Sintesi Massiccia di Nanotubes Organico Bianco - Aprire la Strada Per le Applicazioni Industriali di Nanotubes Quali le Medicine E gli Alimenti salutari Ad Emissione Lenta

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Sinossi

Sfondo e Cronologia del Lavoro Di Ricerca

Dettagli del Lavoro Di Ricerca

Progetti Per Il Futuro Per il Lavoro Di Ricerca

Sfondo

Finora, la produzione di massa dei nanotubes organici è stata molto difficile tecnicamente, perché un gran numero di solvente dell'acqua è stato necessario per la sintesi dei nanotubes organici auto-montati dalle molecole anfifiliche.

Abbiamo messo a punto un metodo conveniente della massa-sintesi per i nanotubes che usa meno di un millesimo del solvente utilizzato nei metodi convenzionali ed il tempo richiesto per il trattamento di secchezza è soltanto alcune ore.

Poiché i nanotubes che ci siamo sviluppati permettono all'incapsulamento delle sostanze funzionali (proteine, nanoparticelle del metallo, Ecc.) più in gran parte di 10 nanometro, che sono stati impossibli da incapsularsi finora, le applicazioni all'ad emissione lenta delle medicine e gli alimenti salutari sono preveduti.

Sinossi

L'Alto Gruppo di Montaggio di Nanostructure di Assiale-Rapporto del Centro di Ricerca di Nanoarchitectonics (Toshimi Shimizu, Direttore) dell'Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia Industriale Avanzata (AIST; Hiroyuki Yoshikawa, Presidente) recentemente ha progettato e molecole anfifiliche sintetizzate con le parti idrofile ed idrofobe ed ha sviluppato una tecnica per la sintesi di vari nanotubes organici di 40-200 nanometro di diametro interno, 70-500 nanometro di diametro esterno e parecchio µm di lunghezza auto-montandoli nei solventi organici. Questo metodo ha bisogno di meno di un millesimo del solvente usato con i metodi convenzionali, permettendo alla produzione di massa dei nanotubes organici (Figura 1). A Differenza dei nanotubes del carbonio, i nanotubes organici hanno disperdibilità eccellente in acqua e possono incorporare le sostanze dell'ospite oltre di 10 nanometro nella dimensione, quali le proteine e gli acidi nucleici. I nanotubes organici possono incapsulare anche le sostanze funzionali che sono così grandi che le ciclodestrine, prodotte attualmente su una base commerciale come sostanze dell'incapsulamento, non possono fare. Così i nanotubes organici stanno promettendo per l'applicazione ai vari campi quali medico, salubrità e le tecnologie di nanobio.

Questo lavoro di ricerca video in Orgatechno 2006 tenuto a Pacifico Yokohama dal 25-27 luglio.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - polveri solide Bianche (peso = 100 g) che consistono dei nanotubes organici (diametro esterno medio = 80 nanometro e diametro interno medio = 60 nanometro) e (destra) un microscopio elettronico a scansione dei nanotubes che ci siamo sviluppati.

Figura 1.

Sfondo e Cronologia del Lavoro Di Ricerca

Gli Studi sui nanotubes del carbonio, che consistono soltanto degli atomi di carbonio, sono stati avanzati estesamente dai punti di visualizzazione della ricerca di applicazione, dell'uso pratico e della fabbricazione in serie. D'altra parte, ci sono stati nanotubes organici di cui i diametri esterni sono simili ai nanotubes multiplo-stratificati del carbonio di dieci a parecchi dieci di nanometro di diametro esterno. Simile alle molecole del sapone, i nanotubes organici sono nanostructures cilindrici vuoti costituiti dal montaggio spontaneo delle molecole anfifiliche con le parti (idrofobe) solubili in acqua (idrofilo) e solubili nell'olio. Ciò che monta è chiamata “auto-assembly.„ È stato trovato che soltanto un genere limitato di molecole anfifiliche, quali i fosfolipidi, glicolipidi e peptidelipids, può auto-montare nelle strutture del nanotube.

