Transcript νανοτεχνολογία

νανοτεχνολογία
ΤΙ ΕΙΝΑΙ, ΤΙ ΜΑΣ ΠΡΟΣΦΕΡΕΙ, ΤΟΜΕΙΣ ΠΟΥ
ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΑΙ, Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ.
Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α Τ Η Σ 6 ΗΣ Ε Ε .
Η Νανοτεχνολογία στη Βιομηχανία
Η νανοτεχνολογία στις μέρες μας
 Η νανοτεχνολογία ασχολείται με την παραγωγή,
την έρευνα και την χρησιμοποίηση ιδιαίτερα μικρών
δομών. Το πρόθεμα “νανο” προέρχεται από την
ελληνική γλώσσα και σημαίνει “νάνος”. Ένα
νανόμετρο (nm = δισεκατομμυριοστό του μέτρου)
είναι ένα εκατομμυριοστό του χιλιοστόμετρου και
αντιστοιχεί περίπου στο ένα δεκακισχιλιοστού του
πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας, έτσι βρισκόμαστε
στον μικρότερο τομέα των ατόμων και των
μορίων.
Τομείς της βιομηχανίας
 Τρόφιμα (παγωτά που δεν χαλούν, hot dog που
μειώνουν την χοληστερίνη)
 Καλλυντικά (αμερικανική IGI Inc., η οποία
κατασκευάζει μικροκάψουλες ενσωμάτωσης
ενυδατικών και άλλων συστατικών)
 Συσκευασίες (αυτό-διασπώνται)
 Ρούχα (Παντελόνια που είναι... αλλεργικά στους λεκέδες υπάρχουν
ήδη στα ράφια των καταστημάτων. Το κατορθώνουν χάρη σε μοριακά
νανοσπειρώματα που κρύβονται στο ύφασμά τους)
 Ιατρική
Τομείς της βιομηχανίας
 Οι εφαρμογή των προϊόντων γίνεται σε τομείς:
1) Σφράγιση – μόνωση
2) Αφαιρετικά ρύπων
3) Αντιθαμπωτικά
4) Συντήρηση
Νανομηχανική Προσθετικών Οργάνων
(Nanoengineered Prosthetics)
 Σε ελαφρά μεγαλύτερα μεγέθη, υπάρχει αρκετό
πεδίο ανάπτυξης για το άμεσο μέλλον
στην νανομηχανική προσθετικών οργάνων. Ήδη
ξέρουμε ότι μπορούμε να συνδέσουμε συσκευές με
μέρη του νευρικού μας συστήματος, που
επεξεργάζονται οπτικές ή ακουστικές πληροφορίες
Κυτταρική Επεξεργασία
 Τα κύτταρα είναι εξαιρετικά σύνθετα συστήματα για τα
οποία ακόμα δεν γνωρίζουμε αρκετά. Για αυτόν τον
λόγο, θα καθυστερήσουμε να δούμε νανορομπότ
(nanorobots) να κάνουν σύνθετες επεμβάσεις στους
οργανισμούς μας. Εντούτοις, δεδομένου ότι μαθαίνουμε
όλο και περισσότερα είναι πιθανό να βρούμε τρόπους να
χειριστούμε και να επηρεάσουμε κυτταρικά συστήματα
και θα επιτύχουμε πολλά σε αυτό το τομέα:
κατευθύνοντας κατεστραμμένο νευρικό ιστό να αυτόαναπλαστεί, παραδείγματος χάριν, ή ακόμα
αναπτύσσοντας εργαστηριακά, μέρη του σώματός μας
που θέλουμε να αντικαταστήσουμε
Νανοσωλήνας άνθρακα
 Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι ομόκεντροι κύλινδροι







