новые химические технологии
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОРТАЛ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ПОИСК    

НА ГЛАВНУЮ 

СОДЕРЖАНИЕ:

НАУКА и ТЕХНОЛОГИИ

Базовая химия и нефтехимия

Продукты оргсинтеза ............

Альтернативные топлива, энергетика ...........................

Полимеры ...........................

ТЕНДЕНЦИИ РЫНКА

Мнения, оценки ...................

Законы и практика ...............

Отраслевая статистика .........

ЭКОЛОГИЯ

Промышленная безопасность

Экоиндустрия .......................

Рециклинг ............................

СОТРУДНИЧЕСТВО

Для авторов .........................

Реклама на сайте ................

Контакты .............................

Справочная .........................

Партнеры ............................

СОБЫТИЯ ОТРАСЛИ

Прошедшие мероприятия .....

Будущие мероприятия ...........

ТЕНДЕРЫ

ОБЗОРЫ РЫНКОВ

Исследование рынка кукурузных отрубей в России
Исследование рынка кукурузного зародыша в России
Исследование рынка кукурузного глютена в России
Исследование рынка тканого геотекстиля в России
Исследование рынка геокомпозитных материалов в России
Исследование рынка геомембран в России
Исследование рынка геосеток в России
Исследование рынка георешеток в России
Исследование рынка геотканей в России
Исследование рынка надувных бассейнов в России

>> Все отчеты

ОТЧЕТЫ ПО ТЕМАМ

Базовая химия и нефтехимия
Продукты оргсинтеза
Синтетические смолы и ЛКМ
Нефтепереработка
Минеральные удобрения
Полимеры и синтетические каучуки
Продукция из пластмасс
Биохимия
Автохимия и автокосметика
Смежная продукция
Исследования «Ad Hoc»
Строительство
In English
  Экспорт статей (rss)

Продукты оргсинтеза

НАНОРАЗМЕРНЫЙ ТЕРМОМЕТР


Интересной темой для исследования является точное измерение температуры с высокой разрешающей способностью. Достижения в области современных нано- и биотехнологий требуют использования точной термометрии вплоть до наноразмерного режима, где невозможно осуществлять измерения с помощью традиционных методов. Разработка наноразмерного термометра это проблема, связанная не только с размером, но также и с потребностью в материалах с новыми физическими свойствами, поскольку все физико-химические и термодинамические свойства коренным образом меняются при использовании столь мелкого масштаба.


В данной статье приводится обзор современных технических разработок в области наномасштабной термометрии и дается описание их преимуществ и применений. Особое внимание обращается на новое направление в термометрии – продвижение в области создания тепловых датчиков с использованием молекулярных и биологических частиц, а также наноразмерных суперструктур.
С момента первой попытки разработки термометра с числовой шкалой, предпринятой Галилео Галилеем в 1593, точное измерение температуры всегда было перспективной областью исследования. Разработано много технологий основанных на термочувствительности материалов: тепловая реакция, расширение/сокращение объема, а также термооптические и электронные свойства. Последние достижения в области создания наноразмерных приборов, например, флюидных каналов, интегральных схем, а также электронных и биологических приборов, требуют наличия более точных термометров с более высоким разрешением, чем те, которые имелись ранее, для того, чтобы исследовать графики теплообмена и тепловых реакций. Разработка наноразмерных термометров это вопрос не только размерности, но также и манипуляций с новыми физическими свойствами материалов.
В целом, изменения в области физико-химических свойств материалов приводят к созданию коренных отличий между макро- и нано- режимами. Следует также учитывать и неожиданный теплообмен, и динамику тепловой энергии в рамках замкнутых наноразмерных измерений. В пространственно ограниченных областях жидких и твердых материалов разработка наноразмерных тепловых датчиков могла бы удовлетворять и требованию точности, и требованию разрешения. Такие технологии точного локального измерения температуры датчиками необходимы во многих областях. Например, регистрация параметров термодинамического потока с высоким разрешением необходима в нанолитографических моделях интегральных схем для повышения стабильности, при диагностике и лечении поврежденных или имеющих заболевание кровеносных сосудов и спинного мозга необходимо получение отображения температуры с высокой точностью и высоким разрешением. Требования к пространственной разрешающей способности температурных профильных отображений при использовании в электронных и биологических приборах (особенно в нанофлюидике) также становятся все более строгими. Измерения локальной температуры в отдельной клетке в объемах менее 10−18 л становятся передним фронтом современных технологий. Разработка термометров, которые могут эксплуатироваться при пространственных ограничениях эксплуатационной среды должна осуществляться с использованием наноразмерных чувствительных модулей с высокой точностью, которые потенциально могут быть использованы для биологических целей за счет своей биологической совместимости. В этой короткой статье мы касаемся современных разработок различных наноразмерных термометров, и описываем их преимущества и применения. В частности, разработка тепловых датчиков с использованием молекулярных и биологических частиц, а также наноразмерных суперструктур, выделяется как новый подход к развитию термометрии.

