Velká věda o malých věcech

Transkript

1 Velká věda o malých věcech

2 nanos je řecky trpaslík nano- znamená miliardtinu celku, takže 1 nanometr = 10-9 metru Co je to nanosvět? území částic a struktur přibližně o velikosti v rozmezí nm

3 pro představu: struktura o rozměru 100 nm je svojí velikostí v takovém poměru k fotbalovému míči, jako je fotbalový míč k zeměkouli Prnka a Šperlink, 2004

4 Jaká je šířka lidského vlasu? asi nm Jaký je průměr molekuly vody? asi 0,3 nm

5 atomy jsou menší než 1 nm do jednoho nanometru se vejde asi šest atomů uhlíků, či deset atomů vodíku některé molekuly (tj. skupiny atomů poutané chemickou vazbou) jsou větší než 1 nm molekuly o velikosti od 1 do 100 nm jsou už nanostrukturami nanočástice a nanostruktury jsou základními stavebními jednotkami nanomateriálů

6 jsou vytvářeny přírodou např. DNA, bílkoviny či viry model DNA blog/show/ html struktura hemoglobinu -biology-images/505-protein-pictures/47- structure-hemoglobin.html virus chřipky (úsečka představuje 100 nm) Safrica/flu3s.htm

7 jsou vyráběny člověkem, např.: jednoelektronové tranzistory, které dnes měří pouze asi 20 nm uhlíkové nanotrubice o průměru cca 1,2 nm různé nanočástice používané kupříkladu v kosmetických a opalovacích krémech 25nm FD-SOI tranzistor articles/soi-in-action/lab-news.php model uhlíkové nanotrubice nanotube_page/nanotubes.html nanokrém

8 hmota v měřítku nanometrů může mít nové, unikátní vlastnosti zcela odlišné od vlastností pozorovaných v makrosvětě studiem vlastností a výrobou nanočástic a nanostruktur se zabývají různé obory nanotechnologie a nanovědy, zejména nanofyzika a nanochemie nanofyzika studuje fyzikální vlastnosti nanočástic a nanostruktur a jevy probíhající na úrovni nanometrů (např. tunelový jev, efekt obřího magnetického odporu (GMR) apod.) nanochemie je zaměřena na přípravu nanočástic a nanostruktur a popis jejich chemických a fyzikálně-chemických vlastností

9 o vlastnostech materiálů rozhoduje nejen chemické, ale i strukturní složení chování nanočástic a nanostruktur ovlivňují atomové síly, vlastnosti chemických vazeb a kvantové jevy u velmi malých částic se začíná projevovat jejich vlnová povaha to má za následek projev neobvyklých fyzikálních, chemických a biologických vlastností, které jsou využitelné v praxi

10 změny mechanických vlastností pevnost: uhlíkové nanotrubice jsou stokrát pevnější než ocel, ale šestkrát lehčí ocel versus uhlíková nanotrubice tvrdost: nanočástice požívané v metalurgii jsou zodpovědné za zvyšování tvrdosti a životnosti kovů tažnost, superplasticita atd.

11 změny magnetických, elektrických a optických vlastností např. oblast, ve které dochází k maximální absorpci fotonů, se liší pro různě velké částice, a proto se v závislosti na velikosti mohou nanočástice jevit jako červené, zlaté nebo modré praktické aplikace optické vlastnosti nanokrystalů nakresleno podle Prnky a Šperlinka, 2006 světlo emitující diody (LED) /071403QuantumDotLED.cfm

12 Lykurgovy poháry nanočástice zlata a stříbra způsobují unikátní zbarvení skla

13 s klesající velikostí částic dochází k poklesu bodu tání rozdíl v teplotě tání zlata v kompaktním stavu a ve formě nanočástic o velikosti 2 nm je 1000 stupňů závislost bodu tání zlata na velikosti částic Buffat a Borel, 1976

