нафтопиранов. Соединения демонстрируют управляемую светом селективную экстракцию солей металлов из водной фазы в органический растворитель.  Рис. 2.4.4. Преимущества данных сенсоров очевидны. Благодаря таким особенностям оптических химических сенсоров на катионы металлов, как высокая чувствительность, селективность, малое время отклика, возможность проводить анализ на расстоянии, а также миниатюризации оптических химических сенсоров вплоть до размеров рабочей области в несколько десятков нанометров, их использование представляется весьма перспективным. «Электронный нос»Индивидуальный запах выделений человека уже давно используется в классической медицине как важный диагностический признак. В XXI веке нос врача заменит “электронный нос”. Ученые Пенсильванского университета создали “электронный нос”, который выявляет инфекционные болезни по дыханию обследуемого человека. Дело в том, что все бактерии, независимо от своей природы, в процессе жизнедеятельности выделяют различные газы. В случае поражения инфекцией дыхательных путей эти газы обязательно присутствуют в выдохе. “Электронный нос” подносится ко рту больного, получает его выдох и сравнивает химический состав с базой данных типичных примеров химического состава выдоха заведомо больных людей, на основании чего ставится соответствующий диагноз. Образец прибора, разработанный в Иллинойском институте технологий способен обнаружить в воздухе возбудителей туберкулеза и других инфекционных заболеваний. По запаху станет возможным диагностировать пневмонии, онкологические заболевания и даже атипичную пневмонию (SARS). При черепно-мозговых травмах на самых ранних этапах можно будет распознать запах вытекающей спинномозговой жидкости, что позволит предотвратить многие смертельные исходы травматических поражений центральной нервной системы. Следует отметить, что диагностика заболеваний дыхательных путей является в медицинской практике очень сложным процессом. Отличить, скажем, пневмонию от обычной респираторной инфекции типа ОРЗ удается далеко не сразу. Применение “электронного носа” позволяет ускорить проведение анализа, снизить стоимость и повысить точность результатов. Ученые считают, что “электронный нос” будет таким же верным спутником врача, как и аппарат для измерения артериального давления. Австралийские ученые разрабатывают электронный нос, который будет в состоянии определять наличие химических добавок в вине, а также "унюхивать" следы взрывчатки на пассажирах, которые проходят через терминал в аэропорту. ЗаключениеНанотехнологии продолжают бурно развиваться, и даже за короткое время, по многим направлениям получены интересные и важные результаты. За последние годы почти во всех промышленно развитых странах были определены национальные приоритеты в области нанонауки и нанотехнологии, а также утверждены связанные с этим научно-технические и образовательные программы. Это свидетельствует о широком признании значимости новой области науки и высокой оценке ее потенциальных возможностей для промышленности и общественной жизни. Нанонаука позволяет связать молекулярную биологию с современными информационными технологиями, что должно привести к созданию принципиально новых технологий и производств в XXI веке. Использованная литература.М.А. Рыбалкина. Нанотехнологии для всех. М.: Nanotechnology News Network,2005. Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля. Наноструктурные материалы. М.: Академия, 2005. Ч.Пул, Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. М.: Техносфера, 2004. П.Харрис. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. М.: Техносфера, 2005. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. М.: Физматлит. 2000.224 C. А.Р. Антонов, Ю.И. Склянов НАНОТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ И БИОЛОГИИ Ресурсы интернета. ОглавлениеВведение 1 История нанотехнологий 2 Состояние исследований 2 1.Наносенсеры 3 1.1. Определение 5 1.2.Нанотранзисторы 6 1.3.Самосборка 6 1.4.Фуллерены и углеродные нанотрубки 7 1.5.Молекулярные элементы 8 2.Проекты по молекулярным наносенсорам. 10 2.1.Наносенсоры из одной молекулы 10 2.2.Наносенсоры для детектирования мутаций 10 2.3.Встроенные наносенсоры. 11 2.4.Оптические сенсоры на основе хромогенных краун-эфиров и гетероматических систем. 12 2.5. «Электронный нос» 15 Заключение 16 Использованная литература. 17 |