tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
ננו-נוזל יכול להיות סלקטיבי מבחינה אופטית (ספיגה גבוהה בטווח קרינת השמש והספק קרינה סגולי נמוך בטווח האינפרא-אדום).
ננו-נוזל הוא נוזל המכיל חלקיקים בסדר גודל ננו-מטרי (מיליארדית המטר) הנקראים ננו-חלקיקים.
ננו-חלקיקים הנמצאים בננו-נוזל עשויים בדרך כלל ממתכות, תחמוצות, קרביד, וננו-צינורות פחמן
הוספת ננו נוזלים בקולטי שמש משפרת את העברת החום וכך הופכת את עבודת קולט השמש ליעיל יותר.
ננו-מנוע הוא רכיב בסדר גודל של ננומטרים ספורים המפיק תנועה קווית או סיבובית.
קיימים מספר ננו-מנועים מסוג זה בטבע אולם אפשרויות השימוש בהם במערכות מלאכותיות מוגבלות בשל רגישותם לתנאי הסביבה (רמת חומציות, מקורות אנרגיה וכדומה).
לעומת זאת, ננו-מנועים מלאכותיים הדומים לאלו הטבעיים ניתנים לייצור במעבדה באופן עמיד בהרבה לתנאי הסביבה.
ננו-מנועים אלו מסוגלים לפעול בטווח רחב של טמפרטורות ומגוון רחב של סביבות כימיות.
ההבדלים בין הכוחות הדומיננטיים בתחום הננו לאלו הפועלים בעולם המקרו מאפשרים יצירת ננו-מנועים בעלי מאפיינים ייחודיים.
המאפיינים הייחודיים של ננו-צינוריות פחמן הופכים אותם לאטרקטיביים במיוחד ליצירת ננו-מנועים שכאלו כחלק מהתקני NEMS, מערכת ננו-אלקטרומכנית (Nano Electro Mechanical System).
הננו-מנוע הראשון בעולם נבנה על ידי קבוצה בראשות ד"ר אלכס זלטל באוניברסיטת קליפורניה בברקלי בשנת 2003, כ-15 שנים לאחר ייצור המיקרו-מנוע הראשון בעולם.
מספר גישות הוצעו מאז לבניית ננו-מנוע.
בשנת 2008 הוצגו שתי גישות, האחת ננו-מנוע המופעל באמצעות גרדיאנט תרמי והשנייה "טחנת רוח" המופעלת באמצעות אלקטרונים.
על פי חוק קולון, הכוח האלקטרו סטטי בין שני עצמים הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם.
על כן, כאשר עוסקים במרחקים קטנים של פחות ממיקרומטר אחד עשויים להיווצר כוחות גדולים משינויים קטנים בשני הגופים.
עם זאת, מטען חשמלי הכולל של הגוף משתנה ביחס ישר לגודלו ולכן גם הכוח החשמלי קטן בהתאם.
למרות היות הכוח האלקטרו-סטטי תלוי באופן ריבועי הופכי במרחק, כאשר אנו עוסקים במערכות ננו-אלקטרומכניות (NEMS), הוא מהווה אחד הכוחות העיקריים המשמשים לחישה ולהנעה.
לדומיננטיות זו של הכוח האלקטרו-סטטי יתרונות וחסרונות ויש לתכנן את המערכת בהתאם לכך.
אחת הדרכים להתמודדות עם הקושי ביצירת מטען חשמלי גדול במערכות ננו הוא הגדלת מספר היחידות המייצרות את הכוח האלקטרו-סטטי.
בדומה לכוח האלקטרו-סטטי, כוח החיכוך גם הוא תלוי ביחס ריבועי לגודל (המתבטא בשטח), אם כי במקרה זה הוא תלוי ביחס ישר ולא הפוך.
כוח החיכוך הוא בעיה ידועה במערכות מכניות ללא תלות בגודלן, אך כאשר אנו עוסקים במערכות NEMS הוא יכול לגרום לבעיות רציניות ביותר אם לא מתחשבים בו כראוי בשלב התכנון, וזאת מכיוון שלחלק מהרכיבים במערכות אלו עובי של אטומים ספורים בלבד.
סיבה נוספת להיותו של כוח החיכוך כה דומיננטי במערכות NEMS הוא המבנה הטיפוסי של מערכות אלו.
מערכות אלו בנויות לעיתים קרובות על משטחים חלקים במיוחד (ברמה האטומית) בשל שיטת הייצור הפלנארית ומכיוון שכוח החיכוך יחסי למספר האטומים היוצרים מגע אחד עם השני, שני משטחים שטוחים מאוד יוצרים כוח חיכוך הדומה למשטחים רגילים הגדולים בהרבה.
עם זאת, מחקרים בדינמיקה מולקולרית מראים כי החיכוך בננו-מנועים כמעט זניח עד שהמערכת מגיעה למהירויות מסוימות.
סימולציות שנערכו, מדגימות את החיכוך הנובע מפעולת ננו-מנועים ומעניקות לו הסבר.
בניגוד למוכר לנו ממערכות מקרו-סקופיות, המהירות בה הצינור הפנימי נע בתוך הצינור החיצוני איננה תלויה ביחס ישר בכוח המופעל עליה.
מה שמתרחש בפועל הוא שהמהירות נישארת קבועה, ללא קשר לעליה בכוח המופעל, עד שהכוח מגיע לרמה מסוימת ואז המהירות עולה לערך גבוהה יותר ונשארת שם עד לעלייה מספקת נוספת בכוח המופעל על המערכת.
הסיבה לצורה מעניינת זו של התלות של המהירות בכוח היא תנאי תהודה הנוצרים בין מהירות הסיבוב של הצינוריות והפונונים במערכת הכללית.
הננו-מנוע הראשון דומה במידת מה לגרסה מוקטנת של מיקרו-מנוע.
המנוע הורכב מפלטת זהב הסבה סביב הציר של MWNT (ננו-צינורית מרובת דפנות – multi-walled nanotube).
הקצוות של ה-MWNT מחוברות לשיכבת SiO2 אשר ממלאת את מקום שתי האלקטרודות בנקודות המגע.
ארבעה ספקי מתח מחוברים למערכת (אחד למנוע ואחד לכל אחד מהמתגים).
נמדדו באופן אמפירי סיבובי מנוע במהירות של 17 הרץ.
בשל ההספק הנמוך המתקבל מכל מנוע בודד ישנו צורך ברור ביצירת מערך של מנועים שכאלו.
שיטות ייצור קיימות, כדוגמת ריבוץ אדים כימי (chemical vapor deposition - CVD) מאפשרות מיקום מדויק של הננו-צינוריות על ידי גידול שלהם ישירות על גבי המצע.
עם זאת, שיטות אלו אינן מוצלחות במיוחד ביצירת MWNT באיכות גבוהה.
כמו כן, CVD הוא תהליך המתבצע בטמפרטורות גבוהות ובכך מגביל את השימור בחומרים מסוימים במערכת.
תהליך הייצור מבוסס על ליתוגרפית קרן אלקטרונים, ליתוגרפיית E-Beam.
טכניקה זו היא וריאציה של טכניקת קשת פריקה (arc-discharge technique) הסטנדרטית המשמשת לסינתזה של פולרן באטמוספירת גז אינרטי.
כפי שנראה באיור, הניסוי מתבצע בכלי המכיל גז אינרטי כגון הליום, ארגון, וכו' הזורם בלחץ קבוע.
פוטנציאל של כ-18 וולט מופעל על שתי אלקטרודות העשויות גרפיט (הקוטר של האנודה והקתודה הוא 6 מ"מ ו-9 מ"מ בהתאמה) המופרדות במרחק של 1–4 מ"מ בדרך כלל בתוך התא.
הזרם, בדרך כלל 50–100 אמפר, מועבר דרך האלקטרודות.
היווצרות הננו-צינוריות תלויה בממדים של האלקטרודות, מרחק ההפרדה ביניהן והגז אינרטי בשימוש.
כתוצאה מכך, אטומי הפחמן נפלטים מהאנודה ומונחים על הקתודה וכך מקטינים את המסה של האנודה ומגדילים את המסה של הקתודה.
המשקע הפחמני השחור (תערובת של ננו-חלקיקים וננו-צינוריות ביחס של 1:2) גדל בחלק הפנימי של הקתודה ואילו קליפה אפורה מתכתית קשיחה נוצרת בצד החיצוני.
הכמות הכוללת של הננו-צינוריות הנוצרת באופן יחסי מחומר הגלם מגיעה לשיאה בלחץ של 500 טור ובלחץ זה 75% ממוט הגרפיט הגולמי מומר לננו-צינוריות.
הננו-צינוריות נוצרות בטווח קוטר של 2–20 ננומטר ואורך של כמה מיקרומטרים אחדים.
ישנם מספר יתרונות של בחירה בשיטה זו על פני שיטות האחרות, כגון אבלציה לייזר וריבוץ אדים כימי כגון פחות פגמים מבניים (עקב טמפרטורת צמיחה גבוהה), תכונות חשמליות, מכניות ותרמיות טובות יותר, קצב ייצור גבוה (כמה מאה מ"ג בעשר דקות) ועוד.
סינתזה של צינורות פחמן בקנה מידה גדול מביאה בדרך כלל לשיעור משתנה באופן אקראי של סוגים שונים של ננו-צינוריות פחמן.
חלקם עשוי להיות מוליכים למחצה בעוד שאחרים עשויים להיות מתכתיים בתכונות החשמליות שלהם.
רוב היישומים דורשים שימוש בסוגים מסוימים של צינורות כאלה.
טכניקת פריצה חשמלית (Electrical-breakdown) זו מספקת כלים להפרדה ובחירת סוג רצוי של ננו-צינוריות.
צינורות פחמן ידועים בעמידותם לצפיפויות זרם גדולות מאוד של עד בין היתר בשל קשרי סיגמא החזקים בין אטומי הפחמן.
עם זאת, בזרמים גבוהים מספיק צינוריות נהרסות בעיקר עקב חמצון מהיר של השכבה החיצונית.
התוצאה היא ירידת מוליכות חלקית הניתנת לזיהוי תוך מספר שניות.
הגברת הזרם גורמת לנפילות בדידות ומדרגות מרובות במוליכות (ראה איור) כתוצאה מכשל סדרתי של השכבות החיצוניות.
