Comprensión de la nanotecnología

Significado teórico

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La nanotecnología, también conocida como nanotecnología, es el estudio de materiales con dimensiones estructurales que van desde 1 nanómetro hasta 100 nanómetros. Propiedades y aplicaciones. de una tecnología. Después de la invención del microscopio de efecto túnel en 1981, nació un campo para estudiar el mundo molecular con una longitud de 1 a 100 nanómetros. Su objetivo final es construir productos con funciones específicas directamente a partir de átomos o moléculas. Por lo tanto, la nanotecnología es en realidad una tecnología que utiliza átomos y moléculas individuales para crear sustancias.

A juzgar por las investigaciones realizadas hasta el momento, existen tres conceptos sobre la nanotecnología:

El primero es el científico estadounidense Dr. Drexler en 1986 en "Creación" de la nanotecnología molecular propuesta en el libro " Máquinas". Según este concepto, se pueden hacer prácticas máquinas que combinen moléculas, de modo que se puedan combinar arbitrariamente todo tipo de moléculas y se pueda producir cualquier tipo de estructura molecular. La nanotecnología de este concepto aún no ha logrado avances significativos.

El segundo concepto sitúa la nanotecnología como el límite de la tecnología de micromecanizado. Es una tecnología que forma artificialmente estructuras de tamaño nanométrico mediante un "procesamiento" de precisión nanométrica. Este tipo de tecnología de procesamiento a nanoescala también ha llevado al límite la miniaturización de los semiconductores. Incluso si la tecnología existente continúa desarrollándose, teóricamente hablando, eventualmente llegará a su límite. Esto se debe a que si el ancho de la línea del circuito se reduce gradualmente, la película aislante que constituye el circuito se volverá extremadamente delgada, lo que destruirá el efecto de aislamiento. . Además, existen problemas como el calentamiento y las sacudidas. Para solucionar estos problemas, los investigadores están estudiando nuevas nanotecnologías.

El tercer concepto se propone desde una perspectiva biológica. Originalmente, los organismos tienen estructuras a nanoescala dentro de las células y biopelículas. El desarrollo de computadoras moleculares de ADN y biocomputadoras celulares se ha convertido en una parte importante de la nanobiotecnología.

Uso de nanotecnología para organizar átomos de xenón en IBM

Contenido principal

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La nanotecnología es un campo altamente interdisciplinario Un tema integral , el contenido de la investigación involucra una amplia gama de ciencia y tecnología modernas. La nanociencia y la tecnología incluyen principalmente:

Física de nanosistemas, nanoquímica, nanomateriales, nanobiología, nanoelectrónica, nanoprocesamiento, nanomecánica, etc. Estas siete disciplinas relativamente independientes pero interpenetradas y las tres áreas de investigación de nanomateriales, nanodispositivos y detección y caracterización a nanoescala. La preparación y la investigación de nanomateriales son la base de toda la nanotecnología. Entre ellos, la nanofísica y la nanoquímica son la base teórica de la nanotecnología, y la nanoelectrónica es el contenido más importante de la nanotecnología.

Nanofibras

En 1993 se celebró en Estados Unidos la primera Conferencia Internacional de Nanotecnología (INTC), que dividió la nanotecnología en seis grandes ramas: nanofísica, nanobiología, nanoquímica, nanoelectrónica, nanoprocesamiento. La tecnología y la nanometrología promueven el desarrollo de la nanotecnología. Debido a la particularidad, magia y amplitud de esta tecnología, ha atraído a muchos científicos destacados de todo el mundo a trabajar duro en ella. ¿La nanotecnología generalmente se refiere a materiales, diseño, fabricación, medición, control y tecnología de productos a nanoescala (0,1 a 100 nm)? La nanotecnología incluye principalmente: tecnología de medición a nanoescala: tecnología de detección de propiedades físicas y mecánicas de superficies a nanoescala: tecnología de procesamiento a nanoescala; tecnología de nanomateriales;

La nanotecnología incluye los siguientes cuatro aspectos principales:

1. Nanomateriales: Cuando una sustancia alcanza la escala nanométrica, aproximadamente en el rango de 0,1-100 nanómetros, se modifican las propiedades de la sustancia. Se producirán mutaciones y aparecerán propiedades especiales. Este tipo de material que tiene propiedades especiales que se diferencian de los átomos y moléculas originales, así como de las sustancias macroscópicas, es un nanomaterial.

Si se trata sólo de un material con una escala de nanómetros y sin propiedades especiales, no se puede llamar nanomaterial.

En el pasado, la gente sólo prestaba atención a los átomos, las moléculas o el universo, y a menudo ignoraban este campo intermedio. Este campo existe en la naturaleza en grandes cantidades, pero no se reconocía el rendimiento de este rango de escala. antes.

