Wie gehen diese mikroskopisch kleinen Diamanten, die Zukunft gestalten
Kein Zweifel, Sie sind bereits vertraut mit den vielen Möglichkeiten, die Graphen verspricht, uns alle zu retten, aber es gibt ein anderes (so genannte) Wunder Material heraus dort wetteifern um Ihre Aufmerksamkeit – und es ist funkelnde, zu booten. Sag Hallo zu den neuesten und besten Stoff kick der Wissenschaft Ass direkt in die Zukunft: die Nanodiamond.
Natürlich, Sie tatsächlich sehe keinen dieser glitzernde Edelsteine, weil bei etwa fünf Nanometer lange (oder etwa fünf Milliardstel Meter) Nano-Diamanten sind für das bloße Auge unsichtbar. Aber lasst euch nicht täuschen von ihrer kleinen Statur; Nano-Diamanten haben alle vom Elektrotechniker Onkologen Summen über die Wild spannenden Türen, die sie für uns zu öffnen. Hier ist ein Blick überhaupt die Art und Weise sie jedermanns Leben nur ein kleines bisschen besser machen könnte.
Was sind Nano-Diamanten?
Obwohl unsinnigerweise hilfreich sie auch sein mögen, Nanodiamanten tatsächlich verdanken ihre gesamte Existenz eine der zerstörerischsten Kräfte, die Menschheit je hervorgebracht hat: nukleare Kriegsführung.
Im Jahr 1963 wurden drei sowjetischen Wissenschaftler bei der All-Union Research Institut für technische Physik hart daran gearbeitet, die Erforschung von Atombomben. Wie Sie, in der Animation unten in Reihenfolge für eine Bombe sehen können zu sprengen, den Kern (sei es Plutonium, Uran, etc.) muss hart und schnell gequetscht werden. Der einfachste Weg, das geschieht? Sprengstoffe, natürlich.
Es ist einfach so passiert, dass in diesem Fall unsere sowjetischen Wissenschaftler Sprengstoff verwendet, die auf Kohlenstoff basierende waren – Sie wissen, die gleichen Sachen Diamanten bestehen aus. Sie erwarteten überhaupt nicht, was sie fanden, obwohl; die restliche Ruß aus den Sprengstoff war übersät mit Diamant-Nanopartikel (reichen in der Größe von 4-10 nm). Nicht viel für einen Verlobungsring, Nein, aber alle diese mikroskopischen, der bling eine Welt voller Möglichkeiten unglaublich eröffnet, als jeder Rock jemals zu hoffen.
Ein Haufen von reinen Diamanten Nanopartikel tatsächlich sieht aus wie Agrayish-braunen Erdhaufen. Über
Nano-Diamanten sind in ihrer Grundform, kohlenstoffhaltige Partikel, die etwa 4 bis 5 Nanometer im Durchmesser und in Facetten erinnert an einen Fußball, die Teil des was ihnen erlaubt, solche intensiven Anleihen mit solch einer Vielfalt von unterschiedlichen Molekülen zu schaffen. Aber was sie so entscheidend an der Weiterentwicklung der Quantenmechanik, Biotechnologie macht, und jede andere Anzahl von Feldern wird Sie vielleicht überraschen: Es ist ihre Fehler.
Während jede Art von Farbe in ein Diamant in der Regel ihren Wert eine Kerbe tritt, will niemand kaufen oder verkaufen mikroskopische basierend auf die 4Cs. Und in der Tat, eine einzelne, sorgfältig kontrollierte Unvollkommenheit Nanodiamanten geben kann eine isolierte Farbe-Center, die Nano-Diamanten-Funktion als einzelne, eingeschlossenen Atome, also im Verhältnis zu ihrer Größe kann, sie haben große Flächen, mit denen sie starke Bindungen mit einer Vielzahl von anderen Materialien zu bilden. Darüber hinaus nutzt ihre Ungiftigkeit bedeutet, dass Nano-Diamanten perfekt geeignet, um viele mögliche biomedizinische und mechanische sind gerade sitzen an ihren funkelnden Fingerspitzen.
Eine glänzende Zukunft
Ein Mikro-Schleifmittel-Additiv
Diamant, extrem hart und chemisch sehr stabil, ist eines der besten Schleifmittel in der natürlichen Welt. Daher genießt Nanodiamond Pulver, das die abrasiven Eigenschaften des Diamanten sowie die funktionalen Eigenschaften, gut, Pulver – eignet sich für die Schaffung hochwirksamer Polituren in Form von Paste, Gele usw., geben Ihnen die glatte Oberflächen möglich und öffnen eine Welt voller Möglichkeiten.