הזרם ב־MWNT מתקדם בדרך כלל בשכבה החיצונית ביותר בשל מגע הישיר בין השכבה הזו והאלקטרודות.
הרס מבוקר של שכבות חיצוניות, מבלי להשפיע על השכבות הפנימיות של ה־MWNT מאפשר שליטה על מבנה הננו-צינוריות.
הרוטור נבנה כך שיסתובב באמצעות עירור אלקטרו-סטטי.
מתח סינוסואידי בהזזת פאזה מוחל על המתגים S1, S2, ואות מתח בתדירות כפולה מוזן ל־S3. כמו כן, מתח DC מוכל ברוטור R כדלקמן:
על ידי העברת המתח הרציף דלעיל (פחות מ-5 וולט) צלחת הרוטור יכולה להימשך לסטטורים (stators) אחד אחרי השני וכך לבצע סיבובים שלמים.
הקרבה בין הסטטורים וצלחת הרוטור היא אחת סיבות מדוע אין צורך בכוח גדול לעירור אלקטרוסטטי.
היפוך המתח גורם לרוטור להסתובב בכיוון ההפוך.
לוחית המתכת המסתובבת יכולה לשמש כמראה למכשירים אופטיים סופר-מהירים.
מערך של ננו-מנועים שכאלה אשר כל אחד מהם משמש כמסנן מכני בתדירות גבוהה, יכול לשמש לעיבוד אותות מקבילי בתחום התקשורת.
הלוחית יכולה לשמש כמשוט להזרמת או לגילוי זרם של נוזלים ביישומים מיקרו-פלואידיים.
רכיב זה יכול לשמש כמרכיב ביו מכני במערכות ביולוגיות, זרז מגודר בתגובות כימיות נוזליות או כאלמנט חיישן כללי.
לוחית מתכת טעונה יכולה לשמש כמשדר של קרינה אלקטרומגנטית.
ננו-מנועים על בסיס גרדיאנט תרמי
ננו-מנוע זה, כפי המוצג באיור, כולל שתי אלקטרודות מחוברות דרך MWNT ארוך.
פלטת זהב משמשת בתור מטען ומחוברת לננו-צינורית קונצנטרית קצרה יותר ורחבה יותר.
המטען נע לעבר האלקטרודה הקרה יותר בשל ההפרש התרמי בננו-צינורית הארוכה יותר הנגרם על ידי הזרם הגבוה שעובר דרכה.
המהירות המרבית שהושגה הייתה בערך מיקרומטר אחד לשנייה, מהירות דומה למהירויות שהושגו באמצעות "kinesin biomotors".
ה-MWNT מיוצרים באמצעות תהליך אידוי קשת פריקה הסטנדרטי ומונחים על מצע סיליקון מחומצן.
צלחת הזהב במרכז ה-MWNT מעוצבת באמצעות שימוש בליתוגרפיה של אלומת אלקטרונים ואידוי של זהב או כרום.
במהלך אותו התהליך, האלקטרודות מחוברות לננו-צינורית.
לבסוף, נעשה שימוש בטכניקה של פריצה חשמלית כדי להסיר באופן סלקטיבי מספר קירות חיצוניים של ה-MWNT.
בדומה לאופן הפעולה של הננו-מנוע הראשון לעיל, זה מאפשר סיבוב ותנועה קווית עם חיכוך נמוך של הננו-צינורית הקצרה יותר על גבי הננו-צינורית הארוכה יותר.
היישום של טכניקת הפריצה החשמלית לא מביא לפירוק של ה־WMNT באזור שמתחת למטען.
ייתכן והדבר ניגרם בשל כך שמטען המתכת סופג את החום שנוצר בננו-צינורית בסביבה הקרובה שלו וכך גורם לעיכוב או אולי אף למניעה של חמצון הננו-צינורית בחלק זה.
האינטראקציה בין הצינורות הארוכים וצרים לבין הצינורות הקצרים והרחבים יוצרת משטח אנרגיה המגביל את התנועה למסלולים ספציפיים - טרנסלציה ורוטציה.
המידה של תנועת הטרנסלציה והסיבוב של הצינור הקצר יותר תלויה במידה רבה על התאמה של שני הצינורות כפי שמוצג באיור.
תנועה בננו-אקטואטור מדגימה נטייה של הצינור הקצר יותר ללכת במסלול של אנרגיה מינימלית.
במסלול זה יכולה להיות אנרגיה בערך קבוע או סדרה של מחסומים.
במקרה הראשון, ניתן להזניח את החיכוך ואת הוויברציה של האטומים ואילו בתנועה בצעדים לא ניתן לעשות זאת.
ניתן להסביר את התנועה בשלבים על ידי קיומם של מחסומי אנרגיה מחזוריים לתנועה היחסית בין הצינורות הארוכים יותר וקצרים יותר.
לזוג נתון של צינורות, היחס של הצעד בסיבוב לצעד בטרנסלציה הוא בדרך כלל קבוע, שהערך שלו תלוי בכירליות של הצינוריות.
האנרגיה של מחסומים כאלה יכולה להיות מוערכות מהטמפרטורה בצינוריות.
ניתן להגדיר חסם תחתון עבור אנרגיה זאת אותו ניתן להעריך כטמפרטורת ההתכה של זהב (1,300 קלווין) וזאת מכיוון שציפוי הזהב מותך (ראה איור) ויוצר מבנה כדורי כאשר הזרם עובר דרך הננו-מנוע.
שיעור התנועה γ יכול להיכתב כפונקציה של התדר , של קבוע בולצמן k, ו-T הטמפרטורה:
מניחים מחסום אנרגיה של 17 מיקרו אלקטרון וולט לכל אטום.
הועלו השערות רבות על מנת להסביר את המנגנון המניע את הננו-מנוע בו אנו עוסקים.
הזרם הגבוה (0.1 mA) הנדרש להפעלת התהליך עלול לגרום לפיזור מספיק כדי לנקות את פני השטח של חומרים מזהמים, ולכן, פוסל את האפשרות של מזהמים המשחקים תפקיד מרכזי בתהליך.
האפשרות של אלקטרו-מיגרציה (electromigration), שבו אלקטרונים מניעים זיהומים אטומיים באמצעות העברת מומנטום עקב התנגשויות, גם היא נפסלה וזאת משום שהיפוך כיוון הזרם לא השפיע על הכיוון של התנועה.
בדומה לכך, מקורה של התנועה סיבובית לא יכול להיות שדה מגנטי מושרה וזאת מכיוון שהזרם העובר דרך ננוצינוריות בגלל הרוטציה גם יכולה להיות מכיוונים שונים בהתאם למכשיר.
השפעת שדה חשמלי חיצוני מיקרי, גם הוא, לא יכול להיות הגורם המניע משום שלוחית המתכת נישארה נייחת במכשירים בעלי התנגדות גבוהה גם תחת שדה חיצוני חזק במיוחד.
לאור כל זאת, השיפוע התרמי בננו-צינורית מספק את ההסבר הטוב ביותר למנגנון המניע.
תנועה הנגרמת על ידי גרדיאנט תרמי
התנועה של הצינור הקצר מוסברת כהיפוך של פיזור החום המתרחש בחיכוך בו הזזה של שני עצמים במגע מוביל לפיזור של חלק מהאנרגיה הקינטית כעירורי פונונים שנגרמו על ידי חיכוך המשטחים.
נוכחותו של מפל טמפרטורות בננו-צינורית גורמת לזרם של פונונים מעוררים מהאזור החם לאזור הקר יותר.
האינטראקציה של פונונים אלה עם אלמנטים ניידים (אטומי הפחמן בננו-צינורית הקצרה יותר) גורמת לתנועה של הננו-צינורית הקצרה.
זה מסביר מדוע הננו-צינורית הקצרה נעה לעבר האלקטרודה הקרירה יותר.
לשינוי כיוון הזרם אין כל השפעה על הצורה של המפל התרמי בננו-צינורית הארוכה יותר.
לפיכך, כיוון התנועה של המטען אינו תלוי בכיוון הזרם החשמלי.
התלות הישירה של המהירות של המטען לטמפרטורה של הננו-צינורית ניתנת לחישוב מכך שהמהירות של המטען יורדת באופן מעריכי ככל שהמרחק מנקודת האמצע של הננו-צינורית הארוכה עולה.
הטמפרטורות והשיפוע התרמי שה-MWNT חשוף להם גבוהות מאוד.
מצד אחד, נראה כי לשיפוע התרמי הגבוה יש השפעה מזיקה מאוד על החיים של ננו-מנועים שכאלה.
מצד השני, ניסויים מראים כי ההזזה של הצינור הקצר יותר הוא ביחס ישר לשיפוע התרמית (ראה איור).
לכן, יש למצוא את העמק השווה כדי לייעל את מפל הטמפרטורות.
הממדים של הננו-צינורית הנעה קשורים באופן ישיר לגובה מחסום האנרגיה.
אף על פי שהמודל הנוכחי מערר מודי פונון מרובים, עירור סלקטיבי של מודים של פונונים יאפשר הורדת טמפרטורת הפונונים.
תעשיית התרופות והננו-פלואידים (nanofluidic) – השיפוע התרמי יכול לשמש להעברת נוזלים בתוך צינורות או במכשירים ננו-פלואידים כמו גם עבור העברתם על ידי ננו-מזרקים.
הפעלת ננו-נקבוביות ביו-מהונדסות באמצעות חום שנוצר ממולקולות אדנוזין-טריפוספט (ATP).
כפי שרואים באיור, הננו-מנוע מסוג טחנת רוח אלקטרונים מורכב מ-CNT עם דופן הכפולה (DWNT) הכולל ננו-צינורית חיצונית הצמודה לאלקטרודות זהב חיצוניות וננו-צינורית פנימית צרה יותר.
החלק המרכזי של הננו-צינורית החיצונית מוסר באמצעות הטכניקה של פריצה חשמלית על מנת לחשוף את הננו-צינורית הפנימית אשר באפשרותה להסתובב בחופשיות.
הננו-מקדחה (Nanodrill) כוללת ננו-צינורית חיצונית המחוברת לאלקטרודה מזהב אבל הננו-צינורית הפנימית מחוברת לאמבטיית כספית.
ננו-מנועים קונבנציונליים משתמשים בכוחות סטטיים הכוללים את הכוח האלסטי, האלקטרוסטטי, חיכוך וכוחות ואן דר ואלס.