Los primeros en darse cuenta realmente de su rendimiento y hacer referencia al concepto de nanómetros fueron los científicos japoneses. En la década de 1970, utilizaron métodos de evaporación para preparar iones ultrafinos y, al estudiar sus propiedades, descubrieron que: un conductor de cobre o plata eléctrica y térmicamente es conductor. hecho de Tras alcanzar la escala nanométrica, pierde sus propiedades originales y demuestra que no conduce electricidad ni calor. Lo mismo ocurre con los materiales magnéticos, como la aleación de hierro y cobalto. Si se le da un tamaño de entre 20 y 30 nanómetros, el dominio magnético se convertirá en un dominio magnético único y su magnetismo será 1.000 veces mayor que el original. A mediados de la década de 1980, la gente denominó oficialmente a este tipo de material nanomateriales.

¿Por qué el dominio magnético se convierte en un único dominio magnético y el magnetismo es 1000 veces mayor que antes? Esto se debe a que los átomos individuales en el dominio magnético no están dispuestos de manera muy regular y hay un núcleo en el medio del átomo individual y los electrones giran alrededor de él en el exterior. Esta es la razón de la formación del magnetismo. Sin embargo, después de convertirse en un dominio magnético único, los átomos individuales se organizan de manera muy regular, mostrando un fuerte magnetismo hacia el mundo exterior.

Esta característica se utiliza principalmente en la fabricación de micromotores. Si la tecnología se desarrolla hasta cierto punto y se utiliza para crear levitación magnética, se pueden crear trenes de alta velocidad más rápidos, más estables y que ahorren más energía.

2. Nanodinámica: principalmente micromáquinas y micromotores, o denominados colectivamente sistemas microelectromecánicos (MEMS), utilizados para microsensores y actuadores de maquinaria de transmisión, sistemas de comunicación por fibra óptica y equipos electrónicos especiales, instrumentos médicos y de diagnóstico. , etc. utilizan un nuevo proceso similar al diseño y fabricación de electrodomésticos integrados. La característica es que las piezas son muy pequeñas, la profundidad de grabado a menudo requiere de decenas a cientos de micrones y el error de ancho es muy pequeño. Este proceso también se puede utilizar para fabricar motores trifásicos para centrífugas o giroscopios ultrarrápidos. En términos de investigación, también es necesario detectar la microdeformación y la microfricción a escala casi atómica. Aunque todavía no han entrado realmente en la nanoescala, tienen un gran valor científico y económico potencial.

Teóricamente: los micromotores y la tecnología de detección pueden llevarse al nivel nanométrico.

3. Nanobiología y nanofármacos: por ejemplo, el oro coloidal del tamaño de nanopartículas se utiliza para fijar partículas de ADN en la superficie de la mica y electrodos interdigitados en la superficie del dióxido de silicio para interactuar con biomoléculas. , membranas biológicas planas bicapa de fosfolípidos y ácidos grasos, estructura fina del ADN, etc. Con la nanotecnología, los métodos de autoensamblaje también se pueden utilizar para colocar piezas o componentes dentro de las células para formar nuevos materiales. Aproximadamente la mitad de los nuevos medicamentos, incluso en forma de polvos finos con partículas micrométricas, son insolubles en agua; sin embargo, si las partículas son de tamaño nanométrico (es decir, partículas ultrafinas), son solubles en agua;

Cuando la nanobiología se desarrolle hasta cierto nivel, los nanomateriales podrán usarse para crear células nanobiológicas con capacidades de reconocimiento, y podrán absorber biomedicina de las células cancerosas e inyectarlas en el cuerpo humano, lo que puede usarse para matar el cáncer. células de manera dirigida. (Lo anterior es agregado por Lao Qian)

4. Nanoelectrónica: incluye dispositivos nanoelectrónicos basados ​​en efectos cuánticos, propiedades ópticas/eléctricas de nanoestructuras, caracterización de materiales nanoelectrónicos, así como manipulación atómica y espera de ensamblaje atómico. Las tendencias actuales en tecnología electrónica requieren que los dispositivos y sistemas sean más pequeños, más rápidos, más fríos y más pequeños, lo que significa tiempos de respuesta más rápidos. Más frío significa que el consumo de energía de un solo dispositivo es menor. Pero lo más pequeño no está exento de límites. La nanotecnología es la última frontera para los constructores y su impacto será enorme.

Historia histórica

Editor

La nanotecnología se inspiró en un artículo de 1959 del fallecido físico Richard Feynman titulado "Todavía hay mucho espacio en el fondo". . El profesor, que en ese momento enseñaba en el Instituto de Tecnología de California, propuso una nueva idea a sus colegas. Desde la Edad de Piedra, toda la tecnología humana, desde puntas de flecha afiladas hasta chips fotolitográficos, ha consistido en fragmentar o fusionar miles de millones de átomos a la vez para darle formas útiles a la materia. Feynman preguntó: ¿por qué no podemos empezar desde otro ángulo y ensamblar moléculas individuales o incluso átomos para lograr nuestros requisitos? Dijo: "Al menos en mi opinión, las leyes de la física no excluyen la posibilidad de hacer cosas átomo por átomo.

