О предмету: Наноэпитаксиальные слои и гетеро-ы

Самостоятельная работа

По предмету: Наноэпитаксиальные слои и гетеро-ы
Студента группы: 106-18ЭА

По теме: Общие сведение о наноматериалах
Особенности физических процессов в наночастицах нанопровадах наноматериалах
Студент:_______________________
Проверил:_______________________
Общие сведение о наноматериалах
Особенности физических процессов в наночастицах нанопровадах наноматериалах
Широкое применение наноматериалов в современной промышленности в значительной степени сдерживается отсутствием достоверных и полных сведений об их воздействии на живые организмы и окружающую среду.
На сегодняшний день установлено, что наночастицы (НЧ) способны оказывать негативное воздействие на органы и ткани, в том числе на клеточном и субклеточном уровне, вследствие присущих им необычных физико-химических свойств, включая малые размеры, большую удельную поверхность, высокую реакционную способность, особенности электронного строения, высокую растворимость, способность к агрегации и, в отдельных случаях, специфическую форму [23, 24]. Токсичность наночастиц может в значительной степени определяться такими их характеристиками, как элементный состав, заряд, степень кристалличности и присутствие тех или иных лигандов на поверхности. Помимо этого, токсичность наноматериалов, как и токсичность любых химических соединений, зависит от дозировки, способа введения и продолжительности воздействия.
Следует особо отметить, что токсичность наноматериалов может быть обусловлена как токсичностью входящих в их состав элементов (этим, в частности, объясняется токсичность квантовых точек Сс18/Сс15е), так и специфическим воздействием на живые системы самих ианочастиц. Если в первом случае токсичность наноматериалов можно прогнозировать на основании уже имеющегося значительного массива экспериментальных данных, в первую очередь сведений о токсичности водорастворимых солей металлов (например, содержащихся в базах данных Национального института здоровья США), то во втором, очевидно, требуются дополнительные ресурсо- и время- емкие исследования.
С учетом значительных затрат на проведение комплексных исследований токсичности, на сегодняшний день в наибольшей степени изучено воздействие на живые системы нескольких классов наноматериалов, включая металлические наночастицы [25, 26], углеродные материалы [27, 28], халькогеиидные наночастицы (квантовые точки) [29, 30] и оксидные материалы [31, 32]. К числу оксидных наноматериалов, получивших на сегодняшний день наибольшее распространение, следует отнести материалы на основе диоксида кремния (носители катализаторов, сорбенты, молекулярные сита, фильтры), оксидов железа (магнито-резонансная томография, гипертермия), диоксида титана (фотокатализаторы, пигменты, косметика, в том числе солнцезащитная) и оксида цинка (кожные присыпки, солнцезащитная косметика). В последнее время также значительно возросло производство наноматериалов на основе диоксида церия, используемых в качестве абразивов (в том числе в микроэлектронной промышленности), катализаторов (в том числе на автотранспорте) и носителей катализаторов.
Различают три способа проникновения наночастиц в клетку (рис. 3.1) [33]. Основным является механизм поглощения клеткой внешних объектов из межклеточного пространства путём образования мембранных везикул (эндоцитоз). Для гидрофильных частиц или частиц, имеющих одинаковый с мембраной заряд поверхности (обычно отрицательный), это единственно возможный путь проникновения в клетку. Эндоцитоз наблюдается преимущественно у эукариот, лишенных клеточной стенки. Мелкие лиофильные частицы или частицы, имеющие противоположный с мембраной заряд, способны проникать в клетку напрямую через клеточную мембрану. Обычно этот процесс начинается с адсорбции на поверхности клетки, проходит через стадию встраивания частицы в бимолекулярный липидный слой и заканчивается диффузией внутрь клетки. Третий транспортный путь через клеточную мембрану - это ионные каналы. Как правило, проникновение частиц через каналы зависит от многих факторов, основные из которых - это заряд и размер наночастицы. Ограничения на размер частицы накладываются диаметром ионного канала (обычно <1 нм).

Рис. 3.1.