Нанолитографическая термометрия
Одним из распространенных способов для ведения наблюдений за локальной температурой является использование термоэлектрического детектора, созданного литографически или методом последовательного осаждения. Такие методы изготовления применимы для наноразмерных датчиков температуры и термопар на основе полупроводниковых или металлических материалов. Для того чтобы нанести один металл на нанополоски, сделанные из другого металла, для создания наноразмерного биметаллического датчика, используется технология вакуумного напыления. Параметрический отклик, например, наноразмерного соединения платины и вальфрама Pt/W (с примесями галия Ga в обоих металлах) дает температурный коэффициент 5,4 мВ/°C, что в 130 раз больше, чем в обычных термопарах. Литография делает возможным соединение двух нанопроволочных электродов типов p- и n- на подожке для того, чтобы создавать наноразмерные термопары, соединенные параллельно. Атомно-силовая микроскопия может создавать отображения термического реагирования подложек с помощью проводящего полимера или сканирующей головки с углеродной нанотрубкой (CNT). Для повышения пространственного разрешения температурных измерений также используется наноразмерный капиллярный эффект.
Во всех перечисленных термометрах, пространственная разрешающая способность, как правило, определяется геометрическим размером термопары. Кроме того, в наноразмерном капилляре, например, прибор измеряет температуру скорее в месте связи между модулем датчика капилляра и областью обнаружения, нежели в самой жидкости, Это может быть потенциальным недостатком из-за сложности механизма передачи тепла внутри капилляра, помех со стороны применяемых электрического или электромагнитного полей и нарушения параметров потока динамической системы.

Термометрия на основе наноматериалов
Потребность в термометрической технологии достигла той точки, когда применения традиционных микроразмерных материалов уже недостаточно. Недостатки традиционных технологий являются, по большей части, следствием внутренних свойств материалов, из которых изготовлен термометр, таких как, неправильная форма, распределение по размерам и шероховатость поверхности, которые могут привести к низкому разрешению и соотношению сигнал/шум (S/N). За последнее десятилетие достижения синтеза наноматериалов повлекли за собой создание новых разработок в области наноразмерной термометрии. Типичным примером является использование углеродных нанотрубок (CNT). Тонкая пленка (7 нм) CNT образует относительно простой термометр с диапазоном измерения 100-327°С в вакууме. Температура окружающей среды нанотрубки точно соответствует возбуждению поля и току эмиссии данного приложенного электронного поля. Наноструктурные пленки из сульфида свинца PbS также представляют собой средство создания бесконтактных термометров благодаря широкому диапазону поддающемуся измерению 200–1200°C. Гао и др. сообщают о наноразмерном термометре, который аналогичен по форме традиционному ртутному термометру, но в миллиард раз меньше него. Он состоит из наполненных галлием Ga нанотрубок из углерода/оксида марганца, в которых Ga служит индикатором температуры за счет расширения и сокращения внутри нанотрубки в диапазоне 30-2205С° (Рис. 1). Такие термометры с углеродными нанотрубками или нанотрубками из окиси марганца обладают большим потенциалом для использования в средах со сверхвысокими температурами благодаря своим превосходным тепловым качествам. Тем не менее, одним из существенных недостатков здесь является тот факт, что для такого нанотермометра нужна камера высокого вакуума, например, трансмиссионный электронный микроскоп (TEM), для считывания и предварительной идентификации и калибровки, несмотря даже на то, что измерение температуры можно производить в воздухе. Только разработка другого метода преобразования сигнала может дать возможность преодолеть данную проблему.

