1 / 71

NANOTEHNOLOĢIJA: CERĪBAS UN PERSPEKTĪVAS

NANOTEHNOLOĢIJA: CERĪBAS UN PERSPEKTĪVAS. Indriķis Muižnieks, 2014. g. 12. decembris. Tēmas:. Kas ir nanotehnoloģija ? Nanotehnoloģijas pamatlicēji un vēsture Nanotehnoloģijas virzieni Nanotehnoloģisko sistēmu komponenti Biomehanismi no šūnas komponentiem Perspektīvie pielietojumi.

lung
Télécharger la présentation

NANOTEHNOLOĢIJA: CERĪBAS UN PERSPEKTĪVAS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. NANOTEHNOLOĢIJA: CERĪBAS UN PERSPEKTĪVAS Indriķis Muižnieks,2014. g. 12. decembris

  2. Tēmas: • Kas ir nanotehnoloģija ? • Nanotehnoloģijas pamatlicēji un vēsture • Nanotehnoloģijas virzieni • Nanotehnoloģisko sistēmu komponenti • Biomehanismi no šūnas komponentiem • Perspektīvie pielietojumi www.zyvex.com/nano/www.nanotech-now.com/www.nbtc.cornell.edu/ www.jnanobiotechnology.com/

  3. Kas ir nanotehnoloģija ? Nanotehnoloģija ir vielu un priekšmetu veidošana no atsevišķiem atomiem vai molekulām ar programmētu, dažus nanometrus lielu mehanismu/robotu (biobotu) palīdzību. Dzīvie organismi - perfektas nanosistēmas. Nanotechnology is an umbrella term that covers the design, characterization, production and application of structures, devices and systems by controlling shape and size at nanometre scale.

  4. Key enebling technologies (KET): • Eiropā definētās nākotnes tehnoloģijas, ar kuru attīstīsbu saista zinātnes un ekonomikas izaugsmes cerības: • Viedie materiāli – Advanced Materials • Nanotehnoloģija – Nanotechnology • Mikro un nanoelektronika – Micro and Nanoelectronics • Rūpnieciskā biotehnoloģija – Industrial Biotechnology • Fotonika - Photonics

  5. Kas ir nanotehnoloģija ? Atomu izkārtojums nosaka vielas īpašības. Grafīts un dimants

  6. If we rearrange the atoms in sand (and add a few other trace elements) we can make computer chips. If we rearrange the atoms in dirt, water and air we can make potatoes.

  7. Kas ir nanotehnoloģija ? Sešdesmitie: Cietvielu fizika (Mikroelektronika) Informācijas un komunikāciju tehnoloģija Astoņdesmitie: Molekulārā ģenētika Jaunā biotehnoloģija 21. gadsimts: Mikroeletronika + molekulārā bioloģija Nanotehnoloģija

  8. Kas ir nanotehnoloģija ? Paredzamā atdeve lielāka nekā jebkuram citam līdzšinējam cilvēces sasniegumam. Nanotehnoloģija labos industriālās revolūcijas nodarīto ļaunumu.

  9. Kas ir nanotehnoloģija ? • patēriņa priekšmetu veidošana no atomiem - pašsavācēji roboti • neizmērojami ātrāka datu apstrāde • slimību, novecošanas, nāves kontrole • vides piesārņojuma izbeigšana un esošā piesārņojuma attīrīšana • pārtikas molekulārā sintēze • apdzīvojamas vides veidošana ārpus Zemes • un vēl daudz kas, ja ar šo nepietiek.

  10. Nanotehnoloģijas vēsture Norberts Vīners (1894. - 1964.) kibernētikas principi Ričards Feinmans (1918. - 1988.) - apakšā vēl ir daudz vietas (1959.)

  11. Nanotehnoloģijas vēsture Ēriks Drekslers, 1992. g. pirmais doktora grāds nanotehnoloģijā MIT, grāmata

  12. Nanotehnoloģijas vēsture 1974. - pirmo reizi lietots termins "nanotehnoloģija" 1981. - pirmais raksts zinātniskajā žurnālā par molekulāro nanotehnoloģiju 1984. - atomu spēka mikroskops 1988. - atomu pārvietošana ar ASM palīdzību 1990. - oglekļa fulerēni 1997. - nanodimantu iegūšana no oglekļa ar jonizējošā starojuma palīdzību 1998. - DNS elektrovadītspējas atklāšana 1998. - oglekļa nanocarules 2000. - ASV uzsāk nanotehnoloģijas pētniecības programmu (NNI) 2006. – Nanotehnoloģijas kā ES FP7 prioritāte