γραφίτη, κλειστοί σε κάθε άκρο με πενταμελείς δακτυλίους
και ανακαλυφθήκαν το 1991 από τον Sumio Iijima.
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
Τρανζίστορς, αντικατάσταση του πυριτίου, δίοδοι,
νανοπυκνωτές
Κβαντικοί υπολογιστές.
Επίπεδες οργανικές οθόνες
Βαφή εκτροπής της ακτινοβολίας ραντάρ
Ενίσχυση σήματος σε κινητά τηλέφωνα (και όχι μόνο)
Αντικατάσταση οπτικών ινών (αργότερα), ηλεκτρικών
καλωδίων
Νανοαισθητήρες εξαιρετικής ευαισθησίας
Στρατιωτικός εξοπλισμός και
νανοτεχνολογία
 Η νανοτεχνολογία χρησιμοποιείται σε πολλούς
διαφορετικούς τομείς. ’Ενας από αυτούς είναι και ο
στρατός
 Δε θα πρέπει ωστόσο να φανταστεί κάποιος πως η
νανοτεχνολογία πρόκειται για επιστημονική
επανάσταση. Είναι η εξέλιξη της επιστήμης που
μπορεί να χειρίζεται όλο και μικρότερες κλίμακες.
«Έξυπνες» στολές για στρατιώτες
 Οι στρατιώτες του μέλλοντος δεν θα χάνουν ποτέ τον
προσανατολισμό τους, θα «βλέπουν» τους
κρυμένους αντιπάλους τους ενώ, αν παραστεί
ανάγκη, θα γίνονται και αόρατοι!
 Μείωση βάρους στολών και εξοπλισμού.
 Χιλιάδες μικροσκοπικά gadjets (φυσική κατάσταση,
γεωγραφική θέση, πλήρης ορατότητα, βοηθητικές
οδηγίες κλπ.)
Στρατιωτική νανοτεχνολογία
 Ο στρατιώτης του μέλλοντος θα μπορεί να θεραπεύει
μόνος τα τραύματά του, να εξοστρακίζει σφαίρες και
να γίνεται αόρατος.
 οι στρατιωτικές στολές θα πρέπει εξοπλισθούν με
ηλεκτρικές γεννήτριες που θα τροφοδοτούν με
ρεύμα τις πολυάριθμες ηλεκτρονικές συσκευές
 ανακοινώθηκε η χρηματοδότηση του MIT με 50
εκατομμύρια δολάρια για την ίδρυση ενός νέου
νανοτεχνολογικού ινστιτούτου
Institute for Soldier Nanotechnologies
 Η επιλογή του ΜΙΤ (Massachusetts Institute of
Technology) ήταν αναμενόμενη, η τεχνογνωσία του
πανεπιστημίου στο χώρο της νανοτεχνολογίας είναι
κορυφαία. Χειρίζεται μεγέθη 100νμ, το 1/100 της
ανθρώπινης τρίχας.
Νανοϊατρική και εφαρμογές
 Νανοϊατρική ορίζεται ως η εφαρμογή της
Νανοτεχνολογίας στον τομέα της υγείας
 Στόχος της Νανοϊατρικής είναι η βελτίωση τόσο της
διαγνωστικής ιατρικής όσο και της θεραπευτικής
ιατρικής και η ανάπτυξη μεθόδων για τη
συστηματική ιατρική παρακολούθηση.
 Κλάδος της Ιατρικής, εξειδικευμένος στη χρήση
μοριακών εργαλείων και γνώσεων του ανθρώπινου
σώματος σε μοριακό επίπεδο
Νανοϊατρική και μεταφορά φαρμάκων
στον ανθρώπινο οργανισμό
 Στόχος είναι η βελτίωση, η αποτελεσματικότητα, η
αβλάβεια και η σταθερότητα των φαρμάκων.
 Ανάπτυξη σύνθετων νανο-συστημάτων για τη
στοχευμένη απόδοση περίπλοκων θεραπευτικών
φαρμάκων και βιομορίων με τη μορφή νανοφορέων.

Διαγνωστική Ιατρική
 Στη διαγνωστική ιατρική έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη μίας νέας γενιάς




