công nghệ nano

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM  VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO CÔNG NGHỆ NANO TRIỂN VỌNG TRONG TƢƠNG LAI CHO CÔNG NGHỆ NANOBIOTECHNOLOGY VÀ BIONANOTECHNOLOGY GVHD SVTH LỚP : TS Vũ Thanh Ngọc : Nhóm : ĐSH10A TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập trƣờng Đại học Công nghiệp Tp.HCM, nhóm em xin chân thành cảm ơn trƣờng, khoa tận tình giảng dạy Bài tiểu luận sở để nhóm em vận dụng kiến thức học, từ rút học kinh nghiệm vô giá Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, lần nhóm em xin chân thành cảm ơn cô Vũ Thị Thanh Ngọc tận tình bảo hƣớng dẫn nhóm em nhiều để nhóm em hoàn thành tiểu luận Với trình độ, khả hạn chế kinh nghiệm làm tiểu luận chƣa nhiều, chắn nhóm có thiếu sót định tiểu luận Nhóm em kính mong nhận đƣợc bảo cô.Cuối nhóm em xin chúc cô gia đình có nhiều thành công sức khỏe sống DANH SÁCH NHÓM Phần làm Mức độ STT Họ Và Tên MSSV Quách Thị Cẩm Tú 14081471 xây dựng mô não Tích cực Lê Đức Tý 14067841 Kết luận nhận xét Tích cực tham gia -Công nghệ nano ứng dụng may mặc -Găng tay bám dính -Công nghệ Nano chip tƣơng lai -Công nghệ nano triển vọng mang lại nguồn lƣợng Nguyễn Đỗ Uyên 14127641 ( Tổng Hợp Bài) Tích cực -ứng dụng nano xây dựng -Nhóm phân bón đƣợc sản xuất theo công nghệ Nano -Thực phẩm hạt nano -Nano vàng -Vật liệu nano hấp phụ kim loại nặng nƣớc sinh hoạt Huỳnh Thị Thanh Vân 14017881 Công nghệ nano công nghệ tạo mô Tích cực -Kết luận nhận xét Phạm Thị Thanh Vân 14063861 Tích cực -Đƣờng dây điện tự động xây dựng hệ thống sinh học Nguyễn Thị Tƣờng Vy 14042161 đƣợc cải biên để lắp ráp Tích cực cấu trúc nano cỗ máy nano robot nano Lê Thị Thanh Xuân 14026561 Tích cực Máy tính tự cấp lƣợng -Kết luận nhận xét Trần Thị Hải Yến 14079901 Tích cực - Công nghệ nano điện tử LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, thƣờng đƣợc nghe đến công nghệ nano số dự án nghiên cứu vật liệu, y học v.v Đối với số ngƣời khái niệm trừu tƣợng, nhìn thấy hay cảm thấy tồn Tuy nhiên công nghệ nanođang góp phần lớn giúp thay đổi mặt khoa học công nghệ nay, ứng dụng rộng rãi từ vật liệu, xây dựng, sản phẩm tiêu dùng đến y tế, điện tử nhiều ứng dụng khác nữa.Công nghệ Nano loại công nghệ sử dụng kỹ thuật phân tử để xử lý yếu tố mang tính chất siêu vi mô Nói cách khác, công nghệ nano đƣợc coi công nghệ siêu nhỏ Thậm chí, chúng đƣợc sử dụng với tỷ lệ 1/80.000 so với bề dày sợi tóc Công nghệ nano đƣợc coi nhƣ bƣớc ngoặt khoa học kỹ thuật giới Nanobiotechnology and bionanotechnology ngành khoa học mẻ giai đoạn sơ khai Trong triển vọng phát triển chúng đƣợc bàn đến sách lớn tƣởng tƣợng nổi, nhiều hƣớng chƣa đƣợc khám phá Trong viết này, thảo luận ngắn gọn số hƣớng phát triển năm tới Một số hƣớng đơn giản nhƣng số khác lại khó tƣởng tƣợng đƣợc Chúng ta bắt đầu với hƣớng đơn giản nhƣ kết hợp chặt chẽ kỹ thuật di truyền công nghệ nano, mở rộng phạm vi hiểu biết hóa học, đƣa kết luận với số hƣớng mà coi "khoa học viễn tƣởng" khoa học túy MỤC LỤC NỘI DUNG: Triển vọng tƣơng lai cho công nghệ nanobiotechnology bionanotechnology 1 Sự kết hợp chặt chẽ sinh học phân tử công nghệ nano Xây dựng hệ thống sinh học đƣợc cải biên để lắp ráp cấu trúc nano Công nghệ nano công nghệ tạo mô .3 Xây dựng mô não .6 Chế tạo vật liệu sinh học nhân tạo vô Công nghệ nano ứng dụng may mặc 7 Găng tay bám dính 8 Công nghệ Nano chip tƣơng lai 9 Công nghệ nano triển vọng mang lại nguồn lƣợng 10 10 Ứng dụng nano xây dựng 11 11 Máy tính tự cấp lƣợng 13 12 Đƣờng dây điện tự động .14 13 Nhóm phân bón đƣợc sản xuất theo công nghệ Nano 15 14 Thực phẩm hạt nano .16 15 Nano vàng 17 16 