Nanoteknoloin gör det möjligt att på atomnivå styra materialet möjligheter att skapa helt nya material. Något som Richard Feyman förutsåg redan på 50 talet. När man studerar material i nanoskala händer de drastika förändringar i fysikalisk-kemiska egenskaper och reaktivitet kopplade till antalet atomer eller molekyler som bildar materialet. Material som reduceras till nanoskalan kan plötsligt visa mycket olika egenskaper jämfört med vad de visar på en makroskala. Den så kallade kvantstorleks effekten som beskriver elektronegenskaper i fasta ämnen påverkar materialets optiska, elektriska och magnetiska beteende. Ogenomskinliga kan bli transparenta, inerta material blir katalysatorer, stabila material blir brännbara, fasta ämnen omvandlas till vätskor och isolatorer kan bli ledare. Ytarean på ett nanomaterial är relativt större än material av samma massa i bulkform.
Nanomaterial kan framställas i en dimension (till exempel mycket tunna ytbeläggningar), i två dimensioner (till exempel nanotrådar och nanorör) eller i alla tre dimensioner (till exempel nanopartikler och kvanta punkter) som per definition är mindre än 100 nm med ett gränsskikt som ger olika egenskaper och kan bestå av joner, oorganiska och organiska molekyler.
Det finns två centrala metoder för att tillverka material eller manipulera enheter inom nanoteknologi: Top down och Botton-up. Med Top down, mejslar man bort i massmaterial som en skulptör, den här metoden används exempelvis för tillverkning av datortillbehör. Den andra metoden bottom-Up bygger upp materialet genom att placera varje atom på en specifik plats för. En variant på bottom-up är en teknik som kallas självmontering för att bygga strukturer med hjälp av nanopartiklar. Självmontering innebär att skapa förhållanden som gör det möjligt för atomer och molekyler att ordna sig på ett visst sätt för att skapa ett material. Ideen om molekylär självmontering var först introducerat av Eric Drexler I hans bok Engines of creation, han föreställde sig att vi skulle lära oss att manipulera enskilda molekyler och även enskilda atomer för att tillverka alla produkter vi önskar. Nanoteknikens förmåga att manipulera atomerna leder till framsteg inom genetisk modifiering av syntetisk biologi och proteinteknik. Det gör det möjligt exempelvis att anpassa DNA skapa proteiner med komplexa artificiella molekyler.
Typ av nanomaterial
Nanocage:
Nanocage är en klass av nanomaterial som har en ihålig interiör och porösa väggar som innehåller nanopartiklar (MNPs) inuti. Storlek varierar mellan 10 – 150 nm. Dessa används som kontrastmedel, destruktion av cancervävnad och läkemedelsleverans.
Nanocrystal:
Nanocrystal är singel eller flerfasiga polykristallina fasta ämnen med kornstorlek mindre än 100 nm. Nanokristaller av metaller, halvledare och metall oxides används som minnesenheter, solceller, solid-State bildskärmar, Foto detektorer och Field-effekt transistor (FET) och detektorer.
Nanobelt:
Nanobälte är ett kvasi-1D strukturellt kontrollerat nanomaterial som har väldefinierad kemisk sammansättning, med en enkel kristallin struktur och plan yta. De har applikationer i FET enheter, ultrakänsliga biosensorer, resonator etc. (ZnO, SnO2, In2O3, Ga2O3, CdO och PbO2). ZnO har piezoelektriska egenskaper som intressant som självförsörjande nanodevices och nanosystem.
Nanofiber (NF):
Nanofibrer är är en klass av nanomaterial med fibrer med diametrar i nanometerområdet. Nanofibrer kan skapas från naturliga polymerer som cellulosa, silke, keratin, gelatin och polysackarider. Syntetiska polymerer som används är poly (mjölksyra) (PLA), polykaprolakton (PCL), polyuretan (PU), poly (mjölksam-glykolsyra) (PLGA), poly (3-hydroxibutyrat-co-3-hydroxi-valerat) (PHBV) och poly (eten-sam-vinylacetat) (PEVA).
Electrospinn teknik är den vanligaste metoden för storskalig produktion nanofibers. Andra metod för att designa är emulsion polymerisation, självmontage, och fasseparation etc.
Alla polymera nanofibrer är unika för deras stora ytarea-till-volymförhållande, hög porositet, märkbar mekanisk hållfasthet och flexibilitet i funktionalisering jämfört med deras mikrofiber- motsvarigheter. De speciella egenskaperna hos nanofibrer gör dem lämpliga för ett brett utbud av applikationer från medicinska till konsumentprodukter och industriella till högteknologiska tillämpningar för flyg, kondensatorer, transistorer, läkemedelsleveranssystem, batteriseparatorer, energilagring, bränsleceller och informationsteknik. Inom medicinområdet är nanofibrer mycket intressant det kan skapa biokompatibelt material för läkemedelsleverans, sårläkningstillämpningar och nya applikationer inom sjukvård.
Nanorör (NT) och Nanorod (NR):
NT och NR är mikroskopiskt rör med diameter är mindre än 100 nm. NT är mestadels ihåliga och NR har en solid struktur. Laser ablation, chemical vapour deposition (CVD) är några av de metoder som används för beredning av metalliska/ halvledande NT och NR.
Carbon nanorör (CNT) har en mycket stor potential inom nanoteknik och tas upp separat.
