Logo cn.artbmxmagazine.com

纳米技术的好处和挑战

目录:

Anonim

当前的工作旨在展示纳米技术在过去几年中的影响,以及该学科带来的进步和益处,还展示了使用这种新工具所带来的挑战。

定义

纳米技术是专门用于工业或医学目的在原子或分子水平上设计和处理物质的技术。

“纳米技术”一词被广泛用于定义在纳米级应用的科学和技术,即允许分子结构及其原子工作和操纵的极小的“纳米”量度。简而言之,这将使我们有可能通过原子和分子的重排来制造材料和机器。(2015年,莫斯科)

纳米技术成就

多年来纳米技术的成就如下所示。(计划于2014年启动)

日期 事件
1936年 欧文穆勒在西门子,发明了场发射显微镜,这使得有可能实现的材料接近原子分辨率的图像。
1940年代 冯·诺伊曼(Von Neuman)研究了创建可自我复制的系统以降低成本的可能性。
1958年 杰克·基尔比德(Jack Kilbyde)德州仪器(TI)设计并制造了第一个集成电路,后来他为此获得了2000年诺贝尔奖。
1959年 理查德·费因曼(Richard Feynmann)在有关科学研究的未来的会议上首次发表讲话:“我认为,物理学原理并没有反对原子操作原子的可能性。”
1966年 电影《神奇之旅》的拍摄,讲述了一些科学家通过人体的旅程。科学家将其尺寸减小到只有颗粒大小,然后进入研究人员的身体内部,以摧毁正在杀死他的肿瘤。这是历史上第一次被认为是真正的科学可能性。这部电影取得了巨大的成功。
1974年 东京理科大学的谷野法典(Norio Taniguchide)在原子尺度的尺寸框架中创造了术语纳米技术
1985年 发现巴克敏斯特富勒烯
1989年 电影《亲爱的我收缩了孩子》的拍摄完成了,这部电影讲述了一个科学家的故事,该科学家发明了一种可以使用激光减小物体尺寸的机器。
一九九六年 哈里·克罗托爵士(Sir Harry Kroto)因发现富勒烯而获得诺贝尔奖
1997年 制造出世界上最小的吉他。它大约是一个红细胞的大小。
1998年 它设法将碳纳米管转换成可用于书写的纳米铅笔
1999- 利用纳米技术的消费产品开始出现在
2000 市场可抵抗凹痕和划痕的汽车保险杠,可直飞的高尔夫球,较硬的网球拍,具有更好的柔韧性和“击打性”的棒球棍,抗菌纳米银袜子,防晒霜透明,无皱纹和防污的衣服,深层渗透的治疗性化妆品,抗划伤的玻璃衬里,用于无线电动工具的更快的充电电池以及用于电视,手机和数码相机的显示增强功能
2001 詹姆斯·金泽斯基(James Gimzewski)因发明世界上最小的计算器而进入吉尼斯纪录。
纳米技术和纳米科学研究的最新进展

年份

2003年 莱斯大学的Naomi Halas,Jennifer West,Rebeca Drezek和Renata Pasqualin开发了金纳米胶囊,当“微调”其尺寸以吸收近红外光时,它们可以用作癌症综合发现,诊断和治疗的平台乳房无创活检,破坏性全身手术或放射线或化学疗法。
2006年 赖斯大学的詹姆斯·图尔(James Tour)和同事们制造了一种人造的纳米“汽车”

带有炔基轴和四个C60富勒烯球形轮(布基球)的低聚(乙烯-亚乙基亚苯基)。响应温度的升高,纳米汽车由于车轮的作用而在金表面上运动-布基球,就像传统汽车一样。在高于300°C的温度下,它移动得太快,化学家无法追踪运动