Рис. 1. Углеродный нанотермометр, наполненный Ga, показывающий расширение Ga внутри CNT при температурах (a) 58°C, (b) 490°C, и (c) 45°C.

Термометрия с флуоресцентными материалами
Помимо электронного и микроскопического анализа температуры, разрабатывались также методы оптического обнаружения. Такие технологии основываются на интенсивности и изменении положения пиков люминесцентных кристаллических материалов. Скорость безызлучательного энергетического перехода и продолжительность возбужденного состояния соответствуют температуре. Например, сдвиг фазы и распад на протяжении срока существования люминофорных рубинов (Al2O3:Cr3+); Cr3+:YAG; SrAl2O4:Eu, Dy; и SrAl2O4:Eu, Nd находится в линейной зависимости от температуры. Это может быть мощным инструментом при измерении температуры, и может использоваться в бесконтактных термометрах с применением оптоволоконного датчика. Такой датчик состоит из источника света для возбуждения кристалла и люминесцентного детектора времени интенсивной фазы и фазы угасания для измерения температуры. Помимо кристаллов люминофоров, также использовался флюоресцентный краситель, например, родамин B в микрофлюидном канале. Термическая характеристика может отслеживаться с помощью микроскопии или спектрофотометрии с диапазоном 0,03–3,5°C. Помимо этого бихромофорные флуорофоры дают существенные преимущества, поскольку обеспечивают внутреннее соотнесение для обнаружения флуорометрической температуры. Флуоресцентный краситель или гранулы полимера, соединенные с красителем, могут быть использованы для измерения температуры одной живой клетки для диагностики рака. Тем не менее, флуоресцентные органические красители обесцвечиваются очень быстро, как правило, в течение 30 минут, так что они непригодны для долговременного мониторинга.
Новые наноразмерные материалы, такие как квантовые точки (QDs), являются кандидатами на использование в наноразмерных термометрах. Синтезированные и модифицированные квантовые точки характеризуются высоким квантовым выходом, долгим сроком существования до фотообесцвечивания и приемлемой биологической совместимостью после соответствующей поверхностной модификации. Более того, они могут легко соединяться с протеином и ДНК для обнаружения и выявления параметров. Наночастицы могут сами по себе функционировать в качестве термометра в ограниченном диапазоне температур. Например, CdTe и ZnS:Mn2+. Наночастицы дают обратимую линейную температурную характеристику в рамках физиологического температурного диапазона.

Молекулярная термометрия/термометрия биоматериалов
Новым захватывающим подходом к измерению температуры является использование температурно зависимых молекул или биологических частиц. Такие технологии основываются на термотрансформируемом отклике, который дает в результате высокую разрешающую способность и увеличенную биологическую совместимость благодаря уменьшенному размеру частиц и непосредственной применимости при биомедицинском/клиническом обнаружении и получении изображения.
Наноразмерные датчики из молекулярных или биологических частиц были спроектированы и сконструированы для мониторинга геометрического изменения. Например, изменение двунитевой структуры ДНК от B- к Z-DNA говорит о потенциале возможности использования в качестве молекулярного нанотермометра. Различия в электронных свойствах двух структур и процессах переноса заряда с флуоресцентных зондов дают существенные изменения эмиссии. Равновесие между конформациями Z- и B- может контролироваться с помощью температуры. Нарберхаус и сотрудники сообщают, что некоторые информационные РНК (mRNAs) меняют свои конформации под воздействием температуры. Специальные участки РНК селективно распознают изменение температуры, например, в 5′-нетранслируемой области mRNA. Изменение температуры влечет за собой изменение РНК. Конформационное изменение температурно-чувствительной РНК может отслеживаться с помощью ультрафиолетовой и ядерной магнитной резонансной спектроскопии.

