Diamenty z kosmosu, z Ziemi oraz. z laboratorium

Transkrypt

1 Diamenty z kosmosu, z Ziemi oraz Politechnika Koszalińska z laboratorium prof. dr hab. Stanisław Mitura, dr hc Prof. Petr Louda (Uniwersytet w Libercu) Doktoranci: Tomasz Jakubowski Radosław Wilczek Instytut Mechatroniki Nanotechnologii i Techniki Próżniowej

2 Wstęp średniowiecze x nano hartowanie = transformacja Fe a = 5 A Kowal Sadza -6M t/y Barwniki Zeolity Odpady 2

3 Wstęp - wizjoner Chciałbym opisać dziedzinę, w której do tej pory dokonano niewiele ale w zasadzie mozna w niej dokonać niesamowicie dużo. Więc dlaczego jeszcze nie potrafimy zmieścić 24-tomową encyklopedię Brytaniki na łepku od szpilki? W obszarze nano jest dużo miejsca - Richard Feynman,

4 Wstęp porównanie rozmiarów Obiekt Wielkość w [nm] Mrówka Średnica bakterii Wirus Grypy 100 Wirus HIV 90 Długość fali promieniowania ultrafioletowego Średnica spirali DNA 2,5 Wielkość cząsteczki wody 0,3 Atom wodoru 0,1 4

5 Co to jest nanotechnologia? ultranowoczesna oraz rewolucyjna technologia zajmuje się zastosowaniem nanomateriałów we wszystkich dziedzinach ludzkiego życia Nanotechnologia jest zbiorem technologii (technologia inżynierskich materiałów, biotechnologia, technologia chemii itp.), które są konwertowane do nanorozmiarów. Obecnie nanotechnologia zajmuje się 4 głównymi obszarami: 1. nanoelektronika 2. nanomateriały 3. molekularna nanotechnologia 4. mikroskopy pracujące z rozdzielczością w skali nano 5

6 selektywne dostarczanie leku sztuczne stawy, zastawki sztuczna tkanka roztwory dezynfekujące kremy ochronne Zastosowanie nanotechnologii w inżynierii biomedycznej instrumentarium - nanoroboty 19/49 6

7 Diamenty Cullinan 3106 ct (621 g) 106 brylantów Cullinan I (530 ct) Cullinan II (317 ct)

8 Brylanty Różnorodność kolorów.? azot bor ppm

9 Diamenty na Ziemi Złoże aluwialne Diamenty Komin kimberlitowy Krater meteorytowy

10 Diamenty na Ziemi Rosja (Jakucja) Występowanie diamentów na Ziemi Ameryka południowa Afryka południowa

11 Diamenty z Kosmosu Wewnętrzna część Układu Słonecznego

12 Diamenty z Kosmosu Meteoryt kamienny NWA Meteoryt żelazny Canyon Diablo Meteoryt kamienny Allende

13 Diamenty z Kosmosu Nanodiament z meteorytu Allende Mikro diamenty z Ureilitu Diamenty z meteorytu Canyon Diablo

14 Diamenty z Kosmosu Pochodzenie diamentów : - Proces uderzeniowy - Proces powstania pod obniżonym ciśnieniem CVD

15 Diamenty z Kosmosu Czarne diamenty Carbonado Występowanie czarnych Diamentów Carbonado czarne diamenty, występujące jedynie w dwóch miejscach na Ziemi z złożach aluwialnych (Afryka i Amreyka południowa). Wiek ich datuje się na 3 miliardy lat. Powstały prawdopodobnie w wyniku wybuchu gwiazdy supernowej a ich skład chemiczny zdradza podobieństwo do pyłu kosmicznego.

16 Diamenty z laboratorium

17 Kryształy diamentu z Ziemi z laboratorium

18 Diament CVD 57 mm diameter, 0.5 mm thick

19 Chemical Vapor Deposition of Diamond Metody syntezy Hot filament DC arc jet DC plasma Laser plasma Oxygen-acetylene flame Microwave plasma

20 Synteza diamentu Warunki specjalne pod obniżonym ciśnieniem: hybrydyzacja sp 3 Bardzo ważna rola elektronów Zarodkowanie na jonach węgla Rola wodoru

21 Ulrich Ott S. Mitura: Nucleation of diamond powder particles in an RF methane plasma", J.Crystal Growth, 80 (1987)

22 Synteza diamentu Synteza węgla diamentopodobnego DLC oraz nanokrystalicznego diamentu NCD Radio Frequency Plasma Activated Chemical Vapour Deposition RF PA CVD S.Mitura, E.Mitura, A.Mitura: "Manufacturing of amorphous carbon layers by RF dense plasma"; Diamond Rel. Materials, 4(1995)302. S.Mitura, A.Mitura, P.Niedzielski, P.Couvrat: Nanocrystalline Diamond Coatings, Journal of Chaos, Solitons and Fractals (Special Issue), 10(12) (1999)

23 AFM - obraz - DLC DLC; około 3000 HV ca 60% diament ca 30% grafit ca 10% karbin

24 AFM - obraz - NCD NCD; około 95 GPa ca 95% diament ca 03% grafit karbin fullereny nanorurki?

25 Ultrananocrystalline Diamond 0.5 nm 3-5 nm Surface Functionalization of Ultrananocrystalline Diamond (UNCD) J. Wang, O. Auciello, M.A. Firestone, and J. A. Carlisle (Argonne National Lab, Chicago)

26 Stainless steel Titanium Kolonizacja E.coli na powierzchni: Stali medycznej Stopu tytanu Warstwy NCD NCD Jakubowski W., Bartosz G., Niedzielski P., Szymanski W., Walkowiak B. Nanocrystalline diamond surface is resistant to bacterial colonization. Diamond and Related Materials, 2004; 10:

27 Diament służy do pokrywania wszczepów stosowanych w chirurgii. Uchodzi za substancje nieaktywną chemicznie. Odpowiedź na zadane pytanie wskaże, czy diament rzeczywiście jest nisko reaktywny biologicznie. Hamowanie peroksydacji lipidów może okazać się dodatkowym czynnikiem korzystnym biologicznego działania tej substancji. Czy diament indukuje proces peroksydacjii lipidów surowicy krwi?

