Основы нанотехнологий

    МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ 

(ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ) 
 

Кафедра Низких Температур 
 

Реферат

по  курсу

«Основы нанотехнологий» 

Темы:

1) нанокосметика

2) нанотехнологии в строительстве

3) нанотехнологии в медицине 
 

Группа: ТФ-09-06

Студент: Алейников А.А.

Преподаватель: Нестеров С.Б. 
 
 
 

Москва, 2010 г.

     Сфера нанотехнологий считается во всем мире ключевой темой для технологий XXI века. Возможности их разностороннего применения в таких областях экономики, как производство полупроводников, медицина, сенсорная техника, экология, автомобилестроение, строительные материалы, биотехнологии, химия, авиация и космонавтика, машиностроение и текстильная промышленность, несут в себе огромный потенциал роста. Применение продукции нанотехнологий позволит сэкономить на сырье и потреблении энергии, сократить выбросы в атмосферу и будет способствовать тем самым устойчивому развитию экономики.

     С одной стороны, нанотехнологии уже нашли сферы применения, с другой – они остаются для большинства населения областью научной фантастики. В будущем значение нанотехнологий будет только расти. В специализированной области это будет пробуждать интерес и стимулировать проведение исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также работ по нахождению новых областей применения нанотехнологий. Очевидным необходимым условием развития данного процесса является усиленное внедрение основ науки о нанотехнологиях в образовательные программы в школах и вузах. Это поможет сократить сохраняющийся дефицит молодых специалистов в этой области.  

Нанотехнологии  в косметике 

     Желание сохранить молодость и красоту не дает покоя не только женщинам, но и ученым. Даже такие серьезные люди, как физики, не остались в стороне, и вот уже несколько лет подряд внедряют свои разработки в косметологию. Одним из самых громких достижений в этой области является нанокосметика.

     Наступление нанокосметологической революции фантасты предсказывали давно и не ошиблись. Несмотря на то, что пока мы находимся в начале пути, уже сейчас целый ряд исследований дает практические результаты, которые можно использовать в быту, в науке и в косметологии.

     Нанокосметика - это не миф, это реальность! Она действительно существует, она действительно эффективна. При помощи нанотехнологии можно реально выглядеть на 15-20 лет моложе. Но совершенно точно настоящая косметика, изготовленная по нанотехнологиям, не может стоить 700-900 рублей. Дело не в том, что чем дороже - тем лучше, а в том что себестоимость этих технологий слишком высока. Их суть заключается в том в состав косметических средств включены наносферы, которые обладают способностью проникать в глубокий подкожный слой. В этих своеобразных микросферах заключены активные компоненты, предназначенные для решения тех или иных проблем. При помощи нанотехнологии разглаживаются морщины, прыщи, угри, рубцы и пр.

     Все дело в маленькой приставке «нано», которая позволяет сделать глобальный переход, качественный скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными молекулами и атомами. Нанокосметика - это продукт нанотехнологий, относящихся к таким способам производства, при которых получаются или применяются материалы с размерами частиц от 1 до 100 нанометров

     Наночастицы и кластеры металлов – важное состояние конденсированной фазы. Малые металлические частицы занимают промежуточное положение между отдельными атомами и «массивным» металлом. Экспериментально показано, что переход от макрообъектов к частицам наноразмерного диапазона приводит к качественным изменениям в их физико-химических свойствах и получаемых на их основе материалах. Благодаря ряду особенностей, связанных с их размерами и внутренним строением, они обладают уникальным сочетанием электрических, магнитных, оптических, каталитических и других свойств, не характерных для «массивных» металлов.

     Исследования физико-химических свойств наноразмерных частиц металлов создали основу их применения в катализе, микроэлектронике и других областях - химии, физики, материаловедения и т.д. Уникальность наночастиц серебра заключается в их бактерицидных свойствах, что находит применение в медицине, экологии. 