14 zmenšení velikosti nárůst povrchové plochy částic S = 6 cm 2 S = 12 cm 2 S = 24 cm 2 S = 6000 m 2 l = 1 cm l = 0,5 cm l = 0,25 cm l = 1 nm nárůst povrchové plochy zvýšená chemická reaktivita nanomateriály jako třeba zeolity používají jako výborné katalyzátory zeolit struktura zeolitu press/?p=1935

15 baktericidní vlastnosti nanočástic stříbra stříbrný pohár z 2. století př. n. l. /index.php?main_page=page_3 rané římské stříbrné mince

16 pokud je alespoň jeden rozměr struktury materiálu v rozměrové oblasti m, mohou se objevit významné změny ve vlastnostech tohoto nanomateriálu praktické aplikace nemlživá zrcadla samočisticí povrchy antibakteriální ponožky EBID ep_code-anti_fog_mirror dioxide_benefits.html

17 nanotextilie revoluční nemačkavé materiály

18 Nokia Morph flexibilní telefon

19 postupy top-down versus bottom-up top-down (odshora dolů) fyzikální postup postupná miniaturizace litografie, leptání apod. nanočipy Ozin, 1992 bottom-up (odzdola nahoru) chemický postup samosestavování a samoorganizace z atomů a molekul v přírodě tvorba biologických struktur rozvoj v budoucnosti?

20 okem, lupou nebo mikroskopem? elektronovým mikroskopem (EM) mikroskopem se skenující sondou (SPM) nakresleno podle Albertse et al., 1998

21 funkčně podobný světelnému mikroskopu (SM) EM k zobrazování předmětů využívá svazek elektronů urychlených pomocí elektrického pole vložením urychlujícího napětí lze regulovat vlnovou délku elektronu tak, aby byla i o několik řádů menší než vlnová délka fotonů viditelného světla nejmenší rozměr rozlišitelný EM je až tisíckrát menší než u SM EM používá elektromagnetické čočky (tj. různé typy cívek)

22 1931 Ernst Ruska a Max Knoll: konstrukce prvního EM Ernst Ruska 975/ / 1933 Ernst Ruska: konstrukce prvního EM s lepší rozlišovací schopností než má SM (1986 NC)

23 TEM transmisní elektronový mikroskop SEM skenující elektronový mikroskop upraveno podle

24 TEM transmisní elektronový mikroskop SEM skenující elektronový mikroskop zobrazuje velmi tenké vzorky dosahuje rozlišení okolo 0,2 nm zobrazení povrchu předmětů rozlišení pouze kolem 1 nm virus chřipky (úsečka představuje 100 nm) pylové zrno mučenky obří (úsečka představuje 20 μm)

25 v biologii, chemii, fyzice, mineralogii apod. TEM transmisní elektronový mikroskop SEM skenující elektronový mikroskop MicroscopesTEM/200kV/JEM2100LaB6/tabid/123/Default.aspx

26 soubor experimentálních metod určených k 3D studiu struktury povrchů s atomárním rozlišením nakresleno podle Kubínka et al., 2003

27 STM = skenovací tunelová mikroskopie AFM = mikroskopie atomárních sil SPM metody fungují na základě postupného měření interakcí mezi povrchem vzorku a hrotem sondy mikroskopu měřenou veličinou je/jsou: tunelový proud u STM atomární síly u AFM Kočka, 2004

28 není zapotřebí žádného externího zdroje částic rozlišení mikroskopu závisí na velikosti sondy a na konkrétním vzorku 3D obraz je sestavován v reálném čase možnost zobrazovat v různých prostředích (vakuum, vzduch, kapalina) je výhodou především pro zobrazování biologických vzorků in vitro a in vivo metody nejsou citlivé na chemickou podstatu atomů nevýhodou je velké množství artefaktů (např. zobrazení hrotu, zdvojení obrazu)

29 1981 Gerd Binnig a Heinrich Röhrer (1986 NC) mikroskopie/?lang=en umožňuje pozorovat jednotlivé atomy a molekuly a dokonce s nimi manipulovat

30

31 činnost založena na tzv. tunelovém jevu vodivý musí být hrot sondy mikroskopu i vzorek vodivý hrot STM detail.php?page=&id=85&pda=1