  13. Nanotehnoloģijas vēsture Kad sāksies nanotehnoloģijas ēra ? Līdz ar pirmā universālā asemblera (atomu savācēja) uzbūvēšanu. Prognoze: 10 gadi The global market for nanotechnology has been estimated to amount to $147bn in 2007 and togrow to in most optimistic assessments to $1 trillion and possibly to over $3 trillion by2015. The United States (40%) constitutes the biggest market for nanotechnology, followedby Europe (31%). Both regions are expected to amount to 35% of the worldwide market in 2015. Like today, the majority of global sales will be attributed to manufacturing and materials (over 55%), followed by electronics and IT (over 23%). Current situation of key enabling technologies in Europe. {COM(2009) 512}

  14. Pasaules lielais nanotirgus GLOBAL NANOTECHNOLOGY MARKET, 2011-2017 NANOMEDICAL GLOBAL SALES BY THERAPEUTIC AREA www.agcs.allianz.com, www.bccresearch.com, dolcera.com

  15. An estimated two million skilled nanotechnology workers will be needed worldwide by the year 2015 – one million of them in the U.S. • Graduates are receiving salary offers up to $55,000 per year with a two-year degree • Graduates with a baccalaureate degree can expect salary offers up to $65,000 per year • Students who choose to continue their education can expect salary offers of $100,000

  16. Nanotehnoloģijas virzieni "Slapjais" - bioloģisku sistēmu atdarināšana. Dzīvie organismi - perfektas nanosistēmas "Sausais" - fizikālās ķīmijas un fizikas metožu pielietojums oglekļa, metālu, pusvadītāju elementu nanocauruļu un sfēru ražošanai. Iegūstamie materiāli parasti ir pārāk aktīvi vai elektrovadītspējīgi, lai funkcionētu fizioloģiskos apstākļos. Noderīgi elektronisku, magnētisku, optisku iekārtu radīšanai. Mērķis - radīt “sausās" struktūras, kuras spētu pašsavākties tikpat labi, kā slapjās. Nanotehnoloģisko sistēmu datormodelēšana - "sauso" un "slapjo" struktūru formu un funkciju paredzēšana

  17. Nanosistēmas komponenti: pozicionēšanas sistēma - skelets; motori un sviras – funkcionālie elementi; sensori – maņu orgāni; programmēšanas sistēma; makroasemblers - robot (biobot) roka

  18. Pozicionēšanas sistēma MOLEKULĀRO MIKROKAPSULU KONSTRUĒŠANA Fulerēni - oglekļa atomu sfēras 1996. gada Nobela Prēmija fizikā un ķīmijā Professor Robert F. Curl, Jr., Rice University, Houston, USA, Professor Sir Harold W. Kroto, University of Sussex, Brighton, U.K., Professor Richard E. Smalley, Rice University, Houston, USA.

  19. Pozicionēšanas sistēma MOLEKULĀRO MIKROKAPSULU KONSTRUĒŠANA

  20. Pozicionēšanas sistēma DNS kā celtniecības materiāls Chen JH, Seeman NC Synthesis from DNA of a molecule with the connectivity of a cube. Nature 1991 Apr 18;350(6319):631-3

  21. Building Blocks for DNA Self-Assembly Yuriy Brun, Manoj Gopalkrishnan, Dustin Reishus, Bilal Shaw, Nickolas Chelyapov, and Leonard Adleman nomar.usc.edu/pubs/

  22. DNS kā celtniecības materiāls The enabled state of DNA nanotechnology VeikkoLinko and Hendrik Dietz, 2013

  23. (a) DNA nanotubes for NMR-based structural biology. (b) DNA frame for visualizing conformational switching of a G-quadruplex with high-speed AFM. (c) Two-dimensional DNA crystals for organizing and imaging singleproteins with cryo-EM. (d) DNA origami gatekeeper on a solidstatenanopore (e) Motor protein ensemble transports a programmable DNA origami cargo (f) Chiral plasmonic nanostructures consisting of a DNA helix bundle and goldnanoparticles. (g) DNA origami-based fluorescent barcodes as insitu imaging probes for fluorescence microscopy. (h) DNAnanorobot, which can encapsulate molecular payloads and display them when triggered by specific cell surface proteins. (i) DNA origami nanochannel that can be anchored to a lipidmembrane via cholesterol linkers The enabled state of DNA nanotechnology VeikkoLinko and Hendrik Dietz, 2013

