Похожие презентации:
Методы и продукция СМХ-нанотехнологий («самосборки» молекул)
1. Лекционный курс «Физические основы нанотехнологий и их применение в нефтегазовой отрасли»
Часть 1ДВА ВИДА НАНОТЕХНОЛОГИЙ.
НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Тема МЕТОДЫ И ПРОДУКЦИЯ СМХ-НАНОТЕХНОЛОГИЙ
(«САМОСБОРКИ» МОЛЕКУЛ)
2.
Наноупаковка лекарствдля разрушения опухолей
Под действием ИК света
оболочка
наночастиц разрушается
20nm
3.
Нанотерапиязлокачественных
опухолей мышей
Контроль
120
100
80
Control
60
Treatment
Sham
40
20
Time (days)
Направление
луча лазера
Дни
28
25
22
19
16
13
10
7
4
0
1
% Surviving
% выживания
Нанотерапия
4.
«НАНОТЕХНОЛОГИИ»«ОБЫЧНОЙ»
И СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ
ХИМИИ
5.
«Нанооборудование» и «нанотехнологии»Механосинтез
«Обычная» химия и СМХ
6.
Сульфид меди CuS.Встречается в природе в виде ромбических
кристаллов минерала ковеллина
7.
Кристаллы сульфида меди CuS используют дляизготовления многократно программируемых
«наномостиков»
в логических интегральных микросхемах (ПЛИС).
8.
ГИПОТЕТИЧЕСКАЯ НАНОТЕХНОЛОГИЯМЕХАНОСИНТЕЗА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО CuS
Зонд – манипулятор по-одному перемещает базовые
«строительные элементы» (атомы меди и серы)
медленно формируя отдельные нанокристалы CuS
9.
«НАНОТЕХНОЛОГИЯ» ХИМИИЗаготовка больших количеств
базовых «строительных элементов»
Раствор хлорида меди
Раствор сульфида натрия
Быстрое получение больших количеств
молекулярных «наноизделий»
Cu2+ + S2- = CuS
Кристаллы сульфида меди
10.
«ОБЫЧНАЯ» ХИМИЯСИЛЬНЫХ КОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ
Ограниченный набор
базовых
«строительных элементов»
Многообразие молекулярных
«наноизделий»
11.
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯСЛАБЫХ НЕКОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ
Многообразие базовых
«строительных элементов»
«Вселенная»
супрамолекулярных
«наноизделий»
12.
НАНОТЕХНОЛОГИИ - 2СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ (СМХ)
САМООРГАНИЗАЦИЯ
13.
Супрамолекулярные( надмолекулярные )
«нанопродукты»
с нековалентными связями
14.
Одномерные (1D) структуры с водородными связямиЛинейные и зигзагообразные цепочки
Структуры цепочек определяются геометриями орбиталей атомов металлов
и направленным характером водородных связей
15.
Двумерные (2D) структуры с водородными связями1D
2D
16.
Трехмерные (3D) структуры с водородными связями2D
3D
17.
СМХ - САМООРГАНИЗАЦИЯМОЛЕКУЛЯРНОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
СТРУКТУРЫ
« ХОЗЯИН - ГОСТЬ »
18.
В 1894 году Эмиль Фишер (Emil Fischer) высказал предположение,что форма некоторых молекул (энзимов) является определяющим
фактором для нековалентных взаимодействий. Взаимодействия
происходят, если формы молекул «подходят» друг к другу – так
же как к замку подходит только определенный ключ.
Впоследствии, образующиеся супрамолекулярные структуры
стали описывать терминами «замок – ключ» и «хозяин – гость».
При образовании подобных структур происходит
молекулярное распознавание «хозяином» определенных
молекул среди множества разнообразных «гостей»..
19.
Самосборка структур «хозяин – гость»путем молекулярного распознавания
Формирование
молекулы - хозяина
X
Y
Самосборка
супрамолекулярных
структур
Ковалентная
связь
Нековалентные
связи
Молекула
- хозяин
Молекулы гости
20.
Пример компактной структуры« хозяин – гость »
Хозяин.
Молекула «прищепка»
Гость.
Молекула
C6H6O2
21.
Нобелевская премия по химии 1987 года заисследования молекулярного распознавания
«хозяин – гость» :
* Дональд Крам (Donald J. Cram, 1919-2001) - США
* Жан Лен (Jean-Marie Lehn, 1939-) - Франция
* Чарльз Педерсен (Charles J. Pedersen, 1904-1989) - США
Термин «супрамолекулярная химия»
впервые использовал Ж.М. Лен
в 1978 году
22.
« НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ »( Педерсен )
Краун – эфиры (crown-ethers)
23.
« НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ »( Лен )
Криптанды (cryptands)
[2.2.2]-криптанд, образующий комплекс
«хозяин-гость» с ионом Na+ .
24.
« НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ »( Крам )
Сферанды
и
Кавитанды
«ХОЗЯИН» - сферанд
«ХОЗЯИН» - кавитанд
25. Самоорганизующиеся амфифильные системы
«СМХ» самоорганизацияСамоорганиз
ующиеся
амфифильные
системы
АССОЦИАТИВНЫЕ (НАНО)КОЛЛОИДЫ
26.
