Công nghệ nano là gì? Ứng dụng của nano trong y học, mỹ phẩm, nông nghiệp và điện tử

Công nghệ nano có lẽ bất kỳ ai trong chúng ta cũng đã từng nghe qua, nhưng đã bao giờ bạn tự hỏi nó là gì? Nó giúp gì cho đời sống của con người? Công nghệ nano có thể thấy ở lĩnh vực nào phổ biến? Nếu bạn có những câu hỏi này hay đơn giản chỉ muốn tìm hiểu về công nghệ này thì hãy tìm cho mình câu trả lời cho các vấn đề trên thông qua bài viết sau của VietChem.

Vật liệu nano là gì? Công nghệ nano là gì?

Vật liệu nano là một loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi hay những tấm mỏng,… có kích thước rất nhỏ chỉ khoảng từ 1 cho đến 100 nanomet (1 nanomet sẽ bằng một phần tỉ của met và bằng một phần triệu của milimet). Vật liệu nano có thể tồn tại ở các dạng: rắn, lỏng hoặc khí.

Vật liệu nano là gì?

Công nghệ nano (có tên tiếng Anh: nanotechnogy), là những thao tác của vật chất tại cấp độ nguyên tử cùng phân tử. Hay nói một cách dễ hiểu hơn, nó là các công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích hay chế tạo ứng dụng các cấu trúc cùng thiết bị và hệ thống bằng việc đưa về hình dạng, kích thước ở quy mô nanomet (nm).

Công nghệ nano là gì?

Nguồn gốc của công nghệ nano

• Khái niệm về công nghệ nano được nhà vật lý người Mỹ là Richard Feynman nhắc đến vào năm 1959 khi ông đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ thông qua quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử.
• Thuật ngữ “công nghệ nano” được sử dụng lần đầu tiên bởi Norio Taniguchi vào năm 1974.
• Vào những năm 1980, với sự ra đời của hàng loạt các thiết bị phân tích, tiêu biểu là kính hiển vi đầu dò quét có khả năng quan sát được kích thước vài nguyên tử hay phân tử, giúp con người có thể quan sát, tìm hiểu rõ hơn trong lĩnh vực nano.

Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Có rất nhiều phương pháp để có thể chế tạo nên vật liệu nano. Trong đó, có thể kể đến 5 phương pháp phổ biến sau:

• Phương pháp hóa ướt

- Gồm các phương pháp thủy nhiệt, sol-gel cùng đồng kết tủa.

- Ở phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau sẽ được trộn lại với nhau theo một tỷ lệ thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ cùng áp suất và độ pH,…mà các vật liệu nano được kết tủa ra từ dung dịch. Sau quá trình lọc và sấy khô, thu được các vật liệu với kích thước nano

• Phương pháp cơ khí nano

- Gồm có các phương pháp tán, nghiền và hợp kim cơ học

- Ở phương pháp này, vật liệu ở dạng bột sẽ được nghiền đến kích thước nhỏ hơn

- Hiện nay, máy nghiền thường sử dụng là máy nghiền bị hoặc máy nghiền quay

• Phương pháp bay hơi nhiệt

- Bao gồm các phương pháp: quang khắc, lắng đọng trong chân không, vật lý, hóa học

- Áp dụng hệu quả trong việc chế tạo màng mỏng hay lớp bao phủ bề mặt. Có thể sử dụng nó để tạo ra các hạt nano bằng cách cạo vật liệu nano từ những tấm chắn.

• Phương pháp bay hơi nhiệt

- Bao gồm phương pháp nhiệt phân, nổ điện, đốt laser và bốc hơi ở nhiệt độ cao, plasma.

- Nguyên tắc của các phương pháp là hình thành nên vật liệu nano từ pha khí.

• Phương pháp hóa học

Từ dung dịch muối kim loại thông qua quá trình phản ứng oxy hóa khử, sẽ chuyển ion thành kim loại có kích thước nano.

??? Vật liệu Composite là gì? Đặc điểm cấu tạo của nhựa Composite

Các thiết bị dùng để quan sát và nghiên cứu cấu trúc nano

- Một trong những thiết bị được dùng nhiều trong nghiên cứu, quan sát cấu trúc nano là kính hiển vi quét sử dụng hiệu ứng đường ngầm.

