Что такое наночастицы и зачем они нужны

Наночастицы могут служить для доставки генов в клетки, лечения рака и вакцинации

Наночастицы могут перемещаться из легких в другие органы

Другим потенциальным путем попадания наночастиц в организм является обонятельный нерв; наночастицы могут пересекать слизистую оболочку внутри носа и затем достигать мозга через обонятельный нерв. Из трех исследований на людях только одно показало попадание ингаляционных наночастиц в кровоток.

Материалы, которые сами по себе не очень вредны, могут быть токсичными, если они вдыхаются в форме наночастиц.

Воздействие вдыхаемых наночастиц в организме может включать воспаление легких и проблемы с сердцем. Повреждение легких и воспаление в результате вдыхания наноразмерных твердых частиц, по-видимому, связано с окислительным стрессом, который эти частицы вызывают в клетках.

Последствия для здоровья от наночастиц, используемых в качестве носителей лекарств

Наночастицы могут быть использованы либо в качестве самого лекарства, либо в качестве носителя лекарства. Продукт можно вводить перорально, наносить на кожу или вводить через инъекции.

Целью доставки лекарственного средства с помощью наночастиц является либо получение большего его количества к клеткам-мишеням, либо снижение вредного воздействия свободного лекарственного средства на другие органы, либо и то, и другое.

Наночастицы, используемые таким образом, должны циркулировать на большие расстояния, обходя защитные механизмы организма. Чтобы достичь этого, наночастицы предназначены для прилипания к клеточным мембранам, проникновения внутрь определенных клеток в организме или в опухолях и прохождения через клетки. Поверхности наночастиц иногда также модифицируются, чтобы избежать распознавания и устранения иммунной системой.

Наночастицы как носители лекарственного вещества: польза и вред

Наночастицы могут эффективно использоваться для доставки генов в клетки, для лечения рака, а также для вакцинации. Использование наночастиц в качестве носителей лекарственного средства может снизить токсичность включенного препарата, но иногда трудно отличить токсичность лекарственного средства от токсичности наночастиц. Кроме того, наночастицы, попавшие в печень, могут влиять на функцию этого органа.

Наночастицы могут проникать через гематоэнцефалический барьер, что делает их чрезвычайно полезными для доставки лекарств непосредственно в мозг. С другой стороны, это также является серьезным недостатком, поскольку наночастицы, используемые для переноса лекарств, могут быть токсичными для мозга.

Читайте также:

Отказ от ответственности: этот контент, включая советы, предоставляет только общую информацию. Это никоим образом не заменяет квалифицированное медицинское заключение. Для получения дополнительной информации всегда консультируйтесь со специалистом или вашим лечащим врачом.

Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен

Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.

Источник

Что такое наночастицы и с чем их «едят»?

Наночастицы прогрессируют

Наночастицы – это объекты, которые имеют изолированные, выраженные границы с окружающей средой, сфероидальной формы с размерами в 1-100 нм. Уникальные свойства нанообъектов появляются при размерах от 2 до 30 нм. Ограничение в размере наночастиц поясняет, что будучи частью одного целого, при изменении размера появляются значительные отличия от первоначального целого. Практика показала, что ярко выраженные изменения наблюдаются при размерах ниже 30 нм. С помощью специальных приборов – анализаторов размеров частиц можно измерять наночастицы. Этот прибор востребован в различных отраслях, технологических процессах, а так же довольно прост в эксплуатации и точен в показателях.

Наночастицы могут защищать человеческий организм не только от различных заболеваний, но и от электромагнитных лучей. Специалисты в области разработки новых технологий США заявили о том, что нашли альтернативу антибиотикам в виде нанотерапевтических средств, как метод борьбы с болезнью. Фармацевты утверждают, что в наше время нецелесообразно разрабатывать большое количество антибиотиков, ведь они требуют огромных финансовых затрат, потому что бактериям свойственно привыкание к лекарствам, а так же они прогрессивно мутируют. На данный момент, ученые трудятся над разработкой наночастиц, главной задачей которых будет – борьба с различными инфекциями.

Американские исследователи обнаружили, что золото может менять цвет в процессе прикосновения, причем чем больше на него воздействовали, тем отчетливее менялся цвет, с синего на фиолетовый, с фиолетового на красный. Когда причина стала известной, то были изготовлены сенсоры из золотых наночастиц, которые под давлением меняют свой цвет. Принцип довольно просто, один цвет меняет свой окрас при нажатии или растягивании – разъединение наночастиц

Еще одним из интересных свойств наночастиц стала их возможность делать отпечатки пальцев человека более четкими и повышать вероятность идентификции тех, которые обнаруживают на месте преступления. Данный метод был предложен австралийскими и американскими исследователями. Он заключается в использовании наночастиц с “привязанными” к ним антителами, которые выявляют следы аминокислот.

