Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Sinteza nanomaterialov in nanostruktur za medicinsko aplikacijo
Spomenka Kobe
Inštitut Jožef Stefan Odsek za nanostrukturne materiale
Sinteza in karakterizacija perovskitnih nanostruktur
BaTiO3 SrTiO3
Tehnike
Mokre kemijske tehnike: • sol-gel • koprecipitacija • Hidrotermalna sinteza • Metoda polimernih prekurzorjev • Elektroforetska depozicija
Prednosti: Enostavna in poceni oprema Enostavno procesiranje Nizka temperatura sintranja Material z natančno stehiometrijo Oblikovna morfologija se kontrolira z oblikovno geometrijo por v šabloni Agregacija materiala je omejena s stenami por šablone Sintetizirati je mogoče večje količine nanocevk in nanožic
EPD v šabloni
• Zunanje el. polje • Gibanje delcev • Depozicija
EPD celica Sinteza prekurzorjev (SOL)
EPD
Sušenje
Termična obdelava
Odstranitev šablone
Polikristalinične nanostrukture
BaTiO3 nanocevke za senzorje vlage Izdelava nanocevk z nanolitografijo
Prototip naprave
Odziv BaTiO3 nanocevk na pulze 100, 50 and 25 % relativne vlage (RH) merjena pri sobni temperaturi. I-V krivulje dobljene v suhi in v vlažni atmosferi (100 % RH). Oster pik kaže reverzibilne spremembe električnega odziva.
SrTiO3 nanocevke– dopirane z Fe za senzorje kisika
aksialni & radialni prerez
Polikristalinična tubularna morfologija
E Sarantopoulou2,
Z Kollia2,
AC Cefalas2
2National Hellenic Research Foundation,
Athens, Greece
Short Light Wavelengths and Nano-
Applications Laboratory http://www.eie.gr
Fe-Sm-Ta-N magnetne nanostrukture izdelane z
pulzno lasersko depozicijo pri 157 nm
S Kobe1,
S Šturm1,
K Žužek Rožman1,
J Kovač3
1Jožef Stefan Institute, Ljubljana, Slovenia,
Department for Nanostructured Materials http:// nano.ijs.si
3Department for Surface Engineering
and Optoelectronics http://www.ijs.si
PLD za RE-TM trajne magnete
MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems)
NEMS (Nano-Electro-Mechanical-Systems)
MEMS MAGMAS (Magnetic Micro-Actuators & Systems)
RE-TM permanent magnets:
Sm-Co Nd-Fe-B Sm-Fe-N
Permanent magnet films based on RE-TM
Fabrication techniques:
bonded powders : moulded, screen-printed
sputtered films, PLD, low pressure plasma spray
(chemical, thermal and mechanical compatibility between the deposited
material and the substrate).
electroplated films (associated with lithographic
technologies)
Fully functioning transmission
MEMS Clutch
mechanism.
Gears -50 microns
across.
Magnets deposited
on a membrane
interact with fixed
array of micro-coils
Mini sized motor, with
PLD Nd-Fe-B magnet
MAGMAS – MAGnetic Micro-Actuators and Systems
Mini sized motor, with the PLD Nd-Fe-B magnet,
Nakano et.al., 2004
PLD
Mehanizem laserske
ablacije zavisi od:
karakteristik laserja
lastnosti tarće
lastnosti substrata
razdalje med tarčo in
substratom
vrste atmosfere
F2 Laser
Λ = 157nm,
E = 10-50 mJ/pulse
20 Hz repetition rate
Tarča Sm13.8 Fe82,2Ta4,0
Substrat: 100 nmTa na Si
Atmosfera
HV 10-6 mbar He 1 bar
N2 1 bar
Laserski žarek
Target
Substrate
Intersticijska modifikacija z dušikom
Sm2Fe17
Tc =116oC
PLANARNA
magnetokristalna
anizotropija
Tc=476oC
AXIALNA magnetokristalna
anizotropija
Sm2Fe17N3-
+ (3-)N2
DV/V = 7 vol. %
SEM / EDXS analiza
He 1 bar, E = 25mJ/pulse
Nanodelci z sestavo zelo blizu sestavi tarće
EDX analyses:
Film
Fe = 84+-10 at.%
Sm =16+-10 at.%
Target
Sm13,7Fe86,3
EDX analyses:
Depozit
Fe = 84+-10 at.%
Sm =16+-10 at.%
Tarča
Sm13,7Fe86,3
IJSLjubljanaSloveniaIJS
LjubljanaSlovenia
IJSLjubljanaSloveniaIJS
LjubljanaSlovenia
Magnetne meritve - VSM
Pred termično obdelavo in nitriranjem Hc= 2,5 kOe Po termični obdelavi in nitriranju: Hc= 5 kOe
Demagnetizacijske krivulje pred in po nitriranju
5 0 n m
Kristina Žužek Rožman Darja Pečko, Nina Kostevšek, Sašo Šturm, Zoran Samardžija, Paul McGuiness, Spomenka Kobe Institut “Jožef Stefan” Odsek za nanostrukturne materiale Ljubljana, Slovenija Uroš Maver, Peter Nadrah, Marjan Bele Kemijski Inštitut Ljubljana, Slovenija Boštjan Markoli, Iztok Naglič Naravoslovno tehniška fakulteta Oddelek za materiale in metalurgijo Univerza v Ljubljani, Slovenija Marko Tandler Litostroj Jeklo d.o.o. Ljubljana, Slovenija
Nanostrukturni materiali z magnetnim oblikovnim spominom
Zakaj Fe-Pd?
