Funkční nanostruktury Pavla Čapková

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Funkční nanostruktury Pavla Čapková"

Denis Ovčačík
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Funkční nanostruktury Pavla Čapková Centrum nanotechnologií na VŠB-TU Ostrava.

2 Centrum nanotechnologií na VŠB-TUO Nanomateriály Sorbenty Katalyzátory a fotokatalyzátory Antibakteriální nanokompozity Nové lékové formy Nanokompozitní mateiály uhlíkaté a polymerní Nanotoxicita Environmentální riziko nanočástic Analytické metody a diagnostika nanomateriálů: Design a konstrukce aparatur pro testování kataluzátoru, fotokatalyzátorů on-line monitorování reakčních produktů. Počítačový design nanostruktur molekulární modelování s využitím empirických silových polí

metody a diagnostika nanomateriálů: Design a konstrukce aparatur pro testování kataluzátoru, fotokatalyzátorů on-line

..) Syntéza funkčních nanostruktur: Princip:Nanostavebnice Molekulární struktury Cílená manipulace přírodních a syntetických krystalových

3 Nanotechnologie: Syntéza nanočástic kovů a jejich oxidů pomocí mikroorganismů Zdrobňování: Příprava nanočástic zdrobňováním struktur: Mechanické postupy: různé mlecí techniky Fyzikálně-chemické postupy (delaminace vrstevnatých struktur...) Syntéza funkčních nanostruktur: Princip:Nanostavebnice Molekulární struktury Cílená manipulace přírodních a syntetických krystalových struktur na nano-úrovni, vede k novým syntetickým nanostrukturám Nano vestavba atomů, molekul, nanočástic do krystalových struktur - skelet nanovrstvy Tato prezentace je spolufinancována

4 Využití nanomateriálů: Medicína: léčiva materiály pro krytí ran a dezinfekci destrukce nádorových tkání Ochrana životního prostředí: sorbenty pro průmyslové filtrace pro záchyt organických i anorganických znečišťujících látek ve vzduchu i vodním prostředí, katalyzátory pro rozklad oxidů dusíku fotokatalyzátory rozklad organických znečišťujících látek působením slunečního záření (UV) biocidní materiály (ničí bakterie a řasy) Konstrukční nanokompozitní materiály nové typy plastů, speciální keramika Nové typy samočistících stavebních materiálů.. Chemické senzory Fotofunkční jednotky - optoelektronika.

fotokatalyzátory rozklad organických znečišťujících látek působením slunečního záření (UV) biocidní materiály (ničí bakterie a řasy) Konstrukční

5 Cíle: Vývoj nových lékových forem Transport léčiva na určené místo v organismu Postupné uvolňování Potlačení vedlejších účinků, potlačení odporné chuti. Řešení: ukotvení molekuly léčiva na vhodný nosič transportér -Cyklodextrin jako nosič farmakologicky aktívních molekul

6 Polymerní nosiče léčiv cytostatika: Princip: Molekuly cytostatik navázané na polymerní řetězec, působením enzymů se molekula cytostatika odštěpí od polymerního nosiče. Polymerní řetězec Molekula cytostatika Výhody: Selektívní působení pouze v nádorové tkáni Možné vyšší dávky cytostatik, bez vedlejších účinků

7 Dendrimery Ukotvení molekuly léčiva na dendrimeru (rozvětvená makromolekula) pomocí chemické vazby Gelové nosiče molekul léčiva Gelové nanočástice, kde molekula léčiva je obalená gelovým nosičem z molekul surfaktantů.. Společný požadavek pro všechny nosiče farmakologicky aktívních molekul: 0 toxicita řízené uvolňování biodegradovatelnost nosiče

obalená gelovým nosičem z molekul surfaktantů.

8 Možnost ladit elektrické i optické vlastnosti nanostruktur Supravodivost Zabudování molekul organických barviv do TaS 2 - Molekulární supravodiče zvýšení Tc - přechodu do supravodivého stavu Host: Metylénová modř Hostitel : vrstevnatá struktura TaS 2 Zvýšení kritické teploty přechodu do supravodivého stavu TaS 2 Tc = 0.6 K TaS 2 + metylén.modř Tc = 5.2 K

supravodivého stavu Host: Metylénová modř Hostitel : vrstevnatá struktura TaS 2 Zvýšení

9 Vrstevnaté silikáty jako matrice pro funkční nanostruktury Jílové minerály - široké průmyslové využití: keramika, stavebnictví, plniva pro plasty, papír, kosmetické přípravky, sorbenty, katalyzátory. Výzva pro nové technologie - vhodné matrice pro ukotvení: organických molekul, organokovových komplexů, nanočístic kovů, jejich oxidů a sulfidů Využití: Sorbenty, katalyzátory, fotokatalyzátory, fotofunkční jednotky (optické spínače, laditelné laserové barvivo), antibakteriální a fungicidní materiály, nosiče farmakologicky aktívních molekul. Pozoruhodné krystalochemické vlastnosti!!!!!!!! Tetrahedral sheet Si Al Octahedral sheet montmorillonite Al Mg, (Fe) vermiculites Mg Al, (Fe, Ti) Substituce v tetraedrech a oktaedrech náboj vrstev!!!!!