Анализаторы размеров частиц Horiba

Анализаторы размеров частиц от компании Horiba – это сверхточное оборудование для ускоренного анализирования наночастиц, которые входят в состав суспензий, эмульсий и даже сухих веществ. Диапазон применения: косметика, продукты питания, керамика, метало порошки, химическое полирование и многое другое. Horiba способна решить любые прикладные задачи в сельскохозяйственной, горнодобывающей, строительной, геологической, химической отраслях промышленности. Такие анализаторы можно использовать как лабораторное оборудование для различных целей в исследовательских и измеряющих лабораториях, как контроль качества.

Наша компания предлагает вам анализаторы размеров частиц фирмы Horiba – проверенного мирового бренда, который внесен в государственный реестр средств измерения России. Мы гарантируем качество товара японского производителя и готовы к сотрудничеству на взаимовыгодных условиях для обеих сторон.

Источник

Наночастицы

Просвечивающаяся электронная микроскопия (a, b, и c) образы подготовлены как мезопористые наночастицы кремнезема со средним наружным диаметром: (a) 20нм, (b), изготовленных по технологии 45 нм, и (c) 80 нм. SEM (d) изображения, соответствующие (б). Вставки не являются высоким увеличением мезопористого кремнезема, частицы.

Наночастицы (англ. nanoparticle ) — наночастицы — это частицы с размером между 1 и 100 нанометров. В нанотехнологии частицы определяются как небольшие объекты, которые ведут себя как единое целое, с учетом их транспортабельности и свойств. Частицы классифицируются в зависимости от диаметра. [1] Сверхтонкие частицы такие же, как наночастицы, так и между размерами 1 и 100 нм. Крупные частицы покрывают диапазон от 2500 и 10 000 нанометров. Мелкие частицы имеют размер от 100 и 2500 нм.

Содержание

Введение

Определение

Нанокластеры имеют как минимум одно измерение между 1 и 10 нм и узким распределением по размерам. Нанопорошки [19] являются агломераты из ультратонких частиц, наночастиц, или нанокластеров. Нанометровым размером монокристаллов, или одного домена ультрадисперсных частиц, часто называют нанокристаллами.

История

Хотя, в целом, наночастицы считаются открытием современной науки, они на самом деле имеют давнюю историю. Наночастицы использовались ремесленниками еще в девятом веке в Месопотамии для создания сверкающего эффекта на поверхности кастрюли. [20] [21]

Даже в эти дни, керамика из Средневековья и Ренессанса часто сохраняли особый металлический блеск золотого или медного цвета. Этот блеск вызван металлической пленкой, нанесенную на прозрачную поверхность остекления. Блеск все еще может быть виден, если пленка сопротивляется атмосферному окислению и другим атмосферным воздействиям. [22] [23]

Блеск, произведенный внутри самой пленки, которая содержала серебро и наночастицы меди однородно диспергированные в стеклообразную матрицу керамической глазури. Эти наночастицы были созданы ремесленниками путем добавления меди и серебра, солей и оксидов вместе с уксусом, охры и глины на поверхности предмета, ранее перед получением глазури на поверхности керамики. Объект затем помещался в печь и нагревался до примерно температуры 600 °C с последующим снижением температуры до атмосферной. [24]

В жару глазурь смягчается, вызывая ионы меди и серебра, которые мигрируют в наружных слоях глазури. Там в восстановительной атмосфере уменьшается число ионов переходя обратно в металлы, которые затем собираются вместе, образуя наночастицы, которые придают цвет и оптические эффекты. [25]

Блеск при этой методике показал, что у древних мастеров были довольно сложные эмпирические знания материалов. Сама техника зародилась в мусульманском мире. Мусульманам не разрешалось использовать золото в художественной репрезентации, они искали способ создать подобный эффект без использования реального золота. Решение они нашли, используя блеск. [26] [27]

Свойства

Нанопорошки из кремния

1 кг частиц 1 мм 3 имеет такую же площадь поверхности, как 1 мг частиц 1 нм 3

Наночастицы представляют большой научный интерес, поскольку они являются, по сути, мостом между сыпучими материалами и атомной или молекулярной структур. Сыпучие материалы должны иметь постоянные физические свойства независимо от их размеров, но на уровне нано-масштаба часто наблюдается свойства, зависимые от размеров. Таким образом, изменения свойств материалов, как и их размеры, когда они приближаются к нано-размерам и когда доля атомов на поверхности материала становится значительной. Для сыпучих материалов больше, чем один микрометр (или микрон), доля атомов на поверхности незначительна по отношению к числу атомов в объеме материала. Интересные и порой неожиданные свойства наночастиц проявляются благодаря большой площади поверхности материала, которая имеет небольшой объем материала.