מודל מנהרת האלקטרונים משתמש במנגנון חדש: "טורבינת אלקטרונים".
כאשר מוחל מתח DC בין האלקטרודות, "רוח" של אלקטרונים "נושבת" משמאל לימין.
בתחילה, לשטף האלקטרונים בננו-צינורית החיצונית תנע זוויתי השווה לאפס, אבל הוא רוכש תנע זוויתי עקב האינטראקציה עם הננו-צינורית הפנימית.
על פי החוק השלישי של ניוטון, השטף הזה מייצר כוח משיק (ומכאן מומנט) על הננו-צינורית הפנימית וגורם לו להסתובב.
מכאן הגיע למודל זה השם "טחנת רוח אלקטרונים".
עבור מתח מתון, הכוח המשיק הנוצר על ידי רוח האלקטרונים חזק באופן משמעותי מכוחות החיכוך הפועלים במערכת.
פולס של מתח יכול לגרום לאלמנט הפנימי להסתובב בזווית מתוכננת מראש מה שהופך את המכשיר למתג או רכיב זיכרון בקנה מידה ננומטרי.
שינוי של טחנת רוח האלקטרונים לננו-משאבה לנוזלים על ידי החלפת המגעים החשמליים עם מאגרים של אטומים או מולקולות תחת ההשפעה של הפרשי לחץ.
אף על פי שהוכח כי ניתן לבנות ננו-מנועים מלאכותיים ולשלוט בהם בדיוק גבוה, כיום הם אינם משתווים לננו-מנועים הביולוגיים או למנועים בסקאלת המאקרו במונחים של יעילות וסקיילביליות לביצוע משימות במגוון רחב.
ננו-רכב הוא ננובוט מולקולרי בצורת רכב.
מושג הננו-רכב לראשונה הוגה בכנס החמישי של ננוטכנולוגיה מולקולרית אשר נערך בפאלו אלטו בנובמבר 1997. בכנס הוצע הרעיון לבנות מאבני בניין מולקולריים צעצועי טינקר בהם יש מגוון גופים כגון מקלות, קוביות, כדורים ועוד המהווים אבני בניין לבניית צעצועים.
בכנס זה תכננו את המרכיבים הנחוצים לבניית הננו-רכב בדומה לרעיון של גלגלים ומנוע קונבנציונליים.
רעיון סינתזת הננו-רכב מבוסס על שיטת "מלמעלה למטה" כאשר כל סינתזת מרכיבי הננו-רכב מאופיינת לכתחילה, זאת כפי שתיאר אריק דרקסלר בספרו "ננו-מערכות: מכונות מולקולריות, ייצור וחישובים".
בשנת 1994 ניסו ג'וזף מיצ'ל ואנשי מעבדתו לייצר ננו-רכב.
בעבודתם המרכיבים הנחוצים לבניית הננו-רכב הם: ארבעה גלגלים, שני צירים, משטחי גרפיט או משטחי זהב וננו-צינוריות פחמן לתמיכה.
הנעת הננו-רכב התבססה על גלגלים אנטי פרומגנטים אשר מגיבים עם מצע אטומי המהווה את המסלול אשר עליו הוא נמצא.
כגלגלי הרכב שימשו ארבע מולקולות Fe(OMe)2(O2CCH2Cl)]10] שכונו "גלגלי ברזל".
צירי הננו-רכב הם פחמימנים המורכבים ממולקולות סטפן .
בשנת 2005 פותח באוניברסיטת רייס ביוסטון טקסס על ידי קבוצתו של פרופסור ג'יימס טור ננו-רכב.
גודלו של ננו-רכב הוא 3X4 ננומטר המכיל שלד בצורת H אשר בקצותיו מחוברות ארבע קבוצות פולרן (fullerene) המהוות את גלגלים מולקולריים.
כל "גלגל" פולרן בנו מ-60 אטומי פחמן (C60) היוצר כדור הנקרא כדור באקי .
הננו-רכב המקורי אינו מכיל מנוע מולקולרי כאשר הננו-רכב מונח על משטח זהב ומחומם ל-200°C הוא נע קדימה ואחורה כאשר הוא מתגלגל על המשטח בעזרת "גלגלי" הפולרן.
ניתן לווסת את תנועת הננו-רכב על ידי שימוש בקצה חוד של מיקרוסקופ מנהור סורק (STM).
הננו רכב פותח על מנת לענות על השאלה האם פולרנים נעים על משטחים מתכתיים?
האם הם מתגלגלים או מחליקים?
בשנת 2005 קבוצת המחקר באוניברסיטת רייס הצליחה לייצר את שלד וצירי הננו-רכב בעזרת ריאקציות מצומדות פלדיום.
הם הצמידו את ארבעת הפולרנים המשמשים כגלגלים בשלב האחרון של הסינתזה.
הם מצאו שהננו-רכב מאוד יציב על משטח זהב בטמפרטורת החדר, כנראה בגלל אדהזיה חזקה בין קבוצות הפולרן לזהב.
אך כאשר משטח הזהב מחומם לטמפרטורה הגבוהה מ-170οC הננו-רכב אינו יציב.
החוקרים הבחינו שבין 170 ל-225 מעלות צלזיוס הננו-רכב נע בתנועה מישורית וסיבובית כעל ציר.
התנועה המישורית הייתה תמיד בכיוון אנכי לציר הרכב, המראה שתנועתו היא על ידי סיבוב ולא על ידי החלקה על המשטח.
הננו-רכב דק פי 50,000 משערת אדם והוא נע במהירות של 0.014 מילימטרים בשעה.
קבוצת רייס הצליחה בנוסף לשלוט על תנועת ננו-רכב על ידי השמת קצה החוד של מיקרוסקופ מִנהור סורק (STM) בחזית הרכב ומשיכתו קדימה.
ג'יימס טור מסביר שהשדה החשמלי בקצה חוד ה-STM מקטב את המולקולה בה הוא נוגע ולכן קצה החוד מסוגל להניע את הננו רכב על ידי שימוש בכוח אלקטרוסטטי.
בתחום הרפואה - ניתן להשתמש בטכנולוגיית הננו-רכב כנשאי תרופות חכם מונחה מטרה.
הננו-רכב יהווה כננו-שליח אשר יוכל לשגר תרופות בצורה מדויקת ויעילה למקום ספציפי בגוף.
בתחום האלקטרוניקה - ניתן להשתמש בטכנולוגיית הננו-רכב על מנת לייצר מעגל אלקטרוני של מחשב (computer circuit) וגם יצירת מרכיבים אלקטרונים אחרים.
לפי ריאיון עם ג'יימס טור, הוא סובר שימוש בננו-רכב כבסיס מולקולרי עבור זיכרון אלקטרו מכני למחשבים.
בנוסף, ניתן לחקות תנאי כבישים וצמתים של ערים שלמות על ידי הדמיה של תנועה עם ננו-רכבים.עם זאת ניתן לבחון את כללי הכביש ובכך גם למנוע תאונות דרכים.
ננו-רכב עתידי עם מנוע מולקולרי סינתטי פותח על ידי ז'אן פרנסואה מורין הוא מצויד בגלגלי קרבוראן ומנוע מולקולרי סינתטי העשוי מהליקן (מולקולה ארומטית רב טבעתית דחוסה) ומופעל על ידי אור.
תנועה מכוונת על ידי אור של רכב ננו זה טרם נצפה על גבי משטח.
תנועתיות במים ונוזלים אחרים יכול להתממש בעתיד על ידי מדחף מולקולרי .
ננו-צוללות הן התקנים ננוסקופיים ומיקרוסקופיים סינתטיים בעלי יכולת ניווט שתפקידם לבצע משימות בגוף האדם.
ה"ננו-צוללות" מופעלות בעזרת טכנולוגיות הנעה עצמית המחקות את העולם הביולוגי, ומטרתן לזהות חומרים, לבצע משלוח תרופות ממוקד, לבצע ניתוחים, להשמיד תאים זדוניים ועוד.
ננו-צוללות הוא תחום ננוטכנולוגי שמטרתו לפתח ננורובוטים לצורכי רפואה והוא משתייך לתחומי המדיטק ומשיק לנושאים כגון ננורובוטיקה, שיגור תרופות וננו התקנים.
ריצ'רד פיינמן, זוכה פרס נובל לפיזיקה, בנאומו "יש שפע מקום בתחתית", עסק באפשרויות הטמונות בשליטה על החומר ברמה הננומטרית.
בין היתר הציע בנאומו שבני האדם יוכלו לבנות ננו-מכונות, שתוכלנה לסדר אטומים כרצון המתכננים.
יש הרואים בנאומו זה את תחילתה של הננוטכנולוגיה - טכנולוגיה של חלקיקים שגודלם מספר ננומטרים.
השאיפה היא כי פיתוחים אלו יביאו לכך שהאדם לא יצטרך להגיע לרופא אלא הרופא יהיה בתוך האדם.
מה שיוביל לריפוי ללא תופעות לוואי, ואפילו לריפוי מחלות שנחשבו כחסרות מרפא, כדוגמת האיידס ומחלת הנטינגטון.
כיום מהווה הננוטכנולוגיה מוקד למחקר ופיתוח אינטנסיבי בעולם ובישראל, עם השקעות תקציב גדולות.
המטרה העיקרית של ננו-צוללות היא לנווט בגוף האדם ולבצע משימה מוגדרת, הבעיקר ריפוי ואבחון מחלות בגוף האדם.
מטרה זו מושגת על ידי: כמוטקסיס, שימוש בקולטנים ספציפיים לתא מטרה, ליפידים בעלי מודיפיקציות המאפשרות תנועה בדם למשך זמן ושימוש בסוכרים המונעים זיהוי על ידי מערכת החיסון.
יישום נוסף בעל חשיבות רבה הוא "ניתוחים מיקרוסקופיים".
טכנולוגיה זו תאפשר לרופאים לבצע ניתוחים באמצעות ננו-צוללות במיקומים ספציפיים בגוף האדם, ללא התערבות פולשנית.
דוגמה לכך הנה האפשרות שהננו-צוללות יאתרו תאים סרטניים בגוף, לאחר איתורם הננו-צוללות יהיו מסוגלות להרוג תאים סרטניים ולהתעלם מתאים בריאים.
תהליך איתור המטרה וביצוע תהליך הריפוי תחת תנאי סביבה מוגדרים מחייבת תהליכי קליטת נתונים מהסביבה עיבודם והוצאת פלט בצורת אופציית פעולה.
