Phần1: Giớithiệuvậtliệucấu trúc nano TS. Lê Thị Hồng Nhan CÔNG NGHỆ HỢP CHẤT NANO HỮU CƠ Giớithiệu ` Vật liệu nano ( nano materials ) => một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây. ` Công nghệ nano: trở thành mộtvấn đề hếtsứcthờisự và đượcsự quan tâm nhiềuhơncủa các nhà khoa học. ` Các nướctrênthế giớihiện nay đang bướcvàomột cuộcchạy đua mớivề phát triểnvàứng dụng công nghệ nano. Giớithiệu ` 1959: Richard Feynman (nhà vậtlýhọcngườiMỹ ) đưaý tưởng cơ bảnvề công nghệ nano: khoa học đã đivào chiềusâucủacấutrúcvậtchất đếntừng phân tử, nguyên tử vào sâu hơnnữa. ` 1974: Nario Taniguchi (Nhật) Đưarathuậtngữ “công nghệ nano” sử dụng để đề cậpkhả năng chế tạocấutrúc vi hình củamạch vi điệntử. ` 1980: K.Eric Drexler (Mỹ) sử dụng thuậtngữ “công nghệ nano” Giớithiệu Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano. Giớithiệu ` Khoa học nano: nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. ` Công nghệ nano: thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô nano mét. Định nghĩa ` Chữ nano, gốcHyLạp, đượcgắnvàotrướccácđơnvị đo để tạorađơnvịướcgiảm đi1 tỷ lần(10 -9 ). Ví dụ : nanogam = 1 phầntỷ của gam ; nanomet = 1 phần tỷ mét. ` Vậtliệu nano: có thểđược định nghĩamột cách khái quát là loạivậtliệu mà trong cấutrúccủa các thành phầncấu tạo nên nó ít nhấtphảicómộtchiều ở kích thước nanomet. Định nghĩa ` Tổ chức Nanotechnology Initiative (NNI) trực thuộc chính phủ Mỹ định nghĩa: công nghệ nano là “bất cứ thứ gì liên quan đến các cấu trúc có kích thước nhỏ hơn 100nm”. ` Vậtliệu nano: kích thước 1-100 nm 1 μm= 10 –6 m; 1 nm = 10 A o = 10 –9 m Trong vậtliệu oxide: ion oxy có đường kính d = 1.4 A o 7 ion oxy => d= 1nm 700 ion oxy => d = 100 nm => giới hạn của vật liệu nano Định nghĩa ` Kích thướccơ bảnmộtsố vậtthể Dạng ` Vậtliệu ở thang đo nano: lá nano, sợivàống nano, hạt nano được điềuchế bằng nhiều cách khác nhau. ` Định nghĩavề công nghệ Nano do vậy bao hàm hàng loạt các lĩnh vực khoa học khác nhau từ các lĩnh vực in ấn, vật liệu tới các lĩnh vực cơ khí, tự động, công nghệ sinh học và dược phẩm…. Tính chất ` Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của vậtliệu ` Kích thước vậtliệu nano đủ nhỏđểso sánh vớikích thướctới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. ` Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. [...]... 2k BTt x= πμ d kB là hằng số Boltzman (1. 38 x 1 0-2 3J/K), và T là nhiệt độ Kelvin Khả năng phân tán ổn định dạng huyền phù Sự dịch chuyển của hạt rắn thay đổi với kích thước khác nhau trong nước ở 25oC Kích thước hạt Tốc độ lắng Chuyện động Brown (nm) (nm/s) (nm/s) 1 0.00043 54,250 10 0.043 17 ,15 5 10 0 4.30 5,425 1, 000 430 1, 716 10 ,000 43,005 543 Hạt kích thước chuyển động Brown lớn hơn tốc... / 3)π [ d 3 − ( d − σ ) 3 ] % Surface _ molecules = 10 0 (4 / 3)π d 3 2 ⎡⎛ σ ⎞3 σ⎞ ⎛ ⎛ σ ⎞⎤ = 10 0 ⎢ ⎜ ⎟ − 3 ⎜ ⎟ + 3 ⎜ ⎟ ⎥ ⎝d⎠ ⎝ d ⎠⎥ ⎢⎝ d ⎠ ⎣ ⎦ Diện tích bề mặt Kích thước hạt (nm) 1 10 10 0 1, 000 10 ,000 Phần trăm diện tích bề mặt (%) 10 0 27 .1 2.97 0.3 0.03 Diện tích bề mặt Sự gia tăng đáng kể diện tích bề mặt khi giảm kích thước hạt Sự bám dính Hạt nano: thể hiện khả năng bám dính mạnh Sự gia tăng diện... bám dính do lực hút van der Waals VD: Lamprecht khảo sát sự bám dính của hạt polystyrene lên màng nhầy ruột già bị viêm Kích thước Tỷ lệ lượng hấp thu/bám dính 10 μm 5.2% 10 00-nm 9 .1% 10 0nm 14 .5% Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ vật liệu ở kích thước nano giảm đáng kể so với vật liệu dạng khối Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu kích thước lớn không phụ thuộc vào kích thước Tuy nhiên, khi giảm kích thước xuống...Tính chất Với kích thước nhỏ, vật liệu nano có những tính chất khác biệt sau: Diện tích bề mặt tăng Dễ phân phân tán hạt hạt trong chất lỏng hơn Độ tan tăng Dễ hấp thụ qua tế bào, da và ruột Tính chất quang học và vật lý khác so với vật liệu có kích thước lớn hơn Diện tích bề mặt Đối với hình cầu đường kính d, diện tích bề mặt trên 1 đơn vị diện tích: % diện tích bề mặt trên 1 phân tử: (4... muốn => giảm thiểu tác động nhiệt, cơ học Tính chất từ tính và quang học Bước sóng ánh sáng bị hấp thu thay đổi khi kích thước hạt giảm xuống scale nano do cộng hưởng plasma Tính chất từ tính và quang học Sự thay đổi màu sắc của nano vàng khi kích thước thay đổi Ứng dụng trong nhận biết, chẩn đoán và ghi nhận hình ảnh Vận chuyển sinh học Kích thước giảm xuống nano= > phù hợp kích thước khe hở và lỗ trên... tan của bản mỏng, phẳng chất rắn (r → ∞) M là trọng lượng phân tử của chất rắn R = hằng số khí lý tưởng Độ tan illustrates the calculated effect of particle radius on S/S0 for a hypothetical particle with a molecular weight of 708, an interfacial surface tension of 50, 75, or 10 0 dyn.cm 1, and a density of 1 g/ml S/S0 tightly scales with the proportion of surface molecules of nanoparticles Nồng độ bão... lỗ trên thành tế bào, mô Dễ dàng di chuyển vào cơ thể con người => hạt nano đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển hệ dẫn truyền thuốc (uống hay tiêm tĩnh mạch) Vận chuyển sinh học VD: hạt Polystyrene với kích thước 50–3000nm được cho chuột ăn hằng ngày trong 10 ngày với liều lượng 1. 25 mg/kg >300nm: không xuất hiện trong máu >10 0nm: không vào tủy 10 0nm: sự tăng độ hấp thu là 26% 50nm: sự tăng... xuống scale nano So với scale micro, hỗn hợp hạt nano như ở trạng thái siêu bão hòa Nồng độ bão hòa Trạng thái siêu bão hòa: nồng độ quá cao và khởi đầu cho quá trình kết tinh, đưa hệ về micro scale và đưa hệ về cân bằng nhiệt động trạng thái bão hòa VD: itraconazole vô định hình có độ tan ở trạng thái siêu bão hòa cao gấp 60 lần độ tan ở trạng thái kết tinh (Cha et al 2002) Hạt thuốc nano lý tưởng... gradient nồng độ (cs-cx)/h Tốc độ hòa tan Tốc độ hòa tan Giảm kích thước => tăng diện tích bề mặt A => tăng tốc độ hòa tan Tốc độ hòa tan dc/dt phụ thuộc gradient nồng độ (cs−cx)/h Theo phương trình Prandtl, khoảng cách khuếch tán h giảm đối với hạt nhỏ Tính chất từ tính và quang học Kích thước nhỏ=> thể hiện các tính chất từ, quang, điện đặc biệt => Các ứng dụng trong liệu pháp chữa bệnh Nano từ: kích... Hạt kích thước chuyển động Brown lớn hơn tốc độ lắng => lơ lửng Khả năng phân tán ổn định dạng huyền phù Hỗn hợp hạt nano: huyền phù bền theo thời gian Hỗn hợp hạt micro: huyền phù dễ sa lắng => phải lắc và không dùng làm dịch truyền, tiêm Khi tác dụng bởi ly tâm, hỗn hợp hạt huyền phù vẫn sa lắng Độ tan Phương trình của Ostwald – Freundlich mô tả cho hạt cầu S 2υγ 2M γ ln = = So rRT ρ rRT . hơn 10 0nm”. ` Vậtliệu nano: kích thước 1- 1 00 nm 1 μm= 10 –6 m; 1 nm = 10 A o = 10 –9 m Trong vậtliệu oxide: ion oxy có đường kính d = 1. 4 A o 7 ion oxy => d= 1nm 700 ion oxy => d = 10 0. mô nano mét. Định nghĩa ` Chữ nano, gốcHyLạp, đượcgắnvàotrướccácđơnvị đo để tạorađơnvịướcgiảm đi1 tỷ lần (10 -9 ). Ví dụ : nanogam = 1 phầntỷ của gam ; nanomet = 1 phần tỷ mét. ` Vậtliệu nano: . Phần1 : Giớithiệuvậtliệucấu trúc nano TS. Lê Thị Hồng Nhan CÔNG NGHỆ HỢP CHẤT NANO HỮU CƠ Giớithiệu ` Vật liệu nano ( nano materials ) => một trong những