2007年 麻省理工学院的安吉拉·贝尔彻(Angela Belcher)和她的同事们使用一种低成本,环保的程序制造了一种锂离子电池,该电池具有一种对人类无害的常见病毒。电池具有与最新技术可充电电池(混合动力汽车,个人电子设备等)相同的能量容量和能量性能。
2009年 纽约大学的纳德里安·西曼(Nadrian Seeman)和几位同事用机器人DNA组装件创造了各种纳米级设备。它是使用DNA晶体的合成序列创建3D DNA结构的过程,可以使用“粘性末端”对这些晶体进行编程以进行自组装,并以联合顺序和方向进行放置。这是纳米电子领域潜在应用的进步。Seeman(来自中国南京大学的同事)的另一项创作是“ DNA装配线”。对于这项工作,Seeman在2010年分享了Kavli纳米科学奖。
2010 IBM使用在其顶点仅测量几纳米的硅尖端(类似于原子力显微镜中使用的尖端)从基材中凿出材料,并创建一个完整的3D纳米级世界地图-大约相当于一个-千分之一的盐就在2分23秒内完成
2013年 斯坦福大学研究人员开发出第一套碳纳米管

过去几年的成就

2015年

用于药物管理的可寻址纳米机器人

苏黎世联邦理工学院(瑞士联邦理工学院)机械工程研究人员建造了微型机器人,该机器人可以进入装有药物的人体,然后将其释放到待治疗区域。

研究人员将纳米机器人带到该区域,利用磁场从外部引导我们。纳米机器人已经在眼中进行了测试。在这些实验中,他们游遍玻璃体液(充满眼球的透明凝胶)并将药物释放到视网膜区域。

在其他应用中,它们可用于治疗与年龄有关的疾病,例如失明或用于治疗冠心病。

金纳米管对抗癌症

利兹大学利兹生化与临床科学研究所的研究人员证明了金纳米管治疗在人类癌症小鼠模型中的成功。科学家观察到纳米管的长度影响了它们吸收光的能力,这就是他们发现了一种制造纳米管的新技术的方法,该技术可以对其进行控制。由于这一发现,他们能够制造出尺寸合适的金纳米管,以吸收一种称为“近红外”的光。随后,他们使用脉冲激光束向体内循环的纳米管施加适当频率的光,以加热它们,直到它们达到足以破坏癌细胞的温度为止。

世界上最好的灯泡

哥伦比亚大学,首尔国立大学(SNU)和韩国标准与科学研究所(KRISS)的研究人员使用石墨烯(碳的完美结晶形式)作为细丝在芯片上创建了可见光源。和超好。

为此,他们将石墨烯条带连接到基板上的金属电极上,并使电流流过石墨烯细丝以对其进行加热,从而制造出世界上最薄的灯泡。

根据研究人员的研究结果,该研究结果于2015年6月15日在线发表在《自然纳米技术》上,该类型的“宽带”发光器可以集成到处理器中,从而为创建透明,灵活和透明的道路铺平道路。只有几个原子厚。

可以显示全色全息图像和视频的LCD屏幕

一家名为Leia的初创公司在巴塞罗那举行的世界移动通信大会上展示了其新3D屏幕的原型,并宣布在年底将推出一个小型的``全息模块''或微型全息屏幕,能够产生全彩色和可见的3D图像和视频,从64个不同角度来看,无需特殊眼镜。

该技术的关键是该公司称之为“多视图背光”的一项发明,该技术利用了控制光在纳米级上跟随的路径的能力的进步。这款名为“ Dev Kit”的设备现在可以在该公司的网站上以399美元的价格购买。

IBM集成的7纳米电路

IBM在研究上投入了30亿美元,于2015年7月推出了其7纳米集成电路,在这些电路中,微型电子元件非常小,以至于集成在其中的晶体管的长度仅为70亿分之一。一米 也就是说,它们比人的头发小1400倍。

一旦这些最新的电路在市场上激增,我们将能够看到更好,更快和更便宜的电子设备,从计算机到智能且互联的日常设备或物体。

带有纳米颗粒的书,可将饮用水中的污水转化

这本书被称为“可饮用的书”,可以挽救全球数百万人的生命。

它的页面是用纸制成的,经过纳米粒子处理,它们起到过滤器的作用,并在水通过时净化水,消除了超过99%的细菌。它的使用非常简单,类似于咖啡过滤器。从书本上撕下一张纸并将其放在过滤器支架中,将要净化的水倒在书本上,它可以来自河流,溪流,水井等。这是可能的,因为书的页面包含以抗菌力闻名的银和铜纳米颗粒。当它们通过过滤器时,细菌死亡,而另一侧有干净的水流出。