Наночастицы часто имеют неожиданные оптические свойства, так как они достаточно малы, чтобы ограничить их электроны и произвести квантовые эффекты. [28] Например, золотые наночастицы появляются в виде от темно-красный до черного цвета в растворе. Наночастицы из желтого золота и серого кремния имеют красный цвет. Наночастицы расплава золота при более низких температурах (

300 °C имеют размер 2,5 нм) по сравнению с золотои плит (1064 °C);. [29] Поглощение солнечной радиации гораздо выше, в материалах, состоящих из наночастиц, чем в тонких пленках непрерывных листов материала. В обоих солнечных фотоэлектрических и солнечных тепловых приложений можно контролировать размер, форму и материал частиц, по поглощению солнечной энергии. [30] [31] [32]

Другой «размер-свойство», зависящий от изменения, включают квантовый конфайнмент (квантовый потенциал) [1] в полупроводниковых частицах при «поверхностном плазмонном резонансе» [2] [33] в некоторых частицах металла и включает суперпарамагнетизм в магнитных материалах. Казалось бы, ирония заключается в том, что изменения физических свойств не всегда желательны. Ферромагнитных материалов с размерами меньше 10 нм могут переключить на замагничивание при комнатной температуре при использовании тепловой энергии, что делает их непригодными для хранения памяти. [34] В суспензии наночастиц возможны взаимодействия поверхности частиц с растворителем, что является достаточно сильным для преодоления различной плотности, которые в противном случае, как правило, в результате делают материал, либо тонущим или плавающим в жидкости.

Высокое соотношение площади поверхности к объему наночастиц обеспечивает огромную движущую силу для диффузии, особенно при повышенных температурах. Спекание может происходить при более низкой температуре, за более короткие временные масштабы, чем для более крупных частиц. В теории это не влияет на плотность конечного продукта, хотя трудности с движением и склонность к агломерации наночастиц усложняет дело. Кроме того, найденные наночастицы были для того, чтобы придать дополнительные свойства для различных повседневных продуктов. Например, присутствие наночастиц диоксида титана придает ему то, что мы называем эффектом самоочистки, и, размеры нано-диапазона частицы нельзя наблюдать. Частицы оксида были обнаружены с улучшенным УФ-блокирующим свойством, что позволило применить к массовой замене обычных частиц. Это одна из причин, почему оксид цинка часто используется в подготовке солнцезащитных лосьонов, [35] и сделать их полностью светостабилными. [36]

Глина наночастиц при включении в полимерные матрицы увеличивают арматуру, что ведет к ускоренной подаче пластмассы при проверке её выше температуры стеклования и других механических свойств испытания. Эти наночастицы тяжело применять для изменения свойства полимера (пластика). Наночастицы также были прикреплены к текстильныем волокнам для того, чтобы создать смарт и функциональную одежду. [37]

Металлическими, диэлектрическими и полупроводниковыми наночастицами были сформированы гибридных структуры (например, core-shell наночастиц). [38] Наночастицы из полупроводникового материала, может быть, также помечены квантовыми точками, если они достаточно малы (обычно суб-10 нм), что позволяет квантование электронных уровней энергии. Такие наноразмерных частицы используются в биомедицинских целях в качестве перевозчиков наркотиков [3] или изображений агентов [4]. Полупроводниковых наночастиц (квантовых точек) сульфида свинца с полной пассивации олеиновая кислота, oleyl и гидроксила (Размер

Полупроводниковых наночастиц (квантовых точек) сульфида свинца с полной пассивацией олеиновой кислоты, oleyl и гидроксила (Размер

Полутвердые и мягкие наночастиц были изготовлены. Прототип наночастиц с полу-твердым типом — это липосомы [5]. Различные типы липосомных наночастиц используются в настоящее время клинически в качестве средств доставки противоопухолевых препаратов и вакцин.

