Композиционные покрытия

Помимо разработки наномодифицированного бетона, используя ранее полученный опыт, стали создавать покрытия, содержащие в своем составе нанокомпоненты. В результате проделанной работы было получено «Самоуплотняющееся многослойное композиционное противовандально-декоративное и антикоррозионно-гидроизолирующее покрытие ЭпоксиПАН». В состав этих покрытий входят как отдельные углеродные наночастицы, так и нономодифицированная микрофибра. Благодаря этим добавкам, во время нанесения покрытия происходит микродисперсное самоармирование, из-за чего поверхность становится плотнее и получает свойства, характерные для наноструктурированных материалов.

Для того чтобы покрытие проникло глубже в материал, необходимо предварительно обработать его специальной грунт-пропиткой, для металлических изделий применяют праймер. Благодаря этому практически отсутствует граница между нанопокрытием и основанием, а конструкция, подверженная обработке, ведет себя как единое целое. Такие конструкции обладают хорошей морозостойкостью, водонепроницаемостью, трещиностойкостью, устойчивостью к ультрафиолету; в них увеличивается пожаробезопасность и повышается стойкость к воздействиям агрессивных сред и коррозии.

Водоотталкивающая способность строительного блока, обработанного покрытием с нанодобавками

При применении таких покрытий бетон перестает разрушаться, а металл-ржаветь. Добавив в состав покрытия колер, становится возможным использовать его для декоративных целей в качестве отделки, при этом строению будут придаваться антикоррозийные и гидроизоляционные свойства, повысится его износостойкость.

Значимым достижением в области нанопокрытий стала имитация эффекта лепестков лотоса неуязвимых к воздействию воды. В результате в Пекине появилось здание, купол которого выполнен из стекла и титана и обработан нанопокрытием, которое не подвержено загрязнению и смачиванию осадками.

Наноиновационная пленка

Еще одним открытием в сфере строительства стала наноивационная пленка, предназначенная для защиты цветных пластиковых окон инфракрасного излучения. Такие пленки способны отражать до 80% инфракрасных лучей, т.к. в их состав входят особые пигменты, благодаря которым сами окна и помещение защищены от перегрева. В результате их применения может быть продлен срок службы конструкций и существенно снижены расходы, связанные с кондиционированием помещения. Достоинствами наноиновационной пленники являются ее способность покрывать любые по сложности геометрии ПВХ-профили и копировать их формы, способность придавать стеклу визуальный 3D-эффект.

Наномодифицированная композиционная арматура

Композиционная арматура постепенно замещает стальную, это обусловлено рядом следующих достоинств: меньший вес арматуры, долговечность, щелочестойкость и высокая коррозионная стойкость, При достаточно хороших характеристиках, присутствует ряд проблем, связанных с ее использованием. Одна из таких проблем заключается в том, что у композиционной арматуры низкие свойства адгезии с бетоном. Для их повышения возможно применение методов, таких как: рифление поверхности арматуры, напыление на нее песка. Их эффективность мала, поэтому для решения данной проблемы необходимо добавление в состав арматуры углеродных нанокомпонентов, которые усиливают свойства сцепления с бетоном.

Высокопрочная сталь

В результате многократных исследований в области наномодификаций металлов и их сплавов была получена сталь с высокими прочностными характеристиками, которая не имеет аналогов на сегодняшний день по параметрам вязкости и прочности. Высокопрочная сталь идеально подходит для строительства разнообразных дорожных объектов и гидротехнических сооружений. При этом стальные конструкции возможно обрабатывать композиционными нанопокрытиями, которые улучшат антикоррозийные свойства, увеличат срок службы стали даже при воздействии агрессивных сред.

 

 

Нанокапсулирование

 

Нанокапсулирование (англ. nanoencapsulation) - разновидность микрокапсулирования; технология заключения биологически активных веществ в наноразмерные оболочки на основе биодеградируемых полимеров и липидов.

Рис. 1. Микрокапсулирование

Микрокапсулирование — это процесс заключения в оболочку микронных частиц твердых, жидких или газообразных веществ, т.н. инкапсулята. Размер заключенных в микрокапсулу частиц может колебаться в широких пределах, от 1 до 6500 мкм, то есть до размера мелких гранул или капсул (6,5 мм). Наиболее широкое применение в медицине нашли микрокапсулы размером от 100 до 600 мкм. Современная технология дает возможность наносить покрытия на частицы размером до 100 нм и менее. Такие частицы с оболочками называют нанокапсулами, а процесс их производства — нанокапсулированием.

Нанокапсулирование реализуется с помощью ряда физических, химических и физико-химических методов, прежде всего путём образования полиэлектролитных комплексов, липосом, выпаривания растворителя, контролируемого осаждения, послойного нанесения, обработки в сверхкритических растворах и др.

Рис. 2. Липосома

 

Разработка способов присоединения к наночастицамлигандов направленного действия поможет доставлять биологически активные вещества в определенные ткани. Дальнейшее развитие этой технологии позволит в перспективе создавать принципиально новые лекарственные препараты с контролируемым терапевтическим воздействием на определенные ткани и органы.