”

En la década de 1970, los científicos comenzaron a proponer ideas sobre la nanotecnología desde diferentes ángulos. En 1974, el científico Norio Taniguchi utilizó por primera vez el término nanotecnología para describir el mecanizado de precisión;

En 1981, los científicos. inventó el microscopio de efecto túnel, una importante herramienta para estudiar nanómetros, que nos reveló un mundo visible de átomos y moléculas y desempeñó un papel positivo en la promoción del desarrollo de la nanotecnología;

En 1990,

Richard Feynman

Los científicos del Centro de Investigación Almaden de IBM han logrado un avance clave en nanotecnología al reorganizar con éxito átomos individuales. Un dispositivo llamado sonda de escaneo movió lentamente 35 átomos a sus respectivas posiciones para formar las letras IBM. Esto demostró que Feynman tenía razón. Las dos letras juntas tenían menos de 3 nanómetros de largo. Los científicos no sólo pueden manipular átomos individuales, sino que también pueden "rociar átomos" utilizando epitaxia de rayos moleculares. Cristales especializados, una capa de moléculas a la vez. El cabezal de lectura y escritura del disco duro utiliza esta tecnología. El famoso físico y ganador del Premio Nobel Richard Feynman predijo que los humanos pueden usar máquinas pequeñas para fabricar máquinas más pequeñas y, eventualmente, se convertirán en una. uno de acuerdo con los deseos humanos para crear productos, ¿es este el primer sueño de la nanotecnología?

En julio de 1990, se celebró la primera Conferencia Internacional de Nanociencia y Tecnología en Baltimore, EE. UU., que marcó el comienzo de la nanociencia. y tecnología. El nacimiento oficial de los nanotubos de carbono;

En 1991, los nanotubos de carbono fueron descubiertos por los humanos. Su masa es una sexta parte del mismo volumen del acero, pero su resistencia es 10 veces mayor que la del acero. Se ha convertido en un tema candente en la investigación en nanotecnología. El profesor Smalley, ganador del Premio Bell de Química, cree que los nanotubos de carbono serán el material elegido para las mejores fibras en el futuro y también se utilizarán ampliamente en cables ultramicro. interruptores ultramicro y circuitos electrónicos a nanoescala;

En 1993, después de que la Universidad de Stanford en los Estados Unidos moviera grupos atómicos para "escribir" el inglés de la Universidad de Stanford en 1989, y la International Business Machines Corporation en los Estados Unidos utilizó 35 átomos de xenón para expulsar "IBM" sobre la superficie del níquel en 1990, el Laboratorio de Física del Vacío de Beijing de la Academia de Ciencias de China liberó libremente La manipulación exitosa de los átomos para escribir la palabra "China" marcó que China comenzó a ocupar un lugar en el mundo. campo de la nanotecnología internacional;

En 1997, los científicos estadounidenses utilizaron con éxito un solo electrón para mover un solo electrón por primera vez. Se espera que después de 2017 podamos desarrollar con éxito una computadora cuántica con. velocidad y capacidad de almacenamiento decenas de miles de veces mayores que las actuales;

En 1999, científicos brasileños y estadounidenses inventaron la computadora más pequeña del mundo mientras realizaban experimentos con nanotubos de carbono. Una "báscula" que puede pesar objetos una milmillonésima parte de una. gramo, que equivale al peso de un virus, poco después, científicos alemanes desarrollaron una báscula que puede pesar el peso de un solo átomo, rompiendo el récord de creación conjunta de científicos estadounidenses y brasileños;

En 1999 , la nanotecnología ingresó gradualmente al mercado y la facturación anual basada en nanoproductos alcanzó los 50 mil millones de dólares estadounidenses;

En 2001, algunos países formularon estrategias relevantes o planearon invertir enormes sumas de dinero para aprovechar la posición estratégica. terreno elevado de la nanotecnología [5]. Japón ha establecido un centro de investigación de nanomateriales y ha incluido la nanotecnología como un foco de investigación y desarrollo en el nuevo plan básico quinquenal de ciencia y tecnología; Alemania ha establecido una red dedicada a la investigación de nanotecnología; Estados Unidos considera el plan de nanotecnología como el núcleo del próximo; revolución industrial, y el departamento de gobierno de Estados Unidos ha incluido los fundamentos de la nanotecnología como el núcleo de la próxima revolución industrial. Las inversiones en investigación aumentaron de 116 millones de dólares en 1997 a 497 millones de dólares en 2001. China también ha incluido la nanotecnología como parte del “Plan 973” de China para desarrollar y apoyar vigorosamente las industrias relacionadas.

Campos de aplicación

Editor

CPU Intel

Las investigaciones y aplicaciones actuales de la nanotecnología se encuentran principalmente en materiales y preparación, microelectrónica e informática. Tecnología, medicina y salud, aeroespacial y aviación, medio ambiente y energía, biotecnología y productos agrícolas, etc. Los equipos fabricados con nanomateriales son más livianos, más resistentes, tienen una vida útil más larga, menores costos de mantenimiento y su diseño es más conveniente.

