СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Аналитический обзор.

1. Применение нанотехнологий в медицине.

   1. Наноматериалы

   2. Наночастицы

   3. Микро- и нанокапсулы

   4. Нанотехнологические сенсоры и анализаторы

   5. Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов

   6. Наноманипуляторы

   7. Микро- и наноустройства

2. Примеры применения наночастиц металлов

   1. Биомедицинские применения d-металлов

   2. Биомедицинские применения золотых наночастиц: современное состояние и перспективы развития.

   3. Магнетиты

3. Воздействие наночастиц на организм человека

2. Способы получения нанопорошков металлов

   1. Производство металлических порошков электролизом

   2. Электроосаждение на неподвижных твердых электродах

   3. Выделение высокодисперсных порошков на жидких металлических катодах

   4. Осаждение высокодисперсных металлов в двухслойной ванне

   5. Электролиз расплавленных сред

   6. Сравнение способов получения нанопорошков металлов

2. Получение монокристаллов в двухслойной ванне

   1. Особенности процесса и его назначение

   2. Верхний слой двухслойной ванны

   3. Нижний слой двухслойной ванны

   4. Форма нитевидных кристаллов, получаемых в двухслойной ванне

   5. Плотность тока и изменение потенциала катода двухслойной ванны при электрокристаллизации

3. Устройства для получения порошков с нитевидными кристаллами

   1. Основные требования к конструкции устройств

   2. Катоды двухслойной ванны

      1. Вращающиеся дисковые катоды

      2. Электролизёр с неподвижным решётчатым катодом

   3. Обработка порошка после его получения

4. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

   1. Приготовление растворов и условия эксперимента

5. Экспериментальная часть

   1. Результаты исследований

      1. Влияние условий электролиза на образование нитевидных порошков в двухслойной ванне

Выводы

ВВЕДЕНИЕ

Современная технология позволяет работать с веществом в масштабах, еще недавно казавшихся фантастическими - микрометровых, и даже нанометровых. Именно такие размеры характерны для основных биологических структур - клеток, их составных частей (органелл) и молекул. Сегодня можно говорить о появлении нового направления - наномедицины. Впервые мысль о применении микроскопических устройств в медицине была высказана в 1959 г. Р. Фейнманом в своей знаменитой лекции "Там внизу - много места" [1].

Нанотехнологии обладают огромным потенциалом и играют важную роль в развитии биологии и техники. Использование ультрадисперсных состояний веществ и материалов – одно из перспективных направлений развития науки. Применение их охватывает многие отрасли производства, в том числе производство катализаторов, носителей катализаторов, сорбентов, изготовление стекла и керамики, огнеупоров, лаков и красок, наполнителей полимеров – в химической промышленности; активных масс аккумуляторов и гальванических элементов, диэлектриков и полупроводников – в электротехнической промышленности. Особо актуальным является применение неорганических наночастиц в медицине, что дает новые способы диагностирования и лечения онкологических заболеваний, способствует разработке новых нанотехнологичных лекарств и систем доставки. Поэтому ультрадисперсные порошки привлекают к себе в последнее время все большее внимание физиков, химиков, материаловедов.

Целью работы является совершенствование методов получения нанопорошков металлов различной формы для использования их при лечении онкологических заболеваний.

Поставленная цель формирует следующие задачи:

1. Изучить методы получения и применения нанопорошков металлов в биологии и медицине.

2. Исследовать условия получения наноразмерных порошков меди и железа.

3. Исследовать влияние различных органических веществ на процесс получения наноразмерных кристаллов в двуслойной ванне.

1. Аналитический обзор

1. Применение нанотехнологий в медицине

Современные приложения нанотехнологий в медицине можно разделить на несколько групп:

 Наноструктурированные материалы, в т. ч., поверхности с нанорельефом, мембраны с наноотверстиями;

 Наночастицы (в т. ч., фуллерены и дендримеры);

 Микро- и нанокапсулы;

 Нанотехнологические сенсоры и анализаторы;

 Медицинские применения сканирующих зондовых микроскопов;

 Наноинструменты и наноманипуляторы;

 Микро- и наноустройства различной степени автономности.

1.1.1 Наноматериалы

Наноматериалы - это материалы, структурированные на уровне молекулярных размеров или близком к ним. Структура может быть более или менее регулярной или случайной. Поверхности со случайной наноструктурой могут быть получены обработкой пучками частиц, плазменным травлением и некоторыми другими методами. Что касается регулярных структур, то небольшие участки поверхности могут быть структурированы "извне" - например, с помощью зондового сканирующего микроскопа. Однако, достаточно большие (~1 мк² и больше) участки, а также объёмы вещества могут быть структурированы, видимо, только способом самосборки молекул.

Самосборка широко распространена в живой природе. Структура всех тканей определяется их самосборкой из клеток; структура клеточных мембран и органоидов определяется самосборкой из отдельных молекул. Самосборка молекулярных компонентов разрабатывается как способ построения периодических структур для изготовления наноэлектронных схем, и здесь были достигнуты заметные успехи. В медицине материалы с наноструктурированной поверхностью могут использоваться для замены тех или иных тканей. Клетки организма опознают такие материалы как "свои" и прикрепляются к их поверхности. В настоящее время достигнуты успехи в изготовлении наноматериала, имитирующего естественную костную ткань. Так, учёные из Северо-западного университета (США) Jeffrey D. Hartgerink, Samuel I. Stupp [2] использовали трехмерную самосборку волокон около 8 нм диаметром, имитирующих естественные волокна коллагена, с последующей минерализацией и образованием нанокристаллов гидроксиапатита, ориентированных вдоль волокон. К полученному материалу хорошо прикреплялись собственные костные клетки, что позволяет использовать его как "клей" или "шпатлёвку" для костной ткани.

Представляет интерес и разработка материалов которые обладают противоположным свойством: не позволяют клеткам прикрепляться к поверхности. Одним из возможных применений таких материалов могло бы стать изготовление биореакторов для выращивания стволовых клеток. Дело в том, что, прикрепившись к поверхности, стволовая клетка стремится дифференцироваться, образуя те или иные специализированные клетки. Использование материалов с наноразмерной структурой поверхности для управления процессами пролиферации и дифференциации стволовых клеток представляет собой огромное поле для исследований.

Мембраны с нанопорами могут быть использованы в микрокапсулах для доставки лекарственных средств (см. дальше) и для других целей. Так, они могут применяться для фильтрации жидкостей организма от вредных веществ и вирусов. Мембраны могут защищать нанодатчики и другие вживляемые устройства от альбумина и подобных обволакивающих веществ.