Έλενα Βαρούτσου Ελένη Γιαμαρέλλου Μικαέλα Δέτση Νίνα Διονυσοπούλου Φραντσέσκα Πατσούρα

Έλενα Βαρούτσου Ελένη Γιαμαρέλλου Μικαέλα Δέτση Νίνα Διονυσοπούλου Φραντσέσκα Πατσούρα

Η ΕΝ ΑΘΗΝΑΙΣ ΦΙΛΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ Έλενα Βαρούτσου, Ελένη Γιαμαρέλλου, Μικαέλα Δέτση, Νίνα Διονυσοπούλου, Φραντσέσκα Πατσούρα Υπεύθυνες Καθηγήτριες: Ευδοκία Πατσιλινάκου Μαρία Δημητροπούλου

Δομή παρουσίασης Άνθρακας: το χημικό στοιχείο με τα πολλαπλά πρόσωπα! Αλλοτροπικές μορφές άνθρακα: Γραφίτης, Διαμάντι, Φουλλερένια, Γραφένιο, Νανοσωλήνες Εστιάζουμε στις νανοδομές άνθρακα: γραφένιο, νανοσωλήνες, φουλλερένια Ηθικοί προβληματισμοί

ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΑΝΘΡΑΚΑ: Γραφίτης Διαμάντι Γραφένιο Νανοσωλήνες Φουλλερένια

Σενάριο πρώτο: Γραφένιο, ένας πανίσχυρος νάνος! Είναι δισδιάστατη δομική μονάδα που αποτελείται από άτομα άνθρακα τοποθετημένα σε διάταξη που μοιάζει με κυψέλη και έχει πάχος όσο είναι το πάχος ενός ατόμου. Εντελώς νέο υλικό! Το λεπτότερο που έγινε ποτέ! Το ισχυρότερο που έγινε ποτέ! Kostya Novoselov Andre Geim Βραβείο Nobel Φυσικής 2010, για πρωτοποριακά πειράματα με γραφένιο Άγει τον ηλεκτρισμό όπως ο χαλκός! Είναι ο καλύτερος αγωγός θερμότητας! Είναι σχεδόν διαφανές και τόσο πυκνό, που ούτε το άτομο He δεν μπορεί να το διαπεράσει! Νανοηλεκτρονική Διάφανα Αγώγιμα Υμένια Πολυμερικά / κεραμικά σύνθετα υλικά Χημικούς / Βιολογικούς Αισθητήρες Αποθήκευση / Μετατροπή Ενέργειας Μη διαδεδομένη χρήση λόγω υψηλού κόστους: π.χ. Δείγμα τοποθετημένο σε διατομή ανθρώπινης τρίχας κοστίζει 1.000 $!!!

Σενάριο δεύτερο: Νανοσωλήνες άνθρακα, οι μαγικοί κύλινδροι! 1991: Το γραφένιο διπλώνεται και μετατρέπεται σε νανοσωλήνα!

Είδη νανοσωλήνων Μονοφλοιϊκοί νανοσωλήνες: υπάρχει μόνο ένας σωλήνας και καθόλου επιπλέον στρώματα γραφίτη Πολυφλοιϊκοί νανοσωλήνες: υπάρχει ένας κεντρικός σωλήνας που περιβάλλεται από ένα ή περισσότερα στρώματα γραφίτη

Ένας νανοσωλήνας: είναι ο καλύτερος αγωγός του ηλεκτρισμού σε νανοκλίμακα είναι απαλλαγμένος από ελαττώματα συμπεριφέρεται ως μέταλλο ή ως ημιαγωγός, ανάλογα με τον τρόπο αναδίπλωσης του φύλλου γραφίτη Oι νανοσωλήνες-nanotours είναι νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίοι τυλίγονται και ενώνονται στα δύο τους άκρα σχηματίζοντας «donuts».