- Ngoài ra, còn có các phương tiện dụng cụ khác:

• Molecular beam epitaxy
• Molecular self-assembly
• Electron beam lithography
• Focused ion beam
• Electron microsopy
• X-ray crystallography
• NMR spectroscopy
• Atomic Force Microsopy (AFM)
• Scanning Electron Microscopy (SEM)
• Transmission Electron Microscopy (TEM)

Ứng dụng của công nghệ vật liệu nano

1. Công nghệ nano trong y học – dược phẩm

• Trong dẫn truyền thuốc

- Hệ dẫn thuốc nano có ứng dụng quan trong trọng và phổ biến trong công nghệ bào chế

- Nó góp phần tạo ra nhiều chế phẩm mang những đặc điểm hấp thu có ưu điểm vượt trội, mở rộng hiệu lực điều trị, nhất là có thể giúp phát triển các dạng thuốc có tác dụng tại đích và điều trị một cách hiệu quả nhiều loại bệnh, giảm đi một số tác dụng phụ của thuốc

- Hệ vận chuyển thuốc bao gồm dược chất kết hợp với chất mang tạo cấu trúc tiểu phân nano polyme, micelle và dendrimer, chất có nguồn gốc là kim loại, ceramic, protein, virut cùng các tiểu phân liposome. Các được chất hay các tác nhân chẩn đoán sẽ được đưa vào bên trong, liên kết hóa hocjw hoặc gắn với bề mặt của những tiểu phân này.

- Ưu điểm của điều chế thuốc bằng công nghệ nano và hệ dẫn thuốc nano có sử dụng hệ tiểu phân nano: tăng sự hấp thu, tăng sinh khả dụng, tăng độ ổn định dược chất cũng như tính an toàn,…

• Trong chẩn đoán và chụp cộng hưởng từ hạt nhân MRI

- Giúp quan sát các tế bào ở vùng sâu trong cơ thể và ước lượng được mật độ kết tập hay phân bố hệ mang thuốc tại một nơi nào đó hay dùng trong phát hiện và chuẩn đoán nhiều loại ung thư khác nhau.

- Khi hệ tải thuốc được đính kết với những hạt nano siêu thuận từ, các hệ này sẽ thành những chất tương phản ảnh MRI. Có tác dụng tăng độ tương phản ảnh MRI, giúp nhìn rõ hơn các chi tiết cấu trúc mô, đặc biệt là vùng có u ung thư và tạo khả năng chuẩn đoán u hoặc phẩu thuật chính xác hơn

• Trong nhiệt – từ trị

Nhiệt – từ trị là phương pháp được nghiên cứu sử dụng trong chữa trị ung thư. Trong hai chục năm lại đây, nhiều nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu và phát triển việc sử dụng hạt oxyd sắt từ kích thước nano bọc các chất tương hợp sinh học khác nhau để thực hiện các thí nghiệm về diệt tế bào ung thư và bắt đầu quan sát hiệu quả của liệu pháp trên lâm sàng.

Công nghệ nano được ứng dụng rộng rãi trong y học với vai trò đặc biệt quan trọng

2. Công nghệ nano trong mỹ phẩm

Có thể tìm thấy các ứng dụng công nghệ nano trong việc sản xuất các loại mỹ phẩm như sản phẩm tạo ẩm, chăm sóc tóc, sản phẩm trang điểm và chống năng. Hiện tại, có thể kể đến hai ứng dụng chủ yếu sử dụng công nghệ nano trong mỹ phẩm:

• Tạo ra các chất ngăn tia cực tím: hai hợp chất chính được sử dụng với mục đích này là titan oxid và kẽm oxid. Đây là những chất lọc tia UV với khả năng hấp thụ được các tia bức xạ UV-B và UV-A và phát ra lại tia UV-A có ít khả năng gây tổn thương hơn. Hai chất này thường sẽ được bao bởi nhôm oxid hoặc silicon dioxid hay dâu silicon để ngăn cản sự hình thành các gốc tự do cùng sự kết tụ các tiểu phân.
• Ứng dụng trong vận chuyển dưới dạng liposome hay các dạng tương tự.

⛔⛔⛔ Đất hiếm là gì? Nơi nào ở Việt Nam có đất hiếm?

3. Công nghệ nano trong nông nghiệp

- Trong xử lý môi trường trồng trọt: Công nghệ sinh học nano cùng cách tiếp cận đầy hứa hẹn giúp cải thiện trong sản xuất cây trồng, đồng thời cũng khác khắc phục vấn đề ô nhiễm đất và nước ngầm.

- Trong tăng năng suất và chất lượng nông sản: công nghệ sinh học nano có khả năng tạo nên những sản phẩm nano tích hợp giúp cho cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt. Từ đó, nâng cao năng suất và chất lượng nông sản. Bên cạnh đó, còn tăng sức đề kháng cho cây trồng, giảm đáng kể lượng phân bón hóa học, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường, góp phần tạo nên một nền nông nghiệp bền vững.