每页可以净化多达100升的水,一本书可以过滤一个人大约四年的水。

带有注射器的活组织中可伤害的各种电子监测设备

哈佛大学和北京国家纳米科学技术中心的科学家创造了微小的柔性电子设备,然后用注射器将它们注入到活着的老鼠的大脑组织中。

注射一个小时后,设备开始监测内腔中的生物活性。

该设备可能具有大量的生物医学应用,例如检查与癫痫和心律不齐相关的电生理信号。

排序和组装完整的生物体基因组,并将其作为移动电话一样小的设备

来自加拿大和英国的研究人员已经使用适合手掌的装置对活生物体(即大肠杆菌)的完整基因组进行了测序和组装。

他们的结果表明,这项技术行之有效,并为在日益复杂的生物体甚至人类的基因组测序中使用开创了先例。

该音序器的主要优点是其尺寸比普通音序器小得多,要使用它,只需通过USB电缆连接即可。

蜘蛛用纳米管喷涂后会增强碳的强度

据意大利特伦托大学的研究人员称,在用含有碳纳米管和石墨烯薄片的水喷洒一些蜘蛛之后,它们制成了迄今为止有史以来最坚硬的纤维,甚至超过了高性能。

尚不清楚蜘蛛如何在其丝绸上添加碳纳米管和石墨烯薄片,但据知识分子称,蜘蛛可能会吸收碳基材料中的水,因此后来被掺入了水中。纤维的中心部分,对纤维的阻力影响更大。

该技术可用于其他动植物中以获得新的仿生材料。

在巴黎儿童腰包中发现碳纳米管

有些人不认为这是进步,而是令人震惊的发现。

法国巴黎萨克莱大学的研究人员首次检测到人体中的碳纳米管,特别是巴黎儿童肺部。

问题是这些纳米管是否对健康有害。碳纳米管由于其特性,使其在极轻,耐性和导电性等众多领域中显示出巨大潜力,例如:医学和计算机。但是,近年来,有关其使用安全性的争论很大。(NCYT,2015年)

2016年

适应手指检测乳腺癌的传感器

该传感器的材料可以测量胸部压力的变化以诊断肿瘤。该设备可以变形并保持测量压力的准确性。

该传感器灵活,透明,适应手指的形状,模拟橡胶手套,通过测量胸部的压力变化和分布来定位肿瘤。

该操作将类似于医生的触觉诊断,但是功能更强大,因为它可以适应手指的形状。

该传感器的厚度约为8微米,由有机晶体管,由碳和氧制成的电子开关以及压敏纳米纤维结构组成。(GUILLEN,2016)

像LED一样高效的白炽灯

这是第一个将红外辐射回收为可见光的灯泡。白炽灯可能会有第二次机会。

美国科学家设法将它们散发的热量转化为更多的光。凭借这些原型,它们在性能上可以与某些LED灯媲美,这要归功于纳米技术,他们坚信它们将比目前的照明器提供更多,更好的照明(CRIADO,2016年)。

纳米技术可预防早产劳工无风险

在像美国这样的国家中,早产是困扰其人口的常见疾病。在这个国家,每年约有38万婴儿早产,而那些存活下来的婴儿往往面临着充满健康问题的危险。

纳米颗粒是一项正在被广泛应用的技术,包括向体内的特定细胞供应药物以治疗癌症,心脏病和细菌感染等疾病,从而避免了毒性和副作用。这些药物,使它们更有效。

一组研究人员使用纳米粒子修饰特殊药物,在小鼠中证明了一种预防早产但避免对胎儿进行药物治疗的风险的新方法。

美国休斯顿的得克萨斯大学医学院对一种创新的微观纳米粒子进行了生物修饰,该纳米粒子旨在到达怀孕的子宫,但不使胎盘穿过胎儿。用非常特异的催产素受体拮抗剂包被可良好粘附于子宫组织。(NCYT,《科学新闻》,2016年)