Функционирование

Поверхность покрытия наночастиц имеет решающее значение для определения их свойств. В частности, поверхностью покрытия можно регулировать стабильность, растворимость и адресность. Покрытие, которое является многовалентным или полимерным дает высокую стабильность. Функциональность наноматериала на основе катализаторов может быть использована для катализа многих известных органических реакций.

Поверхность покрытия для биологических применений

Для биологических применений, поверхность покрытия наночастиц биомолекулами должна быть полярной, чтобы дать высокой водной растворимостью и предотвращения агрегации наночастиц. В сыворотке или на поверхности клеток высоко-нагруженных покрытий стимулирования происходят в режиме не специфического связывания, в то время как полиэтиленгликоль, связанных терминал гидроксил или метоксил-группы отталкиваются в виде не специфических взаимодействий. [39] [40] Наночастицы могут быть связаны с биологическими молекулами, которые могут выступать в качестве адреса тегов, чтобы направить наночастицы определенных сайтов в теле [41] специфических органелл внутри клетки [42] или следовать в частности за движением индивидуального белка или молекулы ДНК в живых клетках. [43] Общим адресом-теги являются моноклональные антитела, аптамеры, стрептавидинов или пептидов. Эти таргетинги агентов в идеале должны быть ковалентно связаны с наночастицей и должны присутствовать в контролируемом количестве в наночастице. Многовалентных наночастиц, несущих несколько групп таргетингов, может кластеров рецепторов, которые активируют клеточные сигнальные пути дают более сильный «якорь» (зацепка). Моновалентные наночастицы, несущие один сайт связывания избегают кластеризации и поэтому предпочтительны для отслеживания поведения отдельных белков.

Красные кровяные клетки покрытий могут помочь наночастице уклониться от иммунной системы.

Применения наночастиц, покрытых биомолекулами, нужно сделать более биологически совместимыми с ними. en:Nanoparticle–biomolecule_conjugate

Безопасность

Наночастицы по настоящему несут возможные опасности, как с медицинской, так и с точки зрения экологической. [44] [45] Большинство из них из-за высокой поверхности по отношению к объему, которая может сделать частицы очень активными или каталитическими. Они также могут проходить через ячейки мембраны в организмах, и их взаимодействия с биологическими системами относительно неизвестны. [46] Недавнее исследование, глядя на последствия ZnO наночастиц на клетки иммунной системы человека нашло различные уровни чувствительности к цитотоксичности. [47] Есть опасения, что фармацевтические компании, ищут официального одобрения нано-переформулировок существующих лекарственных средств, которые, опираясь на данные по безопасности, создаваемых в ходе клинических исследований ранее, предварительно должны иметь измененную версию с точки зрения медицины. Это может привести к наночастицам, регулирующих органы, таких как FDA, пропавших без вести новых побочных эффектов, которые являются специфическими для нано-переформулировок. [48] Косметика и солнцезащитные средства, содержащие наноматериалы, представляют опасность для здоровья и остаются в значительной степени неизвестными на этом этапе. [49]

Однако, значительные исследования показали, что наночастицы цинка не всасывается в кровь в естественных условиях из vivo. [50] изельные наночастицы были обнаружены в повреждении сердечно-сосудистой системы в модель мыши. [51]

Концерны также были подняты для рассмотрения последствий для здоровья вдыхаемых наночастиц из определенных процессов сжигания. [52] По состоянию на 2013 Агентство по охране окружающей среды расследует безопасность следующих наночастиц: [53]

Источник

Что такое нанотехнологии и как они применяются в промышленности и медицине

Что такое нанотехнологии?

Изобретение сканирующего туннельного микроскопа положило начало полномасштабному изучению структур на наноуровне. Многие непонятные крупномасштабные явления позволяют лучше понять их работу и происхождение, когда размер системы уменьшается в геометрической прогрессии.

Поэтому нанотехнологии помогают стереть различия в точности и достоверности между малыми и большими системами. Разворот свойств на 180 градусов, наблюдаемый при уменьшении размера системы, открывает новые возможности для новых и доселе неизвестных применений.

Видео

Трехмерие, двумерие, одномерие

Общая характеристика нанотехнологий и наноматериалов

Нанотехнологии (НТ) (греческое слово «nannos» означает «карлик») — это совокупность методов манипулирования веществом на атомном или молекулярном уровне с целью получения заранее заданных свойств.

К нанотехнологиям относят технологии, обеспечивающие возможность контролируемым образом создавать и модифицировать наноматериалы, а также осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба. Нанотехнологии используют: атомное сообщения молекул, локальную стимуляцию химических реакций на молекулярном уровне и др. Процессы нанотехнологий подлежат законам квантовой механики.