Vật liệu nano hấp phụ kim loại nặng nƣớc sinh hoạt 19 17 Công nghệ nano điện tử .20 18 Cỗ máy nano robot nano 20 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN: triển vọng nguy hiểm cách mạng công nghệ sinh học nano .22 Tài liệu tham khảo 27 NỘI DUNG TRIỂN VỌNG TRONG TƢƠNG LAI CHO CÔNG NGHỆ NANOBIOTECHNOLOGY VÀ BIONANOTECHNOLOGY Sự kết hợp chặt chẽ sinh học phân tử công nghệ nano Không có tranh luận sinh học phân tử có vai trò trung tâm nửa sau kỷ 20 Trong kỷ trƣớc bắt đầu với cách mạng thực vật lý, phần thứ hai bị chi phối cách mạng sinh học Khả xác định trình tự DNA nhiều sinh vật cách dễ dàng, khả nhân trình tự DNA theo sau biểu thao tác với phân tử protein RNA vài ví dụ Ngân sách cho nghiên cứu sinh học Hoa Kỳ nƣớc lại giới tăng lên liên tục nguồn tài trợ môn học khác giảm dần Tỷ lệ viện trợ NIH (Viện Y tế Quốc gia) với NASA (Cơ quan Hàng không Không gian Quốc gia) tiêu xu hƣớng Trong năm 1960, kinh phí cho hai quan nhƣ nhau; Vào năm 2012 ngân sách NIH gần nhƣ gấp đôi NASA (khoảng 32 tỷ đô la cho NIH 18,7 tỷ đô la cho NASA) Hơn nữa, nhiều khoa khoa học vật lý kỹ thuật, chí bao gồm khí phòng kỹ thuật điện viện kỹ thuật truyền thống nhƣ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Viện Công nghệ California (CalTech), bao gồm nghiên cứu sinh học Các khoa học viện lĩnh vực nhƣ hóa học hay khoa học vật liệu chí liên quan đến nghiên cứu sinh học Vì vậy, nhƣ xảy nhiều lĩnh vực khác, học viện giới đƣợc tích hợp khoa học vật lý sinh học Sự kết hợp tƣơng tự đƣợc thấy thƣơng mại giới Nhiều công ty lớn nhỏ hoạt động thƣơng mại phản ánh hội tụ hai hoạt động Các công ty chất bán dẫn lớn, nhƣ Motorola, khởi xƣớng hoạt động có tính sinh học quan trọng Xây dựng hệ thống sinh học đƣợc cải biên để lắp ráp cấu trúc nano Nhƣ thảo luận trƣớc sách này, lĩnh vực công nghệ sinh học chủ yếu dựa vào việc sử dụng phân tử tự nhiên, chủ yếu DNA protein, đoạn peptide nhỏ Một lĩnh vực chƣa đƣợc khám phá đầy đủ kết hợp sinh học phân tử kỹ thuật di truyền với nghiên cứu xây dựng khối tự lắp ráp sinh học Sinh học phân tử kỹ thuật di truyền cho phép tích hợp chức sinh học khác vào cấu trúc protein tự lắp ráp Việc hình thành cấu trúc chức sinh học đƣợc tích hợp vào cấu trúc nano chủ đề trọng tâm tƣơng lai Về nguyên tắc, cho phép chế tạo không cấu trúc tự lắp ráp quy mô nano, mà tạo cấu trúc có đơn vị chức xếp theo thứ tự nano Enzyme protein huỳnh quang đƣợc kết hợp với di truyền để tự lắp ráp trình tự với protein tổng hợp kết hợp thành inclusion body sợi không hòa tan Tuy nhiên, đƣợc chứng minh nhiều trƣờng hợp sợi tạo thành "cột sống" trung tâm với phân tử enzyme nhô giữ lại hoạt động chúng (Baxa cộng sự, 2003 Mitraki, 2010) Điều dẫn đến khả chế tạo cấu trúc nhƣ dây chuyền lắp ráp nano thay đổi khác phân tử cụ thể đƣợc thực kích thƣớc nano Chúng ta hình dung tình mà kỹ sƣ công nghệ sinh học nano thiết kế kế hoạch hợp lý cho việc chế tạo cách có hệ thống tái sản xuất thiết bị công nghệ nano sinh học Mặt khác ,công nghệ nanobiotechnology cần đƣợc cải tiến đáng kể liên kết chặt chẽ khái niệm công cụ từ ngành khoa học vật lý sinh học phân tử Nhiều kỹ thuật đƣợc phát triển cho ứng dụng phi sinh học chúng hữu ích cho nghiên cứu sinh học Nhiều ứng dụng thƣờng đƣợc sử dụng sinh học phân tử trở nên hiệu mạnh mẽ thông qua việc sử dụng công nghệ nano Sự sử dụng khuếch đại DNA, quy trình kĩ thuật tốn công đƣợc cách mạng hóa cách mạnh mẽ việc sử dụng kênh vi dẫn kĩ thuật “lab-on-a-chip” Chúng ta hình dung việc thao tác mẫu DNA đƣợc thực tự động chip loạt thao tác liên tục thể thu nhận phân tử kích thƣớc nano Tuy nhiên, thị trƣờng có phƣơng pháp mặt công