32 režim konstantní výšky tunelový proud se mění v závislosti na vzdálenosti povrchu vzorku od hrotu režim konstantního proudu využívá zpětné vazby tak, aby byla udržena konstantní hodnota tunelového proudu nakresleno podle Kubínka a Půlkrábka, 2007

33 1986 Gerd Binnig, Calvin Quate a Christoph Gerber měření silových interakcí mezi povrchem vzorku a ostrým hrotem sondy, umístěným na konci pružného raménka raménko AFM s hrotem p?page=&id=85&pda=1 JWSfac.htm

34 kontaktní režim nekontaktní a poklepový režim odpudivá síla přitažlivá síla

35 studium topografie povrchů a povrchových procesů, metrologie, úprava povrchů, tvorba nanočipů, zobrazování biologických vzorků STM skenovací tunelový mikroskop AFM mikroskop atomárních sil nanočástice mědi Janda, 2007 slída lidské chromosomy

36 1990 Donald Eigler a Erhard Schweizer: první psaní s atomy Eigler a Schweizer, 1990 oficiální logo Czech Nanoteam Kočka, 2004

37 technologie, která pracuje v nanosvětě perspektivní multi-, inter- a transdisciplinární obor, který se celosvětově intenzivně rozvíjí nejen ve vědě, ale i ve výzkumu a v praxi aplikace nachází v elektronice, výpočetní technice, medicíně, strojírenství, stavebnictví, chemickém průmyslu, kosmetice, oděvnictví, sportu, potravinářství, ochraně životního prostředí, kosmickém výzkumu, vojenství a mnoha dalších oblastech

38 Nanotechnologie je výzkum a technologický vývoj na atomové, molekulární nebo makromolekulární úrovni, v rozměrové škále přibližně nm. Je to též vytváření a používání struktur, zařízení a systémů, které mají v důsledku svých malých nebo intermediárních rozměrů nové vlastnosti a funkce. Je to rovněž dovednost manipulovat s objekty na atomové úrovni. Nanotechnologie je soubor různých technologií a postupů, které mají společný cíl: řízenou manipulací s atomy, molekulami nebo jejich malými skupinami vytvářet materiály, zařízení a funkční systémy s výjimečnými vlastnostmi, vyplývajícími z vlastností hmoty v rozměru nanometrů.

39 zahrnuje různé oblasti lidských činností, jež mají společné v zásadě pouze jedno: práci s hmotou v měřítku nanometrů fyzika biologie nanobiotechnologie inženýrské postupy NANOTECHNOLOGIE chemie nanomedicína nanomateriály NANOTECHNOLOGIE nanooptika nanoelektronika a) b) použití pojmu nanotechnologie v singuláru (a) versus v plurálu (b)

40 podobně jako nanotechnologie je nanověda nová oblast soustřeďující klasické vědní obory jako jsou fyzika pevných látek, chemie, molekulární biologie apod. nanověda se zabývá výzkumem jevů a materiálových vlastností na nanometrické úrovni vytváří teoretickou základnu pro následné praktické využití získaných poznatků pomocí nanotechnologie

41 Richard Feynman přednáška There s Plenty of Room at the Bottom příroda pracuje na úrovni atomů a molekul zákony fyziky nejsou v rozporu s možností manipulovat s hmotou atom po atomu =

42 Eric Drexler v článku o molekulárním inženýrství navrhl využít proteiny jako základní stavební kameny molekulárních zařízení upozornil na pozitivní i negativní stránky molekulární nanotechnologie popsal možnou budoucnost světa nanorobotů a vytvořil pojem grey goo

43 většina životních procesů probíhá v nanorozměrech biologické nanosystémy jsou schopny přeměňovat energii, ukládat informace, rozpoznávat, pohybovat se, samostatně se uspořádávat a reprodukovat přírodní materiály se samy utvářejí, mohou být hierarchické, multifunkční, kompozitní, adaptivní, samoopravitelné a biodegradabilní biomimetika = obor, který se zabývá napodobováním přírodních materiálů a struktur