Термометрия наноразмерных суперструктур
Молекулярные пружинные сборки и суперструктуры могут быть особенно хорошо приспособлены для термометрии при биологических применениях. Они значительно меньше, чем клетки и каналы в нанофлюидных приборах, и позволяют получить невероятную разрешающую способность. Сборки наночастиц могут быть разумно запрограммированы на выполнение температурного обнаружения путем изменения поверхности. Различные функциональные группы на поверхности наночастиц могут соединяться с другими полимерами или подходящими биоматериалами, используя хорошо развитую химию соединения.
Котов с коллегами разработали обратимый нанотермометр, включающий динамическую суперструктуру двух типов наночастиц, соединенных полимерными спейсерами, которые действую как молекулярные пружины в водной фазе (Рис. 2). Механизм действия нанотермометра можно объяснить контролируемым взаимодействием между парами экситон-плазмон в этом гибриде, происходящим вслед за изменением конформации полиэтиленгликоля (PEG) в температурном диапазоне 20–60°C. Параметры температуры были определены по изменениям интенсивности флуоресценции суперструктуры, и продемонстрированной зависимости обратимой интенсивности от температуры в водной среде.

Рис. 2. Динамический нанотермометр на основе суперструктур наночастиц.
(схематическое изображение суперструктуры и электронномикроскопическое изображение).

Важнейшее и обладающее большим потенциалом применение нанотермометров с наночастицами золота представляет собой использование в области гипертермического воздействия на раковые клетки. Эль-Сайед и др. усовершестовали данную технологию за счет добавления в наночастицы с золотом лигандов, нацеленных на раковые клетки, и локализованного нагрева с помощью излучения лазера, работающего в импульсном режиме. Управление локальными температурами имеет решающее значение для селективного разрушения целевых раковых клеток при использовании минимальной мощности энергии фотона и минимальном разрушении нераковых клеток. Модели теплопереноса рассматривают 70–80°C как пороговую температуру для разрушения живых клеток. Наноразмерные термометры из наночастиц золота могут эффективно определять локализованные температуры внутри или вокруг целевой раковой клетки.
Таким образом, представлены различные подходы к созданию наноразмерных термометров. Использованные стратегии могут содействовать более углубленному пониманию микро-/наноразмерного переноса тепла во все более сложных и плотно составленных микроцепях, а также получению отображений кривых температур с высокой разрешающей способностью при клинических применениях. Более того, с помощью молекулярных и биологических изменений с использованием антител или ДНК станет возможным создание многофункциональных нанотермометров, используемых, например, при целевом воздействии на раковые опухоли, томографии и доставке лекарственных препаратов.

Дж. Ли и Н. Котов, Факультет химических технологий, материаловедения, технологии материалов, и биоинженерии, Университет шт. Мичиган, США

http://www.nanotoday.com
Версия для печати | Отправить |  Сделать стартовой |  Добавить в избранное

Куплю

19.04.2011 Белорусские рубли в Москве  Москва

18.04.2011 Индустриальные масла: И-8А, ИГНЕ-68, ИГНЕ-32, ИС-20, ИГС-68,И-5А, И-40А, И-50А, ИЛС-5, ИЛС-10, ИЛС-220(Мо), ИГП, ИТД  Москва

04.04.2011 Куплю Биг-Бэги, МКР на переработку.  Москва

Продам

19.04.2011 Продаем скипидар  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем растворители  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем бочки новые и б/у.  Нижний Новгород

