Основни направления и концепции на нанохимията
Нанохимията е наука, която изучава свойствата на различни наноструктури, както и разработването на нови начини за тяхното получаване, изследване и модифициране.
Една от приоритетните задачи на нанохимията е да установи връзката между размера на наночастицата и нейните свойства.
Обектите на нанохимичните изследвания са тела с такава маса, че еквивалентният им размер (диаметърът на сфера, чийто обем е равен на обема на тялото) остава в рамките на наноинтервала (0,1 - 100 nm)
Поради разположението на наносвета на границата на класическата физика и квантовата механика, неговите обекти вече не могат да се считат за абсолютно идентични и статистически неразличими. Всички те са индивидуални и една наночастица се различава от друга наночастица по състав, структура и много други параметри.
Нанохимията е в етап на бързо развитие, следователно, с нейната
Проучването постоянно повдига въпроси, свързани с понятията и термините.
Ясни разграничения между термините „клъстер“, „наночастица“ и „квант“.
точка” все още не е формулиран. Терминът "клъстер" се използва по-често за
частици, съдържащи малък брой атоми, терминът "наночастици" - за
по-големи агрегати от атоми и е обичаен за описание на свойствата
метали и въглерод. Под термина "квантова точка" обикновено е
се имат предвид частици от полупроводници и острови, където квант
ограниченията на носителите на заряд или екситоните влияят на техните свойства.
Теоретичната нанохимия разработва методи за изчисляване на поведението на нанотелата, като взема предвид такива параметри на състоянието на частиците като пространствени координати и скорости, маса, характеристики на състава, форма и структура на всяка наночастица.
Експерименталната нанохимия се развива в три посоки.
1. В рамките напървиясе разработват и използват свръхчувствителни спектрални методи, които позволяват да се прецени структурата на молекулите, включително десетки и стотици атоми.
2. Второтонаправление изследва явленията при локални (локални) електрически, магнитни или механични въздействия върху нанотела, реализирани с помощта на наносонди и специални манипулатори. В този случай целта е да се изследва взаимодействието на отделни газови молекули с нанотела и нанотела помежду си, за да се разкрие възможността за вътрешномолекулни пренареждания без разрушаване на молекулите и с техния разпад. Това направление също се интересува от възможността за "атомно сглобяване" на нанотяло с желанияхабитус(външен вид), когато атомите се движат по повърхността на субстрата (основния материал, чиято повърхност е подложена на различни видове обработка, което води до образуването на слоеве с нови свойства или растежа на филм от друг материал).
3. В рамките натретонаправление се определят макрокинетичните характеристики на колективите от нанотела и техните функции на разпределение по параметри на състоянието.
Приложната нанохимия включва:
§ разработване на теоретични основи за използването на наносистеми в инженерството и нанотехнологиите, методи за прогнозиране на развитието на специфични наносистеми в условията на тяхното използване, както и търсене на оптимални методи за работа (техническа нанохимия);
§ създаване на теоретични модели на поведението на наносистемите при синтеза на наноматериали и търсене на оптимални условия за тяхното производство (синтетична нанохимия);
§ изследване на биологични наносистеми и създаване на методи за използване на наносистеми за медицински цели (медицинска нанохимия);
§ разработване на теоретични модели на образованието и миграциятананочастици в околната среда и методи за пречистване на природни води или въздух от наночастици (нанохимия на околната среда).
Медицина и здравеопазване. Получени са доказателства, че употребата на
наноустройствата и наноструктурираните повърхности могат да увеличат
ефективност на анализа в такава трудоемка област на биологията като дешифрирането
генетичен код. Разработване на методи за определяне на индивид
генетични черти доведе до революция в диагностиката и лечението
заболявания. В допълнение към оптимизирането на предписването на лекарства,
Нанотехнологиите позволиха разработването на нови методи за доставка на лекарства
болни органи, както и значително да повишат степента на тяхната терапевтичност
въздействие. Постиженията на нанотехнологиите се използват в изследванията на
клетъчна биология и патология. Разработване на нови аналитични методи,
подходящ за работа в нанометров мащаб, значително увеличен
ефективност на изследванията на химичните и механичните свойства на клетките
(включително делене и движение), а също и позволява измерване на характеристиките
отделни молекули. Тези нови техники се превърнаха в значително допълнение
методи, свързани с изследване на функционирането на живите организми.
Освен това контролираното създаване на наноструктури води до създаване на нови
биосъвместими материали с подобрени характеристики.
Молекулярни компоненти на биологични системи (протеини, нуклеинови10
киселини, липиди, въглехидрати и техните биологични двойници) са примери
материали, чиято структура и свойства се определят в наномащаба. много
естествените наноструктури и наносистеми се образуват с помощта на
методи за биологично самосглобяване. изкуственинеорганични и
органични наноматериали могат да бъдат въведени в клетките, използвани за
диагностика (например чрез създаване на визуализирани квантови
"точки") и да се използват като техни активни компоненти.
Увеличаване на обема на паметта и скоростта на компютъра с помощта на
нанотехнологиите направиха възможно да се пристъпи към моделиране на макромолекулни
мрежи в реална среда. Такива изчисления са изключително важни за
разработване на биосъвместими трансплантанти и нови видове лекарства.
Нека изброим някои обещаващи приложения на нанотехнологиите в
Бързо и ефективно дешифриране на генетични кодове, които
представлява интерес за диагностика и лечение.
Ефективно и по-евтино медицинско обслужване с
с помощта на дистанционно управление и устройства, които работят
вътре в живите организми
Нови методи за прилагане и разпространение на лекарства в тялото, които имаха
би било от голямо значение за подобряване на ефективността на лечението (напр.
доставяне на лекарства до определени места в тялото
Разработване на по-устойчиви и неотхвърлени от тялото изкуствени
тъкани и органи
Развитие на сензорни системи, които могат да сигнализират
появата на заболявания в тялото, което би позволило на лекарите
се занимават не толкова с лечение, колкото с диагностика и
Обекти на супрамолекулната химия
Терминът "супрамолекулна химия" е въведен за първи път през 1978 г.
Нобеловият лауреат, френският химик Жан-Мари Лен и
дефинирана като „химията, която описва сложни образувания, които са
резултат от свързването на два (или повече) химически вида, свързани заедно
междумолекулни сили.Представката "супра" отговаря на бълг
Надмолекулярна (супрамолекулна) химия (Supramolecular
химия) е интердисциплинарна област на науката, включително химикали,
физическите и биологичните аспекти на разглеждане са по-сложни от
молекули, химически системи, свързани в едно цяло чрез
междумолекулни (нековалентни) взаимодействия.
Обектите на супрамолекулната химия са надмолекулни
ансамбли, изградени спонтанно от допълващи се, т.е
геометрично и химическо съответствие на фрагменти, като
спонтанно сглобяване на най-сложните пространствени структури в един живот
клетка. Един от основните проблеми на съвременната химия е
насочен дизайн на такива системи, създаване на молекулярни
"градивни елементи" на високо подредени надмолекулни съединения
с дадената структура и свойства. Надмолекулни образувания
характеризиращ се с пространственото разположение на техните компоненти, техните
архитектура, "супраструктура", както и видове междумолекулни
взаимодействия, които държат компонентите заедно. В общи линии
междумолекулните взаимодействия са по-слаби от ковалентните връзки, така че
супрамолекулните асоциати са по-малко термодинамично стабилни, повече
лабилни кинетично и по-гъвкави динамично от молекулите.