44 z atomů a molekul hierarchicky způsobem bottom-up písmena atomy C, H, O, N, P, S uhlík slova malé organické molekuly sacharidy, mastné kyseliny, aminokyseliny, nukleotidy AMP věty makromolekuly = nanostruktury polysacharidy, lipidy, proteiny, nukleové kyseliny, ribosomy DNA knihy vyšší celky a živé systémy membrány organely buňky tkáně orgány organismy /puvod-zivota- 2-3

45 uplatňuje se: samosestavování (self-assembly) samoorganizace (self-organization) nakresleno podle Prnky a Šperlinka, 2006

46 samosestavování (self-assembly) např. složení ribosomu z velké a malé podjednotky na základě preferovaných chemických interakcí + velká podjednotka malá podjednotka ribosom samoorganizace (self-organization) např. reorganizace cytoskeletu

47 biologické nanostroje ribosomy receptory membrán enzymy fungující jako katalyzátory translace tvorba proteinu na ribosomu signalizační kaskáda enzym funguje jako katalyzátor fixace dusíku nitrogenázou

48 biologické nanostroje molekulární kanály molekulární pumpy iontové kanály sodno-draselná pumpa a glukoso-sodný symport ATP-syntáza pracuje jako iontová pumpa

49 biologické nanostroje molekulární motory DNA jako buněčná paměť princip funkce motorového proteinu molekulární motory kinesin a dynein

50 biologické nanostroje molekulární motory DNA jako buněčná paměť DNA a tvorba kompaktnějších struktur

51 biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita plže ušně mořské (Haliotis tuberculata) vrstvy nanobloků CaCO 3 Prnka a Šperlink, 2006 ulita ušně

52 biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky přeslička největší (Equisetum telmateia)

53 biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) schránky rozsivek ntors/summer/2000/symposium/diatoms/pesticide.html techniques/hoffmangallery/diatom.html

54 biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské Magnetospirillum gryphiswaldense SiO 2 zpevnění pokožky přesličky SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) Fe 3 O 4 magnetosomy magnetotaktických bakterií nanokrystaly magnetitu (úsečka představuje 100 nm)

55 biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky kost stehenní pes Osteology/Pelvic_limb/ThighFemur.html SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) Fe 3 O 4 magnetosomy magnetotaktických bakterií Ca 5 (PO 4 ) 3 OH kosti a zuby zuby productid=16234&cat=258&bestseller=y

56 biomineralizace = tvorba biogenních minerálů CaCO 3 ulita ušně mořské SiO 2 zpevnění pokožky přesličky SiO 2. n H 2 O schránka rozsivek (tzv. frustula) Fe 3 O 4 magnetosomy magnetotaktických bakterií Ca 5 (PO 4 ) 3 OH kosti a zuby CaC 2 O 4. H 2 O močové kameny močový kámen želvy

57 nanomateriály nanoelektronika a nanooptika nanobiotechnologie a bionanotechnologie HEAD Nano.Ti Boast squashová raketa Sungju TangoX Nano ipod Nano jobs-predstavil-novy-ipod-nano nanooblek

58 materiály, jejichž fyzikální a/nebo chemické (příp. i biologické) vlastnosti jsou odlišné od vlastností objemových (bulk) materiálů stejného chemického složení stavebními jednotkami jsou částice a struktury o velikosti cca nm klasifikace: nanočástice, klastry (shluky) nanočástic, nanovlákna, nanodrátky, nanotrubice, nanokompozity, nanovrstvy a nanostrukturní filmy uplatnění: v elektronice, zdravotnictví, kosmetice, strojírenství, stavebnictví, chemickém a textilním průmyslu, optickém a elektrotechnickém průmyslu, automobilovém, komickém, vojenském průmyslu, ochraně životního prostředí,

59 nanočástice zlata a stříbra barvení skla, biomolekulární detekční metody antimikrobiální vlastnosti Ag (fasády, omítky, ponožky nanosilver) nanočástice zlata Liz-Marzan, 2004 nanočástice stříbra princip funkce antibakteriálních ponožek nanosilver nanočástice oxidu křemičitého kosmetické přípravky, zubní pasty what/2007/070618_nano.htm

