9360-0152/04 – Molekulární a supramolekulární nanostroje (MOLNM)
| Garantující katedra | Centrum nanotechnologií | Kredity | 2 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | angličtina |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | USP, FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Student bude schopen:
definovat pojem nanostroj
klasifikovat a charakterizovat různé typy nanostrojů
diskutovat metody ovládání nanostrojů a kontroly jejich pohybu
charakterizovat základní pojmy z oblasti supramolekulární chemie, chemie komplexů a molekulární topologie
predikovat vlastnosti nanostrojů na základě jejich struktury
diskutovat principy syntéz nanostrojů
demonstrovat vhodné typy nanostrojů pro specifické aplikace
Vyučovací metody
Přednášky
Semináře
Individuální konzultace
Anotace
Tento předmět seznamuje studenta s problematikou nanostrojů - relativně novou a stále se rozvíjející oblastí nanotechnologií. Je představen netradiční pohled na molekulární a supramolekulární struktury ve smyslu jejich vlastností a funkčnosti a dosavadní znalosti studentů z chemie a fyziky nanomateriálů jsou v tomto předmětu dále rozšířeny s cílem pochopit principy nanostrojů a metody kontroly jejich cíleného pohybu. V rámci předmětu je představena široká škála nanostrojů, od jednoduchých syntetických funkčních komponent až po složité nanostroje na bázi syntetických i přírodních supramolekulárních struktur. Diskutovány jsou rovněž první praktické aplikace nanostrojů. Seminář je doplněn mnoha ukázkami z odborné literatury.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Písemná forma. Studijní výsledky jsou ověřovány na základě vypracování samostatné semestrální práce (max. 40 bodů, požadované minimum 20 bodů). Semestr je zakončen zápočtovým testem (max. 60 bodů, požadované minimum 31 bodů).
E-learning
Další požadavky na studenta
Je požadováno vypracování samostatné semestrální práce.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Po úvodním seznámení s historií a současným stavem výzkumu nanostrojů budou probrány různé definice pojmu nanostroj a základní klasifikace. Budou diskutovány rozdíly a podobnosti strojů a nanostrojů. V souvislosti se supramolekulárními nanostroji budou probrány základy supramolekulární chemie.
2. Budou probrány metody kontroly pohybu/funkce a vizualizace nanostrojů. Pozornost bude věnována konformačním a rotačním změnám, dále budou probrány metody pohonů nanostrojů – samohybné vs. externě řízené nanostroje. Studenti budou seznámení také s problematikou pohybu nanostrojů v kapalině.
3. Pozornost bude věnována chemii komplexů, koordinačně-kovalentní vazbě a jejímu popisu. Budou prezentovány různé druhy komplexních sloučenin a diskutována jejich stabilita. Kromě komplexů bude pozornost věnována také dalším sloučeninám využitelným při syntéze nanostrojů.
4. Budou prezentovány typy molekulárních funkčních jednotek, přičemž pozornost bude zaměřena na molekulární rotory a molekulární brzdy. Budou diskutovány faktory ovlivňující rychlost rotace, problém kontinuální rotace a efektivita brzdných prvků.
5. V návaznosti na předešlé téma bude probrána oblast nanovozítek. Budou představeny jejich druhy a metody ovládání jejich pohybu. Na příkladu těchto nanostrojů budou demonstrovány problémy efektivity jejich syntéz a manipulace s nimi.
6. Pozornost bude věnována molekulárním nanostrojům na bázi azo- a podobných sloučenin. Studenti budou seznámeni s nanotransportéry, nanovrstvami s ovladatelnou výškou či pinzetou na bázi těchto sloučenin. V souvislosti s nanotransportéry bude diskutována problematika využití nanostrojů jakožto nosičů léčiv.
7. Po úvodním uvedení základních topologických pojmů a ozřejmění problematiky planarity molekul a molekulárních uzlů budou prezentovány supramolekulární nanostroje na bázi rotaxanů a katenanů. Budou představeny metody jejich syntézy a studenti budou seznámeni s principy molekulárních výtahů a spínačů včetně jejich ovládání.
8. V návaznosti na předešlé téma budou demonstrovány praktické aplikace nanostrojů na bázi rotaxanů. Studenti budou seznámeni s molekulárními svaly, molekulárními lisy, molekulárními vrstvami s ovladatelnou hydrofobicitou/hydrofilicitou, atd.
9. Pozornost bude věnována nanostrojům na bázi komplexních sloučenin, zejména rutheniových komplexů. Bude demonstrována molekulární analogie přenosu proudu kabelem od zdroje ke spotřebiči. Bude diskutován problém samouspořádávání a studenti budou seznámeni s molekulárními dráty.
10. Bude probráno využití uhlíkatých nanotrubic pro konstrukci nanostrojů. Bude představen molekulární mlýnek, molekulární váhy a v návaznosti na téma samouspořádávání bude rovněž prezentováno použití uhlíkových nanopásků.
11. Bude diskutováno téma nanostrojů a otázky počátku života. Budou probrány rozdíly mezi syntetickými a biologickými nanostroji a studenti budou seznámeni se základními typy biologických nanostrojů, přičemž pozornost bude věnována zejména proteinovým motorům.
12. V návaznosti na předešlé téma budou probrány molekulární bičíky a princip jejich pohonu. Dále budou ukázány příklady jejich využití při konstrukci nanostrojů a bude diskutován hybridní přístup ke konstrukci nanostrojů s použitím biologických i syntetických komponent.
13. Studenti budou seznámeni s nanostroji na bázi DNA. V návaznosti na dříve probrané téma samouspořádávání bude probrána možnost využití DNA ke konstrukci nanosoučástek.
14. Test.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.