Επίπεδες οθόνες Τεχνητοί μύες Μπαταρίες Ντόπινγκ Φίλτρα Αιμοκάθαρσης Avionics Αυτοκινητοβιομηχανία Άμυνα Ιατρική

Σενάριο τρίτο: Φουλλερένιο, ένα buckyball μοριακό κλουβί Τα φουλλερένια είναι μόρια άνθρακα με σφαιρική δομή. Οι κορυφές των εδρών είναι άτομα άνθρακα και οι ακμές είναι οι δεσμοί. Ανακαλύφθηκαν από τους: Harold Kroto, Robert Curl και Richard Smalley το 1985 (Βραβείο Νόμπελ Χημείας 1996) Ενδοεδρικό φουλλερένιο Στερεά με κίτρινο χρώμα Φυσική και Χημική σταθερότητα Μόρια-κλωβοί με 60, 70 ή 76 κ.λπ. άτομα άνθρακα

Το πιο διάσημο φουλλερένιο, το buckyball C60: Αποτελείται από 12 πεντάγωνα και 20 εξάγωνα. Η δομή του είναι σφαιρική και δύσκαμπτη. Τα φουλλερένια δεν είναι όλα σταθερά. Τα φουλλερένια είναι υδρόφοβα. Τα πιο απλά φουλλερένια: C20, C24, C26 έχουν μόνο μία ισομερή μορφή Το μόριο C60 έχει 1812 ισομερείς μορφές!

Εφαρμογές φουλλερενίων Καταλύτες σε δύσκολες χημικές αντιδράσεις Ηλεκτρικές ιδιότητες: αποτελούν βάση για φωτοβολταϊκά και εξαρτήματα σε ηλεκτρονικά κυκλώματα Πιθανή εφαρμογή ως φορείς φαρμακολογικώς δραστικών ενώσεων Ερευνητικό στάδιο εφαρμογή σε φωτοδυναμική θεραπεία καρκίνου με χρήση κατάλληλης στοχευμένης ακτινοβολίας Ιδιότητα καταστροφής ελευθέρων ριζών αντιοξειδωτική & νευροπροστατευτική δράση Εφαρμογή σε νανορομπότ είσοδος στον ανθρώπινο οργανισμό αναλυτική διάγνωση για την κατάστασή του Κβαντικοί μικροκρύσταλλοι & άλλοι σχηματισμοί από φουλλερένια σε κυκλώματα Επεξεργαστές υπερυπολογιστών ή στοιχεία ελέγχου σε επικοινωνίες οπτικών ινών Αποθήκευση υδρογόνου: Ισχυροί δεσμοί μεταξύ των ατόμων άνθρακα «συμπίεση» μικρής ποσότητας υδρογόνου σε φουλλερένια κυψέλες καυσίμων με υδρογόνο με παραγωγή καθαρού νερού κατά την καύση Εφαρμογή σε Altzheimer και άλλες εκφυλιστικές παθήσεις

Κι άλλες εφαρμογές των φουλλερενίων Μελλοντική εφαρμογή: σε νανορομπότ για είσοδο στον ανθρώπινο οργανισμό Κβαντικοί μικροκρύσταλλοι & άλλοι σχηματισμοί από φουλλερένια σε κυκλώματα: Επεξεργαστές υπερυπολογιστών ή στοιχεία ελέγχου σε επικοινωνίες οπτικών ινών Αποθήκευση υδρογόνου: Ισχυροί δεσμοί μεταξύ των ατόμων άνθρακα «συμπίεση» μικρής ποσότητας υδρογόνου σε φουλλερένια κυψέλες καυσίμων με υδρογόνο με παραγωγή καθαρού νερού κατά την καύση