60 nanočástice oxidu titaničitého nemlživá skla, samočisticí vrstvy, kosmetika, laky s reflexními vlastnostmi hstore/ infospecial.phtml ayimage.php?album=1559&pos= EBID ep_code-anti_fog_mirror

61 nanočástice oxidu železitého přísada do rtěnek a líčidel, detoxikace území nanočástice hydroxyapatitu implantáty kostí a zubů magnetické nanočástice paměťová média, diagnostická medicína ronmental-news/latest/valentinesday ?click=main_sr magnetické nanočástice

62 vlákna s průměrem menším než 1 μm porovnání tloušťky vlasu a nanovláken s/nanofiberspinningtechnology.aspx výroba tenkých, lehkých, pevných textilií využití v medicíně (krycí a obvazový materiál) výborná absorpce zvuku

63 proces využívající silného elektrického pole pro zvlákňování vodných roztoků polymerů labnotes/0607/spinoff.html elektrospining - animace

64 český patent (Technická univerzita v Liberci, 2003) technologie, která umožňuje výrobu netkaných nanovlákenných textilií vytváření nanovlákna technologie/elmarco--vyrobce-nanovlaken-- posiluje-vyzkum/

65 materiály s póry menšími než 100 nm vyrobeny např. z uhlíku, křemíku, (hlinito)křemičitanů či polymerů zvětšená povrchová plocha zlepšuje jejich katalytické, absorpční a adsorpční vlastnosti nejpoužívanější jsou zeolity zeolit 3 strukturní typy zeolitů

66 přírodní saze, diamant, grafit umělé fullereny, uhlíkové nanotrubice, nanopěna

67 nejznámější a nejpoužívanější uhlíkový nanomateriál madchick/ částice amorfního uhlíku o velikosti nm výroba: nedokonalé spalování organických látek bohatých na uhlík užití: gumárenský průmysl, barvivo, plasty potenciálně karcinogenní hasici-likviduji-pozary-sazi-stalecasteji html &link=kleber_krisalp_hp

68 diamant krychlová soustava hybridizace sp 3 nejtvrdší přírodní látka, nejvyšší známá tepelná vodivost, nevodič, průhledný, vysoký index lomu řezné a vrtné nástroje, klenotnictví grafit (tuha) šesterečná soustava hybridizace sp 2 vrstevnatá struktura jak-z-lidi-vybrousitdiamanty.html měkký, černošedý, neprůsvitný, s kovovým leskem, elektricky a tepelně vodivý výroba elektrod, žáruvzdorných materiálů, tužek, mazadel a pigmentů uest/carbon/index.html

69 první uměle připravená alotropická modifikace uhlíku 1985 Harold Kroto, Robert Curl a Richard Smalley: fullereny připraveny laserovým odpařováním grafitu v atmosféře helia (1996 NC) /BDGTopic/BDGtext/BDGBucky.html dnes výroba metodou řízeného spalování organických látek v obloukovém výboji x vysoká cena

70 ) obří molekuly složené ze sudého počtu uhlíkových atomů (minimálně dvaceti), umístěných ve vrcholech různých mnohostěnů víceméně kulovitého tvaru C 60, C 70, C 72, C 76, C 78, C 80, C 84, C 90 atd. /~newtrad/currref/bdgtop ic/bdgtext/bdgbucky.html C 60 C 70 použití: superpevné materiály nízké hmotnosti, ochranná skla, součást tuhého paliva pro rakety, fluorované fullereny jako mazadla, nosiče jiných molekul, baterie organické deriváty fullerenů = nekovové magnety

71 Richard Buckminster Fuller americký architekt geodetické kopule /buckminster-fuller-the-billionaires-ofspaceship-earth/?referer=sphere_search US-pavilon EXPO 67 v Montrealu fullereny C 60, C 70, C 76, C 84

72 molekula roku 1991 tvar komolého ikosaedru: 12 pětiúhelníků a 20 šestiúhelníků rozložených jako v plášti fotbalového míče