¿Los nanomateriales también se pueden utilizar para producir materiales con propiedades específicas o materiales que no existen en la naturaleza, y para producir materiales biológicos y materiales biomiméticos?[6].

1. Nano es una unidad de medida de tamaño geométrico, 1 nanómetro = una millonésima de milímetro.

2. La nanotecnología ha impulsado la revolución tecnológica.

3. Los medicamentos elaborados con nanotecnología pueden bloquear los capilares y "matar de hambre" a las células cancerosas.

4. Si se utilizan dispositivos nanointegrados en los satélites, los satélites serán más pequeños y más fáciles de lanzar.

5. La nanotecnología es una síntesis multicientífica y algunos objetivos requieren esfuerzos a largo plazo para alcanzarlos.

6. La nanotecnología, la ciencia y la tecnología de la información y las ciencias y la tecnología de la vida son la corriente principal actual del desarrollo científico. Su desarrollo mejorará la sociedad humana, el entorno de vida y la propia ciencia y tecnología.

7. La nanotecnología puede observar las lesiones y el estado de las células cancerosas en el cuerpo del paciente, permitiendo a los médicos prescribir los medicamentos adecuados.

Tecnología de medición

La tecnología de medición a nanoescala incluye: medición de tamaño y desplazamiento con precisión nanométrica y medición de topografía de superficie nanométrica. La tecnología de medición a nanoescala tiene dos direcciones principales de desarrollo.

La primera es la tecnología de interferometría óptica, que utiliza franjas de interferencia de luz para mejorar la resolución de la medición. Sus métodos de medición incluyen: interferometría láser de doble frecuencia, interferometría óptica heterodina y método de medición de interferencia de rayos X, F-P. El método de medición de herramienta estándar, etc. se puede utilizar para medir con precisión la longitud y el desplazamiento, y también se puede utilizar para medir la microtopografía de la superficie.

La segunda es la tecnología de micromedición de sonda de escaneo (STM). Su principio básico se basa en el efecto túnel de la mecánica cuántica. Su principio es utilizar una sonda extremadamente afilada (o un método similar) para medir el valor medido. Se escanea la superficie (la sonda y la superficie medida no están realmente en contacto), y la topografía tridimensional microscópica tridimensional de la superficie se mide con la ayuda de un sistema de control de posicionamiento de desplazamiento tridimensional a nanoescala. Se utiliza principalmente para medir la morfología microscópica y el tamaño de la superficie.

Los métodos de medición que utilizan este principio incluyen: microscopio de efecto túnel (STM), microscopio de fuerza atómica (AFM), etc.

Tecnología de procesamiento

El procesamiento a nivel nano significa tecnología de procesamiento que logra una precisión de nivel nanométrico.

Dado que la distancia entre los átomos es de 0,1 a 0,3 nm, la esencia del nanoprocesamiento es cortar los enlaces entre los átomos para lograr la eliminación de átomos o moléculas. La energía necesaria para cortar los enlaces entre los átomos debe ser. exceder esto. La energía de unión interatómica de la materia, es decir, la densidad de energía transmitida, es muy grande. Es bastante difícil realizar procesamiento a nanoescala utilizando métodos tradicionales de corte y rectificado.

A partir de 2008, se han producido grandes avances en el procesamiento nanométrico. Por ejemplo, cuando la litografía por haz de electrones (tecnología UGA) procesa circuitos integrados a muy gran escala, puede lograr un procesamiento con un ancho de línea de 0,1 μm: grabado de iones. puede lograr micras Eliminación de materiales superficiales a escala y nanoescala: la microscopía de efecto túnel puede lograr la eliminación, torsión, adición y reorganización de átomos individuales.

Preparación de partículas

Existen muchos métodos para preparar nanopartículas, que se pueden dividir en métodos físicos y métodos químicos.

Ropa confeccionada aplicando nanotecnología

Aplicación de la nanotecnología - disco de computadora

Método de enseñanza del frío al vacío: mediante evaporación al vacío, calentamiento, inducción de alta frecuencia, etc. El método consiste en gasificar las materias primas o formar cuerpos de equipartículas y luego enfriarlas. Sus características son alta pureza, buena estructura cristalina y posición controlable, pero requiere un alto equipamiento técnico.

Método de trituración física: Las nanopartículas se obtienen mediante trituración mecánica, explosión de chispas eléctricas y otros métodos. Sus características son operación simple y bajo costo, pero la pureza de los cristales producidos es baja y la distribución del grano es desigual.

Método de molienda mecánica de bolas: El método de molienda de bolas se utiliza para controlar las condiciones adecuadas para la obtención de nanopartículas de elementos puros, aleaciones o materiales compuestos. Sus características son operación simple y bajo costo, pero la pureza del producto es baja y la distribución de partículas es desigual.

Método de deposición de vapor: La reacción química del vapor de un compuesto metálico se utiliza para sintetizar nanomateriales. Sus características son alta pureza y estrecha distribución del tamaño de partículas.