  24. Pozicionēšanas sistēma MOLEKULĀRO MIKROKAPSULU KONSTRUĒŠANA DNS STATISKĀ IZLIEKUMA MODELĒŠANA Estimation of wedge components in curved DNA L.E.Ulanovsky, E.N.Trifonov Nature, 326, 720, 1987

  25. Pozicionēšanas sistēma MOLEKULĀRO MIKROKAPSULU KONSTRUĒŠANA

  26. Funkcionālie elementi Motors

  27. Funkcionālie elementi Motors R. Schmitt, Biophys.J. 85, 843-852. 2003

  28. Funkcionālie elementi Motors Ricky K. Soong et al., “Powering an Inorganic Nanodevice with a Biomolecular Motor,” Science 290 (2000), 1555-58.

  29. Funkcionālie elementi Svira

  30. Sensori – maņu orgāni DNS kā signāla pārraides sistēma – elektrības vads - neirons

  31. Funkcionālie elementi Svira

  32. Pielietojuma perspektīvas - jau tūlīt DNS BIOSENSORU KONSTRUĒŠANA

  33. Pielietojuma perspektīvas - jau tūlīt FRET – fluorescences rezonanses enerģijas pārnese

  34. Pielietojuma perspektīvas - jau tūlīt DNS BIOSENSORU KONSTRUĒŠANA

  35. Pielietojuma perspektīvas - jau tūlīt DNS BIOSENSORU KONSTRUĒŠANA

  36. Universālais asamblers SINTĒTISKA ROKA - ASM MIKROSKOPS

  37. Universālais asamblers JAUNA DARBA METODE - ATOMU SPĒKA MIKROSKOPIJA Heinrihs Rorers [Rohrer] (1933, NP - 1986.) Gerds Binnigs [Binnig] (1947, NP - 1986.) Skenējošā tunelējošā (atomu spēka) mikroskopa izgudrošana

  38. Universālais asamblers JAUNA DARBA METODE - ATOMU SPĒKA MIKROSKOPIJA Mikroskopa darbības princips http://physics.aalto.fi/groups/comp/sin/research/ http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AFMsetup.jpg

  39. Universālais asamblers JAUNA DARBA METODE - ATOMU SPĒKA MIKROSKOPIJA BioScope AFM Tapping electrode http://Veeco Instruments GmbH

  40. Universālais asamblers JAUNA DARBA METODE - ATOMU SPĒKA MIKROSKOPIJA LU ĶFI

  41. Universālais asamblers JAUNA DARBA METODE - ATOMU SPĒKA MIKROSKOPIJA

  42. Sensori – maņu orgāni DNS kā signāla pārraides sistēma

  43. DNS / proteīnu nanosensori un virsmas plazmonu rezonanse (SPR) • Bonanni, M. del Valle / Analytica Chimica Acta 678 (2010) 7–17 • Merkocøi / Biosensors and Bioelectronics 26 (2010) 1164–1177

  44. Sensori – maņu orgāni DNS kā signāla pārraides sistēma 5’-GCGC; 5’-GGCC DNS GALU STRUKTŪRAS 37oC 4oC

  45. Sensori – maņu orgāni DNS kā signāla pārraides sistēma ss pārkares galu sekvence modulē DNS kustīgumu elektriskajā laukā PAAG elektroforēzē

  46. Sensori – maņu orgāni DNS kā signāla pārraides sistēma Trīspavedienu DNS veidošanās (Hogstena bāzu pāri), kas var veidot ss pārkares galu struktūras

  47. Sensori – maņu orgāni DNS kā signāla pārraides sistēma G-(G::C) mijiedarbība C-(G::C) mijiiedarbība

  48. DNS elektrovadītspējas mērījumi ar atomu spēka mikroskopu

  49. Maģistra darbs: 5’GCGC un 5’CGCG pārkares galus saturošu DNS oligonukleotīdu elektroforētiskās īpašības un vizualizācija atomspēka mikroskopā Darba autors: Dace Bērtule Oligonukleotīdi ar adenīna cilpu un 5’GCGC pārkari4A/GG Oligonukleotīdi ar guanīna cilpu un 5’GCGC pārkari4G/GG

More Related