Le dimensioni dei nanotubes organici sono solitamente 10-200 nanometro di diametro interno, 40-1000 nanometro di diametro esterno e vari al µm di parecchie centinaia di lunghezza, sebbene secondo le molecole anfifiliche hanno usato. Le molecole formano le strutture cilindriche di doppio strato, in cui i gruppi idrofili delle molecole sono orientati verso entrambe le superfici di ogni doppio strato per contattare con acqua (Figura 2). Sopra parecchie molecole di milioni è l'attendente sistemato dalle interazioni puramente intermolecolari senza legame chimico per formare le strutture stabili di nanostructure.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - Un'illustrazione di imballaggio molecolare tipico di un nanotube organico.

Figura 2.

La testa di ogni molecola anfifilica del tipo di girino indica che il gruppo idrofilo e la coda indica il gruppo idrofobo.

Ci sono stati metodi dell'auto-assembly in acqua per la sintesi dei nanotubes organici, ma i metodi presentano lo svantaggio che un gran numero di acqua, corrispondente a 1000-10000 volte il peso dei nanotubes organici, è necessaria. Ancora, i metodi richiedono molti punti e un molto tempo definitivo trasformare nelle strutture del nanotube (Figura 3). Quindi, finora, è stato considerato che la produzione di massa oltre di 1 grammo di nanotubes fosse difficile al livello del laboratorio.

AIST ha avanzato lo studio sulla progettazione, sulla sintesi e sull'auto-assembly delle molecole anfifiliche per formazione del nanotube negli ultimi dieci anni e a questo lavoro siamo riuscito a produzione di massa dei nanotubes organici. Questo lavoro è stato effettuato come componente della Ricerca per il progetto Evolutional di Scienza e Tecnologia (CREST), la ricerca congiunta di Memoria dell'Agenzia di Scienza e Tecnologia del Giappone (JST) e di AIST (nel FY di 2000-2005) e nella parte della Ricerca Orientata Soluzione per il progetto di Scienza e Tecnologia (SORST), la ricerca del contratto di JST (nel FY di 2005-2007).

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - Un meccanismo morfologico di trasformazione degli assembly molecolari anfifilici, in primo luogo formante gli assembly sferici, poi andando tramite gli assembly elicoidali e definitivo con conseguente strutture del tipo di nanotube in acqua.

Figura 3.

Dettagli del Lavoro Di Ricerca

In questo lavoro, facendo uso delle parti idrofile ed idrofobe dei materiali economici e sicuri quali i saccaridi e peptidi che possono essere usati come alimenti, abbiamo progettato e glicolipidi e peptidelipids N glicoside Tipi sintetizzati per la formazione di nanotubes. Inoltre, siamo riuscito a sintesi dei nanotubes organici del tipo di fibra vuoti tramite auto-assembly dei lipidi in solventi organici sicuri, quale etanolo che egualmente è usato per alimento, ma non facendo uso di un solvente dell'acqua.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - Una rappresentazione schematica possibile che mostra un meccanismo dell'auto-assembly delle nostre molecole anfifiliche in un solvente organico

Figura 4.

Da trattamento conveniente, quali la conservazione di temperatura ambiente e l'evaporazione dei solventi e di usando i solventi organici che sono buoni solventi dei materiali del nanotube, siamo riuscito a produr in seriee oltre 1 chilogrammo dei nanotubes organici solido-polverosi con gli importi dei solventi più in basso del 1,000-10,000th di quello stato necessario per i metodi convenzionali.

Figura 4 illustra che le molecole anfifiliche sintetizzate possono formare gli assembly del nanotube a soltanto un punto, senza subire i punti multipli come i nanotubes in acqua, con conseguente produzione di un gran numero di nanotubes molto in un periodo ridotto. Abbiamo confermato che le polveri solide bianche consistono dei nanotubes organici di 40-200 nanometro di diametro interno, 70-500 nanometro di diametro esterno e parecchio µm di lunghezza facendo uso dei microscopi elettronici di scansione e della trasmissione (Figura 5).

