Nanobiotechnologie at Hochschule Rhein-Waal

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Natürliche Nanopartikel 


4 Beispiele 

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Was sind Nanopartikel ?


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Was sind ultrafeine Stäube ?

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Definition Nanomaterial

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Zwei Kategorien der Nanomaterialien ? (Nanokommission der deutschen Bundesregierung)

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5 Nanostrukturen 

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Was macht Nanoteilchen besonders ?

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Was ist das Bottom-up Verfahren ?

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Charakteristika der Selbstorganisation ?

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Was ist das Top-down Verfahren ?

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Was ist eine Grenzfläche ?

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Was ist eine Oberfläche ?

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Nanobiotechnologie

Natürliche Nanopartikel 


4 Beispiele 

1. Vulkanasche

2. Zigarettenrauch

3. Kerzenruß

4. Autoabgase 

Nanobiotechnologie

Was sind Nanopartikel ?


Sind Objekte, die in zwei oder Drei Dimensionen eine Größe von 1 bis 100nm aufweisen und die wegen ihrer besonderen Stoffeigenschaften gezielt hergestellt werden.

Nanobiotechnologie

Was sind ultrafeine Stäube ?

Haben eine Größe von 1 bis 100 nm, entstehen jedoch unabsichtlich, z.B. bei thermischen Prozessen oder mechanischen Bearbeitung von Werkstoffen. 


Nanobiotechnologie

Definition Nanomaterial

- Ein natürliches, zufällig entstandenes, oder bewusst hergestelltes Material

- enthält Partikel im ungebundenen Zustand, oder als Aggregat, oder Agglomerat 

- mindestens 50% der Partikel ein oder mehrere Außenmaße im Bereich der Größenverteilung von 1 nm bis 100 nm

Nanobiotechnologie

Zwei Kategorien der Nanomaterialien ? (Nanokommission der deutschen Bundesregierung)

1. Nanoobjekte die entweder in ein, zwei oder drei äußeren Dimensionen nanoskalig (näherungsweise 1 bis 100 nm) sind.

Typische Vertreter sind Nanopartikel, Nanofasern und Nanoplättchen.


2. Nanostrukturierte Materialien haben eine innere, nanoskalige Struktur und treten in der Regel als Verbundsysteme von Nanoobjekten auf. 



Nanobiotechnologie

5 Nanostrukturen 

1. punktförmige Strukturen = in allen 3 Dimensionen (Nanokristalle, Cluster, Moleküle)


2. linienförmige Strukturen = in 2 Dimensionen (Nanodrähte, Nanoröhren, Nanogräben)


3. Schichtstrukturen = in nur 1 Dimension (dünne Schichten)


4. inverse Nanostrikturen = Poren kleiner 100nm 


5. komplexe Strukturen = supra-molekulare Einheiten (Aggregate aus Enzymen und ihren Substraten)



Nanobiotechnologie

Was macht Nanoteilchen besonders ?

Die große spezifische Oberfläche von Nanoteilchen führt bei gleichem Stoff zu neuen Eigenschaften


Veränderungen betreffen z.B.:


1. optische Eigenschaften

2. elektrische Leitfähigkeit 

3. Magnetismus 

4. chemische Reaktivität

5. Schmelzverhalten

6. Härte oder die Fließeigenschaften von Materialien 

Nanobiotechnologie

Was ist das Bottom-up Verfahren ?

Herstellung von Nanostrukturen aus kleinen Einheiten, den Atomaren und molekularen Bausteinen, durch Selbstorganisation (self-assembly) und Selbstanordnung (self-organisation)


1. Selbstorganisation (self-assembly) ist ein in der Biologie häufig anzutreffendes Grundprinzip zur Erzeugung von Strukturen. Sie kann durch äußere Faktoren beeinflusst werden. 


2. Selbstanordnung (self-organisation) ist die Anordnung von Bausteinen ohne jeglichen Einfluss von außen. 

Nanobiotechnologie

Charakteristika der Selbstorganisation ?

1. schwache, reversible Bindungen/Wechselwirkungen

  • Wasserstoffbrückenbindungen 
  • Ionische Bindungen
  • Van der Waals-Kräfte 
  • Hydrophobe Wechselwirkungen 

2. Bestreben zur Bildung von Ordnung (Verringerung der Entropie)

3. Erreichen des thermodynamischen Gleichgewichts 

Nanobiotechnologie

Was ist das Top-down Verfahren ?

Das Top-down Verfahren beschreibt Methoden bei denen eine Nanostruktur aus einer Größeren Einheit hervorgeht


Methoden : 

1. Lithographie 

2. Ätzen

3. Schneiden

4. Drucken


Nanobiotechnologie

Was ist eine Grenzfläche ?

Eine Grenzflächim Sinne der Physik und Chemie ist die Fläche zwischen zwei nicht mischbaren flüssigen oder festen Stoffen.

Nanobiotechnologie

Was ist eine Oberfläche ?

Eine Oberfläche ist die Fläche zwischen einer festen und einer gasförmigen Phase 

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