nghệ - phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano cacbon với giá thành hợp lý Tại phòng thí nghiệm Viện Nghiên cứu khoa học Belarussia, với phối hợp khoa Vật liệu Xây dựng (Đại học Tổng hợp Quốc gia Belarussia), vật liệu nhƣ đƣợc chế tạo từ hỗn hợp không khí CO2, sử dụng lửa từ tia điện phóng Phƣơng pháp đƣợc coi phƣơng pháp tổng hợp, khí đốt tự nhiên, cacbon dạng lỏng (cồn, dầu hỏa…) sử dụng nhƣ nguồn cung cacbon Giá thành sản phẩm thu đƣợc xấp xỉ 0,5 USD/gr Nhóm nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu hóa chất Ucraina, dƣới đạo Viện trƣởng V Shmalko, nghiên cứu chứng minh đƣợc rằng: Than đá sản phẩm từ than đá qua công đoạn xử lý nhiệt (sản phẩm từ trình luyện cốc - có bụi cốc) nguyên liệu đầu vào lý tƣởng Bụi cốc sản phẩm phụ than đá qua trình luyện cốc Nguyên liệu hợp lý (về mặt kinh tế) để tổng hợp phần tử nano cacbon Một lò luyện cốc bình quân năm xuất 710 sản phẩm phụ dƣới dạng bụi cốc Theo tính toán, phần tử kích thƣớc nano bụi cốc chiếm 3% tổng khối lƣợng bụi Các nhà khoa học biện pháp để thu nhận phân tử nano cacbon áp dụng biện pháp siêu âm để phân tán bụi cốc nƣớc Tuy nhiên, tỷ lệ phân tử nano cacbon tro bụi cốc không đƣợc vƣợt 3% Nhƣ vậy, bê tông nano với đặc tính lý cao mở khả mới, hội cho lĩnh vực thiết kế xây dựng Hy vọng tƣơng lai gần, loại vật liệu thay toàn loại bê tông truyền thống 11 Máy tính tự cấp lƣợng Tƣơng lai không xa ngƣời ta cho đời loại máy tính xách tay (laptop) có khả "tự cung, tự cấp" lƣợng Sản phẩm kiểu chuyên gia Viện Công nghệ Hoàng gia Melbourne (RMT) Australia chế tạo, sử dụng màng tĩnh điện cực mỏng có khả chuyển đổi áp lực khí thành điện Đây ý 13 tƣởng để giúp ngƣời tạo hệ laptop có khả "tự cung tự cấp" lƣợng điện Áp điện (piezoelectric phenomena) tƣợng đƣợc ngƣời ứng dụng từ đầu kỷ 19 để chế tạo bật lửa Tƣơng tự, ngƣời ta dùng tinh thể áp điện để sản xuất dòng điện laptop dùng công nghệ để tự nạp điện bàn phím đƣợc tác động ấn xuống Bƣớc tìm cách khuếch đại lƣợng điện đƣợc sản xuất từ vật liệu áp điện để giảm chi phí có cấu trúc gọn nhẹ, chi phí chế tạo màng áp điện 12 Đƣờng dây điện tự động Các nhà khoa học từ Đại học Rice tìm cách xây nên đƣờng dây điện mà không cần phải chạm vào chúng, tự kết nối mạch điện nguồn điện Sử dụng cuộn điện Tesla để phóng gradient trƣờng điện có điện áp cao vào không khí, họ khiến ống nano carbon trƣờng Teslaphoretic (TEP) vƣơn nhƣ mạng điện tự biến thành đƣờng dây dẫn điện Với xác cao ống nano song song có khả tự lắp ghép trƣờng TEP, báo cáo khoa học cho thấy Teslaphoresis tự tạo thành đƣờng dẫn điện quy mô lớn cách hiệu quả.Trƣờng điện đƣợc sử dụng để di chuyển vật thể nhỏ, nhƣng đƣợc khoảng cách ngắn Nhƣng với Teslaphoresis, nhà khoa học tăng quy mô hoạt động lên nhiều để di chuyển vật chất từ xa.Qua thí nghiệm, nhà nghiên cứu khám phá đƣợc Teslaphoresis tự kết hợp lại, cung cấp lƣợng cho hệ thống đèn LED, lấy điện từ trƣờng điện từ lấy cuộn điện Tesla Những nghiên cứu xa đƣợc tiến hành mong muốn đội ngũ nhà khoa học nhƣ chúng ta, áp dụng đƣợc công nghệ tƣơng lai gần, vào lĩnh vực mạng lƣới điện ứng dụng nano y học, nhiều lĩnh vực khác 14 13 Nhóm phân bón đƣợc sản xuất theo công nghệ Nano Sản xuất phân bón theo công nghệ Nano công nghệ đƣợc áp dụng số quốc gia phát triển nhƣ Đức, Thụy sĩ, Nhật, Mỹ Trong qui trình công nghệ sản xuất loại phân bón có kích cỡ nhỏ từ 100- 500 nm, loại phân có nhiều tính vƣợt trội so với hiệu lực chƣa xử lý Khả hấp thu qua & qua hệ thống rễ đƣợc tăng mạnh sử dụng phân bón theo CN Nano vừa có hiệu lực Nông học, Hiệu kinh tế, lại bảo đảm không gây tồn dƣ tổn hại đến môi trƣờng Hiện tại, công