Projekti / Programi
Tehnologija izdelave Au nano-delcev
Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
2.10.02 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Izdelovalna tehnologija |
Koda |
Veda |
Področje |
T000 |
Tehnološke vede |
|
Koda |
Veda |
Področje |
2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
nano-tehnologija, Au nano delci, modeliranje, karakterizacija, funkcionalne lastnosti, biomedicinska aplikacija
Raziskovalci (26)
Organizacije (4)
Povzetek
Današnje »state-of-the-art« nanotehnologije omogočajo sintezo Au nano-delcev z dobro nadzorovanimi funkcionalnimi lastnostmi in oblikami, kar predstavlja kontroliranje njihove velikosti oz. strukture. V zadnjem času se za izdelavo nano-delcev vse pogosteje uporablja »nova« tehnika sinteze preko pirolize z ultrazvočnim razprševanjem (USP) t.i. tehnika aerosolov, ki omogoča izdelavo anizotropnih Au nano-delcev z doseganjem tehničnih zahtev, kot so: nadzor oblike jedra, rast na posebnih fasetah, idr. V predlaganem projektu bomo zato cilje raziskovanja usmerili v pojasnitev pojavov in mehanizmov rasti Au nano-delcev, ki jih bomo izdelali z USP metodo z željo kontroliranja selektivno izbrane oblike in s tem posledično njihove primerne aplikacije.
Cilji in ključni izzivi našega predloga projekta so:
1. Sinteza Au nano-delcev z dobro nadzorovanimi oblikami: velikost in struktura, s postopkom pirolize z ultrazvočnim razprševanjem (USP).
2. Izvedba natančne primerjalne analize funkcionalnih lastnosti sferičnih in nesferičnih Au nano-delcev (palice, žice, kocke, trikotne prizme).
3. Karakterizacija tokovnih in toplotnih karakteristik tokov nanotekočin
4. Določitev biokompatibilnosti Au nano-delcev v in vitro in in vivo pogojih.
5. Uporaba Au nano-delcev v zobozdravstvene/medicinske namene:
- Načrtovanje prototipov naprav za nano-delce
- Razvoj ustreznih in vitro testov za biološko aplikacijo običajnih ali konjugiranih Au nano-delcev
(1) Piroliza z ultrazvočnim razprševanjem (USP) je inovativna nova tehnologija, ki omogoča sintezo Au nano-delcev različnih velikosti in oblik. S to tehnologijo je mogoče enostavno kontrolirati morfologijo prahov z uporabo cenenih prekurzorjev. V procesu pirolize z ultrazvočnim razprševanjem (USP) imamo raztopino, ki vsebuje raztopljeno kovino v hladno-atomiziranem stanju, zaradi česar nastane aerosol.
(2) Določitev fizikalnih in kemijskih lastnosti posameznih velikostnih razredov Au nano- delcev v odvisnosti od sestave bo izvedena s pomočjo različnih preiskovalnih tehnik.
(3) Raziskovali bomo toplotne in tokovne razmere v razredčenih tekočih suspenzijah nanodelcev (t.i. nanotekočinah) v različnih geometrijah. Podrobno bomo raziskovali obnašanje Au nanodelcev in jih primerjali z Cu, Al2O3 in TiO2 nanodelci. Osredotočili se bomo na najpomembnejše tokovne in toplotne karakteristike tokov nanotekočin v dvo- kot tudi v tri-dimenzionalnih geometrijah za različne volumske deleže nanodelcev. Numerična analiza bo izvedena z metodo končnih prostornin. Fizikalne lastnosti nanotekočin (na primer efektivno viskoznost, efektivno toplotna prevodnost) bodo modelirane z različnimi modeli. Rezultati temeljite in podrobne numerične analize bodo prispevali k še podrobnejšemu znanju na področju toplotnih in tokovnih razmer različnih tipov nanotekočin
(4) Pri opazovanju lastnosti novih biomedicinskih sferičnih in anizotropnih Au nano-delcev, ki se nanašajo na združene mono-plasti, pričakujemo, da bodo področja povezana z plazmonsko resonanco vplivala na učinkovita polja okoli sosednjih nano-delcev. To bomo raziskali z ustreznimi tehnikami. Z nadaljnjim razvojem sinteze Au nano-delcev tako pričakujemo, da bodo le-ti v prihodnosti standardni material za fotoniko, biomedicinske in katalitične aplikacije.