Nanowire (NW):
Nanowire är ett 1D nanostrurellt material med dimensioner i storleksordningen 10 nm. Nanotrådar kan syntetiseras både med TopDown tillvägagångssätt eller nedifrån och upp. De vanligaste teknikerna för syntes av nanotrådar är kemiska, Elektrokemiska photochemical, CVD, fysikalisk ånga (PVD), plasma-assisterad kemisk ång deponering (PACVD), etc. Halvledar nanotrådar har unika elektroniska och optoelektroniska egenskaper med en mycket stor potential för tillverkning av av p – n korsningar, transistorer, solceller, sensorer m.m.
Quantum dot (QD):
Quantum Dot är ett 0-dimensionell halvledare som bara är några nanometer i storlek i nano-skala, de är så små att deras optiska och elektroniska helt har förändrats. Dessa uppvisar stark storlek beroende optisk och elektroniska egenskaper. Quantum dot (QD) egenskaper kan styras genom att ändra storleken då förändras ex färgen som på det ljuset som QD avger. QD kan innehålla så få som 100 till 100 000 atomer inom Quantum punkt volym, med en diameter på 10 till 50 atomer. Tack vare de suveräna optiska och elektroniska egenskaper QD kan i stor utsträckning användasi lysdioder, lasrar, biomarkörer, biosensor enheter och biomedicinska imaging.
Nanopartikel
En nanopartikel (eller nanopowder, nanokluster eller nanokristall) är en mikroskopisk partikel med minst en dimension mindre än 100 nm. Materialets egenskaper förändras när deras storlek närmar de här dimensionerna, andelen atomer vid ytan av ett material blir signifikant det påverkar egenskaper som halvledarpartiklar, ytplasmonresonans, superparamagnetism i magnetiska material. Tack vare dess dimension och exceptionella yt förhållande är NPs den mest grundläggande delen av nanomaterial och fungerar som en broförbindelse mellan atom/molekylära strukturer och nanomaterial. NPs storlek och formberoende egenskaper, kan skräddarsyddas över ett brett spektra. Nanopartiklar (NP) har ett brett användningsområde inom områden som hälso- och sjukvård, kosmetika, mat och foder, miljöhälsa, mekanik, optik, biomedicinska vetenskaper, kemisk industri, elektronik, rymdindustri, läkemedelsgenerering, energivetenskap, optoelektronik, katalysatorer, enstaka elektrondransistorer, ljussändare, olinjära optiska enheter och fotoelektrokemiska applikationer.
Dendrimer
Dendrimerer är väldefinierade multivalenta molekyler med förgrenad struktur av nanometerstorlek. Dendrimerer har en distinkt molekylär arkitektur som består av en central kärna, grenar med terminala funktionella grupper på yttre ytan av makromolekylen. Dendrimerer framställs av definierad storlek och struktur kan konstrueras genom en stegvis kemisk syntesmetod.
Metal particle
Metall nanopartiklar är submikronskalaenheter av rena metaller (t.ex. guld, platina, silver, titan, zink, cerium, järn och tallium) eller deras föreningar (t.ex. oxider, hydroxider, sulfider, fosfater, fluorider och klorider). Metalliska nanopartiklar har mycket stor potential inom nanoteknik och används flitigt inom biomedicinsk vetenskap och teknik.
Materialen kan syntetiseras och modifieras med olika kemiska funktionella grupper som tillåter dem att vara konjugerade med antikroppar, ligander och läkemedel av intresse och därmed öppna ett brett spektrum av potentiella tillämpningar inom bioteknik, magnetisk separation och preconcentration av målanalyser, riktade läkemedelsleverans och transportmedel för gen- och läkemedelsavgivning och ännu viktigare diagnostisk bildbehandling. (MR, CT, PET, ultraljud, SERS och optisk bildbehandling som ett hjälpmedel för bildbildande olika sjukdomstillstånd.)
Metall nanopartiklar har unika fysikalisk-kemiska egenskaper som gör de mycket intressanta som kontrastmedel, ex magnetiska nanopartiklar (Fe3 O 4 ), guld och silver nanopartiklar för deras tillämpning i dessa avbildningsmodeller.
Protein drug nanoconjugates
Nanoconjugat är skräddarsydda makromolekyler som innehåller kovalent bundna biologiskt aktiva moduler som riktar sig mot specifika vävnader och celler. De aktiva modulerna av funktionella grupper kan innefatta läkemedel, antikroppar, och DNA- och RNA-sekvenser. Dessa kan fungera synergistiskt och multitargeting.
Solid Lipid paricle
En fast lipid nanopartikel (SLN) är typiskt sfärisk med en genomsnittlig diameter mellan 10 och 1000 nanometer. Fasta lipid nanopartiklar har en fast lipidkärnmatris som kan lösas i lipofila molekyler. Lipidkärnan stabiliseras av ytaktiva ämnen (emulgeringsmedel). Fasta lipid nanopartiklar har potentiella tillämpningar inom främst inom läkemedelsleverans, klinisk medicin.
Liposom
Lipidmolekyler är amfipatiska vilket innebär att dessa molekyler har både en polär och en opolär del, de har både hydrofoba resp. hydrofila egenskaper. Det betyder att de har en naturlig förmåga att bilda dubbelskiktsmembran både intracellulära membran samt cytoplasmamembran. Dessa cellmembran är mycket viktiga då liposomer kan användas för ex leverans av läkemedel, och saker som DNA-molekyler till cellerna i patienter.