นาโนเทคโนโลยีื่เพุขภาพอสdmsc2.dmsc.moph.go.th/net/co/co49/m/%b9%d2%e2%b9%e...ประกอบโมเลกุลด...
TRANSCRIPT
นาโนเทคโนโลยีเพื่อสุขภาพนาโนเทคโนโลยีเพื่อสุขภาพ
ดร.อุรชา รักษตานนทชัยศูนยนาโนเทคโนโลยีแหงชาติ
National Nanotechnology Center (NANOTEC)
www.nanotec.or.th
เล็กแคไหนถึงจะเปน...ระดับนาโน?สิ่งที่มีในธรรมชาติ
DNA~2 nm diameter
MicroElectroMechanical devices10 -100 mm wide
Fly ash~ 10-20 mm
Atoms of siliconspacing ~tenths of nm
Head of a pin 1-2 mm
Human hair~ 10-50 mm wide
Red blood cellswith white cell~ 2-5 mm
Ant ~ 5 mm
ATP synthase
~10 nm diameter
Nanotube electrode
Carbon nanotube~2 nm diameter
The
Mic
ro w
orld
10-2 m
10-3 m
10-4 m
10-5 m
10-6 m
10-7 m
10-8 m
10-9 m
10-10 m
The
Nan
ow
orld
Nanotube transistor
Iron atoms on copper surfaceCorral diameter ~14 nm
สิ่งที่มนุษยสรางขึ้น
From office of Basic Energy Sciences Office of Science, U.S. DOE Version 03-05-02
นาโนเทคโนโลยี…คืออะไร?
“เทคโนโลยีในการสังเคราะห ประกอบและสรางวัสดุ อุปกรณตาง ๆ ที่สรางขึ้นดวยการจัดเรียงอะตอมหรือการประกอบโมเลกุลดวยความถูกตองและแมนยําในระดับนาโนเมตร (1-100 นาโนเมตร)”
นาโนนาโนไบไบโอเทคโนโลยีคืออะไรโอเทคโนโลยีคืออะไร??
เปนนาโนเทคโนโลยีแขนงหนึ่ง ซึ่งรวมสหวิทยาการทางดานวิทยาศาสตรชีวภาพ เคมี และวิศวกรรมศาสตร เขาดวยกัน เพื่อใชในการตรวจสอบ ควบคุม ดัดแปลง หรือสังเคราะห ชีวโมเลกุลขึ้นใหมเพื่อใหมีคุณสมบัติตามตองการ
คุณสมบัติพิเศษที่เกิดจากความเล็กระดับนาโน
ผลจากปรากฏการณทางควอนตัม (quantum effects)
ผลจากพื้นที่ผิวหนา (surface effects)
ผลจากผิวสัมผัส (interface effects)
ผลจากกฎการลดขนาด (scaling laws)
วัสดุหยาบ (bulk materials) วัสดุนาโน (nanomaterials)
NANOTEC
ทําไมนาโนเทคโนโลยีจึงสําคัญ?
นาโนเทคโนโลยีเปนเทคโนโลยีแหงการผลิตในอนาคต
1.สามารถนําไปประยุกตใชกับทุกอุตสาหกรรมสําคัญ• อุตสาหกรรมไฮเทค (นาโนอิเล็กทรอนิกส ) คอมพิวเตอร,โทรศัพทมือถือ,หนวยความจําความจุสูง ทําใหมีขนาดเล็ก เบา และมี
ประสิทธิภาพในการทํางานสูง• อุตสาหกรรมยานยนต,สิ่งทอ (วัสดุนาโน) ตัวถังรถยนต,ผาไหมกันน้ําไมยับ วัสดุที่เบาและแข็งแกรง• การแพทยและสาธารณสุข (นาโนชีวภาพ) ยารักษาโรคมะเร็งเฉพาะจุด, lab-on-a-chip ยาหรือชุดตรวจที่มีประสิทธิภาพสงู
และขนาดเล็ก
2.ชวยใหคนพบวัสดุใหมที่มีคุณสมบัติพิเศษซึ่งเปนรากฐานของอุตสาหกรรมการผลิตตางๆไมเคยมีมากอน
• ฟูลเลอรีน,ทอคารบอนนาโน เปนตน
3.ชวยยกระดับ/เพิ่มมูลคาอุตสาหกรรมที่มีอยูเดิมและริเริ่มอุตสาหกรรมใหม ระบบเศรษฐกิจโมเลกุล (Molecular Economy)
Nano is an enabling technology for the future
Nanochips
Nanocapsules
Nanofilms
Handheld computer, watchphone