Método de precipitación: después de agregar el precipitante a la solución salina para la reacción, la precipitación se trata térmicamente para obtener nanomateriales. Sus características son simples y fáciles de implementar, pero la pureza es baja y el radio de partícula es grande. , por lo que es adecuado para preparar portadores.

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Método de síntesis hidrotermal: Se sintetiza en fluidos como solución acuosa o vapor a alta temperatura y alta presión, para luego separar y tratar térmicamente las nanopartículas. Sus características son alta pureza, buena dispersión y fácil control del tamaño de partícula.

Método sol-gel: el compuesto metálico se solidifica mediante solución, sol y gel, y luego se trata con baja temperatura para generar nanopartículas. Sus características incluyen muchas especies de reacción, partículas de producto uniformes y fácil control del proceso. Es adecuado para la preparación de óxidos y compuestos 11-VI.

Método de emulsión embrionaria: dos: disolventes mutuamente inmiscibles forman emulsiones bajo la acción de tensioactivos, y las nanopartículas se obtienen después de nucleación, coalescencia, aglomeración y tratamiento térmico en las burbujas de emulsión. Sus partículas características son monodispersas y tienen buenas propiedades de interfaz. Las nanopartículas semiconductoras del grupo 11-VI a menudo se preparan mediante este método.

Método de síntesis hidrotermal - Síntesis en fluidos como solución acuosa o vapor a alta temperatura y presión, y luego separación y tratamiento térmico para obtener nanopartículas. Se caracteriza por su alta pureza, buena dispersión y fácil control del tamaño de las partículas.

Síntesis de materiales

Desde que Gleiter et al. tomaron la iniciativa en la producción de nanomateriales en 1991, los nanomateriales han logrado grandes avances después de 10 años de desarrollo. Hoy en día existen muchos tipos de nanomateriales, divididos según sus materiales: materiales metálicos, materiales nanocerámicos, materiales nanosemiconductores, materiales nanocompuestos, materiales nanopolímeros, etc. Los nanomateriales son materiales supergranulares, conocidos como "nuevos materiales del siglo XXI", y tienen muchas propiedades especiales.

Por ejemplo, la resistencia y dureza de los materiales sinterizados a partir de polvo metálico a nanoescala son mucho mayores que las del metal original. En realidad, el nanometal pasa de ser un conductor a un aislante. Las cerámicas típicas tienen poca resistencia y son quebradizas. Sin embargo, las cerámicas sinterizadas a partir de micropolvos a nanoescala no sólo tienen una alta resistencia sino también una buena tenacidad. El punto de fusión de los nanomateriales disminuye a medida que disminuye el diámetro del polvo ultrafino. Por ejemplo, el punto de fusión del oro es 1064°C, pero el punto de fusión del polvo de oro de 10 nm se reduce a 940°C, y el punto de fusión del polvo de oro snm se reduce a 830°C, por lo que la temperatura de sinterización puede ser considerablemente reducido. La temperatura de sinterización de las nanocerámicas es mucho más baja que la de las cerámicas originales. Se añaden catalizadores a nanoescala a la gasolina. Puede mejorar la eficiencia de los motores de combustión interna.

Añadir combustible sólido puede hacer que el cohete sea más rápido. La droga se convierte en nanopolvo. Puede inyectarse en los vasos sanguíneos y penetra suavemente en los capilares.

Diagnóstico de enfermedades

La tecnología de imagen convencional actual sólo puede detectar los cambios visibles causados ​​por el cáncer en los tejidos, y en este momento se han generado miles de células cancerosas que pueden metastatizar. E incluso cuando un tumor es visible, es necesaria una biopsia para determinar un tratamiento eficaz, dependiendo del tipo (maligno o benigno) y de las características del propio tumor. Si las células cancerosas o precancerosas están marcadas de alguna manera y pueden detectarse con equipos tradicionales, será más propicio para el diagnóstico del cáncer.

Para lograr este objetivo son necesarias dos cosas: una tecnología que identifique específicamente las células cancerosas y la capacidad de hacer visibles las células cancerosas identificadas. La nanotecnología puede satisfacer ambas necesidades. Por ejemplo, las superficies de óxido metálico están recubiertas con anticuerpos que reconocen específicamente receptores sobreexpresados ​​en la superficie de las células cancerosas.

Debido a que los óxidos metálicos emiten señales de alto contraste bajo imágenes por resonancia magnética (MRI) o tomografía computarizada (TC), una vez dentro del cuerpo, los anticuerpos en la superficie de estas nanopartículas de óxido metálico seleccionan y se unen específicamente a las células cancerosas. , permitiendo que el instrumento de detección identifique eficazmente las células cancerosas. Asimismo, las nanopartículas de oro se pueden utilizar para mejorar la dispersión de la luz en técnicas endoscópicas. La nanotecnología puede visualizar marcadores moleculares que identifican tipos de cáncer y diferentes etapas de desarrollo, lo que permite a los médicos ver células y moléculas que de otro modo serían indetectables mediante técnicas de imagen tradicionales.

