Нанобиотехнология
Нанобиотехнология - это применение нанотехнологий в биологических областях. Химики, физики и биологи рассматривают нанотехнологии как отрасль своего собственного предмета, и сотрудничество, в которое они вносят одинаковый вклад, является обычным явлением. Одним из результатов является гибридная область нанобиотехнологии, которая использует биологические исходные материалы, принципы биологического дизайна или имеет биологические или медицинские приложения.
В то время как биотехнология имеет дело с метаболическими и другими физиологическими процессами биологических субъектов, включая микроорганизмы, в сочетании с нанотехнологиями нанобиотехнология может играть жизненно важную роль в разработке и внедрении многих полезных инструментов в изучении жизни.
Хотя интеграция наноматериалов с биологией привела к разработке диагностических устройств, контрастных веществ, аналитических инструментов, терапии и средств доставки лекарств, исследования в области бионанотехнологии все еще находятся в зачаточном состоянии.
Применение нанобиотехнологий в медицине
Нанотехнологии в медицине - это широкая область, которая охватывает диагностику заболеваний, доставку лекарств по целевым показателям и молекулярную визуализацию.
В частности, благодаря наноэлектронике медицинский сектор претерпит глубокие изменения за счет использования традиционных преимуществ полупроводниковой промышленности - миниатюризации и интеграции. Традиционная электроника уже нашла много применений в биомедицине - медицинский мониторинг жизненно важных сигналов, биофизические исследования возбудимых тканей, имплантируемых электродов для стимуляции мозга, кардиостимуляторов и стимуляции конечностей - использование наноматериалов и наноразмерных приложений приведет к дальнейшему продвижению к имплантированной электронике в организме человека.
Многочисленными достижениями в этой области являются также: разработка нанобиоэлектронной системы, которая запускает активность фермента и, аналогичным образом, электрически вызванное высвобождение лекарственного средства из умных наномембран. Искусственная сетчатка для цветового зрения. Алкотестеры на основе наноматериалов в качестве диагностических инструментов. Наногенераторы для питания автономных биосистем и имплантантов. Будущая биотехнология может даже использовать компьютерные чипы внутри живых клеток.
Большая работа по нанотехнологиям ведётся в области исследований мозга. Например, использование веревки из углеродных нанотрубок для электростимуляции нервных стволовых клеток. Нанотехнологии для восстановления мозга и другие достижения в изготовлении наноматериалов-нейронных интерфейсов для генерации сигналов.
Датчики и диагностика
Молекулярное зондирование и молекулярная электроника - это разнообразные области, которые могут включать конформационные изменения молекул, изменения в распределении зарядов, изменения оптического поглощения и излучения или изменения электропроводности вдоль или поперек простых или сложных молекул и т.д. Каждый из этих подходов может быть интегрирован в систему преобразования, которая обеспечивает измеримое и желаемое изменение в ответ на определенный диапазон входных данных. Способность интегрировать такие механизмы трансдукции с биомолекулами или использовать биомолекулы в качестве источника таких материалов обеспечивает в различной степени биосовместимость с другими системами.
Плазмонные нанобиосенсоры в конечном итоге, могут стать ключевым активом в персонализированной медицине, помогая диагностировать заболевания на ранней стадии.
В другом случае нанобиосенсор, который был первоначально разработан для обнаружения гербицидов, может помочь диагностировать рассеянный склероз, а новый тип нанобиосенсора на основе смартфона показал перспективу раннего выявления туберкулеза.
Квантовые точки и нанокластеры благородных металлов являются очень активными и интересными объектами в области бионанотехнологии, и постоянно достигается новые достижения в адаптации этих технологий к созданию новых биосенсоров и биоэлектронных устройств.
Интеграция ДНК и других нуклеиновых кислот с наночастицами
Функциональная интеграция ДНК и других нуклеиновых кислот с наночастицами во всех их различных физико-химических формах позволила получить богатое разнообразие композиционных наноматериалов, которые во многих случаях проявляют уникальные или расширенные свойства благодаря синергетической активности обоих компонентов. Например, исследователи изготовили биосенсер импеданса ДНК для раннего выявления рака или быстрого обнаружения вируса гриппа.
