Nanotechnologie a nanomateriály Ambasadoři přírodovědných a technických oborů

Doc. Mgr. Jana Kukutschová, PhD. Mgr. Kateřina Dědková Nanomateriály a jejich využití VŠB – Technická Univerzita Ostrava Centrum nanotechnologií

Nanotechnologie a nanomateriály Nanotechnologie - technický obor, který se zabývá studiem a přípravou materiálů v měřítku nanometrů (cca 1–100 nm, tj. řádově m). 1 nm ~ délka nehtu, která člověku doroste za 1 s.

Nanomateriály 1D Nanomateriály - Min. 1D rozměr obvykle < 100 nm 1D - Nanofilmy 2D - Nanovlákna 3D - Nanočástice 3D 2D

Nanočástice ( <100 nm ) Syntetické - elementární kovy (Ag, Fe, Ti), oxidy kovů ( TiO 2, ZnO, Fe 3 O 4...) - uhlíkaté nanomateriály ( saze, nanodiamant, aj. ) Přírodní – požáry, vulkanická činnost Vedlejší produkty antropogenních činností – doprava, svařování, pyrometalurgie, grilování, smažení, kouření, …

Proč jsou nanomateriály vyjímečné ? Velikostí (hmotností, povrchem – reaktivitou) Gravitační působení zanedbatelné Schopnost pronikat biomembránami (léčiva)

Magnetické nanokapaliny - suspenze nanočástic oxidu železa (nejč.Fe 3 O 4 ) ve vhodném rozpouštědle - částice jsou silně magnetizovány v magnetickém poli

Ferrofluids Využití: NASA (National Aeronautics and Space Administration) - objev ferrofluids v 60. letech – pro kontrolu pohybu kapalin Medicína - kontrastní látka, tzv. SPION „SuperParamagnetic Iron Oxide Nanoparticles“ pro vyšetření onkologických pacientů použitím magnetické rezonance - značení kmenových buněk - cílený transport léčiv použitím magnetického pole - hypertermie – onkologická léčba

Nanopěna - Na bázi SiO 2, C, kovů - Velmi nízká hmotnost - Výborné izolační vlastnosti

Fotokatalytický účinek po osvitu UV zářením Degradace organických polutantů, plynných emisí,.. Aplikace – samočistící nátěrové hmoty, filtry, … Nano TiO 2

Aplikace nanotechnologií

Výzkum v oblasti nanotechnologií a nanomateriálů Centra nanotechnologií VŠB-TUO

J. Tokarský, et al. Molecular modeling of gel nanoparticles with cyclosporine A for oral drug delivery. Int. J. of Pharmaceutics (2011). Úspora času a práce technologů svou schopností predikovat vlastnosti dosud nepřipravených směsí nosičů léčiv. Možnost rozpoznat účinná složení a nevěnovat se zbytečné a nákladné přípravě a testování směsí, které nevykazují požadované vlastnosti. Obrázky ukazují odlišné chování dvou různých směsí amfifilních gelů v přítomnosti vody. Simulace odpovídají na otázku, zda směsi budou ve vodném prostředí vytvářet kapky, vlákna atd. Molekulární modelování: počítačový design lékových forem Z modelů lze rovněž predikovat sílu interakce léčivo- nosič.

Nanokompozitní materiály Snímek ze skenovacího elektronového mikroskopu Jíl modifikovaný TiO 2 Snímek z transmisního elektronového mikroskopu (TEM) nanočástic ZnO vázaných na jílovém nosiči Inhibice růstu bakteriálních kmenů: Staphylococcus aureus Enterococcus faecalis Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa Klebsiella pneumoniae High-resolution SEM kompozitu TiO 2 /ZrO 2

Algicidní účinky nanokompozitu jíl – TiO 2 Vzorky cementových bločků + kompozit kaolinit- nano TiO 2 (KATI) - expozice sladkovodním zeleným řasám (Desmodesmus subspicatus) Odolnost vůči biodeterioraci – zárůstu řasami Vzorky Zárůst bločků [%] 10 wt% KATI20 20 wt% KATI3 10 wt% MK9 CEMENT32

Doprava – brzdová obložení Otěrové částice emitované do ovzduší z brzdového obložení automobilů - od 10 nm v průměru - až částic/cm 2 - uhlík, kovy (Fe, Cu, Zn, Sb, …)

Zdravotní rizika nanometrických částic - nanopatologie Spolupráce s Ústavem patologie a Klinikou ORL FNO SEM – EDX - tonsily

SEM-EDX snímek cévy glioblastomu

Děkuji za pozornost.