διαγνωστικών τα οποία έχουν μικρό μέγεθος, απαιτούν μικρή ποσότητα
δείγματος και παρέχουν σε σύντομο χρονικό διάστημα ακριβή
βιολογικά δεδομένα μέσω μίας απλής μέτρησης
In-vitro εφαρμογές (βιοαισθητήρες: ανιχνεύουν υλικά όπως πρωτεϊνες
σε μοριακό επίπεδο).
ευαισθησίας biochips.
In-vitro απεικόνιση: η in-vivo απεικόνιση συνεισφέρει στην έγκαιρη
διάγνωση και την παρακολούθηση της εξέλιξης των ασθενειών (π.χ.
καρκινικές μεταστάσεις).
Βιοϊατρικές συσκευές: Οι νανοσυσκευές ανοίγουν νέους ορίζοντες
στην ιατρική διαγνωστική και θεραπεία, καθώς οι τεχνολογικές
πρόοδοι στα υλικά και τους βιοαισθητήρες γίνονται πρόδρομοι της
ανάπτυξης των ιατρικών εφαρμογών
Αναγεννητική Ιατρική
 Η Νανοτεχνολογία συνεισφέρει σημαντικά στην
παραγωγή έξυπνων βιοϋλικών, βιοενεργών μορίων σημάτων και στις θεραπείες βασισμένες σε κύτταρα.
 Στηριζόμενη σε νέες τεχνικές κυτταροκαλλιέργειας και
στο σχεδιασμό βιοαποικοδομήσιμων πολυμερικών
ικριωμάτων, η μηχανική ιστών εμφανίζεται στο
προσκήνιο ως η πιο προηγμένη μέθοδος θεραπείας.
 Η ανάπτυξη, από την πλευρά των κυττάρων, είναι μία
συνεχής διεργασία κυτταρικής αναδιοργάνωσης που
εξαρτάται από την παρουσία αυτο-ανανεώσιμων
εμβρυονικών κυττάρων και την εξέλιξη τους σε ώριμα
κύτταρα
Νανοτεχνολογία και θεραπεία καρκίνου
 Ασχολείται με την έγκαιρη ανίχνευση, διάγνωση και
πρόγνωση, καθώς και τις στοχευόμενες θεραπείες του
καρκίνου.
 Η μοριακή απεικόνιση ζωντανών κυττάρων είναι ένα
σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη των μηχανισμών
καρκινογένεσης και τον καθορισμό των θεραπειών των
νεοπλασιών.
 Ασφαλέστερα φάρμακα για τον καρκίνο που θα
χαρακτηρίζονται από επαρκή συγκέντρωση της δραστικής
ουσίας στο σώμα, επιτρέποντας τη χορήγηση
αποτελεσματικής δόσης στο σημείο της νεοπλασίας.
 Βελτιωμένη θεραπευτική δράση των φαρμάκων μέσα από την
πιο αποτελεσματική χορήγηση στους βιολογικούς στόχους και
μειωμένη τοξικότητα
. Πλεονεκτήματα της νανο –ιατρικής σε
σύγκριση με την κλασική ιατρική
Παραδοσιακή ιατρική (Top down
approach)
Επίπεδο ιστού
Νανο-ιατρική (Bottom-up approach)
Συμπτώματα, προχωρημένο στάδιο
ασθένειας
Μη έγκαιρη διάγνωση κακή πρόγνωση
Χωρίς συμπτώματα, αρχικό στάδιο
Θεραπείες σχεδιασμένες για ομάδες
ασθενών
Συχνά έλλειψη αποτελεσμάτων
Μοριακό επίπεδο
Πρώιμη διάγνωση κ’ πιθανότητες
επιβίωσης
Επεμβάσεις σε κυτταρικούς πληθυσμούς
Στοχευμένη αποτελεσματική θεραπεία
Ανεπιθύμητες ενέργειες σε άλλα
συστήματα
Ογκώδης εξοπλισμός, χρήση σε ειδικό
χώρο
Απαιτείται εξειδικευμένο προσωπικό
Α.Ε. στον υπόλοιπο οργανισμό
Υψηλό κόστος εφαρμογής
Xαμηλότερο κόστος
Φορητά συστήματα, ευκολία
Πρόσβαση στο μη ειδικό χρήστη
Μελλοντικές κατευθύνσεις της Νανοϊατρικής
 ανώδυνες κυτταροθεραπείες σε επιλεγμένα σημεία,
 αλληλοεπιδράσεις μεταξύ των κυττάρων και του άμεσου




περιβάλλοντός τους,
παρακολούθηση της αναγέννησης των ιστών,
μέθοδοι απελευθέρωσης εμβρυονικών κυττάρων σε
ικριώματα από βιοϋλικά, χωρίς προβλήματα επιβίωσης
των κυττάρων,
ορθολογική βάση δεδομένων που παρέχει πληροφορίες
σχετικά με την προσκόλληση, τον πολλαπλασιασμό και
τη διαφοροποίηση των κυττάρων καθώς και τη
βιοχημεία των κυττάρων και των ιστών και
περιβάλλον για αποθήκευση και διατήρηση λίγων ή και
ενός κυττάρου.
Μελλοντικές κατευθύνσεις της Νανοϊατρικής
 ανώδυνη λήψη δείγματος από σωματικά υγρά ή ιστούς για βιοψία,
 ενσωμάτωση της διεργασίας προετοιμασίας του δείγματος στις