לשם כך מתוכננים לפיתוח חומרים המבצעים תהליכים ביו חישוביים כחלק מוכלל בננו-צוללת.
אחד ההיבטים הקשים ביותר בפיתוח ננו-צוללות הוא הניווט.
המטרה היא להיות מסוגל לנוע במחזור הדם גם דרך נימי הדם הקטנים ביותר שקוטרם יכול להגיע ל-2 מיקרומטר.
אתגר נוסף בניווט הוא העובדה שהפיזיקה מגבילה את יכולת ההנעה של התקן בגודל זעיר זה, מתוקף קיומם של כוחות חיכוך (מכניקת הזורמים) הגדלים ככל שגודלו של ההתקן קטן.
בנוסף, זרימת הדם החזקה מביאה לכך שהצוללת אינה יכולה להתנגד לזרם הדם אלא רק לנוע בכיוון זרימת הדם.
ניתן להתגבר על המכשול שיוצר זרם הדם על ידי שימוש במנוע אלקטרוכימי.
דוגמה לכך הוא מנוע העשוי מננו-מוט –(nanorod) מתכתי בעל קטבים שונים.
קוטב אחד עשוי פלטינה וקוטב שני זהב.
בחשיפת הפלטינה למי חמצן מתקיים תהליך חמצון-חיזור בו H2O2 מתפרק ל-2H + ו-O2. בתהליך זה הפלטינה מחמצנת את המי חמצן לקבלת חמצן.
בקוטב השני של המוט, הזהב מחזר את מי החמצן למים.
שתי תגובות אלו גורמות לזרימה דיפוזיונית יציבה של אלקטרונים מקוטב הפלטינה אל קוטב הזהב.
על פי החוק השלישי של ניוטון, זרימת תוצרי התגובה מקוטב אחד אל הקוטב השני תגרום לזרימה נגדית של הננו-מוט.
הכוח הפועל על התוצרים וגורם לתנועתם מפתח כוח זהה בעל כיוון הפוך הגורם לתנועתו של המנוע.
חיסרון עיקרי לשיטה זו הוא העובדה שהננו-מוט עשוי לגרום לפגיעה הן בכלי דם והן בתאי דם (בעיקר בתאי הדם האדומים), שכן עצם סיבוב המנוע עשוי לגרום לפגיעה פיזית בהם.
ננו-צוללות מסוגים שונים תוארו כבר בעבר, ובהן 'ננו-תולעים' מברזל המזהות גידולים ומסמנות אותם לבדיקת MRI, ננו-צוללות המכילות רעל שהורג גידולים, ואף ננו-צוללות הזוהרות בחשכה.
במחקר משולב של אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ו-MIT, שולבו כל התכונות הללו ליצירת ננו-צוללת המסוגלת לעשות את הפעולות הבאות: להיצמד לגידול, להפריש בסביבתו רעל, לסמן אותו לגילוי ב-MRI וגם סימון פלואורסצנטי שישמש להוצאתו מהגוף מאוחר יותר.
התמונה הפלואורסצנטית מספקת רזולוציה גבוהה יותר מזו של ה-MRI, ובכך מאפשרת למנתח להשתמש בדימות פלואורסצנטי למציאת כל חלקי הגידול והסרתו בזמן הניתוח, לאחר זיהויו ב-MRI.
במחקר נוסף שנערך במעבדתו של ד"ר ארקי רואוסלאטי, הונדס החלבון F3 הקשור לפני השטח של הננו-צוללות.
חלבון זה מזהה את תאי הסרטן, נקשר אליהם ומועבר אל תוך הגרעין שלהם ביחד עם הננו-צוללת.
חלבון זה הוא רק הדור הראשון של חלבונים המזהים גידולים ומאפשרים טיפול יעיל בהם.
ההצלחה המתועדת הראשונה בתחום זה היא של ד"ר דן פאר מאוניברסיטת תל אביב, בהמשך ישיר לעבודתו באוניברסיטת הרווארד שעסקה בננו-צוללות ושינוע תרופות.
המצאתו של ד"ר פאר מתבססת על ליפוזומים – כדורונים זעירים המורכבים מחומצות שומן ומצופים במולקולות המאפשרות להם לזהות תאים מסוימים ולחדור לתוכם, או להזריק לתוכם את תוכן הליפוזום.
ניתן למלא את הליפוזום בחומרים שונים רבים, לפי רצון המתכנן – החל מרעלים שיכולים להרוג את תא המטרה וכלה ב-siRNA, פיסות של קוד גנטי המסוגלות לשנות את דפוס פעולת התאים בגוף.
ננו-פלואידיקה הוא תחום אשר חוקר את ההתנהגות, הבקרה והשליטה של תהליכי זרימה בתוך מבנים ננומטריים (סדר גודל של 1-100 ננומטר) כגון ננו-תעלות, נקבוביות, ננו-חרירים.
הננו-פלואידיקה התפתחה מתוך המיקרופלואידיקה עם התקדמות תהליכי המזעור.
זורמים אשר נמצאים במבנים ננומטריים מתנהגים באופן שונה מאשר זורמים במבנים שאינם ננומטריים.
סדר הגודל של הזורמים בתוך מבנים ננומטריים הוא בקנה מידה מולקולארי וקרוב מאוד לאורך דביי (מדד לטווח ההשפעה האלקטרוסטטי של נושאי מטען בתמיסה) ולכן חלק מן המאפיינים של הזורמים במבנה הננומטרי שונים ממבנים גדולים מהם ונשלטים על ידי גודל המבנה בהם הם זורמים.
כאשר מבנה נכנס לתחום הגודל הננומטרי, מגבלות פיזיקליות חדשות פועלות על האופן בו הזורם מתנהג.
מגבלות אלו יוצרות אזורים שבהם הזורם מציג מאפיינים שאינם נראים בסדר גודל מיקרומטרי ומעלה.
בתעלות ננומטריות יחס שטח לנפח גבוה במיוחד לכן האינטראקציה בין הזורם לדפנות הננו-תעלה הוא דומיננטי במיוחד.
למשל התגובות הכימיות בממשק נוזל / מוצק עלולות להיות מושפעת משינויים תרמודינמיים אשר נגרמים על ידי צמיגות הולכת וגדלה בקרבת דפנות הנקבובית הננומטרית.
דוגמה לכך ניתן למצוא בממברנות בהם יש מערך ננו-נימים nanocapillary array membrane) - NCAM) כאשר דפנות הנימים טעונות מטען חשמלי כמתואר באיור למטה.
בממשק נוזל/מוצק נוצרת התפלגות מטענים מאורגנת הנובעת מהאינטראקציה בין הדופן הטעונה למטענים בנוזל.
התפלגות זו ידועה בשם השכבה החשמלית הכפולה (Electrical double layer).
השכבה החשמלית הכפולה בנקבוביות הננומטריות עלולה להתרחב עד לרוחב הננו-נקבובית עצמה וכתוצאה מכך יתרחשו שינויים דרמטיים בהתארגנות של הזורם ובמאפיינים הקשורים לתנועת הזורם במבנה.
ניתן להשתמש בתכונה זו לשליטה בקיטוב השדה החשמלי על ידי התפלגות המטענים לאורך הנקבובית או הננו-תעלה על מנת לייצר תצורות זורמים לא סטנדרטיות אשר אינן אפשריות במבנים בעלי סדר גודל מיקרומטרי ומעלה.
בשנת 1965, Rice ו-Whitehead פרסמו את תרומתם המכוננת לתאוריה של ניידות תמיסת אלקטרוליטים בצינוריות ארוכות (באופן אידיאלי) בעלות קוטר ננומטרי.
הפוטנציאל של ϕ, במרחק רדיאלי r נתון על ידי משוואת פואסון בולצמן
כאשר κ הוא מרחק דביי ההופכי
κ נקבע על ידי הצפיפות היונית- n, הקבוע הדיאלקטרי- ε, קבוע בולצמן- k, והטמפרטורה-T.
בידיעת הפוטנציאל החשמלי (ϕ(r ניתן למצוא את צפיפות המטען מתוך משוואת פואסון הניתנת להיות מבוטאת בפתרון של פונקציות בסל מסדר ראשון, I0, ומותאמת לסדר גודל של הרדיוס הקפילרי a.
משוואת התנועה תחת שילוב של לחץ וזרם המונע חשמלית ניתנת לביטוי על ידי:
כאשר η הוא הצמיגות, dp/dz הוא גרדיאנט הלחץ, ו- Fz הוא כוח הגוף אשר מונע על ידי הפעולה של השדה החשמלי המופעל עליו, Ez צפיפות רשת המטענים בשכבה הכפולה.
כאשר אין לחץ המופעל על ההתפלגות הרדיאלית התאוצה ניתנת על ידי:
מהמשוואה הזו ברור כי זרימת הנוזלים בננו-צינוריות נשלטת על ידי המכפלה κa, שזה הגודל היחסי של מרחק דיביי והרדיוס של הנקבובית.
על ידי התאמת שני הפרמטרים הללו וצפיפות המטען המשטחי של הננו-נקבוביות, זרימת נוזלים ניתנת לשליטה כרצוננו.
מבני-ננו המאפשרים התנהגות ננו-פלואידית הם: ננו-תעלות, ננו-חריצים או מערכי ננו-חריצים ומערכי נקבים ותעלות.
מבנים אלו עשויים מחומרים שונים כגון סיליקון, זכוכית, פולימרים למשל: זכוכית אקרילית או PDMS-Polydimethylsiloxane או PCTE-polycarbonate
תהליכי הייצור כוללים: פוטוליתוגרפיה סטנדארטית, ליתוגרפיה רכה, מיקרו-מכניקה גושית או משטחית, שיטות שכפול (הבלטה הדפסה, יציקה והזרקה), או איכול כימי.
גודלן הקטן של תעלות פלואידיקה מביא לידי כך שמבני ננו-פלואידיקה מיושמים באופן טבעי במצבים הדורשים שדגימות תטופלנה בכמויות קטנות ביותר, כגון: ספירת קולטר, הפרדות אנליטיות וקביעה של ביומולקולות, כגון חלבונים ו-DNA, וטיפול בדגימות מוגבלות כמות.
אחד התחומים המבטיחים יותר של ננו-פלואידיקה הוא הפוטנציאל שלה להשתלבות במערכות מיקרופלואידיקה הכלולות במבני מעבדה על שבב.