nghệ Nano sản xuất phân bón dừng số loại phân bón vi lƣợng số chất hữu có hoạt tính sinh học cao Nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu Nano hydroxit lớp kép (Layered Double Hydroxides - LDHs) sản xuất phân bón nông nghiệp cần thiết LDHs vật liệu Nano công nghệ cao có triển vọng ứng dụng nhiều lĩnh vực khác đƣợc nhiều nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu Loại vật liệu chế tạo từ muối kim loại, có độ tinh khiết cao, an toàn cho sức khỏe chi phí hợp lý Về cấu trúc, LHDs tƣơng tự nhƣ khoáng brucite tự nhiên, bao gồm phiến hydroxit kim loại mang điện dƣơng đƣợc cân anion nƣớc nằm xen LDHs có công thức hóa học nhƣ sau: [M(1x)IIMxIII(OH)2]x+(An-)x/n.mH2O đó: + MII ion kim loại hóa trị nhƣ Mg, Ca, Ni, Zn ; + MIII ion kim loại hóa trị nhƣ Al, Fe, Cr, Mn ; + An- anion, anion vô nhƣ CO32-, SO42-, PO43-, NO3-, ClO4-, Fe(CN)64-… anion hữu nhƣ acid oxalic, acid acylat Tính chất LDHs đa dạng, phụ thuộc vào loại tỷ lệ phân tử cation phiến hydroxit, chất anion nằm xen phiến phụ thuộc vào điều kiện chế tạo Đặc tính quan trọng LDHs chúng có diện tích bề mặt dung tích hấp thu anion lớn (2-3 meq/g), bền với nhiệt; lực liên kết anion xen tƣơng đối yếu nên chúng có khả vƣợt trội việc hấp phụ anion vô hữu (Evans Slade, 2006) Vật liệu có ƣu hẳn so với phức hợp zeolit- 15 NH4, dạng phân bón nhả chậm đƣợc sử dụng phổ biến, hàm lƣợng N cao nhiều lần Gần loại vật liệu đƣợc nghiên cứu để làm chất mang cho phân bón Nano nhả chậm (đạm, lân) thuốc bảo vệ thực vật thân thiện với môi trƣờng (Li Duan, 2006) Chính công nghệ sản xuất phân bón Nano dạng công nghệ cao ứng dụng nông nghiệp 14 Thực phẩm hạt nano Nói đến thực phẩm hạt nano nói đến hạt có kích cỡ nano đƣa vào thể cách ăn, uống Các hạt nano nhỏ nên thƣờng đƣợc đƣa vào thể mà trộn lẫn nhiều chất khác Có thể chia làm loại: Hạt nano vào thể (bằng cách ăn, uống) chất có kích cỡ nano, hạt nano chất đó; hạt nano vào thể hạt nang (túi) kích cỡ nano, chứa chất mà thể cần, thân hạt nang Nang nano dầu cá thu: Dầu cá thu cung cấp nhiều loại axit béo cho thể nhƣng mùi vị hắc, khó uống Ngƣời ta làm túi nang kích cỡ nano, mỏng, dễ vỡ, túi có chứa dầu cá thu Dầu phết vào bánh mì đểăn trộn với nƣớc để uống, vào đến dày, nang bọc nano bị nghiền nát, vỡ ra, cung cấp dầu cá thu vào hệ tiêu hoá ốc xoắn nano đựng vitamin: Ngƣời ta làm hạt nano hình cuộn dây kích cỡ 50 nanomet, bên chứa chất bổ nhƣ vitamin, axit béo omega, lycopen… cần thiết để cung cấp cho tế bào nhƣng mùi vị lại không dễ ễnuốt Nhờ có vỏ xoắn nano che đậy nên trộn với thức ăn nƣớc uống đểđƣa vào dày Quả cầu nano chứa chất dinh dƣỡng: Những ngƣời ăn kiêng phải tránh số chất không đƣợc đƣa qua dày hay phận thể Ngƣời ta chế tạo cầu rỗng kích thƣớc nano chứa đầy đủ chất dinh dƣỡng có thểđiều khiển để ăn, uống cầu nano đem chất dinh dƣỡng trực tiếp đến tế bào 16 Trong số trƣờng hợp, ngƣời ta gắn cầu nano hạt nang nano với cảm biến nano, vào sâu thể chúng bất động, nhƣng có tín hiệu từ cảm biến hoạt động, tức vỏ bọc vỡ Trà nano selen đồ uống nano đƣợc ƣa chuộng, có đại dịch H5N1 Selen độc, ngƣời làm việc có tiếp xúc với selen dễ bị nhiễm độc, da sần, rụng tóc dẫn đến tử vong Nhƣng thể ngƣời phải có selen (ở mức độ đó) đảm bảo đƣợc miễn dịch, bị virut H5N1 công Selen bổ sung vào thể ngƣời theo đƣờng thực phẩm, đặc biệt trứng chứa nhiều selen Selen có trứng gia cầm ăn thức ăn từ hạt ngũ cốc, cỏ lấy selen từ đất…, vậy, vùng đất thức ăn gia cầm thiếu selen thực phẩm cho ngƣời ăn thiếu selen, dẫn tới khả miễn dịch thể Trong trƣờng hợp thể ngƣời thiếu selen, bổ sung selen thông thƣờng đƣợc Các nghiên cứu dƣợc học cho thấy cách