συσκευές,
επιπλέον μείωση του απαιτούμενου όγκου των βιολογικών
δειγμάτων
ολοκληρωμένη ανάλυση ενός βιο-μοτίβου (χαρτογράφηση) που
περιλαμβάνει γονίδια, πεπτίδια και μικρά μόρια, σε ένα πολύπλοκο
δείγμα,
συστήματα διάγνωσης με ενσωματωμένο λογισμικό, δείκτες για
συγκεκριμένες ασθένειες
Οι υπέρμαχοι της Νανοτεχνολογίας σήμερα ονειρεύονται τη
δημιουργία σμηνών από Νανορομπότ -ρομπότ με διαστάσεις μερικά
δισεκατομμυριοστά του μέτρου- που θα μπορούν να επισκευάσουν
μεταλλάξεις στο DNA ή να σκοτώσουν καρκινικά κύτταρα, προτού
δημιουργήσουν όγκους.
Κίνδυνοι και προβληματισμοί
 Ισότητα και νανο-διαχωρισμός:μεγαλώνει το χάσμα




(νανο-διαχωρισμό) μεταξύ των ανεπτυγμένων και
των αναπτυσσόμενων χωρών
Ιδιωτικότητα: πρόσβαση σε προσωπικά δεδομένα
Χρηματοδότηση της έρευνας και προτεραιότητες
Στρατιωτικές εφαρμογές
Νομοθεσία: Οι νανοτεχνολογίες αναμφισβήτητα
θέτουν προκλήσεις σε επίπεδο νομοθεσίας και
νομοθετικών πλαισίων.
Η ιστορία της Νανοτεχνολογίας
Η ιστορία της Νανοτεχνολογίας
 Πρώτη αναφορά από τον φυσικό Richard
Feynman
 Ο Norio Taniguchi από το Πανεπιστήμιο
Επιστημών του Τόκιο, ήταν ο πρώτος που όρισε τη
νανοτεχνολογία το 1974
 O Eric Drexler είναι συγγραφέας, θεωρητικός
ερευνητής προβλέπει την χρήση νανομηχανών για
την δημιουργία κατασκευών με ακρίβεια.
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΚΑΙ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ




ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΚΑΙ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
ΣΤΡΑΤΟΣ ΚΑΙ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
ΤΡΟΦΙΜΑ ΚΑΙ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
Κίνδυνοι νανοτεχνολογίας
 Τεχνολογικές, οικονομικές και κοινωνικές αλλαγές.
 Μικρό μέγεθος αντικειμένων για να τα
αντιλαμβανόμαστε.
 Κίνδυνοι μόλυνσης.
 Μεγάλο χάσμα μεταξύ των χωρών του κόσμου.
 Μεγάλο χάσμα μεταξύ πλουσίων (απολαμβάνουν τα
οφέλη των νανοτεχνολογιών) και πτωχών (μόνο τα
μειονεκτήματα).
Η νανοτεχνολογία στη Φύση
 Στα τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια ύπαρξής της, η
φύση εφηύρε, εν μέρει, εκπληκτικές λύσεις
αντιμετώπισης των προβλημάτων της.
 Ακάρεα που ζουν στην φλούδα του τυριού
βελτιώνουν την γεύση του. Ορατά μόνο με
ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
 σαύρες γκέκο:Το πέλμα του γκέκο είναι
εφοδιασμένο με λεπτότατα τριχίδια τα οποία είναι
τόσο εύκαμπτα ώστε για μεγάλα διαστήματα να
προσεγγίζουν το υπόβαθρο μερικά μόλις νανόμετρα.
Το γκέκο μπορεί έτσι να τρέχει στο ταβάνι.
Η νανοτεχνολογία στη Φύση
 Συγκόλληση για τη διατήρηση της ζωής: γίνονται στην
φύση από οργανισμούς όπως τα μύδια.
 Όταν το μύδι θέλει να προσκολληθεί σε βράχο ανοίγει τις
θυρίδες του και προωθεί τον πόδα του προς τον βράχο,
κυρτώνει τον πόδα ώστε να σχηματίζει βεντούζα και,
μέσω μικροσκοπικών αγωγών, εκκρίνει σφαιρίδια
συγκολλητικής ύλης, που ονομάζεται μικκύλιο, στο
κοίλωμα υποπίεσης. Εκεί τα σφαιρίδια διαρρηγνύονται
και απελευθερώνουν ισχυρή μέσα στο νερό
συγκολλητική ύλη, η οποία αμέσως σχηματίζει μικρά
μαξιλάρια αφρού. Σε αυτόν τον απορροφητή κραδασμών
αγκυροβολεί το μύδι με ελαστικά νημάτια βύσσου, έτσι
ώστε να κλυδωνίζεται από το κύμα χωρίς επιπτώσεις.