View
1.211
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
Nanosenzorji za ljubezen – utvara ali resničnost
Univerza v Mariboru, FS
Center za Senzorsko tehniko
IOS, Institut za okoljevarstvo in senzorje, d.o.o
Aleksandra Lobnik
Page
Nanotehnologija –
tehnologija 21. stoletja
“Today’s science fiction is often
tommorow’s science fact.”
- Stephen Hawking -
Kaj so senzorji?
Prvi senzorji, ki se jih zavedamo so čutila…..
In jih še vedno ne
moremo v popolnosti nadomestiti:
Izdelovalci parfumov – nosovi
Pokušalci vin……
Hrane….
Kaj pa občutkov….ljubezen, žalost, jeza, ….ali lahko to
kvantificiramo?
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
Kaj so senzorji?
Senzor je miniaturiziran analizni aparat, ki omogoča
kontinuirano in reverzibilno podajanje informacij o kemijski
koncentraciji analita. (Wolfbeis 1990)
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
Kaj so kemijski optični senzorji?
(indikatorska kemija, optična vlakna)
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
P
r
e
t
v
o
r
n
i
k
receptor
“kemijski”
signal
V realnem svetu razvijamo senzorje
na različnih področjih:
OSEBNE ZAŠČITE , VAROVANJA
OKOLJEVARSTVA
KVALITETE HRANE
KLINIČNE MEDICINE…….
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
Raziskovalni projekti
ZAKLJUČENI V TEKU V EVALVACIJI
ŠIFRA NASLOV
1 TP MIR 07/RR/20 Optični senzorski sistem za osebno zaščito vojaka pred bojnimi strupi
2 L2-9493Razvoj optičnega senzorskega sistema za nedestruktivno kontrolo kvalitete embaliranih
mesnih izdelkov
3 M1-0209 Razvoj optičnih kemijskih senzorjev za osebno zaščito vojaka pred kemijskimi agensi
4 BI-CZ/08-09-017 Optical Chemical Sensors
5 BI-UA/09-10-011 Sol-Gel Optical Sensors Based on Doped New Luminiscent Lanthanide Complexes
6 L1-2084 Senzorsko zaznavanje roka uporabe pakiranih mesnih izdelkov
7 BI - RU/10-11-017 Nano-Optični biosenzor za detekcijo organofosfatov
8 ARRS - MR Tematika : Biogeni amini
9 BI-FR/10-11-017 Tkane inteligentne tekstilije
Raziskovalni projekti
ZAKLJUČENI V TEKU V EVALVACIJI
ŠIFRA NASLOV
10 SRRP-09/I/07 Zagotavljanje varnosti in sledljivosti pakirane mesne hrane s senzorskim sistemom
11 EUREKA E!4961 Optično določevanje svežosti mesa
12 RIP09/43/48 Energija iz odpadkov
13 BI -M/11-12-015Kemijski senzorji za detekcijo aminov
14 ARRS projekti 2011Razvoj novega fluorescentnega nanosenzorja za določevanje organofosfornih spojin
15 FP7-PEOPLE-2011 Sol-Gel Materials for Pollution Control
16 FP 7 - MNT-ERA NET Nano-optical system for organophosphate detection
17FP 7 - ICT- 2011 - C
REF NO.: FP7 - 288153
Network of sensors integrated in the flexible textile structures to monitor process,
environment and health protection
18 EUREKA 2011 Gas Sensor using Polymeric Fibers and Fabric
19FP 7 - MNT-ERA NET
2011Wireless networks of heavy metals nanosensors for real time water pollution assesment
Raziskovalni projekti
ZAKLJUČENI V TEKU V EVALVACIJI
ŠIFRA NASLOV
20 R&D MesserOxygen-enrichment in sulfite oxidation in wet FGD and Oxygen enhanced combustion of
solid fuels
21LIFE+ (LIFE10
ENV/SI/000132)Solving the problems of drinking water pollution with pesticides and nitrates
22FP7 - NMP - 2011 -
SMALL - 5Advanced Textile solutions for pollution recovery from Oil Spills in Extreme Conditions
23 EUROSTARS Absolutly chlorine free system (ACF) for paper production using recycled fibers
24 SOLČAVA Analiza pitne vode Solčava
25 ITKEK-94/03-JZ/SH Detoksifikacija odpadnih biocidnih vod s postopki kemijske oksidacije
26 E!4206 Advanced technologies in landfill leachate management
27Gosopdarjenje z vodnimi
viri (WRM) - WP 3.1.B Strategija rabe geotermalnih potencialov Dolinske regije
28
Gospodarjenje z vodnimi
viri (WRM) - K-Net 2004
WP 6.2.2.