- Trong phòng trừ sâu bệnh hại cây trồng: Công nghệ nano có khả năng tạo ra những sản phẩm có khả năng chống lại các vi sinh vật gây bệnh, giúp bảo vệ cây trồng mà lại thân thiện với môi trường và an toàn với con người. Các nguyên tố đồng, kẽm có tính kháng nấm cùng kháng khuẩn cao và khi các hạt nano kim loại với kích thước vài nm thì hiệu quả kháng khuẩn, kháng nấm còn cao hơn nữa (gấp hàng nghìn lần so với nguyên tố ở dạng ion). Các nhà khoa học cùng đã tạo ra các thiết bị nano có khả năng theo dõi và phát hiện sâu bệnh hại chính xác và nhanh chóng, nhỏ gọn lại dễ sử dụng giúp tăng khả năng phát hiện bệnh sớm, có biện pháp xử lý kịp thời cho cây trồng, hạn chế rủi ro.

Mặc dù, vật liệu nano có những ứng dụng quan trọng trong nông nghiệp những cũng cần lưu ý đến các tác động tiêu cực của nó đối với hệ thống sinh học và môi trường, nhất là trong xử lý nano kim loại ở nồng độ quá cao.

4. Trong ngành điện tử

- Có vai trò quan trong trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong ngành công nghệ năng lượng.

- Có thể tìm thấy ứng dụng của công nghệ trong nhiều vật dụng bắt gặp thường ngày như các bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano, một số sản phẩm như chuột hay bàn phím cũng được phủ lên một lớp nano kháng khuẩn

5. Trong may mặc, thời trang

Được ứng dụng vào ngành may mặc với việc áp dụng các hạt nano bạc giúp thu hút và tiêu diệt các tế bào vi khuẩn, khử mùi hiệu quả.

6. Trong ngành thực phẩm

- Công nghệ nano làm thay đổi cách thức con người ăn các món ăn hàng ngày. Các nhà khoa học đã thực hiện thử nghiệm về việc thay đổi các loại thực phẩm ở cấp độ nguyên tử và phân tử, tạo ra thực phẩm có hương vị khác và giàu dinh dưỡng hơn. Điều này đồng nghĩa với chúng ta sẽ được ăn những món ăn với hương vị lạ hơn nhưng vẫn đảm bảo độ dinh dưỡng cao nhờ công nghệ nano thực phẩm.

- Ngoài ra, công nghệ nano còn giúp việc lưu trữ thực phẩm được lâu hơn nhờ việc tạo nên những vật liệu chứa thực phẩm có khả năng diệt khuẩn như nhiều loại tủ lạnh được phủ một lớp nano bạc đóng vai trò tiêu diệt vi khuẩn.

Nhiều vật dụng đựng thực phẩm được áp dụng công nghệ nano nhằm diệt khuẩn, khử mùi,..

7. Công nghệ nano trong tự nhiên

- Các ứng dụng của công nghệ nano hiện nay đều có thể được tìm thấy trong tự nhiên. Tiêu biểu như ứng dụng của công nghệ nano trên các loại vải giúp chúng chống thấm nước cùng bụi bẩn. Trong tự nhiên, có thể nhìn thấy điều tương tự ở các lá sen chống thấm nước, các giọt nước khi rơi trên lá sẽ không bị hấp thụ mà đọng thành giọt, vũng nước hay lăn đi. Điều này xảy ra do bề mặt của lá sen đã được bao phủ bởi một lớp lông có kích thước cỡ nanomet. Áp dụng điều này, các nhà khoa học cũng tạo ra một lớp ống nano siêu nhỏ trên bề mặt của vải, từ đó tạo nên tính chống thấm nước và chống bụi bẩn của vải.

Có thể nhìn thấy được ứng dụng của công nghệ nano trong tự nhiên

♻️♻️♻️ Vật liệu Polymer là gì? Những ứng dụng của Polime trong đời sống

Công nghệ nano và tương lai nhân loại

Các nhà khoa học đều đã khẳng định về vai trò của công nghệ nano. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý, không phải bất cứ lĩnh vực nào cũng có thể áp dụng công nghệ nano vào. Nó còn liên quan đến một loạt các yếu tó đạo đức, xã hội và con người đằng sau đó, cần lưu tâm. Ở nước Anh, việc nghiên cứu các khả năng phát triển của loại hình công nghệ nano được diễn ra nhanh chóng nhưng cũng được đưa vào các điều luật ứng dụng chặt chẽ.

Giới khoa học cũng dự báo, trong một tương lai không xa, công nghệ nano sẽ chiếm lĩnh gần như các lĩnh vực khoa học chủ đạo của con người.

Trên đây là thông tin cơ bản về vật liệu cũng như về công nghệ nano và các ứng dụng quan trọng của chúng. Mong rằng, qua bài viết, VietChem đã giúp bạn đọc hiểu hơn về một lĩnh vực công nghệ đang góp phần thay đổi cuộc sống của nhân loại. Truy cập hoachat.com.vn thường xuyên để đón đọc những bài viết hữu ích khác.