Nanoteknolojinin uygulamaları - Applications of nanotechnology

Nanoteknoloji uygulamaları genellikle endüstriyel, tıbbi ve enerji kullanımlarını içerir. Bunlar arasında daha dayanıklı yapı malzemeleri, terapötik ilaç dağıtımı ve çevre dostu olan daha yüksek yoğunluklu hidrojen yakıt hücreleri yer alır. Nanopartiküller ve nano cihazlar, fizyokimyasal özelliklerinin modifikasyonu yoluyla çok yönlü olduğundan, nano ölçekli elektroniklerde, kanser tedavilerinde, aşılarda, hidrojen yakıt hücrelerinde ve nanografen pillerde kullanım alanları bulmuşlardır.

Nanoteknolojinin daha küçük boyutlu malzemeleri kullanması, moleküllerin ve maddelerin nano ölçekte ayarlanmasına izin verir, bu da malzemelerin mekanik özelliklerini daha da geliştirebilir veya vücudun fiziksel olarak daha az erişilebilir bölgelerine erişim sağlayabilir.

Endüstriyel uygulamalar

Karbon nanotüplerin potansiyel uygulamaları

Nanotüpler kanser tedavisine yardımcı olabilir. Böbrek veya meme kanseri olanlarda etkili tümör öldürücüler oldukları gösterilmiştir. Çok duvarlı nanotüpler bir tümöre enjekte edilir ve yaklaşık yarım dakika boyunca yakın kızılötesi radyasyon üreten özel bir lazer türü ile tedavi edilir. Bu nanotüpler lazere tepki olarak titreşir ve ısı üretilir. Tümör yeterince ısıtıldığında, tümör hücreleri ölmeye başlar. Bunun gibi işlemler böbrek tümörlerini beşte dörde kadar küçültmeyi başardı.

Karbon nanotüplerden oluşan “ormanlardan” oluşan ultra siyah malzemeler, çalışmak için uygun olandan daha fazla ışığın olduğu uzayda önemlidir. Ultrablack malzeme, ışık miktarını azaltmak ve daha ayrıntılı görüntülerin yakalanmasını sağlamak için kamera ve teleskop sistemlerine uygulanabilir.

Nanotüpler, kardiyovasküler hastalıkların tedavisinde umut vaat ediyor. Kan damarı temizliğinde önemli bir rol oynayabilirler. Teorik olarak, kendilerine bağlı SHP1i moleküllerine sahip nanotüpler, herhangi bir sağlıklı dokuya zarar vermeden kan damarlarındaki plağı temizlemek için makrofajlara sinyal gönderir. Araştırmacılar, yüksek miktarda plak birikimi olan farelerde bu tip modifiye edilmiş nanotüpü test ettiler; nanotüp tedavisi alan fareler, plasebo grubundaki farelere kıyasla plak oluşumunda istatistiksel olarak anlamlı azalmalar gösterdi. Bu tedavinin insanlara verilebilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Nanotüpler, gelecekteki askerler için vücut zırhında kullanılabilir. Bu tür bir zırh, askerlerin vücutlarını mermilerden ve elektromanyetik radyasyondan korumada çok güçlü ve oldukça etkili olacaktır. Zırhtaki nanotüplerin askerlerin durumunu gözlemlemede rol oynaması da mümkündür.

Yapı

Nanoteknolojinin malzeme dünyasını nanoskopik düzeyde gözlemleme ve kontrol etme yeteneği, inşaat geliştirme için büyük bir potansiyel sunabilir. Nanoteknoloji, çimento, çelik, ahşap ve cam dahil olmak üzere inşaat malzemelerinin sağlamlığını ve dayanıklılığını artırmaya yardımcı olabilir.

Nanoteknoloji uygulayarak, malzemeler bir dizi yeni özellik kazanabilir. Amorf CSH jelin yüksek derecede düzenli kristal nano yapısının keşfi ve fotokatalist ve kaplama teknolojisinin uygulanması, su direnci, kendi kendini temizleme özelliği, aşınma direnci ve korozyon koruması gibi özelliklere sahip yeni nesil malzemelerle sonuçlanır. Yeni nano mühendislik polimerleri arasında, olağanüstü enerji emme kapasitesine sahip beton ve yüksek mukavemetli lifler için yüksek verimli süper akışkanlaştırıcılar bulunmaktadır.