Während Sie nicht auslaufen und nur noch eine Tube Gleitmittel Nanodiamond abholen, werden von Tag zu Tag mehr und mehr kommerziellen Anwendungen für diese unglaubliche Kleinode realisiert. Zum Beispiel startet das Getriebe unter uns, die Automechaniker Welt auf Nano-Diamanten als eine ideale Öl Additiv freuen. In Verbrennungsmotoren wirken die Partikel wie mikroskopisch kleine Kugellager, Verringerung der Reibung zwischen Kolben und Motor-Wänden. Das Ergebnis? Eine erhöhte Öl-Lebensdauer, weniger Verschleiß am Motor selbst, und besser Benzin im Tank, zu booten. Aber es hört nicht auf Motoren. Betrachten Sie es als eine futuristische WD-40 auf Crack.
Machen bessere Make-Up
Nano-Diamanten haben eine ungewöhnlich hohe Absorptionsrate hinzufügen zu Hautpflegeprodukten Wirkstoffe, an ihrer Spitze potenzielle Arbeiten ermöglicht. Die Nano-Diamanten absorbieren mehr des Wirkstoffes als Ihre Haut allein würde, und da die Nano-Diamanten wiederum die tieferen Schichten der Haut eindringen, der Wirkstoff mit ihm erfolgt.
Es ist nicht nur die Aufnahme von synthetischen Verbindungen, die Nano-Diamanten eine glänzende Zukunft in der Kosmetik gibt. Nanodiamond Moleküle bilden auch besonders starke Bindungen mit Wasser. Da jede Nanodiamond basierende creme/Lotion, neben vollständig und rasch absorbiert durch die Haut, tragen und Wasser mit ihm halten würde, würde es also Haut mit Feuchtigkeit für mehr behalten.
Und zwar wir noch tatsächliche, Nanodiamond geschnürt Beauty-Produkte auf dem Markt zu sehen haben, das Feld ist reif mit Potenzial. Lotionen, Akne Cremes oder sogar verschreibungspflichtige Salben, seien Sie nicht überrascht, wenn Sie eines Tages bald finden Sie sich selbst eine Apotheke Gang hinunter tropft nur mit Diamant-basierte Gunk, slather auf Ihrer Haut.
Kicking Ass des Krebses
Keine Chemotherapie ist voll wirksam, aber Hirntumoren – besonders Glioblastom – sind besonders schwer zu behandeln, weil bestehende Chemotherapeutika eine unglaublich schwierige Zeit durch die Legion der schützenden Schiffe haben, genannt die Blut - Hirn-Schranke, die das Gehirn umgeben. Aber auch die Medikamente, die gelegentlich durch selten machen bleiben im Tumor lange genug um eine signifikante Wirkung haben. Durch das anbringen dieser Medikamente zu Nano-Diamanten, aber die winzigen Moleküle unglaubliche Absorptionseigenschaften könnte Wunder für den Kampf gegen den Krebs zu tun.
Das größte Plus in der Nanodiamond Spalte? Sie sind tatsächlich in der Lage, Chemotherapeutika durch die Blut - Hirn-Schranke und direkt in das Gehirn selbst zu tragen.
Es kommt noch besser. Im September letzten Jahres, verwendeten die Forscher am UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center Nagetiere, um eine Strategie zu entwickeln, die ihnen erlaubt, starke Bindungen zwischen Doxorubicin Moleküle (ein beliebtes Medikament Krebs-Tötung) und Nanodiamond Oberflächen erstellen. Das Ergebnis war die Kombination Superdrug ND-DOX genannt.
Während Tumor Proteine injizierten Anti-Krebs-Medikamente heraus in das umliegende Gewebe senden können bevor es jederzeit mit Wirkung für die Medikamente ist tatsächlich Kick in, sie können nicht abzulenken Nanodiamanten genauso. Also nicht nur die Anti-Krebs-Medikamente bleiben im Tumor länger, sie gesünder Gewebe des Körpers ausgesetzt, abhalten zu begrenzen irgendwelche negativen Nebenwirkungen.
Während des Experiments UCLA hatte die Überlebensrate der ND-DOX-injiziert Ratten im Vergleich zu den Ratten deutlich zu, die mit der unveränderten Droge behandelt worden waren. Dean Ho der UCLA School of Dentistiry, einer der Wissenschaftler, die an der Studie gearbeitet, sagte:
Nanomaterialien sind vielversprechende Fahrzeuge für verschiedene Arten von Krebs zu behandeln. Wir sind auf der Suche nach Drogen und Situationen wo die Nanotechnologie eigentlich Chemotherapie Funktion besser hilft, auf den Patienten einfacher und härter auf den Krebs zu machen.
Eine andere Art von Diamond Grill
Aber Chemotherapie ist nicht die einzige Bedingung Ho und sein Team-Plan, mit Nano-Diamanten zu behandeln. Der nächste Ort, den sie unterwegs sein werden ist unsere Münder.
