nanosystemen

Nanosystemen zijn systemen waarvan de belangrijkste functionele elementen zich op nanometerschaal bevinden, doorgaans tussen 1 en 100 nanometer. Ze verwijzen naar combinaties van nanoschaalelementen die samenwerken als een eenheid om specifieke functies uit te voeren, zoals sensorische respons, transport of katalyse. Nanosystemen kunnen voorkomen in de natuur, maar worden vooral ontwikkeld en bestudeerd in de nanotechnologie.

Kenmerken van nanosystemen zijn onder meer schaalafhankelijkheid, het mogelijke optreden van kwantumeffecten en een hoge verhouding tussen oppervlakte en volume, wat invloed heeft op reactiviteit en ontwerpvrijheid. Ontwerpbenaderingen omvatten bottom-up constructies, waarbij moleculen of atomen ordenen om gewenste eigenschappen te verkrijgen, en top-down bewerkingen, waarbij grotere structuren tot nanoschaal worden verkleind. Componenten kunnen bestaan uit nanodeeltjes, nanotubes, quantum dots, moleculaire machines en biologische macromoleculen. Functionele nanosystemen kunnen zich aanpassen via oppervlaktesfunctionaliteit en chemische koppelingen.

Toepassingen bestrijken medicijnafgifte en beeldvorming, nanosensoren voor diagnostiek, katalyse, energieopslag en conversie, waterbehandeling en nano-elektronica. Voorbeelden zijn liposomale dragers, goudnanodeeltjes voor beeldvorming en therapie, en DNA-origami-gedreven systemen.

Uitdagingen omvatten vervaardiging op reproduceerbare wijze, schaalbaarheid, heterogeniteit, toxiciteit en milieueffecten, evenals regelgevende en ethische overwegingen. Onderzoek naar nanosystemen is interdisciplinair en omvat materialenwetenschap, chemie, fysica en biologie, met karakterisatie door elektronmicroscopie, AFM en spectroscopie.