Uzmanlar, nanoteknolojinin keşif aşamasında kaldığına ve çelik gibi geleneksel malzemeleri geliştirme potansiyeline sahip olduğuna inanıyor. Bu tür malzemelerin kompozit nanoyapılarını anlamak ve nanomalzemelerin farklı uygulamalarını keşfetmek, elektriksel iletkenliğin yanı sıra sıcaklık, nem ve stres algılama yetenekleri gibi genişletilmiş özelliklere sahip yeni malzemelerin geliştirilmesine yol açabilir.

Ekipmanın karmaşıklığı nedeniyle, nanomalzemeler geleneksel malzemelere kıyasla yüksek maliyetlidir, yani yüksek hacimli yapı malzemeleri içermeleri olası değildir. Özel durumlarda nanoteknoloji, karmaşık problemler için maliyetleri düşürmeye yardımcı olabilir. Ancak çoğu durumda, geleneksel inşaat yöntemi daha uygun maliyetlidir. Üretim teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte, nanoteknolojinin inşaata uygulanmasının maliyetleri zamanla azalmakta ve daha da düşmesi beklenmektedir.

Nanoelektronik

Nanoelektronik, nanoteknolojinin elektronik bileşenler üzerinde uygulanmasını ifade eder. Nanoelektronik, elektronik cihazların ekranlardaki performansını ve güç tüketimini küçültürken iyileştirmeyi amaçlıyor. Bu nedenle, nanoelektronik , entegre devrelerin boyutunda devam eden küçülme eğilimini öngören Moore yasasında belirlenen hedefe ulaşmaya yardımcı olabilir .

Nanoelektronik, kuantum fiziği, cihaz analizi, sistem entegrasyonu ve devre analizinden oluşan multidisipliner bir alandır. Yarıiletkenlerdeki de Brogile dalga boyu 100nm mertebesinde olabileceğinden, bu uzunluk ölçeğinde kuantum etkisi gerekli hale gelir. Elektronların farklı cihaz fiziği ve yeni kuantum etkileri, heyecan verici uygulamalara yol açabilir.

Sağlık uygulamaları

Nanobiyoteknoloji

Terimleri Bionanoteknoloji ve biyonanoteknoloji fikirler, teknikler ve biyoloji ve nanoteknoloji bilimlerinin birleşimine ilişkindir. Daha spesifik olarak, nanobiyoteknoloji, biyoteknoloji için nano ölçekli nesnelerin uygulanmasını ifade ederken, biyonanoteknoloji, nanoteknolojide biyolojik bileşenlerin kullanımını ifade eder.

Nanoteknoloji ve biyolojinin en belirgin kesişimi, nanoparçacıkların ve nanocihazların kullanımının terapötik ilaçların sağlanmasında, sağlık koşullarının izlenmesinde ve hastalıkların teşhis edilmesinde birçok klinik uygulamaya sahip olduğu nanotıp alanındadır . İnsan vücudundaki biyolojik süreçlerin çoğu hücresel düzeyde gerçekleştiğinden, nanomalzemelerin küçük boyutu, vücutta kolayca dolaşabilen ve hücreler arası ve hatta hücre içi ortamlarla doğrudan etkileşime girebilen araçlar olarak kullanılmalarına izin verir. Buna ek olarak, nanomalzemeler, farklı uygulamalar için çalışılabilen ve değiştirilebilen değişken kimyasal reaktivitelere ve difüzyon etkilerine izin veren, boyutları nedeniyle yığın formlarından farklı fizyokimyasal özelliklere sahip olabilir.

Nanotıbbın yaygın bir uygulaması, hastalığın terapötik tedavisi için ilaçlar içeren nanopartiküllerin vücuda verildiği ve ilaçları hedeflenen alana ileten damarlar olarak hareket ettiği terapötik ilaç dağıtımındadır. Organik veya sentetik bileşenlerden yapılabilen nanoparçacık kapları, boyutları, şekilleri, yüzey yükleri ve yüzey ekleri (proteinler, kaplamalar, polimerler, vb.) ayarlanarak ayrıca işlevselleştirilebilir. Nanoparçacıkları bu şekilde işlevselleştirme fırsatı, hedeflenen ilacın hedeflenen alana tek başına ulaşmasını engelleyen belirli fizyokimyasal özelliklere sahip vücut bölgeleri hedeflendiğinde özellikle faydalıdır; örneğin, bazı nanopartiküller , beyne terapötik ilaçlar vermek için Kan Beyin Bariyerini atlayabilir . Nanopartiküller son zamanlarda kanser tedavisi tedavilerinde ve aşılarda kullanılmaktadır.

