Παρουσίαση/Προβολή
Βιοοργανικές Νανοδομές–Υπερμοριακή Χημεία (ΕΜΥ-427 / ΕΤΥ-598)
(SEM8131) - Κέλλυ Βελώνια
Περιγραφή Μαθήματος
Το μάθημα Βιοοργανικές Νανοδομές – Υπερμοριακή Χημεία εισάγει τις θεμελιώδεις αρχές της Υπερμοριακής Χημείας και τον ρόλο τους στον σχεδιασμό, τη σύνθεση και τη λειτουργία βιοοργανικών νανοδομημένων υλικών. Εστιάζει στη μελέτη μη-ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων, φαινομένων αυτοοργάνωσης και ιεραρχικής δόμησης της ύλης στη νανοκλίμακα. Παρουσιάζονται υπερμοριακά συστήματα όπως αυτοοργανωμένα αμφίφιλα μόρια, υπερμοριακά και πεπτιδικά πολυμερή, υδρογέλες, μηχανικά διαπλεκόμενες αρχιτεκτονικές και μοριακές μηχανές, με έμφαση στη λειτουργία τους σε υδατικά και βιολογικά περιβάλλοντα.
Το γνωστικό αντικείμενο του μαθήματος είναι άμεσα συναφές με την Επιστήμη Υλικών, καθώς πραγματεύεται:
- τη συσχέτιση δομής-ιδιοτήτων σε χαλαρή ύλη και υβριδικά υλικά
- τον bottom-up σχεδιασμό νανοδομών μέσω μοριακής αυτοοργάνωσης
- βιοεμπνευσμένα και βιομιμητικά υλικά
- εφαρμογές σε υλικά βιοϊατρικού ενδιαφέροντος, αισθητήρες, καταλυτικά και υλικά παραγωγής, μετατροπής και αποθήκευσης ενέργειας
Το μάθημα υποστηρίζει άμεσα τις μαθησιακές και ερευνητικές κατευθύνσεις του Τμήματος Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών που αφορούν τα βιοϋλικά, τη λειτουργική χαλαρή ύλη και τις νανοεπιστήμες, λειτουργώντας ως γέφυρα μεταξύ θεμελιώδους χημείας και εφαρμοσμένης μηχανικής (βιο)υλικών και ενισχύοντας τις γνώσεις των αποφοίτων στον τομέα των βιοϋλικών.
Ημερομηνία δημιουργίας
Κυριακή 4 Αυγούστου 2024
-
Μαθησιακοί στόχοι
Το μάθημα στοχεύει να παρέχει γνώση των βασικών ορισμών και εννοιών της υπερμοριακής χημείας, επισκόπηση των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων που διέπουν την αυτοοργάνωση και την εφαρμογή της στους ζώντες οργανισμούς και τις συνθετικές νανοδομές και τέλος μία πρώτη θεώρηση των σύγχρονων τάσεων στο σχεδιασμό υπερμοριακών συγκροτημάτων και συσκευών με βάση την επίκαιρη βιβλιογραφία.
Μετά από επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση:
- Να κατανοούν τους βασικούς ορισμούς και τις έννοιες υπερμοριακής χημείας που χρησιμοποιούνται ευρέως στη κατασκευή καινοτόμων υλικών,
-Να συσχετίζουν την αρχιτεκτονική νανοδομών με τη χημική δομή των συστατικών τους,
- Να αναγνωρίζουν τα είδη των αλληλεπιδράσεων που διέπουν την αυτοοργάνωση και να τα χρησιμοποιούν για την κατανόηση και το σχεδιασμό νέων μορίων και νανοδομών,
-Να συμμετέχουν σε ένα διεπιστημονικό εργαστηριακό περιβάλλον που απαιτεί βασική κατανόηση υπερμοριακής χημείας (στα πλαίσια διπλωματικής εργασίας ή προγράμματος Erasmus).Περιεχόμενο μαθήματος
Ανάλυση των αρχών που διέπουν την αυθόρμητη και προγραμματισμένη δημιουργία (βιο)νανοδομών. Βασικές αρχές υπερμοριακής χημείας. Εφαρμογή αρχών της υπερμοριακής χημείας στη δημιουργία νανοδομών, παραδείγματα μελετών από τη σύγχρονη βιβλιογραφία. Νέα -υπερμοριακά- (βιο)ϋλικά, εξειδικευμένες εφαρμογές στους τομείς της νανο- και βιο- τεχνολογίας.
Πιο συγκεκριμένα το μάθημα χωρίζεται στις παρακάτω ενότητες:
1. Νανοτεχνολογία: ορισμός, προσεγγίσεις, προοπτικές.
2. Υπερμοριακή Χημεία: Ορισμός και βασικές αρχές.
3. Διαμοριακές αλληλεπιδράσεις/Αυτοοργάνωση.
4. Μοριακή αναγνώριση και συναρμογή - χημεία υποδοχέα/φιλοξενούμενου μορίου (host-guest chemistry).
5. Σύνθεση μέσω στρατηγικής χρήσης μητρών (template-directed synthesis).
6. Χημεία δυναμικού ομοιοπολικού δεσμού (dynamic covalent chemistry)
7. Αυτοοργάνωση: Αμφίφιλα μόρια, Πολυμερή, ελικοειδή πολυμερή, υπερμοριακά πολυμερή, πεπτίδια, πρωτεΐνες, ολιγονουκλεοτίδια.
8. Μηχανικά αλληλοσυνδεμένες μοριακές δομές (mechanically-interlocked molecular architectures).
9. Μοριακές μηχανές.
10. Παρουσίαση και ανάλυση ερευνητικών εργασιών από την σύγχρονη βιβλιογραφία.Βιβλιογραφία
1. Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry, Jonathan W. Steed, David R. Turner and Karl J. Wallace. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. 2007.
2. Supramolecular chemistry: Concepts and perspectives, J.-M. Lehn, VCH, Weinheim 1995.
3. Application of supramolecular chemistry, Schneider, H.J., CRC Press 2012.Μέθοδοι αξιολόγησης
- Σεμινάριο 60% (Προφορική παρουσίασης βιβλιογραφικής εργασίας)
- Εργασία 20% (Γραπτή ανάλυση βιβλιογραφικής εργασίας, 2-5 σελίδες)
- Τελική Εξέταση 20% (Ερωτήσεις σύντομης ανάπτυξης)