73 krystalický C 60 krychlová soustava krystaly hnědočerné, lesklé hybridizace sp 2 vysoká pevnost x nízká tvrdost polovodič, ale může být i supravodivý

74 1991 Sumio Iijima cylindrické struktury vytvořené ze stočených grafitových rovin; na koncích mohou být uzavřené fullereny

75 jednovrstvé (SWCNT) vícevrstvé (MWCNT) /globalvoices/bai/slide07.html agallery.html bon-nanotubes-stimulate-single-retinal-neurons/ forschung/ergebnisse/nanotubes.htm

76 extrémně velký poměr délky ku šířce detail.php?page=&id=284&pda=1 pevné, pružné a teplotně stabilní, (polo)vodivé užití: vodiče, v molekulární elektronice jako tranzistory a paměti, palivové články, nosiče katalyzátoru, úložiště energie, brusné materiály, kompozity, média pro uchovávání a transport vodíku The Royal Society and The Royal Academy of Engineering

77 1997 Andrei Rode: působení výkonného laserového pulzního systému na uhlíkový terčík v argonové atmosféře uhlíkové klastry (shluky) o průměru kolem 6 9 nm náhodně pospojované do jakési pavučiny vlastnosti: nízká hustota (2 10 mg.cm -3 ) obrovská povrchová plocha ( m 2 /g) při teplotě do 90 K para- a ferromagnetické chování

78 nanoelektronika zkoumá různé strategie využití elektronických vlastností nanostruktur v celé řadě aplikací budoucích informačních technologií nanooptika (nanofotonika) pokládá základy optických vysokorychlostních komunikačních technologií, nových zdrojů laserového světla a optických systému pro široká použití nejrychleji se rozvíjející oblasti nanotechnologie

79 nové odvětví elektroniky, kde se pro přenos, zpracovávání a uchování informace využívá kromě náboje elektronu také jeho spin spinově citlivé jevy vznikají vzájemnou interakcí mezi nosičem náboje a magnetickými vlastnostmi materiálu spin elektronu research/spinrelaxation.html souvisí s vlnově-mechanickou povahou elektronu má charakteristickou hodnotu a může mít jen dvě orientace vůči zvolené ose ty lze vyjádřit kvantovým číslem m s s hodnotami +½ a ½ (často označovány šipkami a )

80 spintronický jev 1988 Albert Fert a Peter Grünberg (2007 NC) ve velmi tenkých ferromagnetických vrstvách (např. 1 nm železa), oddělených nemagnetickým materiálem (např. chromem nebo mědí), dochází vlivem působení vnějšího magnetického pole k prudké změně elektrického odporu

81 aplikace: vysokokapacitní harddisky ultracitlivé magnetické senzory v medicíně senzory pro monitorování pohybu mechanických součástí motorů pevný disk 2,5" s GMR hlavami a kapacitou 500 GB

82 MRAM (magnetic random-access memory) nový typ počítačových pamětí se spintronickou technologií záznamu výhody: nízká cena, malé rozměry, energetická nenáročnost a zároveň velká rychlost A3P-MRAM mikroprocesory a kvantové počítače

83 ohraničená polovodičová oblast (z InAs, CdSe, CdTe apod.) o průměru kolem 30 nm a výšce cca 8 nm, zabudovaná v polovodiči odlišného typu (např. GaAs) vrstva kvantových teček z InAs, zobrazená metodou AFM

84 fungují jako past na elektrony elektrony lokalizovány pouze ve stavech s určitými hodnotami energie při přechodu z vyšší energetické hladiny na nižší je vyzářeno světlo určité vlnové délky (u velkých teček v červené části spektra, u malých v modré)

85 aplikace v optoelektronice lasery displeje optické zesilovače světlo emitující diody (LED) detektory struktura jednofotonového detektoru využívajícího kvantové tečky displeje založené na kvantových tečkách LED využívající kvantové tečky QuantumDotLED.cfm aplikace v biologii označování proteinů a nukleových kyselin detekce nádorů