СИСТЕМЫПРОСТЫХ
АМФИФИЛЬНЫХ
МОЛЕКУЛ
( ПАВ )
27. Амфифильные (дифильные) молекулы
Полярнаягруппа
Неполярная
группа
phosphatidyl choline lyso- phosphatidyl
choline
dodecylsulphate
28. Мицеллобразование в растворе ПАВ
Образование стабильных (нано)агрегатов при ККМ( критической концентрации мицеллообразования )
Малые концентрации
Высокие концентрации
29. М И Ц Е Л Л Ы
МИЦЕЛЛЫ10-100 nm
Устаревшая модель
«Прямые» мицеллы
в воде
«Обратные»
мицеллы
в масле
Нанореакторы
Солюбилизация
Добыча нефти
«Упаковка»
лекарств
30.
Резкие изменениясвойств жидкости
вблизи ККМ
В идеальных
(модельных) системах:
Выше ККМ –
концентрация мономеров
постоянна.
Форма мицелл
не меняется
31.
Простая фазовая диаграммамодельных ионных ПАВ
Раствор додецилсульфата натрия (SDS)
32. СИСТЕМЫ АМФИФИЛЬНЫХ БЛОК - СОПОЛИМЕРОВ
33.
Диблочныесополимеры
AB
Триблочные
сополимеры
ABC=(A)x(B)y(C)z
ABA=(A)x(B)Y(A)z
ABC=(A)x(B)y(C)z
Блок - сополимеры:
Амфифильные
макромолекулы, состоящие
из двух (и более) различных
мономеров (блоков).
(AB, ABA, ABC...)
34.
ДИБЛОЧНЫЕ СОПОЛИМЕРЫМОЛЕКУЛА
ПРОСТЕЙШАЯ
НАНОСТРУКТУРА
«МИЦЕЛЛА»
35.
РАЗНООБРАЗИЕ НАНОСТРУКТУР (НАНОФАЗ),образуемых при самоорганизации блок-сополимеров
36.
СТРУКТУРНЫЕ ТИПЫ НАНОФАЗ37.
ГЦК нанофазасферических элементов
38.
Гексагональная нанофазацилиндрических элементов
39.
Ламеллярнаянанофаза
БИСЛОИ
МОЛЕКУЛ
40.
Биконтинуальныенанофазы
41.
Структуры нанофаз, образуемыхпри самоорганизации триблочных сополимеров
42.
Установленыдиаграммы
состояния
нанофаз
ПРИ НАЛИЧИИ
САМООРГАНИЗАЦИИ
И
ЗНАНИИ
ФАЗОВОЙ ДИАГРАММЫ
ТЕМПЕРАТУРА
«НАНОТЕХНОЛОГИЯ»
↓
КОНЦЕНТРАЦИЯ
ПОСТРОЕНИЕ
НУЖНЫХ
НАНОСТРУКТУР
ПУТЕМ
ПРОСТОГО
ИЗМЕНЕНИЯ
ВНЕШНИХ
УСЛОВИЙ
43.
ПРИМЕРЫНАНООБЪЕКТОВ
И НАНОСТРУТУР,
ПОЛУЧАЕМЫХ
МЕТОДАМИ
СМХ - САМООРГАНИЗАЦИИ
44.
Самосборка топологически сложного нанообъекта –«молекулярных колец Борромео»
Молекулярные «детали»: 6 ионов переходного металла Zn2+
6 молекул тридентантного лиганда (2,6-diformylpyridine);
6 молекул бидентантного лиганда диамина;
45.
НАНОБЪЕКТЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ СТРУКТУРОЙИСПОЛЬЗОВАНИЕ – в системах обработки информации, датчиках и т.п.
46.
СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»Молекулярный переключатель
ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
0 1
Переключение – при
изменении
кислотно – щелочного
баланса среды
47.
СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»Оптически управляемый
молекулярный переключатель
48.
СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»Молекулярный разъем
« Розетка »
« Вилка »
Включение – выключение передачи энергии фотовозбуждения
– при изменении кислотно – щелочного баланса среды
49.
СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»Молекулярный лифт
Спуск/подъем – при изменении кислотно – щелочного
баланса среды
50.
Самоорганизация молекулярных цепочек органическогополупроводника на поверхности графита (СТМ изображение)
51.
САМООРГАНИЗАЦИЯ ГЕЛЕВЫХ СТРУКТУРИЗ «НАНОВОЛОКОН»
Самооганизация
геля
Самооганизация
«нановолокна»
1 mm
52.
Наногелевая «упаковка» лекарствдля разрушения опухолей
20nm
53. Наногелевый «поршень»
0.1 mmpH 3.5
Наногелевый
«поршень»
ГЕЛЬ
pH 7.6
pH
Управление – изменением кислотно
- щелочного баланса среды (рН)
54. Периодический режим работы «поршня» («наногелевый двигатель»)
t=0t=0
125
52
177
72
219 s
114 s
55. ЦИКЛЫ РАБОТЫ «НАНОГЕЛЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ»
0.032ДЛИНА
0.028
0.024
0.02
8
0.016
6
pH
4
2
0
2000
4000
6000
ВРЕМЯ , секунды
8000
56.
«…. Тысячи нанороботовпройдут
по нефтяному пласту….»
57.
Гипотетическиепродукты
нанотехнологий
механосинтеза
58.
Реальныепродукты
супрамолекулярных
нанотехнологий
59.
«Нанороботы»в
порах пласта
Более 100 000 000 «нанороботов»
60.
КОНЕЦЛЕКЦИИ