לדוגמה: יישום NCAM לאנליזה של גודל ומסה, והפרדה סלקטיבית של נוזלים בעלי מאפיינים שונים או ערבוב של מגיבים ברמה המולקולארית וביעילות גבוהה .
בנוסף, יש אנלוגיה טבעית חזקה בין יכולות השליטה על נוזליים של מבני ננו-פלואידיקה לבין היכולות של רכיבים ננואלקטרונים לשלוט בזרימה
אנלוגיה זו נוצלה לחקירת תנועת נושאי מטען שונים בטרנזיסטורים דו-קוטביים (ביפולארים) ובטרנזיסטורי תוצא שדה - FET .
יישום נוסף של ננו-פלואידיקה הוא בתחום הננו-אופטיקה, לייצור מערך של מיקרו-עדשות מתכווננות.
לננו-פלואידיקה יש השפעה משמעותית בביוטכנולוגיה, רפואה ואבחון קליני עם פיתוח מכשירי מעבדה על שבב עבור וטכניקות דומות לטכנולוגית PCR
בגלל שהתפתחותו המדעית של ננו-פלואידיקה עדיין בחיתוליו, אנו יכולים לצפות לפיתוח מהיר של יישומים חדשים בשנים הקרובות.
יש מגוון אתגרים הקשורים לזרימה של נוזלים דרך ננו-צינוריות פחמן.
תופעה שכיחה היא חסימת ערוץ בשל מקרומולקולות גדולות בנוזל כגון תמיסות של פולימרים ביולוגיים, הכוללים מולקולות ביולוגיות גדולות כגון DNA או חלבונים גדולים הנוהגות להיות במבנה מקופל.
חוקרים מקווים למצוא פתרון לכך על ידי ציפוי הדפנות המאפשר אינטאקציה עם הזורם באופן שיפחית את היתכנות חסימת הערוץ למעבר הזורם.
ננו-מחשב הוא שם המציין מכלול רכיבים בעלי כושר חישוב כאשר מידתו הפיזית הכוללת של המכלול קטנה יותר ממיקרו מחשב.
הננו-מחשב הוא אבן דרך בתהליך האבולוציה של תהליך המזעור.
ננו-מחשבים אלקטרוניים הם מכלולים המבוססים על שבבים שבהם מודפסים מעגלים משולבים בקנה מידה ננומטרי.
בנוסף לננו-מחשבים אלקטרונים פותחו ננו-מחשבים מכניים, ביוכימיים וביולוגיים הנקראים גם ביו מחשבים.
ננו-חישוביות הוא חלק מהתחום מתפתח הנקרא ננוטכנולוגיה.
בננו-מחשב אלקטרוני יותר ויותר טרנזיסטורים נדחסים אל תוך רכיב של סיליקון כאשר הגבול הסופי למספר של טרנזיסטורים ליחידת נפח נכפה על ידי המבנה האטומי של החומר.
דחיסת המעגלים מאפשרת להגדיל את קיבולת האחסון ולשפר את מהירות העיבוד.
מרבית המהנדסים מסכימים שהטכנולוגיה עדיין לא הגיעה לקצה גבול יכולתה אף על פי שכבר מתכננים חומרים חדשים שיחליפו את הצורן (סיליקון) בתעשיית המוליכים למחצה.
המחשבים הראשונים של שנות ה-50 וה-60 של המאה ה-20 כדוגמת Main frame תמכו באלפי משתמשים.
גודלם היה כגודל של כמה ארונות, הם היו בעלי יכולת אבטחת מידע ובעלי יכולת עבודה למשך שנים ללא הפסקה.
מחשבים אלו היו אמינים, זמינים ושמישים -RAS.
המחשב השתמש באפיק נתונים BUS של 12 סיביות.
לאחריו, בסוף שנות ה-60, הופיע המיני-מחשב.
המיני מחשב היה מחשב מהדור השלישי ומידותיו היו קטנים יותר.
המיני מחשב השתמש במעגלים משולבים ובזיכרון מגנטי.
מחשבים אלה היו בשימוש מסוף שנות ה-60 עד סוף שנות ה-70, בדרך כלל הם היו כגודל של ארון.
ה"מיני-מחשב" היה זול יחסית והיווה אתגר בגלל הקצב הגודל והולך של פיתוח התוכנה באותה תקופה.
בהשוואה למיני מחשב שגודלו היה כגודל ארון המחשב המרכזי היה מורכב ממספר רב של ארונות הפרוסים באולם גדול, כאשר כל יחידה (מעבד, זיכרון או דיסק קשיח) תפסה ארון משלה.
בעוד שמחיר מחשב מרכזי היה כמה מיליוני דולר, מחשבי המיני היו זולים יחסית: מכ-5,000 דולר ועד לכמה עשרות אלפי דולר.
בשנת 1977 הכריזה חברת דיגיטל על סדרת מחשבי ה-VAX שהיה מחשב ה-"סופר מיני" המובהק ביותר, עם זיכרון וירטואלי ואפיק נתונים של 32 סיביות.
ייצורם המשיך עד שנת 2000 והם היוו את הדור האחרון של מחשבי המיני.
מיני מחשב שימש גשר חשוב בין המחשבים הראשונים שהיו נדירים לבין המיקרו מחשבים שהופיעו בשנות ה-80 של המאה ה-20.
המיקרו מחשבים הם מחשבים זולים ונפוצים וכוללים את המחשבים האישיים PC ומחשבי השולחן.
מחשבים אלו פועלים על בסיס מיקרו-מעבד (מיקרופרוססור) ומהווים את הדור הראשון של המחשבים הביתיים.
כל מיקרו-מחשב מכיל ארבעה מרכיבים עיקריים והם: מיקרו-מעבד הכולל גם יחידה אריתמטית-לוגית ויחידת נקודה צפה (Floating-point), זיכרונות, יחידת קלט (Input) ויחידת פלט (Output).
בנוסף, מאחר שהמיקרו-מעבד צריך לבצע חישובים רבים, לפנות לזיכרונות ולהתקני קלט/פלט (I/O), פותחו רכיבים היקפיים (פריפרייליים) חכמים שיעזרו וייקלו על עבודת המיקרו מעבד.
ברוב מערכות המיקרו-מחשבים השתמשו ברכיבים הבאים: מעבד 486 של אינטל, רכיבים היקפיים שיקלו על עבודת המיקרו מעבד (של אינטל) מונה מתוכנת, בקר קלט/פלט, בקר פסיקות, בקר תקשורת טורית ובקר גישה ישירה לזיכרון.
הדגמים הראשונים כללו מעגל מודפס בודד שכלל תצוגה ולוח מקשים (בדומה למחשבון).
מחשבים אלה אפשרו התחברות לטלוויזיה, תוכנות, משחקים.
המחשבים כללו מערכת הפעלה CP/M (מקור של ה-MS-DOS).
בתחילת שנות האלפיים הופיעו הננו-מחשבים האלקטרוניים כאשר גודלם הפיזי הוא בגודל של קופסה קטנה או כרטיס קטן.
המונח ננו-מחשב משמש יותר ויותר להתקני מחשב כלליים הדומים בגודלם לכרטיס אשראי, טלפונים חכמים ועוד.
סוג גודל שנים מחשב מרכזי כמה חדרים שנות ה-50 עד שנות ה-70 של המאה ה-20 מיני מחשב ארון שנות ה-60 עד סוף שנות ה-70 של המאה ה-20 מיקרו מחשב קופסה קטנה / מחשב אישי משנות ה-80 של המאה ה-20 ננו מחשב כרטיס אשראי אמצע העשור הראשון של המאה ה-21
• ננו-מחשב ביולוגי או ביוכימי
ננו-מחשב אלקטרוני פועל בצורה דומה לזו שבה פועל מחשב שאותו אנו מכירים היום.
ההבדל העיקרי הוא הגודל, יותר ויותר טרנזיסטורים נדחסים אל תוך שבב של סיליקון כאשר אנו עדים לכך שהמעגלים המשולבים מסוגלים לקיבולת אחסון ומהירות עיבוד גבוהה יותר.
ארדואינו - (מאיטלקית: Arduino) הוא מיקרו-בקר בעל מעגל מודפס יחיד, (Single Board MicroController), עם סביבת פיתוח משולבת IDE ברישיון קוד פתוח, אשר מטרתה ליצור סביבה נוחה וזולה לפיתוח פרויקטים המשלבים תוכנה עם רכיבי אלקטרוניקה.
שפת התכנות של הארדואינו היא שפת C++ עם שינויים קטנים, שנעשו כדי להתאים את השפה למשאבים שנמצאים בארדוינו ולביצועיו.
ראספברי פיי- הוא מחשב בעל מעגל מודפס יחיד (single board computer) המריץ לינוקס ומסוגל לתפקד כמחשב לכל דבר.
בנוסף ליחידת עיבוד מרכזית מסוג ARM 11 700MHz הוא כולל בתוכו גם מעבד גרפי שמותאם ל-OpenGL זיכרון בגודל MB 256, חיבורי USB, רשת, חיבורי HDMI ואודיו.
כל אלה יושבים על מעגל מודפס - PCB בגודל של 106 סמ"ר.
בנוסף מובנה בתוכו תושבת לכרטיס זיכרון SD אשר מאפשר קיבולת זיכרון גדולה יותר (ומיישמת בפועל דיסק קשיח).
היצרן מציע מערכת הפעלה של דביאן שנקראת Raspbian.
IPhones/Tablets – טלפון חכם בעל מסך מגע "מולטי-טאץ'" של חברת אפל.
המכשיר משלב יכולות של טלפון סלולרי ומחשב כף יד המסוגל להתחבר לאינטרנט.
המכשיר הוצג לראשונה ב-29 ביוני 2007 וזכה לתגובות נלהבות בזכות עיצובו וסגנונו, ונחשב למכשיר שהחדיר את צג המגע לתודעת הציבור.
ננו-מחשבים מכניים בנויים מחלקים מכניים בגודל ננומטרי ולא מטרנזיסטורים.
ננו-מחשבים מכניים ישתמשו ברכיבים נעים זעירים ביותר הקרויים ננו גירים כדי לקודד מידע.
מכונה כזו מזכירה מאוד את המנוע האנליטי של צ'רלס בבאבג' מהמאה ה-19. מסיבה זו, הננו-מחשב המכני עורר מחלוקת, מכיוון שחוקרים מסוימים מחשיבים אותו כ"מכונה" שלא תעבוד.
