Üretilmiş Nanopartiküllerin Endüstrideki Kullanım Alanları

1. Üretilmiş Nanopartiküllerin Endüstrideki Kullanım Alanları TürkToraksDerneğiYıllıkKongresi Antalya, Türkiye Nisan 2011 Gökhan M. Mutlu, M.D. Pulmonary and Critical Care Medicine Northwestern University Feinberg School of Medicine Chicago, IL USA Çıkar çatışması: Yoktur

2. Nanoteknoloji • Atom ve molekuller herseyin yapimi icin gerekli yapim bloklaridir. • Bir seyin yapiminda bu yapim bloklarinin kullanilis tarzi o seyin ozelliklerinin olusumunda cok onemlidir. • Nanoteknoloji atomlarin ve molekullerin materyellerin olusturulmasi sirasindaki manipulasyonudur. • 21.yuzyilin onemli teknolojilerinden birisi • Sadece mikron seviyeden nano seviyesine inildigi bir teknolojik gelisme olarak dusunulmemelidir. • Ekonomik potensiyeli

3. Nanoteknoloji

4. Graphene Compton and Nguyen. Small 2010; 6:711-723

5. Graphene • Fizik alaninda Nobel Odulu • Andre Geim ve Konstantin Novoselov (Manchester U) • Suana kadar bilinen en iyi gecirgen. • Silikonla karsilastiriliginda, elektron akimi 10-kat daha hizli. • Transparan

6. Nanoteknoloji • Bir materyelin boyutunda yapilacak kucuk bir degisiklikle o materyelin elektrik gecirgenligi, renk, guc ve erime noktasi gibi temel ozellikleri degistirilebilir. • Nanoteknolojinin vaatlerinin en onemlisi: • Daha az enerji ile daha iyi materyellerin yapilabilecegi

7. Nanopartikül • Onlarca-yuzlerce atom veya molekulden olusur. • Materyelin nano olmayan (“kutlesel”) hali ile nano boyutundaki materyelin fiziksel ve kimyasal ozellikleri ile arasinda onemli farkliliklar vardir

8. Nanoteknoloji • Saglik uzerine olan potansiyel yan etkileri • Cevreye olan etkileri

9. Mutlu et al. Nano Letters 2010

10. Nanoteknoloji Nanopartikullerin yarlanabilen ozellikleri • Katalitik • Elektriksel • Manyetik • Mekanik • Optik • Biyolojik

11. Yüzey/volüm oranı • Bu ozellikler ileri derecede buyuk yuzey/volum oranina baglidir. • Nanotuplerin uzunluk/cap orani >100 milyon:1 • 1 nm ~ insan sacinin capinin 1/50,000’i kadar • 18-20 cm’e kadar uzun olabilirler • Buyuk yuzey/volum orani sebebiyle atom ve molekullerin cogunlugu yuzeyde bulunmaktadir ve bu sebeple ortami ile etkilesime aciktir. • Ornegin: • 10 nm capindaki bir partikulde atomlarin %20’si • 1 nm capindaki bir partikulde atomlarin %90’i yuzeyi olusturur.

12. Uzunluk/çap oranı • Yuzey/volum oranindaki artis: • Partikulun yuzey enerjisini arttirir. • Erime noktasini azaltir • Stabil bir materyel nano duzeye indirildiginde reaktif bir materyel haline donusebilir

13. Nanopartiküllerin özellikleri • Uretim sonrasi istenilen ozellikleri korumak amaciyla bir takim tedaviler (nanopartikullerin kaplanmasi gibi) uygulanmasi gerekebilir. • Ornegin nanotozlar daha buyuk partikul olustururlar ve nano ozelliklerini kaybetmeye meyillidirler. • Bu sebeple uretim ve uretim sonrasi yapilacaklar cok iyi planlanmalidir.