Материалы раздела

ФРУКТОЗА ВРЕДНЕЕ САХАРА
ЗАЩИТА СОЕВЫХ ПОСЕВОВ
ВОЗДЕЙСТВИЕ КОФЕИНА
ПОЛИМОЧЕВИННЫЕ ПОКРЫТИЯ
ПОКРЫТИЯ ДЛЯ СТАЛИ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ COLORCOAT PRISMA
БУДУЩЕЕ ТРАНСГЕННЫХ ПРОДУКТОВ В РОССИИ
КАК ЕДА МЕНЯЕТ ЧЕЛОВЕКА
ПЕРВЫЕ ДОКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ «КАРДИОНОВА»
БОТОКС ПОМОГАЕТ от МИГРЕНИ
МЕМБРАННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ LEWABRANE
24 НОВЫХ АЛЛЕРГЕНА "АЛКОР БИО"
МЕТОД РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ РАКА
ПРОЕКТ TOPYIELD
ПЕРВЫЙ РОССИЙСКИЙ ПРЕПАРАТ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ИШЕМИИ
ДОСТИЖЕНИЯ BASF для ИНДУСТРИИ КРАСОТЫ
СИНТЕЗ НОВЫХ БЕЛКОВ
KEEP 32 СДЕЛАЕТ ЗУБЫ «НЕУЯЗВИМЫМИ ДЛЯ КАРИЕСА»
ВИТАМИНЫ "КАВИКОРМ" для ЖИВОТНЫХ
ВРЕДНО ЛИ ПАЛЬМОВОЕ МАСЛО?
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ЛИЗИНА
ПИЩЕВЫЕ ВОЛОКНА в ПРОИЗВОДСТВЕ ЗАМОРОЖЕННЫХ ПРОДУКТОВ
ОТБЕЛИВАТЕЛИ «ПИГМЕНТА»
МЕБЕЛЬНЫЙ ЛАК НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
«МОСВОДОКАНАЛ»: гипохлорит натрия вместо хлора
НОВЫЕ ПРОЕКТЫ: ДИОКСИД КРЕМНИЯ ИЗ РИСОВОЙ ШЕЛУХИ
ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА - новое измерение в контрацепции
«БИОКАД» об ИСПЫТАНИЯХ «АЛЬГЕРОНА»
ВОЗМОЖНОСТИ ТОПИНАМБУРА
ПИЩЕВЫЕ КРАСИТЕЛИ ДЛЯ ПАСХАЛЬНЫХ ЯИЦ
НОВИНКИ BASF на «ИНТЕРПЛАСТИКА 2012»
ВДЫХАЕМЫЕ ФОРМЫ ИНСУЛИНА
БЕЗВРЕДЕН ЛИ ВИТАМИН Е?
КОРМОВЫЕ ФЕРМЕНТЫ DIREVO
ФРУКТОЗА - САМЫЙ ВРЕДНЫЙ САХАР
НОВЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ, НОВЫЕ БЕЛКИ
БИОТЕСТЫ MAGNISENSE в РОССИИ
ПРЕМИКСЫ YOUPIG ДЛЯ СВИНОВОДСТВА
ОТЕЧЕСТВЕННАЯ «ЛЮКСОВАЯ» КОСМЕТИКА
КРАХМАЛЬНЫЙ КЛЕЙ: адгезия и когезия
«БИОКАД» о РАЗРАБОТКЕ БЕВАЦИЗУМАБА
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ФАРМИННОВАЦИИ
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЧВООБРАБОТКИ
АНТИМИКРОБНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НАФТАЛАНОВОЙ НЕФТИ
ПРЕМИКСЫ NATUPHOS
ПРОБИОТИКИ + ПРЕБИОТИКИ

>>Все статьи

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
Copyright © Newchemistry.ru 2006. All Rights Reserved