יתרונות הננו-מחשב המכני הם: העמידות בטמפרטורות גבוהות, צריכת הספק נמוך ואפשרות לפעולה בתנאים קשים.
ננו-מחשבים ביולוגיים או ביוכימיים הנקראים גם ביו-מחשבים מאחסנים ומעבדים מידע באמצעות מבנים כימיים ואינטראקציות כימיות ופעולות ביולוגיות.
ננו-מחשבים ביוכימיים הם חלק מפעילות הביוכימית והביומולקולרית של יצור חי.
לאחר שהאדם באמצעות המדע נחשף לידע אודות התהליכים הסבוכים המקיימים תהליכי בקרה ניטור המאפשרים את ההומאוסטזיס הוא רותם ידע זה כדי לקיים תהליכי חישוב ואחסון מידע באותם כלים, לדוגמה: פותחה מערכת חישוב זעירה המורכבת ממולקולות DNA שכל רכיב בה מגיב לנוכחותם של רכיבים ביולוגיים אחרים בצורה המייצגת פעולה לוגית.
ביו-מחשב כזה מסוגל לבצע חישוב פשוט כגון זיהוי מולקולה או מספר גורמים מולקולריים המעידים על תהליך סרטני.
באוגוסט 2009 חוקרים ממכון ויצמן למדע פיתחו ננו-מחשב ביולוגי הניתן לתכנות.
קבוצת חוקרים, המורכבת מתלמידי המחקר בראשות פרופ' אהוד שפירא, פרסמו במגזין המדעי המוערך Nature Nanotechnology מאמר המתאר ננו-מחשב ביולוגי שפיתחו המאפשר להשיב לשאלות הבנויות על היסק לוגיהיסקים לוגיים.
ביו-מחשב הוא מערכת זעירה המורכבת ממולקולות, שכל רכיב בה מגיב לנוכחותם של רכיבים ביולוגיים אחרים בצורה המייצגת פעולה לוגית, לדוגמה החזרת תשובה "אמת" או "שקר" על שאלה כמו "האם ישנו מספר זוגי של אפסים ברשימת מספרים נתונה".
חישובים כאלה עומדים בבסיס כל מדעי המחשב, והמערכות הביולוגיות, שגודלן הזעיר מאפשר לרכז מיליארדים מהן בטיפה אחת של תמיסה.
ננו-מחשב ביולוגי יכול לספק אלטרנטיבה ביולוגית למערכות האלקטרוניות אשר בשימוש במחשבים בימינו.
היתרון בביו-מחשב שהוא מתאים לתווך של עולם החי ובכך מאפשר פיתוח של רפואה חכמה ותרופות חכמות.
המערכת שפותחה במכון ויצמן מסוגלת לפרש פסוקיות של לוגיקה פורמלית ולהגיע לתשובות נכונות בהתבסס על היסקים לוגיים.
"לוגיקה פסוקית", כפי שהיא מכונה, עומדת גם בבסיסן של "מערכות מומחה" (Expert Systems), מערכות מחשב לקבלת החלטות.
בנוסף, פיתח צוות המחקר מערכת תרגום המאפשרת לחוקר לכתוב הוראות ושאלות בשפת תכנות רגילה, והמערכת תתרגם את הפקודות לתמיסות ביולוגיות וריכוזי מולקולות DNA שבאמצעותן נעשה החישוב.
החוקרים שואפים להשתמש בעתיד ביכולות החדשות במערכות המכונות "רופא בתוך התא": מיליוני רכיבים שתוכננו על ידי האדם והמהווים ביו-מחשב יוכנסו לגוף האדם ויזהו מצבי סכנה, כגון זיהום חיידקי, גידולים, ועוד - ויגיבו באופן אוטומטי על ידי הפרשת תרופות או התרעה מוקדמת.
ננו-מעגלים הם מעגלים חשמליים בקנה מידה ננומטרי (ננומטר אחד הוא 9- 10 של המטר, כאורך של שורה אחת של 10 אטומי מימן) .
מזעור מעגלים משולבים מאפשר דחיסת מספר גדול יותר של מעגלים בשבב אחד דבר הגורם לביצועים טובים יותר ומהירים יותר, הקטנת צריכת האנרגיה של השבב והוזלתו.
המוטיבציות לפיתוח הננו-מעגלים נובעים בעיקרם מ"חוק מור".
חוק מור נקרא על שם גורדון מור אחד המייסדים של אינטל אשר כבר בשנת 1965 צפה שבמשך תקופת מזעור המעגלים, מספר המעגלים שיהיה ניתן לדחוס ברכיב יכפיל את עצמו מדי שנתיים.
עם השנים הנחתו של מור התבררה כנכונה ואף משמשת ככלי תכנון והצבת יעדים למפתחים ויצרנים בתחום ובשל עובדה זאת זו היא נבואה המגשימה את עצמה.
חוק זה מתייחס לקצב המזעור המתרחש לאורך השנים ובעצם שם דגש על הצורך המתמיד בהגדלת מספר הטרנזיסטורים על פני פיסת סיליקון וזאת כדי ליצור מעגלים משולבים מהירים ובעלי ביצועים טובים יותר.
הצורך בפיתוח מיליארדי טרנזיסטורים ברכיב בודד, טמון בהתפתחות הטכנולוגית הנדרשת לספק את הצריכה המאסיבית הגוברת של מחשבים, בקרים, חיישנים וחפיצים שונים.
ניתן ליישם מגוון תצורות של מעגלים ננו-מטרים בדרכים שונות.
עם זאת, רוב המאמצים כיום מופנים ליצירת ננו-חומרים שישפרו את ביצועי הטרנזיסטורים מסוג "MOSFET".
רכיבים אלו מרכיבים את רוב המעגלים הדיגיטליים והאנלוגיים הבסיסיים ובאופן המציית ל"חוק מור".
במאמר סקירה בנושא "תכנון ה-MOSFET ותפקידו בעתיד" שפורסם ב-2004, בוצעה השוואה בין מספר צורות גאומטריות של הרכיב הממוזער וצוין שהמזעור המוצלח ביותר היה של "טרנזיסטור תוצא שדה בעל תעלה גלילית אנכית" ("circular cross section vertical channel Field Effect Transistor").
מדענים פיתחו לאחרונה את הטרנזיסטור הקטן בעולם שככל הנראה ישמש בעתיד כרכיב העיקרי בננו-מעגלים.
הטרנזיסטור עשוי על בסיס "ננו-צינוריות פחמן" ("carbon nanotubes") הדקים פי אלף מעובי שערת אדם.
רוב הננו-מעגלים מורכבים מטרנזיסטורים על בסיס-סיליקון ("silicon-base transistor") בעלי שער מתכתי ("metal gate"), דבר הגורם לקשיים בייצור ככל שמידת הטרנזיסטור יורדת.
קיים קושי בחיבור מוליך בגדלים אטומיים כגון ננו-צינוריות פחמן לשער מתכתי של טרנזיסטור.
עם פיתוח הטרנזיסטור בקנה מידה מולקולארי ניתן יהיה לייצר ננו-מעגלים כמקשה אחת ברמה הננומטרית.
בייצור זה גם החיבורים וגם הטרנזיסטורים עשויים מננו-צינורות.
ייצור המעגלים האלקטרונים לא סובלים כשלים בעת ביצוע מילוני פעולות וחישובים מורכבים במהירות הולכת וגדלה.
נראה שקיים גבול ליכולת המזעור וכי ככל שיורדים בסקלת גודל המעגל גדל סיכויי לכשלים בתהליך הייצור.
ברמה האטומית קיימות עוד תופעות חדשות המתגלות לבקרים וזאת באמצעות מכשירים חדשים המיוצרים מאותה טכנולוגיה המשמשת לאיתורם חקירתם ויצירתם, תלות זו היא אחת הסיבות שיביאו להפרת חוק מור בעתיד ולמעשה קצב המזעור יואט ואף יגיע לרוויה.
אחת מהבעיות העיקריות ביישום ננו-מעגלים הוא תהליך היישור ("alignment") בין השכבות.
תהליך הייצור של רכיבים מיקרו וננואלקטרונים מבוסס על טכנולוגיה פלנרית (מישורית) בה יוצרים מבנה של שכבות דקות.
באמצעות תהליך הפוטוליתוגרפיה יוצרים שכבות ומורידים שכבות באזורים מוגדרים.
תהליך זה בכל שכבה חייב להיות מתואם עם השכבה שמתחתיה כך שהמיבנים המתאימים בשכבה אחת ישבו על המבנים הקשורים להם בשכבה שמתחת.
ככל שמידת המבנים קטנה יותר תהליך היישור בין שכבה לשכבה קשה יותר, שכן כל סטיה של ננומטר אחד בין השכבות גורם לניתוקים או קצרים.
בנוסף, בננו-מעגלים צפויים יותר כשלים ובעיות וזאת בגלל רגישותם לקרינה קוסמית, הפרעות אלקטרומגנטיות, ורגישות לשינויי טמפרטורה.
ככל שטרנזיסטורים אלו "יידחסו" יותר כך מספר האותות הלא רצויים יגדל ועלולות להתרחש הפרעות.
כמו כן יש קשיי פיזור חום הנוצר כתוצאה מעבודת רכיבים רבים בשטח קטן יחסית.
בעיה נוספת תתרחש בשלב הייצור וכוללת בין השאר תהליכי מנהור דרך השכבות המבודדות ("tunneling") בשל עוביים הקטן יחסית, דבר שיגרע ביעילות ההתקן.
כמו כן קיבולים פרזיטיים יהיו יותר משמעותיים שהרי הקיבול תלוי בעובי השכבה המבודדת.
לצורך תכנון או יישום של ננו-מעגלים, נדרש להתמקד בשלושה תחומים עיקריים המשפיעים ומושפעים אחד מהשני.
הראשון שביניהם הוא סוג הטרנזיסטור: עד כה רוב האלקטרוניקה עושה שימוש בטרנזיסטור על בסיס-סיליקון ("silicon-based transistor").
טרנזיסטורים מהווים את לבם של המעגלים האלקטרונים וזאת לאור יכולתם לשלוט על זרימת החשמל (מיתוג) ולבצע הגברה של אותות חשמליים, שכן סיליקון הוא מוליך למחצה המאפשר בקלות יחסית לשנות את מצבו ממוליך למבודד.