Electronic transdermal drug delivery patch
Flexible thin screen
Nan
otec
hn
olog
y
NOW FUTURE
�����������������������������������������
ศาสตราจารย ริชารด ฟายนแมน (Richard Feynman)
ไดรับรางวัลโนเบลสาขาฟสิกสในป ค.ศ. 1965
“หลักการทางฟสิกส เทาที่ขาพเจามองเห็น ไมไดกลาวคานความเปนไปไดในการจัดการกับสิ่งของในระดับอะตอม การกระทําดังกลาวก็ไมใดเปนความพยายามที่จะฝนกฎเกณฑ(ทางวิทยาศาสตร)ใดๆ อันที่จริงแลวเปนสิ่งหนึ่งในทางหลักการที่ สามารถจะ ทําได แตในทางปฏิบัติ เรายังไมใดทํานั้นเปนเพราะวาเราใหญเกินไป”
There’s plenty of room at the bottom, 1959
The scanning tunneling microscope (STM)
ค.ศ. 1981เกิรด บินนิ่ง (Gerd Binning) และ ไฮนริช โรหเฮอร (Heinrich Rohrer) ประสบความสําเร็จในการสรางกลอง Scanning tunneling microscope ที่สามารถมองเห็นการจัดเรียงตัวของอะตอมของสสารตางๆ ไดอยางชัดเจน
อะตอมซีเซียม อะตอมซิลิกอน อะตอมซีนอน
อะตอมโคบอล อะตอมนิเกิลอะตอมพลาตินั่ม
http://www.nobel.se/physics/educational/microscopes/scanning/gallery/8.html
The atomic force microscope (AFM)
อะตอมเหล็กบนทองแดงโมเลกุลคารบอนนอกไซดบนพลาตินั่ม 50 โมเลกุลคารบอนนอกไซดบนพื้นผิวทองแดง
http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/library.html#ref1ธาตุซีนอนบนนิเกิล
Atomic force microscope (AFM)
Bioanalysis and Diagnostics
Atomic force microscope (AFM)
Bacterial Polysaccharide AcetBacterial XanthanGum
myosin “motor protein”DNA bound to gold nanoparticles
ประมาณมูลคาผลิตภัณฑนาโนเทคโนโลยีทั่วโลกใน พ.ศ.2558
จํานวนเงิน (ลานลานบาท)
วัสดุ 13.6, 31%
อิเล็กทรอนิกส12.0, 28%
ยา 7.2, 17%
สารเคมี 4.0, 9%
การบิน 2.8, 6%
เครื่องจักร 0.8, 2%
สุขภาพ 1.2, 3%
พลังงาน 1.8, 4%
มูลคาผลิตภัณฑนาโนเทคโนโลยีทั่วโลกในป มูลคาผลิตภัณฑนาโนเทคโนโลยีทั่วโลกในป 25582558 คาดวาจะมีมูลคาสูงถึง คาดวาจะมีมูลคาสูงถึง 4040 ลานลานบาท ลานลานบาท!!
ที่มา National Science Foundation (NSF)
การสรางวัสดุและอุปกรณนาโนโดยใชกระบวนการแบบบนลงลาง (top down)
1. การสลักลวดลาย (lithography)
2. การตกตะกอน (deposition)
3.) การกัดกรด (etching)
4.) การดัดแปลงเนื้อวัสดุ (material modification)
การใชหัวเข็มของกลองเอเอฟเอ็มสรางลวดลายบนพื้นผิววัสดุการใชแสงสลักลวดลายของวงจรไฟฟาบนแผนชิพคอมพิวเตอร
การสรางวัสดุและอุปกรณนาโนโดยใชกระบวนการแบบลางสูบน (bottom up)
1. การสังเคราะหทางเคมี (chemical synthesis) 2. การประกอบตัวเอง (self assembly)3. การใชกลองสองอะตอมเคลื่อนยายอะตอม
(scanning probe manipulation)
Physical Vapor Synthesis
http://www.nanophase.com/technology/capabilities.asp Namba et al., CCP13 News Lett. 1999, 7, 13.