Κατηγορίες μελέτης προϊόντων Ν&Ν Ελεύθερες 1η γενιά (από το 2000): Παθητικές νανοδομές π.χ. Αεροζόλ ή νανοσωματίδια 2η γενιά (από το 2005): Ενεργές νανοδομές Σε ομάδες Βιοενεργές δομές Δομές με φυσικοχημική δράση 3η γενιά (από το 2010): Ολοκληρωμένα νανοσυστήματα π.χ. Τεχνητά όργανα 4η γενιά (2015-2020): Μοριακά νανοσυστήματα ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Οι νανοδομές άνθρακα ανήκουν στην 1η γενιά

ΠΙΘΑΝΟΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ 1ης ΓΕΝΙΑΣ Χαρακτηρισμός επικινδυνότητας (τοξικότητα, φλεγμονές κ.ά) Χαρακτηρισμός έκθεσης (εισπνοή υλικών κατά τη σύνθεση, μεταφορά στα βιοσυστήματα και απόθεση στο περιβάλλον) Δυσκολία λήψης μέτρων λόγω διεπιστημονικότητας νανοτεχνολογίας, καθώς: ΠΛΗΘΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΑΔΥΝΑΜΙΑ ΚΑΛΥΨΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΠΟ ΑΡΧΕΣ

Ανάλυση Κινδύνων σε Τομείς Ανθρώπινη Υγεία / Συμπεριφορά στη Νανοκλίμακα: - Μεγάλος λόγος επιφάνειας/όγκου Φλεγμονή σε κύτταρα & όργανα - Μεγέθη νανοκλίμακας Εισβολή σε όργανα & εγκέφαλο αδρανοποίηση ανοσοποιητικού συστήματος - Νανοϋλικά με μέταλλα Αυξημένη τοξικότητα Περιβάλλον: - Νανοσωματίδια Απορρόφηση στοιχείων που μολύνουν Μεταφορά σε τροφική αλυσίδα Μη ανιχνεύσιμοι, μη βιοδιασπώμενοι μολυντές

Οικονομία: - Κατάλυση ισχυόντων κανόνων αγοράς - Αλλαγή διαδικασίας παραγωγής και θέσης εργοστασιακών μονάδων - Προβλήματα υγείας εργαζομένων -Λόγος επιφάνειας/όγκου Αύξηση κινδύνου αυτοανάφλεξης ή έκρηξης Ασφάλεια και λοιπές κοινωνικές συνέπειες: - Κακόβουλη χρήση νανοτεχνολογιών σε τρομοκρατικές ενέργειες ή στρατιωτικές επιχειρήσεις - Αντίκτυπος σε κοινωνία ανάλογα με το ποιες ομάδες επωφελούνται ή βλάπτονται από αυτήν

ΕΙΔΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Άγνωστη η συμπεριφορά των υλικών στη νανοκλίμακα: πιθανή εκδήλωση τοξικότητας Τήρηση μιας από τις δύο αρχές: Αρχή της Πρόληψης Διακοπή εφαρμογών, όταν υπάρχει βεβαιότητα ύπαρξης του κινδύνου Αρχή της Προφύλαξης Διακοπή εφαρμογών ακόμα και όταν υπάρχει αβεβαιότητα ύπαρξης κινδύνου Υπάρχουσες μέθοδοι ανίχνευσης νανοσωματιδίων: ενδεχόμενο ανεπάρκειας ΓΙΑ ΝΑ ΣΥΜΜΟΡΦΩΘΟΥΜΕ ΜΕ ΜΙΑ ΑΠΟ ΤΙΣ ΑΡΧΕΣ ΟΦΕΙΛΟΥΜΕ ΝΑ ΣΥΝΕΧΙΣΟΥΜΕ ΤΗΝ ΕΡΕΥΝΑ!!!

Η ΕΝ ΑΘΗΝΑΙΣ ΦΙΛΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ Έλενα Βαρούτσου, Ελένη Γιαμαρέλλου, Μικαέλα Δέτση, Νίνα Διονυσοπούλου, Φραντσέσκα Πατσούρα Υπεύθυνες Καθηγήτριες: Ευδοκία Πατσιλινάκου Μαρία Δημητροπούλου