Công nghệ và ứng dụng của nano

0
93
Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc
Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc

Giới thiệu về công nghệ nano

Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano

Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m). Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài.

Công nghệ nano
Công nghệ nano

Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử.

Cơ sở khoa học của công nghệ nano

Công nghệ nano dựa trên những cơ sở khoa học chủ yếu sau:

  • Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 μm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn.
  • Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
  • Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu.
Lĩnh vực Tính chất Độ dài tới hạn (nm)
Tính chất điện Bước sóng điện tử 10 – 100
Quãng đường tự do trung bình không đàn hồi 1-100
Hiệu ứng đường ngầm 1 – 10
Tính chất từ Độ dày vách đômen 10-100
Quãng đường tán xạ spin 1-100
Tính chất quang Hố lượng tử 1-100
Độ dài suy giảm 10-100
Độ sâu bề mặt kim loại 10-100
Tính siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100
Độ thẩm thấu Meisner 1-100
Tính chất cơ Tương tác bất định xứ 1-1000
Biên hạt 1-10
Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100
Sai hỏng mầm 0,1-10
Độ nhăn bề mặt 1-10
Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10
Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-100
Cấu trúc nhị cấp 1-10
Cấu trúc tam cấp 10-1000
Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10

 

Ứng dụng của công nghệ nano trong sinh học và y học

Do có nhiều tính năng độc đáo và kích thước tương đương với các phân tử sinh học nên hiện nay, công nghệ nano đang được đầu tư nghiên cứu đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh. Các ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano trong lĩnh vực này là:

Chẩn đoán

Sử dụng các hạt nano (hạt nano vàng, nano từ, chấm lượng tử…) để đánh dấu các phân tử sinh học, vi sinh vật, phát hiện các chuỗi gen nhờ vào cơ chế bắt cặp bổ sung của DNA hoặc cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng thể.

Vận chuyển thuốc

Cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể bằng cách sử dụng các hạt nano nhằm tiết kiệm thuốc và tránh các tác dụng phụ.

Xem thêm: Nano bạc là gì và công dụng của Nano bạc trong nông nghiệp

Mô kỹ thuật

Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái sản xuất hoặc sửa chữa các mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng “giàn” dựa trên vật liệu nano và các yếu tố tăng trưởng.

Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc
Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc

 

LEAVE A REPLY