ความเปนสหวิทยาการของ...นาโนเทคโนโลยี
นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ
วัสดุนาโน
นาโน อิเล็กทรอนิกส
การวิเคราะหและวินิจฉัยโรค
การคนพบยาชนิดใหม
วิธีการรักษาโรคแบบใหม
ระบบนําสงยานําวิถี
วิศวกรรมเนื้อเยื่อ
สาธารณสุขพื้นฐาน
นาโนเทคโนโลยีเพื่อการแพทยและสาธารณสุข
Medical Applications ofNanotechnology: A Future Image
20
Microfluidics
Lab-on-a-chip
Microfluidics
DNA chip
Bioanalysis and Diagnostics
DNA or Gene chip
นาโนไบโอเซ็นเซอร (Nanobiosensor)
คันทิเลอเวอร (cantilever)
ไมโครอารเรย (microarray)
ไบโอเซ็นเซอรที่ใชอนุภาคนาโนของทองคําตรวจจับสารพันธุกรรมของเชื้อแอนแทร็ก
นาโนเซนเซอร - ตัวตรวจวัดวิเคราะหชนิดหนึ่งที่มีขนาดเสนผานศูนยกลางอยูในระดับนาโนเมตร นาโนเซนเซอรประกอบดวยโครงสราง 2 สวนสําคัญ1. ตัวรับ (receptor unit) 2. ตัวให /แปลสัญญาณ (transducer หรือ signaling unit) สัญญาณที่นาโนเซนเซอรตรวจวัดแบงไดเปนหลายชนิดไดแก นาโนเซนเซอรเชิงแสง (optical nanosensor) และนาโนเซนเซอรเชิงเคมีไฟฟา (electrochemical nanosensor)
Sensory unit
Analyte
Receptor unit
Spacer
หลักการทํางานของเซนเซอรหลักการทํางานของเซนเซอร
ตัวหนูในรูปเปรียบเสมือนกับสารหรือไอออนที่ตองการจะตรวจวัด (analyte) สวนเนยแข็งเปนตัวรับอันเปรียบเสมือนกับดักหนูซึ่งเชื่อมอยูกับหลอดไฟ เมื่อหนูเฉพาะตัวที่มีขนาดและลักษณะเทากันกับกับดักพอดีวิ่งผาน หลอดไฟก็จะสวางขึ้นมา การทํางานของเซนเซอรทางเคมีก็มีลักษณะเชนเดียวกัน
Biosensor “A sensor incorporating a biological element such as anenzyme, antibody, nucleic acid, microorganism or cell”(Chemical Abstract)
Whole Genome Chip of Yeast (Stanford University)
Target (Fluorescently labeled with dye)
Probe (Immobilized on a slide)
Measurable Signal(Hybridization Signal Intensity)
hybridization ScannerWashes
• The microarray technique allows thousands of genesto be hybridized in only one experiment
• Sensitive, accurate, reproducible, broad ranging, and specific
BioInsights constructed a microarray market model to look at the various applications. (http://www.bioresearchonline.com/)
Microarrays for Microbial Monitoring:Identification and Detection
•Offer a fast, high throughput, parallel of microbes detection from any sample
•Cover most sectors of life sciences: human, veterinary,food and plant diagnostics, environmental microbiology,water quality control
•Identify human pathogen from clinical samples, detectfood contaminating microbes, veterinary and plant pathogens-Bioterrorism
•Study the effects of soil microbial diversity and the responses of microbial diversity to agricultural practices
Spotting and Scanning
Affymetrix 417™Images from Corning and Affymetrix Website
CSixty Inc.
Fullerene-Based Pharmaceuticals
Antivirals
Antibacterials
Tumor/Anti-Cancer Therapy
Anti-Apoptosis Agents
Antioxidants (>vit E)DNA Cleavage
Fullerene-Based Inhibitors of the HIV-1 Protease
DESIGN AND PRECLINICAL DEVELOPMENT OF DENDRIMERBASED TOPICAL MICROBICIDES FOR HIV AND STI PREVENTION
HIVs
ยารักษาโรคเอดสแบบใหม
Implanted Drug Delivery SystemImplanted Drug Delivery System and and BiosensorsBiosensors
ระบบสงยานําวิถี ระบบสงยานําวิถี (Drug DeliveryDrug Delivery SystemSystem))• เปนวิธีการสงโมเลกุลตัวยาไปยังเปาหมายที่ตองการเฉพาะจุดภายในรางกาย เชน เซลลมะเร็ง
• การสงยาไปยังเปาหมายที่ตองการสามารถทําไดหลายวิธี ทางระบบเสนเลือด ทางระบบยอยอาหาร (ทางปาก) ทางระบบหายใจ และทางระบบกลามเนื้อ
• Bio-imaging and treatment• Molecular analysis of dz• Drug delivery• Gene and protein delivery
Drug Delivery System as an Intelligent Molecular NanoSystem
Drug Carrier
Target Cell
19th Century Idea by P. Ehrich
Nanoparticle for molecular imaging
นาโนเทคโนโลยีกับการรักษาโรคมะเร็งTectoDendrimer
Drug Delivery System (DDS)
Components for targeted drug delivery
Active moiety For therapeutic effect
carrier For metabolic protectionChanging disposition of the drug
Homing device For specificity, selection of assigned target site
A variety form of liposomes
Active Targeting DDS using Sugar Chains
Active Targeting to Cancer Cells
Lectin
Sugar Chain Bound Liposomes
Cancer
Control With Active DDS
Other types of delivery systems
Source: www.uweb.engr.washington.edu/
Drug and DNA deliveryGene and protein delivery
www.nano-lifescience.comSource: / Source: http://nano.cancer.gov/
เครื่องสําอางนาโนดีกวาเครื่องสําอางธรรมดาอยางไร?
N H
C H
C
H 2N
HN
C
O
O HH 3C
NH
C
O
H O
C H 3O
N H
C
O
N H 2
N HC
C H 2
H O
O
H O
O
Pal-KTTKS (Palmitoyl-lysine-threonine-threonine-lysine-serine)Approx. 65 nm3
Pentapeptide
Recent findings
• CNT caused granuloma formation in rodents• C60 caused lipid peroxidation in the brain• Ultrafine nanoparticles cause respiratory
effect and extrapulmonary organs• NP can go to regional lymph and affect
immune system
www.nanotec.or.th
Thank you for your attentionThank you for your attention