Während der Kiefer und Zähne Reparaturarbeiten, Ärzte sind normalerweise gezwungen, invasiven Chirurgie zu verwenden, um einen Schwamm voll von Knochen-wachstumsfördernden Proteinen in der Nähe des beanstandeten kleben. Und zwar effektiv, diese Operationen sind in der Regel teuer, zeitaufwendig, und wie die meisten invasiven Operationen, sehr schmerzhaft sein. Aber das alles dank einer anderen Studie, die unter der Leitung von Ho bald ändern könnte.
Dieses Mal aus, fand das Team, dass Nano-Diamanten "Bind rasch zu Knochen morphogenetische Protein und Fibroblasten-Wachstumsfaktor", beide im wesentlichen ermutigen, Knochen und Knorpel sich wieder aufzubauen. Was mehr ist, großflächig die Itty bitty Diamanten bedeutet die Proteine können über einen längeren Zeitraum hinweg geliefert werden – nicht, bekommen sie es in erster Linie ein Problem werden. Alles, was es braucht, um von diesen glänzenden Zahn-Sparer profitieren ist eine einfache Injektion oder Mundspülung. Keine invasive Chirurgie erforderlich.
Schnelle optische Verarbeitung...
Es gibt reichliche Anwendungen außerhalb des medizinischen Bereichs sowie. Derzeit werden optische Transistoren (Durchflussregler, die die gleiche Weise auf Lichtstrahlen zu betreiben, die elektronische Transistoren auf Elektronen arbeiten) mit speziellen Farbstoffmoleküle erstellt. Aber da diese Art von optischen Geräten nur bei extrem niedrigen Temperaturen betreiben können, jede praktische Verwendung außerhalb einer Testumgebung war mehr oder weniger ausgeschlossen. Und das ist ziemlich schade, weil optische Signalverarbeitung hat das Potenzial, deutlich schneller als herkömmliche Transistoren werden – vorausgesetzt, sie könnten bei Zimmertemperatur funktionieren.
Ein Forscherteam am Institute of photonische Sciences in Barcelona, jedoch kann endlich eine Möglichkeit, optische Verarbeitung eine tragfähige Verbrauchertechnologie machen gefunden zu haben. Der Transistor besteht im Wesentlichen aus einem einzigen, leistungsstarken grünen Laser fokussiert auf eine Nanodiamond, enthält ein einzelnes Stickstoff Stellenangebot, das ist im Grunde ein Defekt in einem einzelnen Atom was sonst eine mikroskopisch perfekte Carbon-Kristall Muster wäre.
Wenn in einem Zustand "an" der grüne Laser durch den Diamanten übertragen werden würde, aber um den Transistor auszuschalten, würden sie eine zusätzliche Leuchten, würde Nah-Infrarot-Laser auf den Kristall, Änderung der Art und Weise grünes Licht von der Stickstoff-Vakanz betroffen sein. Durch eine Reihe von Nanodiamanten gestapelt und erstellen für die Laser-Lichtleiter, würden Sie möglicherweise erstellen Sie Logik-Gatter und letztlich voll integrierte Schaltungen, die auf Licht statt Strom laufen.
Wie ist das besser als aktuelle optische Prozessoren, die Farbstoffmoleküle verwenden? Die diejenigen bei Raumtemperatur arbeiten Nanodiamond. Ein virtuelles Spiel-Wechsler und das optische Verarbeitung machen könnte, was tatsächlich arbeiten in einem praktischen Sinne. Und all dies könnte etwas mehr als einem Jahrzehnt entfernt.
... Und noch schneller Quanten-Computing
Eine bestimmte Art Center erwies sich als besonders spannend in Bezug auf die aktuelle Ernte von Anwendungsmöglichkeiten: die negativ geladenen Stickstoff-Stellenangebot-Zentrum. Eingängig, nicht wahr?
Nach Angaben des Frau-Bulletins:
Ein Großteil der Motivation für die Erkundung von Stickstoff-Vakanz (NV) Zentren in Diamant in den letzten zehn Jahren seit ihr Potenzial als Solid-State-Alternative zu Gefangenen Ionen für Quanten-computing. In diesem Bereich hat die NV-Mitte Erwartungen übertroffen und sogar eine noch nie dagewesene Möglichkeit, bestimmte Quantenoperationen Verarbeitung und Lagerung bei Raumtemperatur durchzuführen.