lấy selen nano có động, thực vật thích hợp Tại Trung Quốc, ngƣời ta tìm thấy có vùng trung du, dƣới đất có nhiều selen, chè mọc lên tốt, chè có nhiều hạt nano selen Xay nhỏ chè này, pha thành nƣớc uống cách bổ sung tốt cho tình trạng thể thiếu selen Trung Quốc triển khai trồng chè vùng để sản xuất sản phẩm “Trà nano selen” bán chạy Sữa nano canxi ví dụ khác thực phẩm nano Canxi cần để làm xƣơng, đặc biệt chỗ gần khớp Nhiều trƣờng hợp, thể ngƣời không hấp thụđƣợc canxi từ thức ăn nên phải bổ sung cách dùng hạt nano canxi có từ vỏ hàu, hến tự nhiên Chắt lọc trộn hạt nano vào sữa, làm thành sữa nano canxi để uống, chữa bệnh loãng xƣơng 15 Nano vàng Vàng (Au) nguyên tố kim loại đứng vị trí thứ 79 bảng tuần hoàn hoá học, có giá trị vô to lớn sống ngƣời từ xƣa tới nay, đƣợc coi 17 “Vua kim loại” Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển vàng có thêm ứng dụng thực tiễn nano vàng Mối quan tâm nhà khoa học nguyên tố không biến đổi không bị ôxy hoá xuất từ lâu: ngành y học cổ truyền Ai Cập, Trung Hoa hay Ấn Độ sử dụng kim loại để xử lý vết loét da hay số bệnh viêm nhiễm khác Nhƣng ngày nay, nhờ vào tiến lĩnh vực khoa học Nano (Nanoscience), ngƣời ta xác định thêm nhiều đặc tính thú vị khác kim loại Theo Olivier Pluchery, nhà vật lý học viện khoa học Nano (Paris), đƣợc chia nhỏ trạng thái phân tử có kích thƣớc vài Nanomet, nguyên tố có nhiều đặc tính riêng biệt Trƣớc tiên chúng thay đổi màu sắc, chuyển từ màu vàng sang màu đỏ tím nhạt Sự chuyển màu có đƣợc phân tử Nano vàng không hấp thụ ánh sáng có bƣớc sóng nằm vùng quang phổ nhƣ miếng vàng khối thông thƣờng.Nhƣng phân tử Nano vàng ƣu điểm mặt thẩm mỹ Trong lĩnh vực hoá học, vàng có nhiều ứng dụng đặc biệt Trong phản ứng hoá học, vàng thay nhiều chất xúc tác quý nhƣ: Platin, Paradium, Rhodium…Hoàn toàn bất động trạng thái bình thƣờng, vàng kim loại đƣợc nhà kim hoàn ƣa chuộng đặc tính không bị ôxi hoá hay bị mờ Nhƣng trạng thái phân tử Nano, đặc tính lại thay đổi 180 độ Từ cuối năm thập niên 80 kỉ XX, nhóm nhà khoa học Nhật Bản chứng minh phân tử vàng khích thƣớc nhỏ Nanomet tham gia phản ứng oxy hoá với Cacbon oxit (CO) để tạo thành Cacbon dioxít (CO2) Ngoài vàng tham gia phản ứng nhiệt độ thấp (đến – 700C) số chất xúc tác nhƣ Platin phản ứng nhiệt độ 1000C Tuy nhiên Cacbon oxít CO loại khí độc CO2 có nhƣợc điểm góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính Vì vậy, thực tế nhà sản xuất ôtô chế tạo ống khí thải phân tử vàng để tránh việc thải khí CO oxy hoá lƣợng tử nhiên liệu chƣa cháy hết Để tạo Hydro, họ phát triển loại pin nhiên liệu dành cho phƣơng tiện giao thông điện thông qua trình tái tạo Methanol không tạo khí CO 18 Lĩnh vực khác không phần ý nghĩa sinh học y học Các phân tử Nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt dƣới tác dụng xạ laser Đặc tính đƣợc sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X chữa trị số bệnh ung thƣ Các nhà khoa học viện nghiên cứu Max-Planck nghiên cứu phá huỷ mô khoẻ mạnh cách sử dụng viên thuốc trị ung thƣ bên khối u Để đƣa chất vào vị trí, nhà khoa học tạo viên nhộng nhỏ với kích thƣớc vài Nanomet Vỏ viên nhộng đƣợc cấu tạo nhiều lớp polyme mỏng đặt lên nhau, cho phép chúng vƣợt qua dễ dàng lớp màng bên màng tế bào Trên bề mặt viên nhộng phân tử Nano đƣợc sử dụng từ nguyên tử vàng bạc Khi hấp thụ vào tế bào khối u, viên nhộng di chuyển tia hồng ngoại Sức nóng đẩy phân tử vàng bạc di chuyển khiến viên nhộng vỡ phá vỡ kết cấu tế bào ác tính Hiện nghiên cứu chuột chứng minh đƣợc tính hiệu công nghệ Ở trạng thái phân tử Nano, vàng có khả cố định nguyên tử sinh học (kháng nguyên kháng thể) Vì vậy, phân