16. Twist Diameter Twist Diameter

17. Orijini Dogal Istenmeden olusturulan Uretilen Cozunurluluk Gaz icinde (aerosol) Sivi icinde (jel, ferrosivilar) Kati icinde (matriks materyeller) Nanomateryeller Sekil/olusum Kure Igne Platelet Tup Kimyasal kompozisyonu Metal/metal oksit Polimer/carbon Yari-iletken Biyomolekul Agregasyon durumu Tek Aggregat Agglomerate Yuzeysel modifikasyonlar Islenmemis (uretildigi sekilde) Kaplanmis

18. Nanopartikul çeşitleri Karbon • Siyah karbon • Zincir seklinde aggrege olmus karbon nanopartikulleri • Dolgu maddesi- araba lastikleri ve tonerlerde Karbon nanotupler • Yuksek gerilim gucu (celikten 100 kat daha guclu) • Mukemmel isi ve elektrik iletkenliligi • Sensor, elektronik, bilesik materyeller, duz TV ekranlari

19. Nanopartikul çeşitleri Metal nanopartikuller • Altin (Au) • Gumus (Ag) Quantum dots • Cadmium sulfide (CdS) • Cadmium selenide (CdSe) Metal oksitler • Titanium dioxide (TiO2) • Zinc dioxide (ZnO2) • Silica (SiO2) Karbon nanotupler • Tek duvarli (single-walled) (SWCNT) • Cok duvarli (multi-walled) (MWCNT)

20. Nanopartikul çeşitleri Organik nanopartikuller • Polimer • Mikron duzeyine indirilmis ilac ve kimyasallar • Makromolekuller • Miseller, lipozomlar

21. Karbon nanotup

22. Carbon nanotube Carbon graphite Carbon clay Silica

23. Graphene

24. Kullanım alanları • Elektronik • Cevresel • Enerji • Manyetik • Mekanink • Optik • Isi • Tip ve Ilac

25. Elektronik • Yuksek performansli elektronik aletler • Duz panel TV’ler (i.e., LCD, LED) • Yuksek gecirgen materyeller • Cok katli kapasitorler

26. Çevresel • Biodegradable polimerler • Germinasyona yardimci olma • Endustriyel emisyonlarin ve kirliligin temizlenmesi • Daha iyi su temizlenmesi

27. Enerji • Hidrojen depolanmasi (metal nanocluster) • Yuksek etkinlikli enerji hucreleri icin elektrokatalitik • Daha uzun kullanim omurlu/kullanimli piller • Yuksek performansli solar hucreler • Otomotiv/Endustriyel motorlar icin daha etkin katalitorler • Cizilmeye dayanikli kaplamalar • Seramik

28. Manyetik • Yuksek etkinlikli ve daha cok depolama kapasitesine sahip bellek, depolama medyasi • Yuksek cozunurluklu MRI goruntulemesi icin nanomanyetik partikul iceren kontrast materyel

29. Mekanik • Yuksek guc, dusuk agirlikli birlesik ve yapisal materyeller • Eskimeye/surtunmeye karsi yuksek direncli materyeller • Anti-korozyon/paslanmaya karsi direncli materyeller

30. Optik • Refleksiyonu (yansimayi) onceliyici kaplamalar • Tani konusunda kullanilabilecek isin/isik duyarliligi ile calisan sensorler

31. Termal/Isı • Daha iyi isi transferi • Daha etkin sogutucular

32. Tıp/İlaç • Antimikrobiyal kaplamalar (Gumus nanopartikulleri) • Patojenlerin arastirilmasi • Proteinlerin olculmesi • Ilac ve gen tedavisi • Florosan biyolojik etiketleme • MRI kontrast materyelleri • Fagositoz kinetiginin incelenmesi • DNA ile ilgili teknolojiler • Doku muhendisligi • Biyolojik molekul ve hucrelerin ayrimi ve purifkasyonu • Isi (hipertemi) ile tumorlerin yok edilmesi

33. Graphene

34. Graphene Bae, S. et al. Nature Nanotech. 2010;5, 574–578 Compton and Nguyen. Small 2010; 6:711-723

35. Bae, S. et al. Nature Nanotech. 2010;5, 574–578 Compton and Nguyen. Small 2010; 6:711-723

36. Thaxton C S et al. PNAS 2009;106:18437-18442

37. Thaxton C S et al. PNAS 2009;106:18437-18442