Наука и производство

Нанотехнология в науке

Что такое нанотехнология, и почему эта отрасль науки имеет большое значение для будущего? Нанотехнология в широком смысле относится к области прикладной науки и техники, объединяющей темой которой является контроль вещества на молекулярном уровне в масштабах менее 1 микрометра (обычно от 1 до 100 нанометров) и изготовление устройств в этом диапазоне размеров.

Это очень междисциплинарная область, основанная на таких областях, как прикладная физика, материаловедение, коллоидная наука, физика устройств, супрамолекулярная химия и даже механика и электротехника.

Начало нанотехнологий

Существует много предположений относительно того, как в результате исследований этих направлений, могут возникнуть новая наука и технология.

Нанотехнология, как и биотехнология, может рассматриваться как продолжение существующих наук в наномасштабах или как переработка существующих наук с использованием более нового, более современного термина.

В нанотехнологиях используются два основных подхода:

  • В подходе «снизу вверх» материалы и устройства состоят из молекулярных компонентов, которые химически собираются по принципам молекулярного распознавания.
  • В подходе «сверху вниз» нанообъекты создаются из более крупных объектов без контроля на атомном уровне.

Стимулом для нанотехнологий является возобновление интереса к коллоидной науке в сочетании с аналитическими инструментами нового поколения, такими как атомно-силовой микроскоп (АСМ) и сканирующий туннельный микроскоп (СТМ).

В сочетании с усовершенствованными процессами, такими как электронно-лучевая литография и молекулярно-лучевая эпитаксия, эти инструменты позволяют преднамеренно манипулировать наноструктурами, что приводит к наблюдению за новыми явлениями.

Примеры использования нанотехнологий в науке

Примерами нанотехнологий в современном использовании являются производство полимеров на основе молекулярной структуры и разработка макетов компьютерных чипов на основе науки о поверхности.

Несмотря на большие перспективы многих нанотехнологий, таких как квантовые точки и нанотрубки, в реальном коммерческом применении, в основном, использовались преимущества коллоидных наночастиц в объемном виде, например, в лосьоне для загара, косметике, защитных покрытиях и в одежде, устойчивой к загрязнениям.

Современная синтетическая химия достигла той точки, когда можно приготовить небольшие молекулы практически для любой структуры.

Эти методы используются сегодня для производства широкого спектра полезных химических веществ, таких как фармацевтические препараты или коммерческие полимеры.

Следующий, более высокий уровень – поиск способов собрать эти отдельные молекулы в супрамолекулярные сборки, состоящие из множества молекул, расположенных в четко определенной манере. Работа в этом направлении подразумевает использование концепций молекулярной самосборки и / или супрамолекулярной химии.

Концепция молекулярного распознавания особенно важна: молекулы могут быть сконструированы таким образом, чтобы из-за нековалентных межмолекулярных сил предпочтение отдавалось определенной конформации или расположению.

Прямой результат этого – правила базирования Уотсона-Крика, а также специфичность фермента, нацеленного на один субстрат, или специфическое свертывание самого белка.

Таким образом, два или более компонента могут быть сконструированы так, чтобы быть взаимодополняющими и взаимно привлекательными для образования более сложного и полезного целого.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close