En la batalla humana contra el cáncer, la mitad de las victorias se deben a la detección temprana. La nanotecnología permite un diagnóstico más temprano y preciso del cáncer y puede utilizarse para el seguimiento del tratamiento. La nanotecnología también podría mejorar o incluso revolucionar la detección de biomarcadores en tejidos y fluidos corporales. Varían de un cáncer a otro y de células cancerosas a células normales debido a diferencias en la expresión y distribución de varias moléculas. Con el avance de la tecnología de tratamiento, es necesaria la detección simultánea de múltiples biomarcadores de cáncer para determinar las opciones de tratamiento.

Las nanopartículas, como los puntos cuánticos que emiten diferentes colores de luz según su tamaño, pueden permitir la detección de múltiples marcadores simultáneamente. Las señales luminosas de excitación procedentes de puntos cuánticos recubiertos con anticuerpos se pueden utilizar para detectar ciertos tipos de cáncer. Los puntos cuánticos de diferentes colores se pueden combinar con varios anticuerpos biomarcadores del cáncer, lo que permite a los oncólogos distinguir las células cancerosas de las sanas según el espectro que ven.

Tecnología de ensamblaje

Dado que la tecnología de grabado ha alcanzado su límite en la nanoescala, la tecnología de ensamblaje se convertirá en un medio importante de la nanotecnología y ha recibido gran atención.

La tecnología de nanoensamblaje consiste en ensamblar átomos, moléculas o agregados moleculares mediante métodos mecánicos, físicos, químicos o biológicos para formar unidades estructurales funcionales. La tecnología de ensamblaje incluye tecnología de ensamblaje ordenado molecular, exploración de átomos de sonda, tecnología de reubicación molecular y tecnología de ensamblaje biológico. El ensamblaje molecular ordenado es la formación de un sistema molecular ordenado de dos o tres dimensiones mediante interacciones físicas o químicas entre moléculas. Ahora, el último avance en la tecnología de ensamblaje molecular ordenado y su investigación de aplicaciones es principalmente la investigación sobre membranas LB y el descubrimiento de propiedades relacionadas. Las macromoléculas biológicas avanzan hacia el ensamblaje de reconocimiento. El ensamblaje de macromoléculas bioactivas como proteínas y ácidos nucleicos requiere densidad y orientación, lo cual es muy importante para la preparación de membranas biomicrosensibles de alto rendimiento, el desarrollo de dispositivos biomoleculares y el estudio de interacciones entre biomacromoléculas. En el proceso de ensamblaje de biomacromoléculas de IgG, se utilizó por primera vez la función de reconocimiento de fragmentos activos de anticuerpos para ensamblar biomacromoléculas activas. Este importante avance ha dado lugar a nuevos avances en el ensamblaje dirigido de biomoléculas.

Además de los tipos de ensamblaje anteriores, también hay avances en tecnologías como el ensamblaje ordenado de moléculas de polímeros de cadena larga, la tecnología de autoensamblaje puente y la investigación de aplicaciones en películas delgadas moleculares ordenadas. El uso de la tecnología de nanoprocesamiento también puede procesar materiales a nivel atómico, llevando la tecnología de procesamiento a una profundidad más detallada. El desarrollo de la tecnología de autoensamblaje de nanoestructuras conducirá a avances revolucionarios en nanomáquinas, sistemas nanoelectromecánicos y nanobiología.

China tiene ciertas ventajas en el descubrimiento científico y la investigación industrial en el campo nanométrico. Países modernos como Estados Unidos, Japón y Alemania están a la vanguardia del primer escalón internacional. Aunque la China moderna ha establecido un cierto número de bases de producción de nanomateriales, el desarrollo y la aplicación de la nanotecnología también han surgido y han alcanzado inicialmente la industrialización. Todavía queda mucho trabajo por hacer para lograr una producción industrial de nanómetros a gran escala y de bajo costo. Sólo confiando en una gran cantidad de capital e inversiones en alta tecnología podremos obtener altos rendimientos.

Biotecnología

La nanobiología es el estudio de la estructura y función de varios orgánulos dentro de las células a escala nanométrica. Estudio del intercambio de materia, energía e información dentro de las células, entre el interior y el exterior de las células y en todos los organismos. La investigación en nanobiología se centra en los siguientes aspectos.

La investigación del ADN ha avanzado mucho en tres aspectos: observación morfológica, investigación de características y modificación genética.

Investigación sobre funciones cerebrales

El objetivo del trabajo es comprender las funciones neuronales avanzadas de la memoria, el pensamiento, el lenguaje y el aprendizaje humanos y las funciones de procesamiento de información del cerebro humano.

Investigación sobre biónica

Este es un contenido de investigación popular en nanobiología. Se han logrado muchos resultados ahora. Es la parte de la nanotecnología que se espera que logre resultados revolucionarios.

