NANOMEDYCYNA

1. Wprowadzenie fizyczne (dualizm korpuskularno-falowy, zasada

nieoznaczoności Heisenberga, równanie Schroedingera, studnia

potencjału)

- Dualizm korpuskularno-falowy

-Fale przenoszące energię mogą wykonywać aspekty korpuskularne, a cząsteczki mogą mieć aspekty falowe

- Fale de Brogille’a fala związana z poruszającymi cząstakami poruszającym się o długości λ= ћ/(mV), ћ=6,6*10-3 [J*s]

- skoro f. elektromagnetyczną można traktować jak cząstki, to można się spodziewać że fale w pewnych warunkach zachowują się jak cząstki

- Zasada nieoznaczonosci Heisenberga

Mechaika kwantowa

- kwant energii

- zasada nieoznaczoności Heisenberga – nie jesteśmy w stanie, mając b. dokładne urządzenia zlokalizować jednocześnie położenia i pędu cząstki;

- aby dokładnie zlokalizować – obserwator musi spowodować by wyemitowała ona foton promieniowania, a więc ten akt lokalizacji zmienia już położenie cząsteczki w sposób nieprzewidywalny

Fotony o małej długości fali, ale o dużym pędzie - wymusza duży wpływ na położenie cząst. Fotony o małym pędzie - mały wpływ na położenie, ale mniej dokładne ze względu na dużą długość fali.

- Równanie Schroedingera

Formy: zależna i niezależna od czasu. Dzięki niemu możemy wyznaczyć te stany kwantowe, które mają ściśle określone energie, a także możliwe wartości tych energii.

(n/2m2)( ∂2Ψ/ ∂x2+∂ 2Ψ/ ∂y2+∂2Ψ/ ∂z 2 )-V(r,t)Ψ(r,t)=iћ∂ Ψ(r,t)/∂t

Ψ – f. falowa

V – potencjał

i– liczba zespolona

Równanie zależne od czasu

- Ψ(r,t) – funkcja falowa, charakteryzuje stan fizyczny układu kwantowego; zależy od współrzędnych cząsteczki w czasie i przestrzeni.

Rozwiązaniem równania Schroedingera jest zbiorem dowolnych fal owych cząstki, z których każda odpowiada dowolnemu poziomowi energii;

- kwadrat modułu | Ψ|2 – w danym punkcie jest proporcjonalny do prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w małym elemencie objętości dxdydz wokół tego punktu Dla elektronu w atomie i cząsteczki, intrepretacja ta prowadzi do ?? orbitali ?? i molekularnych

Niezależne od czasu

L-j.w.

p=t Ψ(r,t)

- Studnia potencjału

To rejon otaczający minumum lokalne enrgii potencjalnej. Energia wyjściowa nie może przemienić się w studni potencjału w inną postać en. (en. kinetyczną w przypadku grawitacyjnej studni potencjału) ponieważ jest uwięziona w lokalnym minimum studni.

Energia może być przekształcona jeśli dostarczymy do studni odpowiednią ilość energii.

W obszarze studni rozwinięcie równania Schroedingera:

Ψ(x)=Asin(kx)-Bcos(kx)

Φ(x) = 0 r=±a/2

Całkowita energia cząstki z takiej studni jest skwantowana.

2. Kropki kwantowe

- są to półprzewodnikowe nanocząstki

- niewielki obszar przestrzeni ograniczony w 3D barierami potencjału, gdy w środku jest cząstka o długości fali porównywalnej z rozmiarem 3D

- opis kwantowy

- ograniczenie rurki ? cząstki w 3D -> kwantyzacja w każdym z poszczególnych ?? . Cząstki reprezentują tylko określone stany

- cząstka emitująca promieniowanie: im częstotliwość wyższa tym długość fali niższa wyemitowanego promieniowania;

- promieniowanie to efekt pamięci pozornej /jeżeli możemy stosować to naświetlić światłem o innej długości fali/ w innym przypadku ....??

- rozwój techniki cienkich warstw -> rozwój kropek

Tworzenie kropek:

- kropki spontaniczne – powstają na granicy faz półprzewodnikowch hodowanych metodą MBE

- nanokryształy

- kropki powierzchniowe

Zastosowanie:

- śledzenie białek w komórkach żywych

- detekcja fluorescencyjna – biosensory

- diagnostyka molekularna

- badania ex vivo

- kontrasty PET, NMR

3. Dendrymery

- wielokrotnie, bardzo rozgałęzione polimery;

- do 10 generacji – poj. molekuła;

- ostatnia generacja – poliwalentna warstwa;

- właściwości: ławość kontroli tworzenia, wys. czystość, pojemność, oporność, niska toksyczność, mogą przenosić mat. genetyczny do wnętrza komórek, łatwość dostosowywania się do zadań;

- zastosowanie: diagnostyka (sensory, kontrasty), nośniki leków

4. Nanorurki

- struktury nadcząsteczkowe, mające postać pustych w środku walców;

- do 1 mm średnicy, dowolnie długie, bardzo mocne;

- zastosowanie nanorurki białkowe – nowy rodzaj antybiotyków

- systemy elektromechaniczne

- osłona AFM

- nośniki leków

- biosensory

5. Nanopory

- struktury komórkowe;

- sekwencjonowanie DNA, znany rozmiar nanopory, potencjał elektryczny przez błonę, czas przejścia;

- inne zastosowania: w biologii komórki, diagnostyce molekularnej;

6. Micelle

- używane jako nośniki leków;

- rdzeń hydrofobowy – w nim znajduje sie lek

- hydrofilowa otoczka – łatwo się rozpuszcza, przeciwstawia przyczepność na inne cząseczki białka

- wzrost wrażliwości na zmianę pH

7. Tworzenie nanocząstek (fotolitografia, miękka fotolitografia, techniki koloidalne)

wystarczy znajomosc fotolitografii z cwiczen