Optimiranje kakovosti vode z dovajanjem CO2
29Gospodarjenje z vodnimi
viri (WRM) - WP 4.4.2.Zaloge vode in okoljski vpliv na zbiralnik Kozjak
30 INTERREG Management of Storm water on Highways
31 JAPTI 91/2009 Vodja področja okoljevarstvo - Preučevanje učinkovitosti različnih membranskih tehnologij
32 MR-09/51 TIA-MR iz gospodarstva Branka Viltužnik
33 JAPTI 78/2010 Vodja področja tehnične tekstilije
34 TIA MR- 2010 TIA-MR iz gospodarstva Polonca Nedeljko
35 ARRS projekti 2011 Razvoj novih dostavnih sistemov za zdravljenje raka debelega črevesa pri oralni uporabi
INDIKATORSKA BARVILA
SOL-GEL MATERIAL
IMOBILIZACIJSKA TEHNIKA
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
3. Sol-gel
1. hidroliza
Si(OR)4 + H2O HO-Si(OR)3 + ROH
2. kondenzacija:
HO-Si(OR)3 + HO-Si(OR)3 HO-Si(OR)2-O-Si(OR)2 +
HOH
HO-Si(OR)3 + Si(OR)4 Si(OR)3-O-Si(OR)3 + ROH
Monomers Other metals
Si(OR’)4 Zr(OR’)4
R1-Si(OR’)3 R1-Zr(OR’)3
R1 R2 -Si(OR’)2 R1 R2 -Zr(OR’)2
R: aliphatic, aromatic Ti, Sn
Kaj sploh je “nanotehnologija”?
‣ 1959 - Richard Feynman - prvi, ki predstavi idejo obdelave snovi na nivoju atomov
‣ 1974 - Taniguchi - prvi uporabi pojem “nanotehnologija”
• ๏ izvor “nanotehnologija” - Latinsko “nanus”, Grško “nanos”
Kaj so osnovni gradniki nanomaterialov?
‣ nanodelci (1 nm = 10-9 m)
obravnava materiale in sisteme, ki kažejo nove in izrazito
izboljšane fizikalne, kemijske in biološke karakteristike zaradi
svoje velikosti v nano območju [1-100 nm]; t.j nanomateriale
2. Senzorji lahko merijo parametre:
• Telesa
Kardiološke signale
Temperaturo
Respiracijske funkcije
Premiki/pozicija
Znoj
Električne
Kemijske
Biološke
Tlak
Lastnosti kože
• Okolja
Temperatura
Premike
Biološke
Kemijske
Voda/vlaga
Sevanje
Pozicijo
Tlak
Zvok
2. Senzorji na tekstilu
1. Odstranljivi
2. Fiksni
- FOS
-tkani
-pleteni
-laminirani
-ježek,
-zadrga
-šivanje
OCS
barvanje
printanje,
nanosi
3. Senzorji z barvno spremembo
Indicator Precursors ratio
Bromocresol green(BCG)
100 % glycidoxypropyltrimethoxysilane
(glycidoxy)
90 % glycidoxy : 10 % Tetraethoxysilane
(TEOS)
80 % glycidoxy : 20 % TEOS
Bromothymol blue (BTB)
100 % glycidoxy
90 % glycidoxy : 10 % TEOS
80 % glycidoxy : 20 % TEOS
R = 4; pH = 3; heating at 80 °C; aging time 3 days at room temperature
SOL-GEL BTB (with precursors glycidoxi and TEOS) ON COTTON TEXTILE
MATRIX
-30
-20
-10
0
10
20
30
2 3 4 5 6 7 8 9
pH
a*
100G, pKa=5,99
90G, pKa=5,92
80G, pKa=5,96
SOL-GEL BTB (with precursors glycidoxi and TEOS) ON VISCOSE TEXTILE
MATRIX
-40
-30
-20
-10
0
10
20
2 3 4 5 6 7 8 9
pH
a*
100G, pKa=6,24
90G, pKa=6,34
80G, pKa=6,26
Senzor za detekcijo OP
0 1 2 3 4
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
F/F
0
[FPO3
2-] (mM)
0 10 20 30 40 50
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
F/F
0
[FPO3
2-] (M)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
F/F
0
[FPO3
2-] (mM)
400 450 500 550
0
50
100
150
200
250
300
350
Flu
ore
sce
nce
in
ten
sity (
a.u
.)