Nanopartiküller, bilgisayarlı tomografi (CT), manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve pozitron emisyon tomografisi (PET) gibi yaygın görüntüleme teknikleri için kontrast maddeleri olarak kullanılabildiğinden, in vivo görüntüleme de nanotıpta önemli bir parçadır. Nanopartiküllerin tasarımları aracılığıyla belirli hücrelerde, dokularda veya organlarda lokalize olma ve dolaşım yeteneği, daha yüksek hassasiyette görüntüleme ile sonuçlanan yüksek kontrast sağlayabilir ve bu nedenle farmakokinetik veya görsel hastalık teşhisiçalışmalarında uygulanabilir.

Enerji uygulamaları

Nanoteknoloji enerji uygulamaları küçük boyutu ile ilgilidir nanopartiküller daha verimli bir şekilde saklamak enerjisine. Bu, karbondioksit gibi zararlı sera gazları yaymadan enerji üreterek, depolayarak ve kullanarak yeşil nanoteknoloji yoluyla yenilenebilir enerji kullanımını teşvik eder .

Güneş hücreleri

Güneş pillerinde kullanılan nanopartiküller , güneş ışığından emilen enerji miktarını artırmaktadır. Güneş pilleri şu anda güneş ışığını emen ve onu kullanılabilir elektriğe dönüştüren silikon katmanlarından oluşturuluyor. Araştırmacılar, silikonun üzerine altınla kaplanmış asil metalleri kullanarak , enerjiyi daha verimli bir şekilde elektrik akımına dönüştürebildiklerini keşfettiler. Bu dönüşüm sırasında kaybedilen enerjinin çoğu ısıdan kaynaklanır, ancak nanopartiküller kullanıldığında daha az ısı yayılır ve böylece daha fazla elektrik üretilir.

Hidrojen Yakıt Pilleri

Nanoteknoloji, hidrojen enerjisinin çok daha yüksek kapasitede kullanılmasını sağlıyor. Hidrojen yakıt pilleri, kendileri bir enerji kaynağı olmamakla birlikte, güneş ışığından ve diğer yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerjinin herhangi bir CO2 emisyonu olmadan çevre dostu bir şekilde depolanmasına olanak tanır. Geleneksel hidrojen yakıt hücrelerinin ana dezavantajlarından bazıları, pahalı olmaları ve ticari kullanımlar için yeterince dayanıklı olmamalarıdır. Bununla birlikte, nanoparçacıkları kullanarak, zamanla hem dayanıklılık hem de fiyat önemli ölçüde iyileşir. Ayrıca, geleneksel yakıt hücreleri hacim olarak depolanamayacak kadar büyüktür, ancak araştırmacılar, nano bıçakların daha sonra karbon nanotüplerin içinde saklanabilecek daha büyük hacimlerde hidrojen depolayabileceğini keşfettiler. uzun süreli depolama için.

Nanografen Piller

Nanoteknoloji, enerjiyi daha verimli depolayabilen ve daha hafif olabilen nanografen pillere yol açmaktadır. Lityum-iyon piller , son on yılda elektronikte birincil pil teknolojisi olmuştur, ancak teknolojideki mevcut sınırlar, potansiyel ısı ve patlama tehlikeleri nedeniyle pillerin yoğunlaştırılmasını zorlaştırmaktadır. Deneysel elektrikli arabalarda test edilen grafen piller, maliyeti %77 daha düşük olan mevcut pillerden 4 kat daha fazla kapasite vaat ediyor. Ek olarak, grafen piller, elektrikli araçların ve uzun vadeli ürünlerin onlarca yıl boyunca güvenilir bir enerji kaynağı olmasını sağlayacak olan 250.000 döngüye kadar kararlı yaşam döngüleri sağlar.

Languages

In other projects