а)

б)

Рис. 3. а,б - Нанокапсулы

Нанокапсула представляет собой сферическую полую частицу, состоящую из полимеров или фосфолипидов (в этом случае она называется липосомой или наносомой), внутри которой находится низкомолекулярное вещество. Оболочка нанокапсул может быть изготовлена также из других материалов, например, гидроксиапатита или силиката кальция, а также определенным образом организованных молекул ДНК. Нанокапсулыдолжны быть химически стабильны, биоактивны, биосовместимы с организмом, защищатькапсулированное вещество от нежелательного воздействия, например, растворения в жидкостях. Размерынанокапсулобычно не выходят за пределы 100 нм, а микрокапсул - 600 нм.

Нанокапсулы обладают высокой проникающей способностью и могут проходить даже в такие «закрытые» зоны организма, как головной мозг. Малый размер делает их невидимыми для клеток иммунной системы, чтопозволяет нанокапсулам длительное время циркулировать в кровотоке.

Нанокапсулы применяют для контролируемого введения инкапсулированных биологически активных веществ:

· лекарственных препаратов (в том числе нерастворимых в воде или нестабильных);

· пептидов;

· белков(имеющих функции гормонов и цитокинов);

· генетических конструкций, несущих гены ферментов;

· гормонов;

· цитокинов.

В фармацевтической сфере не так давно появился новый термин «нанолекарство», он тесно связан с нанокапсулированием. Нанолекарство — это лекарственный или медицинский диагностический препарат, применяемый в форме наночастиц.

Рис. 4. Действие нанолекарств.

Наночастицы позволяют лекарству преодолеть первый защитный барьер. Помимо этого, они могут «обходить» иммунную систему организма. Многослойность поверхности наночастиц или нанокапсул повышает устойчивость к действию защитных механизмов организма, позволяя препарату сохранять свою структуру и активность на более длительное время и достигнуть точки назначения.

Примеры нанолекарств и их разработки:

* Нанолекарства от рака и нановакцины будут разрабатывать две  американские фармацевтические компании — BIND и Selecta. Полностью синтетические нановакцины вакцины, не содержащие природных вирусов, но имитирующие их строение и работу.Наночастица имеет тот же размер, что и вирус, и лимфатическая система распознает ее как вирус.Первая вакцина Selecta такого типа — «прививка» от курения SEL-068 находится на стадии клинических испытаний. На очереди вакцины против вируса папилломы человека, диабета.

* Металлические наночастицы могут уничтожать раковые клетки, если ими насытить опухоль, а затем переменным магнитным полем нагреть опухоль с наночастицами до температуры, при которой раковые клетки будут уничтожены. Наиболее эффективны двухслойные частицы и в форме звездочки. Способ находится в стадии разработки.

* Нанолекарства способны продлить жизнь до 200 лет, т.к. открыта способность нано структур бороться с агрессивными свободными радикалами, которые образуются в организме человека, а также восстанавливать нервные клетки прямо на месте.

* Нанопрепарат "Дохурубиджин" (Иранский препарат) скоро будет использоваться для лечения рака молочной железы и яичников, а также СПИДа.

* Препараты от рака на основе наночастиц обеспечивают отсутствие побочных эффектов и целенаправленно действуют на раковые клетки. Нано препараты избирательны к действию на опухоли. Для нано наркотиков используется цисплатин, карбоплатин, блеомицин, 5-фторурацил, доксорубицин, дактиномицин, 6-меркаптопурин, паклитаксел, топотекан, винбластин и этопозид и т.д. Наиболее часто используемые материалы для наночастиц как носители: полимеры-дендримеры, липосомы, мицеллы, неорганические и органические наночастиц и др.

Диапазон капсулированных веществ широк – от средств противоопухолевой терапии иморфогенетических белков костной ткани до средств косметологии.

Рис. 5. Наночастицы в косметологии.

Для целевой доставки поверхностьнанокапсул может быть модифицирована специфическими антигенами, рецепторами или лигандами. Мембрана липосом состоит из природных фосфолипидов, что определяет ее способность при определенныхусловиях поглощаться клетками. Мембрана липосом может сливаться с клеточной мембраной, что приводит квнутриклеточной доставке их содержимого. Перспективными также представляются подходы доставкинанокапсул внутри эритроцитов или бактерий.

Технология включения лекарственных веществ в нанокапсулы позволяет использовать многие лекарственныесоединения, доставка которых в органы и ткани была бы сильно затруднена из-за их нерастворимости в воде или нестабильности. В липосомах (наносомах) возможно капсулирование водных растворов лекарственныхвеществ, а полимерные нанокапсулы обычно содержат жирорастворимые соединения; таким образом, этатехнология позволяет снизить токсичность и добиться желаемойфармакокинетики для лекарственных препаратов.

В настоящее время разрабатываются подходы к транспорту в нанокапсулахнаноструктурметаллической и полупроводниковой природы, а также суперпарамагнитныхнаночастиц для селективногоразрушения клеток при электромагнитном разогреве, что важно для лечения ряда опухолей.

Наночастицы золота, инкапсулированные в молекулу ДНК. В ярком поле с низким разрешениемможно увидеть плотное ядро металлических частиц в клетках. На вставке показано изображениевысокого разрешения, в котором можно увидеть, что индивидуальные золотые наночастицынаходятся в икосаэдрических клетках. Масштаб: 50 нм.