[nm]
0uL
20uL
140uL
280uL
1000uL
520 540 560 580 600
0
50
100
150
200
Flu
ore
sce
nce
in
ten
sity (
a.u
.)
nm
0uL
0.5uL
2.18uL
140uL
2.Meritve v okoljevarstvu Določevanje aluminija
Increasing of fluorescence
intensity of Morin upon
additon of Al3+ in acetic buffer; concentration range: 10-7 – 10-5 M
wavelength (nm)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
250 300 350 400 450 500 550
flu
ore
scen
ce i
nte
nsi
ty 10-5 M Al3+
2*10-7 M
Indicator Morin
O O H
O H O O H
O H
O H
+ Al3+
non-fluorescent
O O H
O
Al
O O H
O H
O H
Al-Morin complex
yellow-green
fluorescent at 487 nm
(at pH 3.5)
sol-gel membrane (100% TMOS)
Determination of phosphate (P)
using europium-tetracycline complex (EuTc)
Response of EuTc to P
Ex = 400 nm Em = 616 nm 13 mM MOPS, pH 7 Eu:Tc = 1:1 [EuTc] = 21 µM incubation t. = 20 min T = 30 °C
360 390 420 450 550 600 650 7000
2
4
6
8
[P] (µmol/L)
25
100
500
inte
nzit
eta
lu
min
escen
ce (
a.u
.)
valovna dolžina (nm)
EuTc EuTc + PO4
3-
Determination of copper (Cu)
using terbium-ligand complex (TbL2)
Spectral properties of TbL2 in water solution
480 510 540 570 600 6300
2
4
6
8
valovna dolžina (nm)
inte
nzit
eta
lu
min
es
ce
nce (
a.u
.)
0 nM Cu2+
1000 nM Cu2+
Ex = 320 nm Em = 548 nm 10 mM MOPS, pH 7 Tb:L = 1:2, [L] = 1 µM
incubation time = 30 min T = 25 °C
TbL2 TbL2
+ Cu2+
KVALITETA HRANE SRRP-09/I/07
Temperaturni
senzor
pH senzorski
čip
Kisikov
senzorski čip
fotodetekto
r
Optično
vlakno
Page
Magnetni Nanodelci
Biomedicina in Klinična Medicina Magnetni nanomateriali
Nanomateriali
• maghemit (-Fe2O3)
• magnetit (Fe3O4)
• kobalt ferit (CoFe2O4)
• mangan-cink feriti (MnZnFe2O4)
• ipd....
• Ozka porazdelitev velikosti nanodelcev (10 ± 1) nm
• Načini priprave:
‣ soobarjanje, sol-gel metoda, hidrotermalna metoda, mikroemulzijska metoda, ipd...
JEDRO – delec (magneten, nemagnetnen,
kristaliničen, amorfen, …)
Organska prevleka
(Organski aditivi,
biomolekule,
fluorescentna barvila,
ipd...)
Anorganska prevleka
(SiO2, TiO2, Au, Ag, …)
Površinska obdelava magnetnih nanodelcev
delec
Površinska obdelava
nanodelcev
• Organske prevleke
• Anorganske prevleke
Uporaba magnetnih nanodelcev
• Biomedicinske aplikacije
• Terapija raka in genska terapija • Magnetna dostava zdravilnih učinkovin (kemoterapevtiki, ipd....) • Separacija/selekcija celic • Magnetna hipertermija • Kontrastni agensi za magnetno resonančno slikanje • ipd.
Nanotehnologija - tehnologija 21. stoletja
Prvi tranzistor razvit v
Bell-ovem laboratoriju
leta 1947
(~1cm v preseku)
Pentiumov čip s 3,3 milijona
tranzistorjev
- osrčje današnjih računalnikov -
Veliko razvojnih skupin po svetu si prizadeva razviti nanorobote, ki
se bodo lahko sčasoma uporabljali za zdravljenje vse od hemofilije
pa do raka.