28 NANO-DIAMOND Particle HR TEM detonation method Jerzy Morgiel IMIM PAN

29

30 mrna copies per 1000 HPRT1 mrna copies mrna copies per 1000 HPRT1 mrna copies Określenie bioaktywności cząstek 250 FRAP1 900 JUN Control Diamond D4 Diamond D5 Diamond M1 Graphite Chromium 0 Control Diamond D4 Diamond D5 Diamond M1 Graphite Chromium Gene name Encoded protein PCR product length Main inducing stimulus JUN Jun activation domain binding protein 118 Cellular stress FRAP1 FKBP-rapamycin associated protein Genotoxic stress K.Mitura, S.Mitura, Influence of diamond powder particles on human gene expression, in: V.Zhitomirsky and A.Raveh(eds.), Proc. The Internat. Conf. Superhard Coatings, Kibbutz Ein-Gedi, Israel, 27.II.-1.III. 2006, Surface Coatings Technology, 201 (2007) 6063.

31 Diament Warstwa wody Powietrze + + H H H H H H H H H H 3 O + H 2 O OH H 2 O H 2 O H 2 CO 2 H 2 O O 2 N 2 Ristein J., Riedel M., Mantel B. F., Stammler M., Ley L.: Surface doping: a special feature of diamond ; Journal of Physics: Condensed Matter; 13(2001)

32 E.Sawosz, T.Niemiec, K.Mitura: Chicken embryon 12 day vessel system nanodiamond particle introduced to embryon in the second day (300ul-50 ppm C ), NanoSMat, Rome, vessel

33 Krem z proszkiem NCD M.Batory, K.Mitura: Atopic Contact Dermatits, Contact Allergy, Hypersensitivity on metals on human skin in external application. 4-th Symposium on Vacuum based Science and Technology, September 21-23, 2009 Koszalin- Kołobrzeg, Poland

34 Narzędzia dla chirurgii

35 Polskie sztuczne serce

36 FRAGMENT MEDALU MILENIJNEGO POKRYTEGO WARSTWĄ DIAMENTOWĄ O BARWIE NIEBIESKIEJ Wykonane w ramach projektu finansowanego przez Rząd Wielkiej Brytanii oraz Millenium Dome Project

37 Aplikacje Millennium Medal

38 Wnioski: NCD oraz DLC do zastosowań na powierzchnie implantów medycznych Diament jest ciekawym biomateriałem NCD jest bioaktywny Powłoki DLC dla przemysłu jubilerskiego Znajdzie się wiele obszarów zastosowań, ze względu na odkrywane nowe właściwości

39 Inżynieria Biomedyczna Inżynieria biomedyczna stanowi nową interdyscyplinarną dziedzinę wiedzy łączącą nauki techniczne, medyczne i biologiczne. Można ją obecnie zaliczyć do głównych (obok inżynierii genetycznej) czynników decydujących o postępie współczesnej medycyny. Rosnące znaczenie kształcenia w zakresie Inżynierii biomedycznej wynika z faktu, że specjaliści tej dyscypliny są potrzebni zarówno do rozwijania techniki jak i do rozwijania medycyny. Absolwenci posiadają: - podstawową wiedzę z zakresu inżynierii biomedycznej, w tym w obszarze informatyki medycznej, elektroniki medycznej, biomechaniki inżynierskiej, inżynierii biomateriałów. -umiejętności korzystania z nowoczesnej aparatury oraz systemów diagnostycznych i terapeutycznych opierających się na metodach, technikach i technologiach teleinformatycznych, informatycznych, elektronicznych i materiałowych.

40 Inżynieria Biomedyczna Absolwenci będą niezbędni zarówno w zakładach zajmujących się projektowaniem i wytwarzaniem nowoczesnej aparatury diagnostycznej i terapeutycznej, jak i przy profesjonalnym jej stosowaniu w szpitalach i zespołach lecznictwa otwartego, gdyż aparatura ta ze względu na osiągany dziś stopień zaawansowania i poziom specjalizacji (a także ze względu na swój koszt) nie może być wyłącznie eksploatowana w rękach lekarzy, lecz wymaga zatrudniania specjalistów mających odpowiednie kwalifikacje. Inżynieria biomedyczna to: - Implanty - Instrumentarium - Sprzęt medyczny, rehabilitacyjny, manipulatory

41 Ryzyka nanotechnologii puszka Pandory Przedewszystkim nanocząsteczki ze względu na swoje małe wymiary mogą zachowywać się w sposób nieprzewidywalny. Mogą wystąpić techniczne problemy związana z procesami: - wytwarzania - utylizacji - stosowania - przechowywania - transportu Etyczne - DNA 41

42 Ryzyka nanotechnologii Monitorowanie pracowników mających kontakt z nanomateriałami. Świadomość potencjalnego ryzyka nanotechnologii, szacowanie ryzyka na każdym etapie stosowania produktu nano. Unikanie kontaktu nanocząsteczek z ludzkim mózgiem. Zagrożenia te mogą wyniknąć z dużym prawdopodobieństwem, nie można ich całkowicie wykluczyć dopóki nie zostanie udowodnione, że istnieją fizyczne bądź techniczne środki zabezpieczające nas przed ich wystąpieniem. 42

43 Politechnika Koszalińska Dziękuję za uwagę