Različne aplikacije odvisne od sestave
Fe70Pd30 → oblikovni spomin
Fe30Pd70 → absorbcija vodika
Fe50Pd50 → magneto-kristalna anizotropija Ha = 1.8 MJ/m3
• magnetni spomin
• micro-magneti za MEMS in NEMS naprave
• Prenos zdravilnih učinkovin
KAKO? Fe-Pd zlitin je mogoče izdelati z:
• MBE
• Sputtering
• Pulsed laser deposition
Elektrodepozicija
fct-ordered-L10 fcc-disordered
Razvoj in karakterizacija magnetostriktivnih razgradljivih xerogelov (Jožef Stefan Institute).
Sinteza mikrokapsul z funkcionalizacijo nanocevk (National Institute of Chemistry)..
Matematično medeliranje in simulacije transporta nanodelcev v tkivo (University of Neuchatel, CH).
Znanstveni in tehnološki preboj
IJSLjubljanaSlovenia
1.Martenzitna faza nastane z ohlajanjem 2.Dvojčična struktura nastane kot posledica strižne deformacije 3.Napetosti in spremembo oblike je mogoče kontrolirati z zunanjim magnetnim poljem.
Kaufman S. et al. New J. Phys. 13 (2001) 053029
H≠0
H=0
H≠0
Vir: http://prlo.aps.org/story/v20/st20
Nanostrukturni materiali z (magnetnim) oblikovnim spominom
UPORABA: Inteligentni dostavni sistemi zdravilnih učinkovin: Projekt ARRS (Kemijski Institut, Institut Jozef Stefan) Inteligentni filtracijski sistemi: EU projekt MNT_ERA_NET (IJS, UNI-LJ, Litostri Jeklo, Poljski partnerji)
Magnetne nanožice in nanocevke Fe-Pd z različnimi karakteristikami kot nosilni sistem za ciljano dostavo zdravilnih učinkovin.
• Karakterizacija magnetizacije Fe-Pd nanocevk v preseku s pomočjo elektronske holografije v presevnem elektronskem mikroskopu
Neposredna vizualizacija smeri in jakosti magnetizacije posamezne nanocevke
50 nm
• Elektrokemijska sinteza, karakterizacija in funkcionalizacija
• Elektrokemijska sinteza, karakterizacija in funkcionalizacija
• Funkcionalizacija s paracetamolom in mehanizem sporoščanja
Mehanizem hitrega začetnega sproščanja, ki mu sledi difuzijsko pogojeno sproščanje. Uporabno za primere, kjer je potrebna hitra
učinkovitost in zadrževanje slednje na dolgi rok. Vir: ŽUŽEK ROŽMAN, Kristina, PEČKO, Darja, ŠTURM, Sašo, MAVER, Uroš, NADRAH, Peter, BELE, Marjan, KOBE, Spomenka.. Mater. chem. phys.. [Print ed.], [v tisku] 2012
Magnetne nanožice in nanocevk Fe-Pd z različnimi karakteristikami kot nosilni sistem za ciljano dostavo zdravilnih učinkovin.
Rezultati
Fe70Pd30 nanocevke izdelane z elektro
depozicijo so bile uspešno funkcionalizirane z
modelnim zdravilom, t.j. paracetamol
Predlagani model sproščanja zdravila:
ovoj se zaradi magnetostriktivnosti materiala
razpoči in zdravilo se po začetni hitri sprostitvi
počasi sprošča naprej; primerno takrat, ko je
potrebno hitro delovanje in kasneje
vzdrževanje stanja za določen čas.
IJSLjubljanaSlovenia
Izdelava votlih nanosfer z lasersko depozicijo
Natančna analiza z presevno elektronsko mikroskopijo je potrdila, da z lasersko ablacijo tarče v
dušikovi atmosferi, na substratu nastanejo trdne nano sfere napolnjene s plinastim dušikom, kar
pomeni izjemno perspektivno uporabo kot nano- plinski rezervoarji.
S. Šturm
Nitrogen inside the sphere
Reference:
Nitrogen in the air
HRTEM analiza
Darja Pečko, MR
Dr. Kristina Žužek Rožman
Dr. Sašo Šturm
Doc. Paul McGuiness
Dr. Kristina Žagar
Prof. Miran Čeh
Hvala za vašo pozornost!