86 oblasti překryvu nanotechnologie s biologií a biotechnologií nanobiotechnologie odvětví nanotechnologie, které má biologické nebo biochemické aplikace bionanotechnologie vytváření nových přístrojů, systémů a materiálů v nanorozměrech na základě biologických principů využití biomolekul (buněčných nanostruktur) jako praktických součástí těchto zařízení cl= nanotechnologie-v-medicine

87 nanomedicína (molekulární medicína) nanofarmacie (biofarmacie) potravinářský průmysl textilní průmysl kosmetika zemědělství a lesnictví ochrana životního prostředí energetika bezpečnost biomolekulární elektronika

88 diagnostika a terapie rakoviny Abraxane první protirakovinný preparát připravený na bázi nanotechnologie (2005) detail_images.jsp?ndc= zlaté nanostřely křemíkové nanokuličky potažené 10 nm vrstvičkou zlata se vpraví k nádoru působením laseru se nanokuličky ohřejí (modrá barva na obr. zachycuje místa se zvýšenou teplotou) nádorové buňky jsou zničeny uvolněným teplem dva nádory v těle myši se zlatými nanostřelami ozářenými laserovým paprskem

89 cílená dodávka léků do organizmu nanonosiče (např. liposomy) nanosystémy (NEMS) koloidní roztoky ve spreji kovové nanosvaly liposom nanosval NM70 Actuator ic-art/457489/92244/phospholipids-canbe-used-to-form-artificial-structures-calledliposomes NANOMUSCLE.asp?L2=LEGHE%20A%20MEMORIA%20DI%20FORMA%20&L1=NUOVE%20TECNOLOGIE&L3 =APPLICAZIONI%20FLEXINOL&cd=7250-NANOMUSCLE&nVt=&d=19,00

90 změny ve výrobních procesech způsobené objevením nové technologie editorial-cartoons-the-discovery-of-fire image/ přináší společenské, ekonomické, vojenské a politické změny

91 pozitivní dopady nanomateriály s novými, lepšími vlastnostmi léčba jinak neléčitelných nemocí snížení výrobních nákladů zvýšení trvanlivosti některých výrobků lepší výkonnost produktů v dopravě a energetice zvýšení bezpečnosti eliminace ekologické zátěže negativní dopady ohrožení zdraví člověka a životního prostředí (nanotoxicita) zánik současných výrobních postupů a s tím související nezaměstnanost destabilizaci sociální, kulturní, ekonomické a politické situace způsobená nerovným přístupem k některým aplikacím neetické užití (zneužití) vysoké náklady na vývoj obtížný a drahý monitoring a kontrola negativních dopadů možné selhání technologie

92 nanosvět prostor částic a struktur o velikosti cca nm hmota v měřítku nanometrů může vykazovat nové, unikátní vlastnosti zcela odlišné od vlastností pozorovaných v makrosvětě nanočástice způsobují např. unikátní zbarvení Lykurgových pohárů

93 nanotechnologie zaměřuje se na řízenou manipulaci s atomy, molekulami a jejich shluky a na hledání způsobů využití unikátních vlastností nanočástic a nanostruktur v praxi pro tvorbu nových, lepších materiálů, zařízení a systémů nanověda zkoumá jevy odehrávající se v nanosvětě a jejich vliv na vlastnosti materiálů

94 Richard Feynman průkopník nanotechnologie (polovina 20. století) zákony fyziky nejsou v rozporu s možností manipulovat s hmotou atom po atomu v přírodě odpradávna probíhá většina životních procesů v nanorozměrech strategie tvorby biologických struktur inspirací pro NT hierarchické sestavování atomů a molekul způsobem bottom-up samosestavování (self-assembly) samoorganizace (self-organization)

95 3 Nobelovy ceny za práci v nanosvětě: Binnig a Röhrer: skenovací tunelový mikroskop (STM) Kroto, Curl a Smalley: fullereny Fert a Grünberg: efekt obřího magnetického odporu (GMR)

96 Přijde nanotechnologická revoluce? Nanotechnologie nabízí mnohé již dnes: Pozor na (skryté) hrozby nanotechnologie!