•
Nanorobti se bodo množično proizvajali. Po velikosti bodo precej
manjši od premera človeškega lasu in tudi manjši od bakterij.
Potovali bodo lahko skozi kapilare, ne da bi jih zavrnil imunski
sistem telesa.
Ali je ljubezen res kemija?
http://www.ted.com/talks/lang/slv/helen_fisher_tells_us_why_we_love_cheat.html
Dr. Helen Fisher, Biološka antropologinja
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
Kavdalno jedro ima veliko vlogo pri nadzoru motorike, je pa
tudi eden od kontrolorjev hrepenenja in želja. Tukaj so
shranjeni naši lepotni ideali, ki temeljijo na naših preteklih
izkušnjah. Kavdalno jedro tako praktično določa, v koga se
bomo zaljubili.
Ventralni tegmentum pa najdemo v srednjih možganih in
je globoko vpleten v motivacijo. Ima številne povezave z
ostalimi deli možganov, vključno s kavdalnim jedrom in
amigdalo, kjer je sedež čustev.
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
1. POŽELENJE
Kavdalno jedro se vključi in po do zdaj še neznanih poteh
sproži povečano izločanje spolnih hormonov testosterona in
estrogena, ki povečata spolni nagon in dovzetnost za zunanji
videz potencialnega partnerja, ter feromone.
To je prva faza zaljubljenosti.
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
2. ROMANTIČNA LJUBEZEN
Ta začne izločati hormon dopamin.
.
Ko so raziskovalci slikali možgane sveže zaljubljenih ljudi
in jih primerjali z možgani kokainskih odvisnikov, je bila
slika zelo podobna, včasih celo identična.
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
3. NAVEZANOST
Klub temu, da se v 3. fazi zmanjša nivo spolnih hormonov, je
zdaj namesto tega prisoten občutek pripadnosti in varnosti.
Vez, ki nastane med partnerjema zaradi oksitocina, je
podobna vezi med materjo in otrokom pri dojenju.
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
PREKINITEV VEZE
Prekinitev stikov z ljubljeno osebo povzroči prenehanje
izločanja dopamina . Pride do odtegnitvenega sindroma, ki je v psihičnem pogledu
zelo podoben tistemu pri ljudeh, ki se odvajajo od drog.
Lahko pride do depresije, apatije, pomanjkanja apetita, motenj
spanja, občutka tesnobe, možna je celo fizična bolečina.
University of Maribor
Faculty of Mechanical Engineering
CENTRE OF SENSOR TECHNOLOGY
Dopamin Oksitocina
Page
Imunosenzorji Magnetic suspension
- Target cells
- Secondary cells
Cell labelling
with primary antibody;
incubation
Magnetic cell separation
Centrifuging and redispersing
in fresh medium
Page
Votli nanodelci - nanokapsule
Biološka enota
(npr. protein)
Ligand, linker
(vezna molekula)
Nanokapsula
- polimerni ovoj, npr. PLA, PLGA, ipd.
- anorganski porozni ovoj
Terapevtska učinkovina,
fluorescentno barvilo
ipd.
Nanosenzor iz možganov prenaša signal na
detekcijski sistem integriran v zapestnici, ki se v primeru večje koncentracije dopamina/oksitocina
obarva rdeče.
REALNOST ALI UTVARA?
• Dr. Špela Korent Urek
• Doc.dr. Gregor Zupančič
• Dr. Andreja Gutmaher
• Dr. Aljoša Košak
• Dr. Matejka Turel,
• Dr. Mojca Poberžnik,
• Dr. Maja Bauman, univ.dipl.ing.
• Alenka Kelc, univ.dipl.ing.
• Alenka Ribič, univ.dipl.ing.
• Nina Frančič, univ.dipl.biochem.
• Branka Viltužnik, univ.dipl.ing.
• Polonca Nedeljko, univ.dipl.ing.
• Eva Rajh, univ.dipl.ing.
• Katja Kompolšek, univ.dipl.ing.
• Leonida Frangež, univ.dipl.biolog.
Hvala kolegom
Recommended