El motor más pequeño del mundo es un motor biológico: un motor flagelar. Puede girar como una hélice para hacer girar los flagelos

Nanocerámicas

. El motor suele estar compuesto por más de 10 grupos de proteínas y está estructurado como un motor artificial. Se compone de estatores, rotores, cojinetes, juntas universales, etc. Su diámetro es de solo 3 onm, su velocidad de rotación puede llegar a 15 r/min y puede cambiar entre giros hacia la derecha o hacia la izquierda en 1 μs. La aceleración o desaceleración se puede lograr utilizando un campo eléctrico externo. La fuente de energía de la rotación es la diferencia de concentración de iones de nitrógeno y oxígeno dentro y fuera de la membrana que sostiene el motor en las bacterias. Prueba experimental. La diferencia de potencial entre el interior y el exterior de la bacteria también puede impulsar el motor flagelar. La gente moderna está explorando el diseño de un motor flagelar artificial que pueda ser impulsado por diferencias de potencial.

La japonesa Mitsubishi Corporation ha desarrollado un chip de retina que puede simular la capacidad del ojo humano para procesar imágenes visuales. El chip utiliza un semiconductor de arseniuro biliar como base.

Cada chip contiene 4096 elementos sensores. Se espera que se utilice más en robots.

Algunas personas han propuesto fabricar máquinas moleculares como anillos y varillas. Ensamblelos para formar una unidad de circuito de una computadora. El tamaño de la unidad es de solo 1 Inm. Se puede ensamblar en una computadora ultra pequeña, que tiene solo unas pocas micras de tamaño y puede lograr el mismo rendimiento que una computadora moderna de uso común. .

En la fabricación de sistemas electromecánicos complejos nanoestructurados autoensamblados, un gran problema es el ensamblaje de los diversos componentes del sistema. Cuanto más avanzado y complejo sea el sistema, más difíciles serán los problemas de montaje. Varios organismos en la naturaleza y proteínas, ADN, células, etc. en los organismos son estructuras extremadamente complejas. Su generación y montaje están totalmente automatizados. Si podemos comprender y controlar el principio de autoensamblaje de las macromoléculas biológicas, la comprensión humana y la transformación del mundo natural inevitablemente se elevarán a un nivel nuevo y superior.

Derivados

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Robots

Los nanorobots son prototipos diseñados en base a principios biológicos a nivel molecular. El diseño y la fabricación pueden ". Los "dispositivos moleculares funcionales" que operan en el nanoespacio también se denominan robots moleculares; y la investigación y el desarrollo de nanorobots se han convertido en un punto candente de vanguardia en la ciencia y la tecnología actuales.

En 2005, muchos países formularon estrategias o planes relevantes e invirtieron fuertemente en aprovechar el terreno estratégico de nuevas tecnologías como los nanorobots. La revista mensual "Robot Age" señaló recientemente: Los nanorobots tienen una amplia gama de usos potenciales, entre los cuales los más importantes se encuentran en los campos médico y militar.

La aparición de cada nueva tecnología parece contener infinitas posibilidades. No pasará mucho tiempo antes de que los nanorobots mágicos, que tienen sólo el tamaño de moléculas, sigan entrando en la vida diaria de los humanos. El profesor Zhou Haizhong, un famoso erudito chino, predijo en su artículo "Sobre los robots" publicado en 1990: A mediados del siglo XXI, los nanorobots cambiarán por completo el trabajo y el estilo de vida humanos.

Paraguas impermeable

El paraguas impermeable nano es una combinación de paraguas e impermeable. Los paraguas nano tienen tres paraguas plegables y paraguas rectos. Los nano impermeables se pueden transformar a partir de nano paraguas. Los nano impermeables se diferencian de los impermeables comunes porque pueden garantizar que nunca se mojarán de la cabeza a los pies. Gracias al nanomaterial, este paraguas se puede secar. Después de transformarlo en un impermeable, el impermeable se puede secar por completo con solo un ligero salto mientras lo usa.

Material impermeable

El 4 de agosto de 2014, Australia utilizó una tela recién inventada para hacer una camiseta innovadora. No importa cuánto la gente intentara empaparla, esta camiseta puede. mantener un buen rendimiento a prueba de agua.

Esta camiseta blanca llamada "The Cavalier" está confeccionada en 100% algodón. Aunque parece normal en la superficie, su tejido está tejido con nanotecnología "hidrófoba", lo que hace que esta camiseta evite eficazmente la infiltración de la mayoría de líquidos y manchas. La camiseta se puede lavar a máquina y es resistente al agua para soportar hasta 80 lavados. Su tejido tiene una función de autolimpieza natural y cualquier mancha adherida se puede fregar o enjuagar con agua.

A diferencia de otras aplicaciones impermeables que contienen sustancias químicas, la camiseta imita las características hidrofóbicas naturales de la hoja de loto. La invención de este tejido podría suponer una revolución para restaurantes y cafeterías. Además, este tipo de tejido también se puede utilizar en industrias médicas u hospitales.

Peligros potenciales

Editor

Al igual que la biotecnología, la nanotecnología también tiene muchos problemas ambientales y de seguridad (como si su pequeño tamaño puede evadir el sistema de defensa natural de un organismo, así como si es biodegradable, efectos secundarios tóxicos, etc.).