Эти возможности, в свою очередь, привлекают все большее внимание различных исследовательских сообществ в поисках новых наноразмерных инструментов для разнообразных применений, которые включают (био) зондирование, маркировку, целевую визуализацию, доставку клеток, диагностику, терапию, тераностику, биоэлектронику и биокомпьютеры и т.д.
Роль нанобиотехнологий в пищевой промышленности
Развитие нанотехнологий в пищевой промышленности и сельском хозяйстве привело к применению нанобиотехнологий, которые включают системы доставки пестицидов посредством биологически активной наноинкапсуляции, биосенсоры для обнаружения и количественного определения патогенных микроорганизмов, органические соединения, другие химические вещества и изменение состава пищи, высокопроизводительные датчики (электронный язык и нос) и съедобные тонкие пленки для сохранения фруктов.
Наноэлектроника - нанотехнологии в электронике
Термин наноэлектроника относится к использованию нанотехнологий в электронных компонентах. Эти компоненты часто имеют размер всего несколько нанометров. Однако чем мельче электронные компоненты, тем сложнее их изготовить.
Наноэлектроника охватывает разнообразный набор устройств и материалов с общей характеристикой, заключающейся в том, что они настолько малы, что физические эффекты изменяют свойства материалов на наноуровне - межатомные взаимодействия и квантово-механические свойства играют важную роль в работе этих устройств. На наноуровне новые явления преобладают над теми, что господствуют в макромире. Квантовые эффекты, такие как туннелирование и атомистические беспорядки, доминируют в характеристиках этих наноразмерных устройств.
Первые транзисторы, построенные в 1947 году, были размером более 1 сантиметра. Самый маленький рабочий транзистор сегодня имеет длину 7 нанометров - более чем в 1,4 миллиона раз меньше (1 см равен 10 миллионам нанометров). Результатом этих усилий стали миллиардные транзисторные процессоры, в которых 20 миллиардов транзисторных схем интегрированы в один чип.
Наноэлектронные устройства
Спинтроника
Помимо транзисторов, наноэлектронные устройства играют роль в хранении данных (памяти). Здесь спинтроника - исследование и эксплуатация в твердотельных устройствах электрона. Спинтроника также играет роль в новых технологиях, использующих квантовое поведение для вычислений.
Оптоэлектроника
Электронные устройства, которые излучают, обнаруживают и контролируют свет - например, оптоэлектронные устройства бывают разных форм Оптические коммуникации с высокой энергоэффективностью (меньшее тепловыделение и энергопотребление) приобретают все большее значение, поскольку они способны решить одну из самых больших проблем нашего информационного века: энергопотребление.
В области нанотехнологий использовались такие материалы, как нановолокна и углеродные нанотрубки, и особенно графен продемонстрировал огромный потенциал для оптоэлектронных устройств.
Отображение.
Технологии отображения могут быть сгруппированы в три широкие технологические области. Органические светодиоды, электронная бумага и другие устройства, предназначенные для показа неподвижных изображений, а также дисплеи для измерения полевой эмиссии.
Носимая, гибкая электроника
Наступила эра носимой электроники, о чем свидетельствует быстро растущий ассортимент умных часов, браслетов для фитнеса и других передовых устройств для мониторинга здоровья следующего поколения, например таких как электронные татуировки.
Если текущее исследование является индикатором, то носимая электроника выйдет далеко за пределы очень маленьких электронных устройств или носимых гибких компьютеров. Эти устройства будут не только встроены в текстильные подложки. Электронное устройство или система в конечном итоге могут стать самой тканью. Электронный текстиль позволит разрабатывать и производить одежду нового поколения с распределенными датчиками и электронными функциями. Такой электронный текстиль будет обладать революционной способностью воспринимать, действовать, хранить, излучать и перемещать, думать о функциях биомедицинского мониторинга или новых человеко-машинных интерфейсах. В то же время идеально используя существующую дешевую инфраструктуру для производства текстиля.