tử vàng sử dụng nhiều xét nghiệm sinh học hay chuẩn đoán y khoa Tất ứng dụng cần nhiều năm nghiên cứu, kiểm chứng lại, đặc biệt để phát triển lý thuyết Nano vàng 16 Vật liệu nano hấp phụ kim loại nặng nƣớc sinh hoạt Hiện nay, loại bỏ kim loại nặng chất hóa học từ nguồn nƣớc tự nhiên nƣớc vấn đề xử lý môi trƣờng tính độc hại chúng nồng độ thấp Những chất ô nhiễm này, xuất nƣớc nƣớc ngầm ngấm qua trầm tích, nƣớc mặt từ trình sản xuất công nghiệp mà ra, ví dụ khai mỏ, tinh chế sản suất vải dệt, sơn, thuốc nhuộm…Có nhiều cách khác để loại bỏ kim loại khỏi nƣớc nhƣ, trao đổi ion, thẩm thấu ngƣợc lọc Nano, kết tủa hấp phụ…Trong hấp phụ, trao đổi ion phƣơng pháp có nhiều ƣu điểm so với phƣơng pháp khác, vật liệu sử dụng làm chất 19 hấp phụ tƣơng đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trƣờngDo việc tìm kiếm nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ có khả xử lí ion kim loại gây ô nhiễm nƣớc cần thiết Ngày vật liệu hấp phụ kim loại oxit kích thƣớc nanomet thu hút đƣợc quan tâm nhiều nhà khoa học khả hấp phụ vƣợt trội so với vật liệu tự nhiên Nguồn nƣớc tự nhiên cấp cho hệ thống nƣớc sinh hoạt chủ yếu bị nhiễm ion kim loại mang điện tích dƣơng (các cation), điện tích âm (Các Anion).Trao đổi ion trình trao đổi dựa tƣơng tác hoá học ion pha lỏng ion pha rắn Đây dạng phản ứng ion pha lỏng (là nƣớc) ion pha rắn (là nhựa trao đổi cation, Anion) Các nhựa trao đổi hấp thu ion có nƣớc 17 Công nghệ nano điện tử Nhắc đến công nghệ nano, bạn nghĩ đến dự án khoa học đƣợc tiến hành giáo sƣ hàng đầu phòng thí nghiệm, công nghệ cao cấp tiên tiến Tuy nhiên thực tế bạn sử dụng số sản phẩm công nghệ nano lúc Những vi xử lý đƣợc làm từ vật liệu nano phổ biến thị trƣờng, số sản phẩm nhƣ chuột, bàn phím đƣợc phủ lớp nano kháng khuẩn Công nghệ nano đóng góp không nhỏ lĩnh vực điện tử, đặc biệt công nghệ lƣợng Pin nano tƣơng lai có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers Cấu trúc ống khiến cực pin có diện tích bề mặt lớn nhiều lần, giúp lƣu trữ đƣợc nhiều điện Trong kích thƣớc viên pin ngày đƣợc thu hẹp lại 18 Cỗ máy nano robot nano Mục tiêu cuối công nghệ nanobiotechnology việc sản xuất loại máy móc liên quan có chức sinh học quy mô nano Những máy đƣợc thay vi phẫu cách sử dụng độ xác submicrometer quy trình phẫu thuật Ngƣời ta hình dung kỹ thuật robot có kích thƣớc nhỏ di 20 động micron dao mổ phẫu thuật thật với kích thƣớc submicromic Những robot nhỏ / nano làm cách mạng hóa lĩnh vực phẫu thuật thần kinh cách cho phép thao tác xác mô bị tổn thƣơng, nhƣ khối u não mạch máu bị hƣ hỏng mà không ảnh hƣởng đến mô khỏe mạnh Các kĩ thuật phức tạp để phẫu thuật não thƣờng kết thúc biến chứng nghiêm trọng đảo ngƣợc đƣợc đƣợc thực robot nano nhƣ vậy.Ý tƣởng robot nano thực chủ đề khoa học viễn tƣởng nhƣ Fantastic Voyage cổ điển năm 1966 Isaac Asimov, mà gọi "robot nano" đƣa vào thể bệnh nhân đƣợc sử dụng để tiêu diệt cục máu đông não đe dọa đến tính mạng ngƣời Nano-robot đƣợc sử dụng để điều trị rối loạn nhƣ ung thƣ mức độ tế bào.Các diễn biến trình chuyển đổi tế bào bình thƣờng thành tế bào ung thƣ đột biến chuỗi DNA cá nhân bị ảnh hƣởng Ví dụ, hầu hết bệnh ung thƣ ngƣời liên quan đến đột biến gen mã hoá protein ức chế khối u p53 Việc hiệu chỉnh chức gen ức chế khối u mảnh protein phân tử nhỏ, thực đƣợc xem xét để điều trị tƣơng lai Tuy nhiên, hƣớng khác đƣợc; hƣớng nhƣ đƣợc sử dụng dùng robot nano để phát trình tự DNA bị đột biến, liên kết với chuỗi đƣợc thay đổi, sau sửa lại chuỗi DNA tế bào ung thƣ đƣợc biến đổi cách hiệu chỉnh hóa học mức độ nano 21 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN TRIỂN VỌNG