Стадии развития нанокосметики

 
     Длительное время в косметологии существовала только так называемая поверхностная косметика, активные компоненты которой не проникали в глубокие слои кожи. Для этих косметических средств было характерно поверхностное действие, в результате которого все полезные вещества оставались на поверхности кожи, создавая определенную защитную пленку. Безусловно, потребность в такой косметике существует, ведь она защищает кожу от вредных воздействий, заставляя внутренние слои кожи работать самостоятельно. Тем не менее, возможности такой косметики в решении серьезных проблем кожи, в том числе и проблем преждевременного старения весьма ограничены.

Для того чтобы качественно улучшить состояние  кожи, убрать глубокие морщины, добиться эффективного увлажнения кожи, вернуть  зрелой коже красоту и свежесть необходимо улучшить доставку питательных компонентов  в глубокие слои кожи. Ведь заведомо известно, что действие косметического препарата во многом зависит от того, какое количество активного вещества попадает в «цель», а прежде чем  оно достигнет глубоких слоев  кожи, активное вещество должно преодолеть главное препятствие – роговой  слой. Роговой слой состоит из плотно уложенных друг на друга роговых  чешуек, погруженных в липидную прослойку. Роговые чешуйки представлены белком - кератином - и практически не содержат воды, поэтому пройти сквозь них  «напрямую» практически невозможно. Чтобы проникнуть вглубь кожи, активные вещества «используют обходные пути» - межклеточные промежутки и выводные протоки кожных желез. Пройти через  межклеточные промежутки не так-то просто.

Во-первых, они очень узкие (расстояние между  роговыми чешуйками не превышает 100 нм), поэтому крупные молекулы биологически активных веществ (БАВ) не в состоянии  через них «протиснуться».

Во-вторых, липиды, заполняющие эти промежутки, «не пропускают» водорастворимые соединения. Это стало возможным лишь благодаря высоким био- и нанотехнологиям.

Одним из решений этой проблемы стало создание искусственных контейнеров, которые  способны проникнуть в кожу на более  глубокий уровень за счет своих маленьких  размеров. Осуществляется это благодаря  липосомам - транспортным молекулам, которые могут переносить лекарственные вещества в более глубокие слои кожи. Успешная история использования липосом в косметике началась в 1986 году, когда на рынке появились первые липосомальные косметические средства. Липосома – это коллоидная система, представляющая собой замкнутое сферическое образование (везикулу), внутри которой расположено водное ядро. Липосомы до сих пор являются одними из наиболее часто используемых и любимых покупателями систем доставки активных компонентов.

     Впервые появившись на косметическом рынке России в 1992 году, липосомы до сих пор являются наиболее часто используемыми и любимыми компонентами и для производителей, и для покупателей косметики.

     Далее, по мере развития биотехнологий появилась возможность использовать еще более мелкие транспортные частицы - наносомы, которые можно было «начинять» различными биологическими веществами. Это стало началом нанокосметики. Наносомы способны проникать в глубокие слои эпидермиса, где тончайшая оболочка наносом растворяется и кожа получает те или иные необходимые ей вещества «изнутри». Однако наносомы являются транспортным средством для доставки исключительно одного какого-либо биологически активного вещества.

     Сейчас в косметологии началась эпоха нанокомплексов. Это означает, что появилась возможность в лабораторных условиях создавать вещества с заранее запрограммированными свойствами.

     Нанокомплексы содержат измельченные до размера нано биологически активные вещества, каждый из которых доставляется в строго определенном количестве в строго определенные слои кожи в строго определенное время.

     Зная, в каких питательных веществах нуждается кожа разных людей в разных состояниях, можно создавать нанокомплексы, содержащие именно те компоненты, в которых нуждается кожа, и которые отвечают за поддержание обмена веществ в клетках кожи на должном уровне.

