Лекции_Введение_в_нанотехнологии. Введение в нанотехнологии
 Скачать 5.09 Mb.
|
Глава 4. Нанокластеры, квантовые точки. Области применения кластеровОдной из важнейших областей применения нанокластеров является медицина, прежде всего – диагностика раковых опухолей. Характерное свойство нанокристаллов полупроводников – интенсивная люминесценция в ответ на облучение с определённой частотой. Поскольку опухоли выращивают дополнительные кровеносные сосуды, и система этих сосудов очень пористая и разветвлённая, нанокристаллики накапливаются в основном в них, и люминесценция пораженных участков существенно сильнее. Такой процесс визуализации злокачественного образования называют пассивным. Другой путь – активный – использует нанокластеры, химически связанные с биологическими молекулами типа антител, пептидов, белков или ДНК. В этом случае нанокластеры активно накапливаются именно в опухоли, фиксируя ее местоположение. Обычно используются соединения 2-й и 6-й групп таблицы Меделеева (условно их определяют общей формулой AIIBVI) или 3-й и 5-й (AIIIBV). Можно управлять формой квантовых точек и получать наностержни. Размерами кластеров можно управлять при их росте, например, за счет изменения температуры или времени роста. Разработан метод, в котором включение магнитного поля вызывает достаточно сильный разогрев активных нанокластеров, и связанные с ними раковые клетки погибают без вреда для клеток здоровых. Кроме медицины нанокластеры получили широкое промышленное применение в производстве принципиально новых материалов и покрытий, парфюмерии. Особый интерес представляет применение в парфюмерии и медицине наночастиц серебра и золота. Причиной является химическая инертность этих благородных металлов в массивных образцах и особенности их участия в обмене веществ в живом организме. Оказалось, что многие растения (люцерна, пшеница, овес), некоторые микроскопические грибки и бактерии, поглощая из внешней среды соли золота или серебра, накапливают их в виде нанокластеров. На первый взгляд, это противоречит стремлению наночастиц коагулировать, слипаться, но в живом организме они находятся в особых условиях. На различных биоматериалах было показано, что реакция организма существенно зависит от размеров частиц или шероховатости массивной поверхности. Так, макроскопический образец может восприниматься организмом нейтрально, а микро- и наночастицы – вызывать ракообразование. В течение многих веков золото и серебро использовались для лечения и профилактики болезней. В Индии примерно 3 тысячи лет назад применяли золотосодержащие эссенции из масел и растительных экстрактов. В Древней Греции смесью золотого порошка и чеснока лечили грипп. Ко дворам королей Польши и Пруссии поставляли «Солнечный эликсир», содержащий лекарственное золото. Серебряная посуда и приборы традиционно рассматривались как защита от кишечных заболеваний. В ХХ веке коллоидное золото использовали для лечения многих воспалительных процессов. Нанокластеры из оксида цинка имеют уникальное свойство поглощать электромагнитное излучение в широкой области частот – от радиочастот до ультрафиолета. Их можно использовать в солнцезащитных кремах, очках и для создания «невидимых» покрытий. Для нанотехнологии в целом характерно использование «достижений» живой природы, сформировавшихся за миллионы лет эволюции. Лист лотоса, покрытый «нанокочками», послужил образцом для создания самоочищающегося стекла: капли воды больше таких «нанопупырышек» и остаются лежать на них, не растекаясь по стеклу и не смачивая его. Внешне стекло остается прозрачным. Такое покрытие может быть также использовано в микроустройствах для уменьшения трения. Форма некоторых нанокластеров удивительно напоминает цветы, деревья, шишки (рис. 4.8-4.9), что подтверждает единство процессов самоорганизации в неживой и живой природе.
Для получения нанокластеров и материалов на их основе используются разнообразные физические, химические и физико-химические методы. |