VÀ NGUY HIỂM CỦA CUỘC CÁCH MẠNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANO Không có công việc thách thức nhiều so với dự đoán tƣơng lai Không năm 1950 chí tƣởng tƣợng đƣợc cách mạng công nghệ văn hoá đƣợc tạo việc giới thiệu máy tính cá nhân Internet IPhone đƣợc phát hành năm 2007 ngày dƣờng nhƣ phần tách rời lĩnh vực công nghệ Tuy nhiên, khả hiểu biết đầy đủ kiện tƣơng lai, đến năm 1950 rõ ràng nửa sau kỷ 20 bị chi phối điện tử viễn thông toàn cầu Khi dự báo thập kỷ thứ hai kỷ 21 cố gắng để có nhìn sâu sắc tƣơng lai rõ ràng 50 năm tới đƣợc chi phối tiến nhanh chóng cách mạng hai lĩnh vực sinh học công nghệ nano Các chi tiết tốt chƣa đƣợc tiết lộ nhƣng khuôn khổ chung đƣợc nhìn thấy Sinh học thập kỷ kỷ 21 có vị trí xấp xỉ với vị trí vật lý đƣợc vài thập kỷ chí kỷ trƣớc Các khái niệm chung đƣợc biết, bùng nổ số lƣợng thông tin thực nghiệm, có hiểu biết lý thuyết trình Quan trọng nhất, có quan tâm hứng thú to lớn tầm quan trọng nghiên cứu số công chúng nhƣ nhà lãnh đạo giới nhà hoạch định sách Một ví dụ hấp dẫn buổi họp báo đƣợc tổ chức đồng thời toàn Đại Tây Dƣơng Bill Clinton Tony Blair vào cuối năm 1990 Trong hội nghị này, họ thông báo thành công thành công dự án trình tự gen gen ngƣời thảo luận ý nghĩa dự án tƣơng lai công dân giới Đến năm 2012, hầu nhƣ tầm tay cá nhân có toàn trình tự gen họ với chi phí phần nhỏ chi phí năm 1990 Mặc dù tất hứng thú thành tựu, mảnh ghép trò chơi ghép hình phức tạp tất nơi họ nhiều cần phải đƣợc học 50 năm tới Nếu mƣợn thuật ngữ đƣợc sử dụng cho vật lý cách kỷ, giới sinh học sẵn 22 sàng cho chuyển đổi từ sinh học cổ đại sang sinh học đại Các lý thuyết tƣơng đƣơng hiệu tầm quan trọng chúng lý thuyết tƣơng đối học lƣợng tử đƣợc khám phá xây dựng Mô hình nghiên cứu vật lý mô hình tốt để hiểu đƣợc tiến trình tiến khoa học nói chung sinh học nói riêng Vật lý trải qua tiến triển từ quy luật đƣợc thống trị tích lũy liệu thực nghiệm phù hợp với mô hình toán học đơn giản vào lĩnh vực khoa học cho phép hiểu sâu lý thuyết trình phức tạp với sức mạnh dự đoán mạnh Nhiều ngƣời số thông số phổ quát, đƣợc dự đoán theo lý thuyết tƣơng đối Einstein, chứng tỏ xác vài năm sau Sinh học, nhƣ quy luật khoa học trung tâm kỷ 21, sửa trải qua cách mạng khái niệm Sự kết hợp sinh học với công nghệ nano nên cho phép áp dụng nguyên tắc vật lý công nghệ để nghiên cứu hệ thống sống phức tạp Nhƣ thảo luận sách này, sinh học đại diện cho sƣu tập tiên tiến thiết bị nano, nano lắp ráp, máy móc nano Khi thảo luận sinh học nhƣ lĩnh vực khoa học, đƣợc nhìn từ nhiều góc độ mức độ khác Mức việc khám phá xây dựng quy tắc chi phối chức tế bào sống hai trạng thái sinh lý bệnh lý học Cần phải hiểu mức sâu làm cho tế bào sống, phân chia, chức năng, chết Dòng thác hoàn chỉnh kiện mà định tiến triển số phận tế bào sống? Điều làm cho tế bào khác biệt với tế bào khác? Điều làm cho tế bào chức khác ngƣời so với tế bào khác? Điều xảy tế bào bình thƣờng đƣợc chuyển thành tế bào ác tính? Tại tế bào phân chia khác ngƣời lớn tuổi so với ngƣời trẻ trẻ sơ sinh? Đây danh sách nhỏ câu hỏi khác khiến nhà nghiên cứu ngƣời quan tâm đến ý nghĩa sống Nhƣ đề cập trên, nhiều chi tiết đƣợc biết đến, nhƣng kết lĩnh vực genomics proteomics lên cung cấp cho lĩnh vực hiểu biết sâu sắc đầy đủ Việc hoàn thành dự án gen ngƣời chắn mốc quan trọng hƣớng Bƣớc trình tự gen cá nhân loài Trái đất Những thông tin nhƣ cho phép nhận điểm 23 tƣơng đồng khác biệt cá thể sống đƣa lĩnh vực di truyền học trở nên hoàn toàn Tuy nhiên, có kiến thức trình tự DNA không đủ Một so sánh chung thƣờng đƣợc thực cần nhìn vào danh sách phận máy bay phản lực Boeing 747 không cung