כמו כן, בקנה מידה ננומטרי טרנזיסטורים יכולים להיות מולקולארים אורגניים או במבנה אנאורגני ננו-מטרי ("nanoscale inorganic structure").
הנושא השני המשפיע על פיתוח מעגלים ננומטריים הוא החיבורים ("interconnection").
הקונפיגורציה של מכלול הטרנזיסטורים בננו-מעגל קובעת את הלוגיקה של המעגל.
לאחר תכנון של ננו-מעגל משתמשים בכלים מתמטיים ולוגים שונים כדי לבצע אופטימיזציה של סדר הטרנזיסטורים ואופן החיבור ביניהם.
אותם חיבורים בין מיליוני טרנזיסטורים מבוצע באמצעות ננוחוטים דקים מאוד בעובי של עד כדי ננומטר אחד.
הרעיון הוא לייצר את הטרנזיסטורים ביחד עם החיבורים במקשה אחת כחלק מבניית הננו מעגל כדי להתגבר על אתגר היישור וההתאמה בין השכבות.
בשנת 2004 ייצרו ב"מחלקה הננו-טכנית של אוניברסיטת הרווארד" ננו-מוליך הדק פי 10,000 מדף נייר וכולל מחרוזת של טרנזיסטורים.
למעשה החיבורים בין הטרנזיסטורים נעשים לפני או תוך כדי ייצור הננו-מעגל וזאת כדי להימנע מהקשיים הרבים הכרוכים בגישור הטרנזיסטורים הרבים באמצעות מוליכים רבים בעובי כה דק, עד כדי ננומטר אחד.
הנושא השלישי המשפיע על פיתוח מעגלים ננומטריים הוא הארכיטקטורה ("architecture") המהווה את התכנון של המבנה השלם על חלקיו הרבים והקשרים ביניהם.
הארכיטקטורה לוקחת בחשבון שלננו-מעגל דרוש ממשק מסוים על מנת להתחבר למעגלים אחרים או לעולם החיצון, למעשה ננו-מעגלים רבים נדרשים להתחבר למעגלים נוספים המבצעים פעולות שונות באופן מושלם.
בשל גודלם הקטן ננו-מעגלים חשופים יותר לשגיאות ונזקים, מדענים כיום הציעו דרך חדשה על מנת להתגבר על הבעיה: הרעיון העומד מאחורי הארכיטקטורה החדשה כוללת שערים לוגיים וחיבורים נוספים שתפקידם יהיה לאפשר למעגל לפעול בצורה תקינה ומבלי לקבל אות שגוי במוצא חרף העובדה שקיימות שגיאות במעגל.
ננו־מכניקה הוא ענף בננוטכנולוגיה ובננו-מדע החוקר את התכונות הפיזיקליות של מכניקת היסוד (אלסטית, תרמית וקינטית) בסקלה ננומטרית.
הננו־מכניקה עומדת בתווך בין המכניקה הקלאסית למכניקת הקוונטים.
מבחינה טכנולוגית, אבני הבניין הבסיסיות מהן נוכל לבנות ולייצר מכונות זעירות הן האטומים, שגודלם נמדד באנגסטרמים (עשיריות הננומטר).
ישנה מוטיבציה לייצר התקנים מכניים או אלקטרומכניים קטנים ככל האפשר מכיוון שככל שההתקן המכני קטן יותר, כך הוא תופס פחות נפח, משקלו קטן יותר, הוא מגיב מהר יותר, צורך הספק נמוך יותר וברוב המקרים זול יותר לייצור.
כיום קיימים בתעשייה התקנים מכניים שגודלם בין ננומטר למיקרון, כגון מנגנון המפעיל כרית אוויר בעת התנגשות.
מבחינה טכנולוגית, ננוטכנולוגיה מהווה את קצה הגבול המזעור.
רבים מן היישומים המוגדרים כמערכות ננו מכילים את המילה "בודד".
למשל, מד מטען אשר ביכולתו למדוד מטען של אלקטרון בודד או קלורימטר שיוכל למדוד חום הנפלט מתגובה כימית של מולקולה בודדת.
הייצור של תבניות ננו-אלקטרוניות וננו־מכניות דווח לראשונה ב-1988 על ידי ארני ומקדונלד, שפיתחו תהליך ייצור באמצעות ליתוגרפיה של אלומת אלקטרונים ליצירת הדפסים בסיליקון (צורן).
אותה קבוצת חוקרים הרחיבה את הפיתוח שלה לכיוון ייצור של מפעילים מכניים תת-מיקרוניים בעזרת חודים של מיקרוסקופ מִנהור סורק (STM).
לעיתים קרובות, ננו־מכניקה מתוארת כענף בננוטכנולוגיה המתמקד בתכונות מכניות של ננו-מבנים וננו-מערכות (מערכות עם רכיבים בסקלה ננומטרית), כגון התכונות המכניות של ננו-חלקיקים, ננו-תילים, ננו-מוטות, ננו-צינורות כמו ננו-צינורית פחמן (Carbone NanoTube, CNT) וננו-צינורות בורון ניטריד (Boron Nitride NanoTube, BNNT), ננו-תאים, ננו-חומרים מורכבים, ננו-מנועים ועוד.
חלק מהתחומים המבוססים על ננו־מכניקה הם: מכניקה של ננו-חומרים, ננו-טריבולוגיה (חיכוך, אינטראקציה בין משטחים, אינטראקציה מכנית בסקלה ננומטרית), מערכות ננו-אלקטרומכניות (NEMS) וננו-פלואידיקה.
ננו־מכניקה מבוססת על מספר עקרונות:
עקרון של חוק שימור האנרגיה ושל חוק שימור התנע
וריאציות של עקרון המילטון (עקרון הפעולה המינימלית)
עקרונות פיזיקליים מיוחדים הנובעים מזעירות הגופים הנחקרים.
בשל הגודל הזעיר של הגופים הנחקרים, ננו־מכניקה חייבת להתחשב בגורמים חשובים ההופכים למשפיעים ודומיננטיים בגופים בעלי סדר גודל של מרחקים בין אטומיים, כגון:
מגוון דרגות חופש של גוף
עקרונות אלו משמשים כדי לספק הסבר לתכונות מכניות של הגופים הננומטריים.
ייחודיות הננו־מכניקה היא שתכונות אלו אינן קיימות עבור גופים דומים בסקלה מאקרוסקופית שתכונותיהם שונות בהרבה מהתכונות האלו, כמו ננו-מוטות לעומת מבנים מקרוסקופיים.
גודלו הזעיר של הגוף מבטא תכונות הנובעות מהיחס הגבוה בין שטח הפנים לנפח של הגוף, המשפיע על האנרגיה המכנית והתכונות התרמיות של הגוף הננומטרי.
ייחודיות זו מאפשרת דיספרסיה של גלים מכניים בתוך מוצק או למשל אלסטיות בקני מידה קטנים.
ריבוי דרגות חופש ועלייה של תנודות תרמיות מהווים את הסיבה למנהור תרמי של ננו-חלקיקים דרך מחסומי פוטנציאל.
מזעור ותנודות תרמיות מספקים את הסיבה לתנועה בראונית של ננו-חלקיקים.
הגברה של תנודות תרמיות ותצורה של האנטרופיה בסקלה ננומטרית מגדילים את הסופראלסטיות ואלסטיות אנטרופית בעזרת כוחות אנטרופיים.
עבודה בתדרי עבודה גבוהים, במיוחד במסה נמוכה, מאפשרת לבנות מתנדים בעלי תדרי יסוד גבוהים במיוחד (מעל 10GHz) באמצעות תהליכים ננו־מכניים של המשטח.
התקנים מכניים בתדרי עבודה גבוהים כאלה פותחים אפשרויות רבות.
למשל, עיבוד אותות בתדרי מיקרוגל בעלי צריכה מאוד נמוכה של אנרגיה וייצור של סוגים חדשים של מיקרוסקופים בעלי סריקה מהירה יותר.
אפקטים קוונטיים משפיעים על האינטראקציה בין אטומים בודדים.
אינטראקציות אלו מבוטאות בננו־מכניקה באמצעות מודלים מתמטיים המתארים את הפוטנציאל הבין אטומי של אטומים רבים.
לאחר שימוש בפוטנציאלים בין אטומיים באמצעות הדינמיקה הקלאסית, ניתן לקבוע מודלים מכניים בעזרת אלגוריתם דטרמיניסטי של ננו-מבנים וננו-מערכות ברזולוציה אטומית.
שיטות נומריות הנקראות דינמיקה מולקולרית (MD), ולעיתים קרובות מכניקה מולקולרית.
כיום כלים נומריים כוללים גישות מעורבות המאפשרות נצילות רבה של שיטות רציפות בסקלה אטומית בעזרת מודל מתמטי יחיד.
פיתוח שיטות מורכבות אלו הוא נושא מחקר במכניקה שימושית.
אפקטים קוונטיים מאפיינים גם תכונות חדשות של ננו-מבנים, כגון תכונות חשמליות, אופטיות וכימיות.
מיקרוסקופ כוח אטומי (Atomic Force Microscope) הוא מיקרוסקופ שעקרון פעולתו מבוסס על ננו־מכניקה.
למיקרוסקופ רזולוציה גבוהה במיוחד, אשר יכולה להגיע עד לננומטרים בודדים, והוא משמש ככלי יסודי בחקר החומר בסקלה ננומטרית למטרות דימות ומדידה.
חוד עשוי מסיליקון או בקוטר-קצה ננומטרי
קורה בסדר גודל של מיקרונים, אליה מחובר החוד
קרן לייזר אשר מכוונת אל הקורה, ומוחזרת ממנה לפוטודיודה (גלאי אור)
מערכת עיבוד ומשוב, אשר מקבלת את הנתונים מהגלאי ושולטת במרחק של הקורה והחוד מהדגימה
עקרון הפעולה של ה-AFM מבוסס על כוחות ואן דר ואלס הנוצרים בין החוד לבין האטומים שעל פני השטח של הדגימה.
כאשר החוד נע על פני הדגימה, המרחק שלו מפני השטח משתנה (מכיוון שפני השטח אינם בגובה אחיד).
על ידי הנעת החוד ביחס לדגימה, ממפים את הטופוגרפיה של פני שטח שלה.
ישנן שתי דרכים לביצוע הסריקה:
החוד נייח, והדגימה נעה תחתיו.