Peligros Sociales

Peligros de las Nanopartículas

La existencia de nanomateriales (materiales que contienen nanopartículas) no es un peligro en sí mismo. Sólo algunos aspectos son perjudiciales, en particular su movilidad y su mayor reactividad. ¿Sólo si algunos aspectos de determinadas nanopartículas son perjudiciales para los organismos o el medio ambiente nos enfrentamos a un peligro real [7].

Para hablar del impacto de los nanomateriales en la salud y el medio ambiente, hay que distinguir entre dos tipos de nanoestructuras:

Nanosíntesis en la que se ensamblan partículas de tamaño nanométrico sobre una matriz, material o Dispositivo Objetos, estructuras de nanosuperficies o nanocomponentes (electrónica, sensores ópticos, etc.), también conocidos como nanopartículas fijas.

Nanopartículas "libres", ya sean presentes en determinados pasos de producción o utilizadas directamente como nanopartículas individuales.

Estas nanopartículas libres pueden ser elementos individuales, compuestos o mezclas complejas de tamaño nanométrico, como nanopartículas "recubiertas" recubiertas con otra sustancia en un elemento o llamadas "nanopartículas" de "capas centrales".

La opinión moderna y aceptada es que, si bien debemos centrarnos en materiales con nanopartículas inmovilizadas, las nanopartículas libres son la preocupación más inmediata.

Debido a que las nanopartículas son tan diferentes de sus contrapartes cotidianas, sus efectos dañinos no pueden deducirse de la toxicidad conocida. Esta discusión sobre los impactos ambientales y de salud de las nanopartículas libres tiene implicaciones importantes.

Para complicar aún más las cosas, cuando hablamos de nanopartículas, debemos saber que el polvo o líquido que contiene las nanopartículas casi nunca es monodisperso, sino que tiene muchos tamaños diferentes dentro de un cierto rango. Esto puede complicar el análisis experimental porque las nanopartículas más grandes pueden tener propiedades diferentes a las más pequeñas. Además, las nanopartículas tienen tendencia a agregarse y las nanopartículas agregadas se comportan de manera diferente a las nanopartículas individuales.

Problemas de salud

Las nanopartículas ingresan al cuerpo de cuatro maneras: inhaladas, tragadas, absorbidas a través de la piel o inyectadas intencionalmente (o liberadas mediante implantes) durante procedimientos médicos. Una vez dentro del cuerpo, son muy móviles. En algunos casos, incluso pueden cruzar la barrera hematoencefálica.

El comportamiento de las nanopartículas en los órganos sigue siendo un tema amplio que necesita ser estudiado. Básicamente, el comportamiento de las nanopartículas depende de su tamaño, forma y movilidad de interacción con el tejido circundante. Pueden provocar una "sobrecarga" de fagocitos (células que tragan y destruyen sustancias extrañas), provocando fiebre defensiva y reduciendo la inmunidad del organismo. Pueden acumularse en los órganos porque no pueden degradarse o degradarse lentamente. Otra preocupación es la posibilidad de que reaccionen con procesos biológicos en el cuerpo humano. Debido a su superficie extremadamente grande, las nanopartículas expuestas a tejidos y fluidos adsorben inmediatamente las moléculas grandes que encuentran. Esto afecta, por ejemplo, a los mecanismos reguladores de enzimas y otras proteínas.

Cuestiones medioambientales

La principal preocupación es que las nanopartículas puedan causar daños desconocidos.

Riesgos Sociales

También existen riesgos sociológicos asociados al uso de la nanotecnología. A nivel de instrumentos, también incluye la posibilidad de utilizar la nanotecnología en el ámbito militar. (Por ejemplo, los implantes u otros medios para equipar a los soldados estudiados en el Instituto de Nanotecnología para Soldados del MIT [1], así como los medios de vigilancia mejorados por nanodetectores.

A nivel estructural, la nanotecnología Los críticos de la nanotecnología argumentan que la nanotecnología abre un nuevo mundo controlado por los derechos de propiedad y las corporaciones. Señalan que así como la capacidad de la biotecnología para manipular genes vino con el patentamiento de la vida, la capacidad de la nanotecnología para manipular las moléculas generó el patentamiento. Fiebre del oro por las patentes a nanoescala En 2003, se aprobaron más de 800 patentes relacionadas con los nanómetros, y este número ha aumentado cada año. Se han descubierto numerosas patentes. Por ejemplo, dos empresas importantes, NEC e IBM, poseen patentes básicas sobre nanotubos de carbono. Una de las piedras angulares de la nanotecnología. Los nanotubos de carbono tienen una amplia gama de aplicaciones y son prometedores para aplicaciones que van desde la electrónica y las computadoras hasta los materiales de refuerzo hasta la administración de medicamentos. diagnóstico La persona a cargo, sin importar cuál sea la aplicación, primero debe comprar una licencia de NEC o IBM