好处

纳米技术进步的积极影响在于它们为不同的社会问题提供了解决方案,并且正在进行的研究将做出更大的贡献。这些机会领域的示例如下。

  • 缺水是一个严重且日益严重的问题。大部分的用水用于生产和农业系统,分子产品的生产可以改变这种状况,传染病在世界许多地方引起了问题。诸如蚊帐,蚊帐和过滤器之类的简单产品可以减少这一问题,而采用纳米技术,计算机将变得非常便宜,许多地方仍然缺电。但是,建造轻巧坚固的结构,电气设备和能量存储设备将使太阳能热能成为主要和丰富的能源,而环境磨损是全世界的一个严重问题。新技术产品将使人们的生活受到的环境影响要小得多,世界上许多地区无法像最发达国家那样迅速组装制造基础设施。分子制造可以是独立的和清洁的:一个盒子或一个手提箱可以容纳进行村级工业革命所需的一切东西;分子纳米技术可以为医学研究和生产提供廉价而先进的设备。健康,使更多先进药物的可获得性大大提高(JAIME,2014年)一个盒子或一个手提箱可以容纳村庄内进行工业革命所需的一切,分子纳米技术可以为医学研究和医疗保健提供廉价而先进的设备,从而大大提高了先进药物的可用性。 。(JAIME,2014年)一个盒子或一个手提箱可以容纳村庄内进行工业革命所需的一切,分子纳米技术可以为医学研究和医疗保健提供廉价而先进的设备,从而大大提高了先进药物的可用性。 。(JAIME,2014年)

挑战性

分子纳米技术是一项非常重要的进步,可以将其影响与工业革命相提并论,但是由于纳米技术的不同,因此几年后会注意到巨大的影响,这就是为什么人们必须考虑到这一点涉及的风险。其中一些风险如下。

为了享受分子纳米技术的好处,必须面对和解决风险。

为此,我们必须了解它们,然后制定预防措施。分子纳米技术将允许制造和制造各种功能非常强大的产品。

负责任的纳米技术中心已经确定了纳米技术中一些最令人不安的风险。它们构成了生存风险,也就是说,它们可能威胁到人类的发展。其他物种可以产生变化而不会造成我们物种的灭绝。

其中一些风险是缺乏法律法规的结果,而另一些则是控制力过强。每个特定领域都将需要立法类型。

在这些意义上,僵化或夸张的反应可能会导致其他性质完全不同的风险的出现,因此必须避免对孤立的问题强加明显的解决方案的诱惑。

结论

由于有可能阅读纳米技术,因此它具有多种应用,它也获得了使用技巧,纳米技术为医学,农业,核技术,现代化学等领域的发展做出了贡献,尽管这确实是有益的对于社会而言,重要的是要提到所有权力都意味着巨大的责任,这就是为什么个人必须意识到其使用可能带来的风险,只有在将其用于整个社会的有益目的时,真正的进步才会占上风。 。

参考书目

  • 马萨诸塞州克里奥阿多(2016年11月11日)。国家。取自http://elpais.com/elpais/2016/01/11/ciencia/1452498757_575196.html GUILLEN,B.(2016年2月22日)。国家。取自http://elpais.com/elpais/2016/01/25/ciencia/1453723750_638043.html美国倡议(2014)。 EURORESIDENTS从http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/historia_nanotecnologia.htm获得JAIME,H。(2014年1月1日)。 UTEL。从http://www.utel.edu.mx/blog/10-consejos-para/nanodepot-nanotecnologia/MOSQUERA获得。 (2015)。纳米技术。从http://www.nanotecnologia.cl/que-esnanotecnologia/NCYT获得。 (2015年12月)。科学新闻。从http://noticiasdelaciencia.com/sec/tecnologia/nanotecnologia/NCYT获得。 (2016年2月22日)。科学新闻。从http:// noticiasdelaciencia获得。com /不是/ 18090 /纳米技术可以避免早产风险/ VICENTE,YH(2013)。韦拉克鲁斯大学。从http://www.uv.mx/iiesca/files/2013/01/empowerment2005-1.pdf获取
下载原始文件

纳米技术的好处和挑战