Grundsätzlich sind aktuelle Quantencomputer in der Lage zu arbeiten mit unglaublichen Geschwindigkeiten, ja, aber eines das die vor-und Nachteile ist, dass die Informationsverarbeitung-Ionen sehr zerbrechlich sind. Wir waren in der Lage, dies zu umgehen durch kühlen diese Ionen absoluten Nullpunkt in der Nähe von (die Belastung durch das thermische Rauschen, die sie zerstören könnten minimiert), aber diese Art von Umgebung ist unglaublich unpraktisch zu pflegen. NVs, sind jedoch weit weniger temperamentvoll als Gefangenen Ionen, was bedeutet, dass sie sehr gut uns ermöglichen könnte, Quantencomputer zu bauen, die bei Raumtemperatur arbeiten.
Was ist mehr, unglaublich, dieses Potenzial auch erscheinen mag, den Zugang zu diesen Eigenschaften ist wirklich nicht so teuer. Um das Phänomen zu beobachten, benötigen Wissenschaftler nichts anderes als ein Laser, Mikroskop, Hochfrequenz-Netzteil und eine Lawine Fotodiode, die ein hochempfindlicher Halbleiter, die Licht in Strom umwandelt.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die NV-Zentren zu produzieren, und jeder kommt mit seinen eigenen vor- und Nachteile. Welche Sie wählen, hängt fast ausschließlich Sie planen mit Ihrer teeny winzige Stücke von Diamantstaub zu tun. Denn glauben Sie uns – Sie haben viele Möglichkeiten.
Bessere biologische Sensoren
Laut Professor Tanja Weil, Direktor des Instituts für organische Chemie III, Uni Ulm:
Standardtests Blut erfassen nicht — wie man erwarten könnte – freie Eisen-Ionen im Blut, weil freies Eisen giftig ist und daher kaum im Blut nachweisbar ist.
Stattdessen beim Testen auf Eisen-Ebenen, aktuellen Methoden beruhen auf der Proteine verantwortlich für die Lagerung und den Transport von Eisen — nicht die Eisen-Ionen sich — wie das Protein Ferritin, die bis zu 4.500 magnetische Eisen-Ionen enthalten können. Diese Proteine werden dann gezählt mit Schätzungen und immunologische Techniken, was bedeutet, dass, da Ärzte mit einer indirekten Methode stecken, Ergebnisse ziemlich widersprüchlich sein können. Und das kann ein großes Problem!
Wie es jetzt steht, bedeutet dies, dass wir mehr oder weniger nur Vermutungen über Patientenrechte Potenzial für machst contracting Bedingungen im Zusammenhang mit Eisenmangel (wie Anämie) oder hohe Niveaus des Eisens, die irgendeine Art von akuten entzündlichen Reaktion signalisieren würde. Die Ulmer Wissenschaftler haben jedoch eine Methode gehen direkt an die Quelle und Ferritin direkt messen entwickelt Krankheiten früher und viel genauer erkannt werden.
Bei der Verwendung von Nano-Diamanten zusammen mit ihrer Widersprüche (die winzigen Fehler verhindern sie vollkommen farblos und durchsichtig), Professor Fedor Jelezko, Direktor des Ulmer Institut für Quantenoptik erklärt wie seine erfolgreich entwickelte Technologie empfindlich genug für diese Aufgabe:
Diese Farbzentren ermöglichen die Ausrichtung der Elektronenspins in äußeren Feldern zu messen und somit ihre Kräfte zu messen. Wir [Ferritin auf der Oberfläche des Diamanten absorbiert] mit Hilfe der elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den winzigen Diamantpartikel und Ferritin Proteine. Theoretischen Modellierung war notwendig, um sicherzustellen, dass das gemessene Signal in der Tat mit der Anwesenheit von Ferritin und damit entspricht die Methode zu überprüfen.
Von hier aus werden das Ulmer Team schließlich in der Lage, die genaue Zahl der Ferritin-Proteine sowie die durchschnittliche Eisen Last jedes einzelnen Proteins zu bestimmen. Darüber hinaus die Möglichkeiten hält dies für andere medizinische Diagnostik-Techniken scheint fast grenzenlos.
Und das ist erst der Anfang; kaum ein Tag vergeht, ohne dass jemand entdecken einige neue, neuartige Technik für diese (zumindest bis jetzt) relativ unbekannte Wunder Edelsteine. Aber seien Sie versichert, es wird nicht so bleiben. Mit all dem Potenzial für eine gute realisiert, es wird nicht sein lange bevor Nano-Diamanten an der Spitze aller Munde sind, buchstäblich und sonst.
[Ray Techniken Ltd, Wissenschaft direkt, UCLA, Medline Plus, Phys.org 1, 2, Optik und Photonics Nachrichten, Azonano.com, Instrumente in Bildungsentwicklung]
Bilder: russische Zeitschrift für angewandte Chemie, Nanometer.ru, Lehigh.edu, Macquarie University, UCLA, Adamas Nano Nachhaltige Nano