Výzva pro nové technologie - vhodné matrice pro ukotvení: organických molekul, organokovových komplexů, nanočístic kovů, jejich oxidů a sulfidů Využití: Sorbenty, katalyzátory,

10 Klasifikace vrstevnatých silikátů 2:1- silikáty Montmorillonit Vermikulit.. 1:1 silikáty Kaolinit silikátová vrstva: 2 vrstvy tetraedrů + 1 vrstva oktaedrů silikátová vrstva: 1 vrstvy tetraedrů + 1 vrstva oktaedrů T O T T O T T O OH skupiny Vyměnitelné kationty + (H 2 O)

11 1:1 silikáty di- a trioktaedrické Kaolinit : di-oktaedrický Si Al 0 mezivrstevní kationty, Náboj vrstev = 0 el Vrstvy vázané vodíkovou vazbou!!!!

vrstva Vznikne pilířovaná nanopórézní struktura sorbentu resp.

12 Sorbenty a katalyzátory Zabudování interkalace vhodných anorganických, organických, organo-kovových komplexů sorbenty, katalyzátory Struktura vrstevnatého fylosilikátu 1 vrstva Vznikne pilířovaná nanopórézní struktura sorbentu resp. struktura s velkým sorpčním povrchem pro sorpce organických polutantů ve vodním prostředí resp. pro sorpci těžkých kovů

13 PL [arb. u.] PL [arb. u.] PL PL P P Optické vlastnosti Metyl-červeň ve vrstevnatých silikátech 442 nm 0 Pristine MR Fluorescence wavelength [nm] 1 MR 442 nm Struktura MR-vermikulitu 1, wavelength [nm] 5 náboj vrstvy el /jedn.buńku 0,8 0,6 0,4 Struktura MR-montmorillonitu Náboj vrstvy: el /jedn. buňku 0,2 1, wavelength [nm] 0,8 0,6 Sample: MR- fine powder MR-VER MR-MMT max ,4 0, wavelength [nm]

wavelength [nm] 1 MR 442 nm 0 1 300 0 0 Struktura MR-vermikulitu 1,0 400 500 600 700 800 900 1000 wavelength [nm] 5 náboj vrstvy -0.

14 Ukotvení nanočástic kovů, oxidů a sulfidů kovů na silikátové matrice Nanočástice Ag ukotvené na vrstevnatém silikátu montmorillonitu. Syntéza nanočástic přímo na povrchu silikátové matrice: Využití: Katalyzátory, fotokatalyzátory, antibakteriální materiály, otpicky aktívní materiály Výhody této technologie: Eliminace zdravotních rizik při manipulaci s nanočásticemi při zachování výhod nano-vlastností..

Syntéza nanočástic přímo na povrchu silikátové matrice: Využití: Katalyzátory, fotokatalyzátory,

15 Nanočástice TiO 2 s různými dopanty na vrstevnatých silikátech Využití: Fotokatalyzátory Samočistící nanokompozitní materiály pro stavební a nátěrové hmoty po osvitu UV zářením rozkládá organické nečistoty Nanočástice TiO 2 ukotvené na vrstevnatých silikátech jsou účinnější fotokatalyzátory než stejně připravené volné nanočástice!!!!!!!!!!! Nanočástice Ag na vrstevnatých silikátech - účinná antibakteriální media Anibakteriální aktivita se mění s typem silikátové matrice!!!!!!! Významná role složení a náboje vrstev a vliv na vlastnosti nanokompozitu!!!!!!! montmorillonit kaolinit

fotokatalyzátory než stejně připravené volné nanočástice!

16 Otázky v molekulárních nanotechnologiích: Vytvoří molekuly komplex?? Jak bude stabilní? Jak se budou se molekuly hosta kotvit na povrchu a uvnitř hostitelské vrstevnaté krystalové struktury?? Jakou vytvoří strukturu???? Jaká bude adheze nanočástic na povrchu krystalické matrice??? Molekulární modelování s využitím empirických silových polí nástroj pro predikci struktury a vlastností

struktury?? Jakou vytvoří strukturu???? Jaká bude adheze nanočástic na povrchu krystalické matrice?

17 Molekulární modelování optimalizace struktury a vazební geometrie pomocí minimalizace, kde energie je popsána pomocí empirických silových polí Koncept empirických silových polí je prostý: Celková energie systému: Nevazební energie: E tot = E bond + E nonbond E nonbond = E Coul + E VDW + (E HB ) Bonding energy : E bond =E bs + E ang + E tor + E inv + E UB!!!!! Všechny složky energie jednoduché analytické výrazy, jako vunkce vazebních délek, vazebních, torzních a inverzních úhlů Parametry silových polí silové konstanty ve výrazech pro energii Klíčová role modelovací strategie - stavba modelů, volba silových polí, minimalizačních algoritmů pro nalezení globálního minima!!!nutná kooperace s experimentem při tvorbě modelovací strategie!!!

!!!! Všechny složky energie jednoduché analytické výrazy, jako vunkce vazebních délek, vazebních, torzních a inverzních úhlů Parametry silových polí silové konstanty ve výrazech pro

18 Výhody molekulárního modelování Predikce struktury a vlastností velkých supramolekulárních systémů Úspora času, energie a materiálů v technologii Technologie Strategie molekulárních nanotechnologií Termogravimetrie Diffraction El. mikroskopie At.emisní absorpční a IČ spektr. chromatorgafie AFM mikroskopie Molekulové modelování Struktura a vlastnosti

$Strategie molekulárních nanotechnologií Termogravimetrie Diffraction El. mikroskopie At.$

Podobné dokumenty

Nanotechnologie a Nanomateriály na PřF UJEP Pavla Čapková

Přírodovědecká fakulta UJEP Ústí n.l. a Ústecké materiálové centrum na PřF UJEP http://sci.ujep.cz/faculty-of-science.html Nanotechnologie a Nanomateriály na PřF UJEP Pavla Čapková Kontakt: Doc. RNDr.