     Благодаря измельчению до размера нано активные вещества легче взаимодействуют с клетками и воспринимаются ими как естественные, родственные компоненты. Благодаря нанокомплексам кожа запускает естественные процессы регенерации, восстанавливает собственную структуру и высокий уровень энергии, усиливает свои защитные способности и повышает жизнеспособность, как следствие замедляются процессы преждевременного старения.

     Уровень нано биологически активных компонентов позволяет восстанавливать самые тонкие механизмы поддержания здоровья клетки. Таким образом, при помощи нанокомплексов возможно создавать оптимальные, практически идеальные условия для жизнедеятельности различных клеток и структур кожи. Косметика, которая содержит нанокомплексы, получила название нанокосметика.

Действие нанокомплексов не ограничивается хранением и перевозкой биологически активных веществ. Разные нанокомплексы осуществляют разные задачи. 

Как же действуют такие  косметические средства?  
При контакте наночастиц косметического средства с клетками и тканями кожи процессы поступления биологически активных веществ в межклеточное пространство и в клетки кожи, равно как и процессы транспортировки молекул кислорода и углекислого газа, происходят в точном соответствии с процессами межклеточного обмена веществ в живых клетках кожи. 
 
Кроме всего прочего, нанотехнология позволяет использовать и совмещать в одной рецептуре как жирорастворимые, так и водорастворимые, а также несовместимые между собой в обычных условиях, активные ингредиенты.Тем самым многократно повышается активность и доступность для кожи ценных составляющих косметических средств, которые наделяются невиданной до сего времени эффективностью в плане регуляции газообмена, защиты, восстановления и омоложения кожи.

Под действием  нанокомплексов процесс взаимодействия кожи и косметического средства максимально органичен и приближен к естественным процессам: активные вещества легче взаимодействуют с клетками и воспринимаются ими как естественные, родственные компоненты, инициируется «запуск» собственных механизмов регенерации клетки.

В результате клетки кожи в кротчайшие сроки восстанавливают  свой энергетический потенциал и  защитные способности и, как следствие, омолаживаются. «Упакованные» таким  образом биологически активные вещества доставляются в строго определенном количестве в строго определенные слои кожи в строго определенное время.

Разные нанокомплексы осуществляют разные задачи. Зная, в каких веществах нуждается кожа разного типа, различного возраста и половой принадлежности, с различными состояниями, можно создавать косметические средства, предельно точно отвечающие потребностям того или иного типа кожи. Поэтому косметические средства, изготовленные на основе нанотехнологий, в зависимости от «начинки» могут быть и предельно селективными средствами, которые учитывают различные состояния, возрастные особенности и типы кожи, и максимально универсальными, подходящими для любой кожи, независимо от типа, возраста и половой принадлежности.

Средства, изготовленные  с применением нанотехнологий, как  правило, являются предпочтительными  для комбинации с аппаратной косметологией. Особенно, если в производстве косметики  используются минеральные составляющие - соль или вода.

Эффективность любых аппаратных методик, будь то ионофорез, микротоки или фототерапия, в несколько раз повышается. А это, естественно, отражается большим плюсом на себестоимости, популяризации и рентабельности, как салонных процедур, так и средств малой аппаратной косметологии для домашнего применения.

Например, нанокосметика Декаролайн, в производстве которой используется изотонический раствор карловарской термальной соли и пептидный комплекс на яда храмовой гадюки, прекрасно подойдет как для микротоковой терапии, ионо- и фонофореза, светотерапии, так и для комбинации с мезотерапией на основе препаратов анатоксина бутулизма. В обоих случаях комбинированное применение нанокосметики и салонных процедур будет способствовать более быстрому получению и более продолжительному сохранению желаемого результата.

Кроме того, следует  отметить несомненные преимущества восстановительных свойств нанокосметики после хирургических коррекций косметических дефектов, а также после проведения различных видов пилингов и дермабразий. Сроки реабилитации кожи в подобных случаях удается сократить от нескольких дней до 2-х 3-х недель в зависимости от степени повреждения кожи.