cấp cho ngƣời chƣa nhìn thấy máy bay, gợi ý cách mà máy bay bay Bƣớc hiểu biết bí mật sống nghiên cứu sản phẩm gen: protein Lĩnh vực đƣợc gọi proteomics Nghiên cứu proteomics mang lại cho mức độ cao Tuy nhiên điều không đủ thu đƣợc thông tin đồ tƣơng tác protein, cấu trúc nếp gấp, khả tƣơng tác đặc biệt với DNA kiểm soát luồng thông tin từ gen đến tế bào Bƣớc sau hiểu đƣợc khối xây dựng mặt phƣơng pháp lắp ráp chức mặt khác kỹ thuật hoạt động nhƣ Triển vọng cho kết hợp khả chế tạo mô hình hóa nhƣ học đƣợc từ công nghệ nano với hiểu biết chức sinh học mang tính cách mạng Chúng ta thiết kế chế tạo sinh vật sống thiết kế máy tính ngày không? Chúng ta thao tác sinh vật sống dễ dàng nhƣ thiết kế mạch điện tử tích hợp? Những câu hỏi câu hỏi khác đƣợc trả lời năm tới Nhiều ngƣời đặt câu hỏi liệu cỗ máy có có khả suy nghĩ hay không Câu trả lời rõ ràng đơn giản: có cỗ máy suy nghĩ! Ví dụ phức tạp đƣợc gọi Homo sapiens (Ngƣời tinh khôn) Trừ hoàn toàn chấp nhận thể trí nhớ Descartes, lựa chọn khác việc nói não máy nghĩ tƣ đƣợc thực việc sử dụng quy trình hóa học hữu hạn Bộ não máy tinh vi, nhƣng máy tuân theo quy tắc hóa học vật lý Không có lý mà cỗ máy nhƣ không đƣợc xây dựng phòng thí nghiệm dây chuyền sản xuất hàng loạt Các nguyên tắc công nghệ sinh học đƣợc 24 trình bày sách cho phép hình dung cách làm máy phức tạp nhƣ cách hiểu nơ-ron vào thiết bị nhân tạo sinh học silicon Cuối cùng, số từ cuối nguy hiểm công nghệ sinh học công nghệ nanobiotechnology Ở đây, phần cuối sách, trở lại với tƣơng đồng sinh học vật lý Kết nguy hiểm vật lý đại bom nguyên tử Luôn có nỗi sợ hãi lớn Chiến tranh Thế giới Thứ ba, vũ khí nguyên tử đƣợc sử dụng để tiêu diệt giới Chỉ có mạng lƣới kiểm tra cân tốt nhƣ hiểu biết chung kết khủng khiếp việc sử dụng bom giúp thoát khỏi tàn phá Tiềm gây hại cách mạng công nghệ nano không nhỏ so với vũ trụ nguyên tử Trên thực tế, nguy hiểm nhiều Nhiệm vụ đảm bảo công cụ nano đƣợc sử dụng tốt Một bí ẩn hấp dẫn sinh học chức não Về chất, nghiên cứu não nhằm vào hiểu biết sở sinh hóa, phân tử tƣ lý luận Bộ não chắn kiệt tác sáng tạo sinh học bí ẩn lớn tất Máy tính tính toán nhanh ngƣời, nhớ hàng tỉ số điện thoại giao dịch tài Tuy nhiên, máy tính suy nghĩ tƣ máy tính đƣa định đạo đức Trên hết, máy tính thực thực nhận thức đắn, điều mà đứa trẻ làm Bất kỳ đức trẻ bốn tuổi phân biệt ngựa lừa Nhiệm vụ thực đƣợc siêu máy tính với phần mềm phần cứng phức tạp Đã có tiến đáng kể lĩnh vực trí tuệ nhân tạo cách sử dụng công cụ toán học nhƣ logic mờ mạng neural Những phƣơng pháp đƣợc phát triển với mục đích mô trình tính toán não Tuy nhiên, với tất tiến lĩnh vực này, siêu máy tính đại chí cạnh tranh với đứa trẻ học chí trái ăn Lý cho điều thực tế tất phƣơng pháp thiếu số khái niệm chức não Theo quan điểm chúng tôi, lĩnh vực nghiên cứu não nhận thức cụ thể, chờ đợi lý thuyết hoàn toàn 25 mới, mức độ khái niệm nhƣ lý thuyết tƣơng đối hay học lƣợng tử Chỉ có lý thuyết cách mạng nhƣ giải thích đƣợc trình suy nghĩ Trên đƣờng tiến tới lý thuyết đột phá, khoa học nano công nghệ nano đóng vai trò trung tâm Chúng muốn biết chi tiết phân tử việc chậm phát triển trí tuệ thiên tài Sự khác biệt net não chuột trƣớc sau biết đƣờng qua mê cung để có đƣợc mảnh mát gì? Hơn nữa, liệu sử dụng công nghệ nano để làm não nhân tạo, thiết bị trí tuệ nhân tạo đích thực hay không? 26 Tài liệu tham khảo 1.Ehud Gazit , Israel Anna Mitraki, Second Edition, Plenty of Room for Biology at the Bottom- An Introduction to Bionanotechnology, Imperial College Press 57 Shelton Street Covent Garden London WC2H 9HE Cục thông tin kh&cn quốc gia, 2016 tổng luận số 11/2011 27