(5) Zelo malo podatkov je glede biokompatibilnosti Au nano-delcev. Nekatere raziskave kažejo, da lahko Au nano-delci motijo celične funkcije in povzročajo njihovo citotoksičnost, vnetne ali protivnetne učinke. Razlogi za take pojave so lahko posledica fagocitoze Au nano-delcev in posledično spremembe celičnih funkcij. Še več, tudi nekateri onesnaževalci, ki so prisotni tekom priprave Au nano-delcev (kovine, katalizatorji, organska topila, okoljski onesnaževalci), delujejo sinergistično ali antigonistično. Zato je študij biokompatibilnosti izdelanih Au nano-delcev nujno potreben korak v predlaganem projektu.
Pomen za razvoj znanosti
Dandanes se v moderni medicini vedno bolj omenja Au nanodelce. To so nanodelci z dimenzijami pod 100 nm. Kot taki imajo številne lastnosti, po katerih se ločijo od materialov z večjimi dimenzijami. Te lastnosti so: kemijska reaktivnost, absorpcija energije in biološka mobilnost. Glede na to drugačnost se lahko uporabljajo kot kontrastna sredstva v medicini oziroma za nosilce genov za njihovo dostavo v posamezne celice. V nekaterih primerih Au nanodelci omogočajo analize in terapije, ki se jih drugače ne da izvesti. Preiskave s presevno elektronsko mikroskopijo (TEM) različnih Au nano-delcev so uspešno pripomogle k razumevanju njihove sinteze s pirolizo z utrazvočnim razprševanjem (USP) in kontrole njihove morfologije. Prav tako so preiskave in njihovi rezultati pripomogli k boljšemu razumevanju strukture Au nano-delcev. Rezultati naših raziskav so bili predstavljeni na mednarodnih znanstvenih srečanjih in objavljeni v mednarodnih znanstvenih publikacijah. V okviru projekta pridobljeni in v številnih znanstvenih člankih predstavljeni rezultati izkazujejo izvirnost pri obravnavi lastnosti prenosa toplote v nanotekočinah. V nasprotju z mnogimi tujimi avtorji smo (verjetno prvi) pokazali, da: • dodajanje nanodelcev zakasni nastop mehanizma konvektivnega prenosa toplote pri naravni konvekciji; • dodajanje nanodelcev zmanjšuje vrednost srednjega Nusseltovega števila. Omenjeno se (deloma) izkazuje tudi s čistimi citati izvirnih znanstvenih člankov, nastalih v obdobju raziskovalnega projekta L2-4212. Opravili smo obsežne študije citotoksičnosti Au nanodelcev skupaj z imuno-modulatornimi lastnostmi, kar predstavlja pionirsko delo na znanstvenem področju biomaterialov.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru projekta pridobljeni raziskovalni rezultati narekujejo nadaljnje možnosti za raziskave na področju nanotehnologije, npr.: • primerjava teoretičnih modelov za opis termo-fizikalnih lastnosti nanotekočin in analiza njihove primernosti; • analiza izhlapevanja kapljic aerosola, difuzije topljenca in določitev najugodnejših temperaturnih pogojev pri kontinuirni proizvodnji nanodelcev za medicinske namene. V okviru raziskav se danes intenzivno preučujejo učinki Au nanodelcev na zdravje. Au nanodelci tako predstavljajo edinstvene okoljske in družbene izzive, predvsem v povezavi s toksičnostjo. Raziskave v okviru projekta 'Tehnologija izdelave nanodelcev' so prispevale k dodatnemu razvoju in nadgradnji proizvodnje Au nano-delcev, še posebej v podjetjih Zlatarna Celje d.d. in Tren d.o.o., kar jima je prineslo nove potenciale pri razvoju in proizvodnji Au nano-delcev. Projekt je prav tako povezal raziskovalce iz evropskih (Slovenija, Nemčija) in balkanskih držav (Srbija) in s tem pripomogel k pridobiti in prenosu novih znanj.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si