In questo lavoro, abbiamo prodotto oltre 1 chilogrammo dei nanotubes facendo uso dei solventi organici di circa 10 L (i metodi convenzionali hanno bisogno di 20.000 L dell'acqua). Ancora, in preparazione dei nanotubes permettendo all'incapsulamento delle sostanze funzionali, i metodi convenzionali hanno bisogno di un trattamento dell'essicazione sotto vuoto durante parecchi giorni, ma il nostro metodo del solvente organico rende il trattamento di secchezza facile compire in parecchie ore.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - Un'immagine al microscopio elettronico di scansione (tipo di trasmissione) dei nanotubes organici bianchi nello stato polveroso solido.

Figura 5.

Le caratteristiche, le dimensioni e le funzioni dei nostri nanotubes organici sono differenti da quelle dei nanotubes del carbonio ed in futuro le loro domande, ricerca e sviluppo e ricerca di uso pratico saranno accelerati come lavoro che proviene da. Così abbiamo nominato i nostri nanotubes “il Nanotube AIST Organico,„ e recentemente abbiamo fatto domanda per questo da registrare come nostro marchio di fabbrica.

Molecole Cicliche, chiamate “ciclodestrina,„ che sono costituite di 6-8 molecole del glucosio hanno connesso circolarmente, sono state ampiamente usate in vari campi, quali alimento, medicina e le merci della tenuta di casa. Incapsulando i vari composti a basso peso molecolare organici in loro caselle idrofobe, le molecole hanno funzioni nella fabbricazione della stalla instabile delle sostanze, nell'ad emissione lenta delle medicine e dei prodotti chimici dell'aroma e nel rendere le sostanze insolubili in acqua solubili.

d'altra parte, i nanotubes organici costituiti da auto-assembly dei glicolipidi possono essere dispersi bene in acqua. Ancora, i nanotubes possono incapsulare le sostanze del disgaggio 10-50-nm, per esempio proteine, acidi nucleici, virus e nanoparticelle del metallo, che le molecole della ciclodestrina non possono, per disperderle in acqua. Realmente, facendo uso dei nanotubes organici di 30-60 nanometro di diametro interno, siamo riuscito ad incapsulamento delle nanoparticelle del metallo di 1-20 nanometro di diametro e delle proteine sferiche di 12 nanometro di diametro (ferritina) secondo le indicazioni di Figura 6.

Recentemente i prodotti che utilizzano le funzioni dell'incapsulamento di ciclodestrina sono stati ricercati e sviluppato stati e molte di loro già sono prodotto state su una base commerciale. Tuttavia, i nostri nanotubes, permettendo alla produzione di massa ed all'incapsulamento di grandi molecole, stanno promettendo per le applicazioni industriali come nuovi materiali con le funzioni dell'incapsulamento.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - micrografi elettronici della Trasmissione dei nanotubes con i diametri interni di 30-50 nanometro, incapsulanti le nanoparticelle dell'oro con differenti dimensioni, rispettivamente. (Destra) un micrografo elettronico della trasmissione di un nanotube con un diametro interno di 60 nanometro, incapsulante ferritina con un diametro esterno di 12 nanometro.

Figura 6.

Progetti Per Il Futuro Per il Lavoro Di Ricerca

In Futuro, pianificazione avanzare lo sviluppo dei nanotubes organici dal punto di visualizzazione di nuovi contenitori del nanotube o nuovi portafili organici del nanotube con la capacità di adsorbimento, di incapsulamento e di ad emissione lenta, consideranti le applicazioni ai campi di (1) agricoltura (la rimozione dei prioni, del concime ad emissione lenta, Ecc.), (2) alimenti (scarico delle fibre grasse e funzionali, Ecc.), (3) salubrità (prevenzione dell'alopecia, allergene filtra, ecc), (4) assistenza medica (delivery system della droga per le regioni dell'obiettivo, il hemocatharsis, la cattura di virus, l'amministrazione di insulina, l'atomizzazione, ecc), (5) ambiente (rimozione delle particelle metalliche, ecc) e (6) materiali additivi dell'alimento salutare per le donne e gli anziani.

Sorgente: AIST

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego AIST

Date Added: Aug 10, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 09:29

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