На сегодня основными отраслями нанотехнологий являются: наноматериалы, наноинструменты, наноэлектроника, микроэлектромеханические системы и нанобиотехнологии.

Производство на наноуровне известно как нанопроизводств — предусматривает масштабные мероприятия, создание надежного и экономически эффективного производства наноразмерных материалов, конструкций, устройств и систем. Оно предусматривает исследования, разработки и интеграции технологий сверху вниз и более сложную — снизу вверх или процессы самоорганизации.

Наноматериалы — это дисперсные или массивные материалы (структурные элементы — зерна, кристаллиты, блоки, кластеры), геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм и имеющие качественно новые свойства, функциональные и эксплуатационные характеристики, которые проявляются вследствие наномасштабных размеров.

Все вещества в начальном состоянии или после определенного обработки (измельчения) имеют разную степень дисперсности, размер составляющих частиц можно не увидеть невооруженным глазом.

Основные преимущества нанообъектов и наноматериалов состоит в том, что за малых размеров в них проявляются новые особые свойства, не характерные этим веществам в массивном состоянии.

Классификация вещества в зависимости от степени дисперсности

Классификация по размеру. По размерной признаком нанообъекты разделяют на три типа: нульмерные/ квазинульмерные (0D), одномерные (1D), двумерные (2D).

Нанообъекты нульмерные/ квазинульмерные (0D) — это наночастицы (кластеры, коллоиды, нанокристаллы и фуллерены), содержащие от нескольких десятков до нескольких тысяч атомов, сгруппированных в связи или ансамбли в форме клетки. В этом случае частица имеет нанометровые размеры во всех трех направлениях.

Наночастицы — это нанообъекты, у которого все характерные линейные размеры имеют один порядок величины (до 100 нм). Как правило, наночастицы имеют сферическую форму и, если они имеют ярко выраженное упорядоченное размещение атомов (или ионов), то их называют нанокристаллитами. Наночастицы с выраженной дискретностью энергетических уровней часто называют «квантовыми точками» или «искусственными атомами».

Сравнение геометрических размеров материалов

Нанообъекты одномерные (1D) — углеродные нанотрубки и нановолокна, наностержни, нанопровода, то есть цилиндрические объекты с одним измерением в несколько микрон и двумя нанометровыми. В данном случае один характерный размер объекта, по крайней мере на порядок превышает два других.

Нанообъекты двумерные (2D) — покрытие или пленки толщиной несколько нанометров на поверхности массивного материала (подложке). В этом случае только одно измерение — толщина должна нанометровые размеры, два других являются макроскопическими.

Практическое применение нанотехнологий

Графен обладает уникальными свойствами, но как их применять в той или иной области, пока еще вопрос. Сейчас он используется в прототипах для одноэлектронных транзисторов (пропускающих сигнал ровно в один электрон). Считается, что в перспективе двухслойный графен с нанопорами (дыры не в один атом, а побольше) сможет стать идеальным материалом для селективной очистки газов или жидкостей. Для применения графена в механике нам нужны большие площади материала без дефектов, но такое производство крайне сложно технологически.

С биологической точки зрения с графеном тоже возникает проблема: попав внутрь организма, он все отравляет. Хотя в медицине графен может использоваться как сенсор «плохих» молекул ДНК (мутирующих, с другим химическим элементом и др.). Для этого к нему прикрепляют два электрода и пропускают через его поры ДНК — на каждую молекулу он реагирует особенным образом.

В Европе уже производят сковородки, велосипеды, шлемы и обувные стельки с добавлением графена. Одна финская фирма изготавливает компоненты для машин, в частности для автомобилей Tesla, в которых кнопки, детали приборной панели и экраны сделаны из довольно толстых нанотрубок. Эти товары прочные и легкие.

Область нанотехнологий сложна для исследования как с точки зрения экспериментов, так и с позиций численного моделирования. Все фундаментальные вопросы, требующие небольших мощностей компьютеров, уже решены. Сегодня основное ограничение для исследований — это недостаточная мощность суперкомпьютеров.

Значение нанотехнологий

Медицина и повседневное использование

Технологические применения

Нанотехнологии появились сравнительно недавно, но сфера их применения безгранична. Огромный спектр продуктов, которые можно создать или даже улучшить с помощью этой технологии, поражает воображение. Мы можем легко изменить свойства и основные характеристики любого вещества в соответствии с нашими потребностями. Вещи можно сделать дешевле, и в то же время более совершенными!

Источник