הדגימה נייחת, והחוד נע על פניה.
מערכות ננו-אלקטרומכניות (NanoElectroMechanical System) הם התקנים המיוצרים על גבי שבבים הכוללים מעגלים משולבים יחד עם מכלולים מכניים בסקלה ננומטרי.
מערכות NEMS מהוות את הצעד הבא במזעור מערכות מיקרו-אלקטרומכניות MEMS היכולות לקיים אינטגרציה בין מערכות מכניות, אלקטרוניות ואופטיות ומאפשרות להמיר תהליכים מכניים לאותות חשמליים או אופטיים והפוך.
דבר זה מהווה בסיס ליצירת חיישנים בעלי רגישות גבוהה במיוחד.
ניצול מרבי של אנרגיה, תכונה אשר מאפיינת את מקדם איכות או מקדם Q הגבוה של תהודה.
הקטנה של הרעש תרמומכני הדומה לרעש ג'ונסון בנגדים חשמליים.
תכונה זו חשובה עבור חיישני תהודה וסטייה, אשר מצמצמת תנודות מכניות אקראיות ובכך הופכת את התקני ננו-אלקטרומכניים לבעלי רגישות גבוהה לכוחות המופעלים עליהם.
צריכה נמוכה מאוד של אנרגיה.
1. Top Down גישה מלמעלה למטה משתמשת בשיטות המסורתיות של מזעור כגון: ליתוגרפיה (אופטית או אלומת אלקטרונים) לייצור התקנים
2.Bottom-Up גישה מלמטה למעלה משתמשת באבני בניין מולקולריים לבניית ננו מבנים באמצעות תהליך הרכבה עצמית SAM.
אחד היישומים בתחום ננו־מכניקה הוא תחום ביוננו־מכניקה המשלב בין הביומכניקה לביולוגיה.
תחום זה חוקר את התנועות של חומרים ביולוגיים (מוצקים, נוזלים או ויסקו-אלסטיים).
ביוננו־מכניקה משייכת לתחום הביופיזיקה החוקרת את מערכת הכוחות הפיזיקליים במערכות חיות.
יישומים של ביוננו־מכניקה בתחום ההנדסה מאפשרים לפתח שיטות מתקדמות לטיפולים שונים במחלות.
למשל, בתחום השתלת שניים כאשר משתילים שתלי טיטניום יש חשיבות גדולה לפני שטח השתל המוחדר.
לימוד מבנה פני השטח של שתלי שיניים לא רק ברמת המיקרו אלא גם ברמת הננו יאפשרו שיפור בהשתלבות השתל בעצם.
עיגון השתל בעצם מפעיל השפעה מכנית על רקמת העצם המכונה גירוי ביומכני, וזה מאפשר היווצרות של עצם חדשה.
הגדלת השטח הפעיל ברמת הננו מאפשר להשפיע על ביומכניקה של הגוף ולזרז את ריפוי האזור המושתל.
ננו-קפסולה היא ננו-חלקיק זעיר בגודל שנע בין 10 ל־1,000 ננומטר (nm) ושמורכב ממעטפת חיצונית ממברנלית (העשויה בדרך כלל מחומרים פולימרים בעלי תאימות ביולוגית וחלל פנימי נוזלי, אשר עשוי להכיל חומר פעיל.
בדרך כלל גודל הננו-קפסולה תלוי בשיטת ההכנה ובאפליקציה הספציפית.
אנקפסולציה של ננו-קפסולות במעטפת אינרטית מגנות על החומר הפעיל מסביבה החיצונית ומאפשרות ייעול אינטראקציות כימיות ושחרור מבוקר של תרופות .
לננו-קפסולות ישנן יישומים נוספים כגון שיפור מזון.
בדרך כלל המעטפת של הננו-קפסולה בעלת יכולת התמוססות במערכות ביולוגיות.
המעטפת יכולה להיות מורכבת עשויה מפולימרים מלאכותיים כגון:
במקרים אחרים, המעטפת יכולה להיות עשויה מליפוזומים או פוליסכרידים, חומרים שמרכיבים את קרום התא.
גודלן הקטן של ננו-קפסולות מאפשר חדירתן דרך קרום התא, מה שהופך אותן לנשא יעיל של חומרים רפואיים במערכות ביולוגיות.
שליטה בתכונות דרך סינתזה מבוקרת ועיבוד ספציפי של ננו-קפסולות מאפשר שחרור תרופות במצבים מסוימים.
הצורה הגאומטרית של ננו-קפסולות משפיע על היכולת של הננו-קפסולות לחדור תאים סרטניים.
למשל ננו-קפסולות כדוריות וקומפקטיות נוטות לחדור לתאים בקלות רבה יותר מאשר ננו-קפסולות בעלות צורת מוט (צורה מאורכת).
ננו-צינורית אי-אורגנית היא מולקולה גלילית המורכבת לעיתים קרובות מתחמוצות מתכת או קבוצה של שלושה ניטרידים ודומים מבחינה מורפולוגית לננו-צינוריות פחמן.
ננו-צינוריות אי-אורגניות נצפו להתרחש באופן טבעי בחלק ממשקעים מינרליים.
כמה שנים לאחר שציין לינוס פאולינג את האפשרות של 8 שכבות מעוקלות במינרלים כבר ב-1930, כמה מינרלים כמו אזבסט לבן המכונה כריסוטיל, ואימוגוליטים , הוכחו למעשה כבעלי מבנה צינורי.
הצינור האי-אורגני הראשון סונטז על ידי החוקר רשף טנא ואחרים ממכון ויצמן למדע, אשר דיווחו על סינתזה של צינורות המורכבים מדיסולפיד וטונגסטן בשנת 1992. בשנים האחרונות סונתזו ננו-צינוריות מחומרים אי-אורגניים רבים, כגון תחמוצת ונדיום תחמוצת מנגן, והם נחקרים עבור יישומים כמו זרזים חמצון-חיזור ואלקטרודת חומרים עבור סוללות.
ננו צינוריות אי-אורגניים הם מולקולות גליליות המורכבות לעיתים קרובות מתחמוצות של מתכת, או קבוצה III-Nitrides ומורפולוגיה שדומה לננו צינוריות פחמן.
צינוריות אי-אורגניים נצפו להתרחש באופן טבעי בחלק משקעים מינרליים.
כמה שנים אחרי שציין לינוס פאולינג את האפשרות של שכבות מעוקלות במינרלים כבר ב-1930, כמה מינרלים כמו אזבסט לבן (או כריסוטיל) ואימוגוליטים הוכחו כבעלי מבנה צינורי.
עם זאת, הצינוריות האי-אורגניות הסינתטיות הראשוניות לא נודעו עד ייצורן על ידי החוקר רשף טנא וחוקרים אחרים.
ננו-צינורית אי-אורגנית דומות מבחינה מורפולוגית לננו-צינוריות פחמן ונצפים בחלק ממרבצי המינרלים הטבעיים.
מבנים סינתטיים מסוג זה דווחו לראשונה על ידי קבוצת רשף טנא ("Reshef Tenne") בשנת 1992. חומרים-צינורות ננו אורגניים אופייניים לחומרים מוצקים עם שכבות דו־ממדיות כגון טונגסטן (IV), גופרית (WS2), מוליבדן דו- גופרתי (MoS2).
בשנת 2007, מדענים סינים הודיעו על הקמת מעבדה של צינורות נחושת-ביסמוט.
צינורות אורגניים הם חומר אלטרנטיבי לחקר צינורות פחמן טובים יותר, המראים יתרונות כגון גישה סינתטית קלה וגבישים גבוהים, אחידות טובה ופיזור, מוליכות חשמלית מוגדרת מראש בהתאם להרכב החומר ההתחלתי ומורפולוגיה דמוית מחט, הידבקות למספר פולימרים, עמידות גבוהה והשפעה.
לכן הם מועמדים טובים להיות חומרי מילוי עבור פולימרים מורכבים עם תכונות תרמיות, מכניות, חשמליות משופרות.
יישומי היעד עבור סוג זה של חומרים מורכבים הם חומרים לניהול חום, מפיצי חשמל אלקטרוסטטי, חומרי הגנה ללבוש וכדומה.
צינורות אי-אורגניים הם כבדים יותר מצינורות פחמן, לא חזקים נגד מתח, אבל חזקים במיוחד בדחיסה.
חוזק מכני של סיבים תאיים ניתן להגדיל לפי סדר גודל על ידי הוספת 0.1% wt בלבד של צינורות TMCH, ומדידה של מוליכות חשמלית של פוליאסטר מתכלה טבול עם צינורות TMCH גילה התנהגות מסובכת עם סף נמוך ביותר לחלחול.
צינורות אי-אורגניים חלולים, יש אפשרות למלאם בחומר נוסף, לשמר או להנחות אותו למיקום הרצוי או ליצור מאפיינים חדשים בחומר מילוי אשר מוגבל בתוך קוטר ננומטר בקנה מידה.
תוספת של צינורות טונגסטן לשרף אפוקסי משפרות את ההדבקה, את הקשיחות ואת קצב שחרור האנרגיה.
הבלאי של צינוריות אפוקסי היה נמוך יותר מזה של אפוקסי טהור בשמונה פעמים.
צינורות דיסולפיד טונגסטן נחקרו כחומרי לחיזוק לשיפור התכונות המכניות של ננו-תרכובות פולימריות מתכלות עבור יישומי הנדסת רקמות עצם.
תוספת של 0.02% משקל של צינורות דיסולפיד טונגסטן שיפרה באופן משמעותי את תכונות מכני דחיסה, יותר מאשר צינורות פחמן.
זה ייחס פיזור מוגבר של צינורות דיסולפיד טונגסטן במטריצת פולימר המאפשרת העברת עומס מתוך מטריצת ננו-מבנה המשמשת כבסיס.
בשנים האחרונות, צינורות סונתזו מחומרים אי-אורגניים רבים, כגון תחמוצת ונדיום תחמוצת מנגן, והם נחקרים עבור יישומים כמו זרזים חימצון-חיזור ואלקטרודת חומרים עבור סוללות.
ננו נייף הוא ניתוח זעיר פולשני בטכנולוגיה מתקדמת באמצעות ננו-צינורית פחמן לחיתוך של תאים ביולוגיים, הגורם לחירור בלתי הפיך של קרום התא.
בטכנולוגיית "ננו נייף" מולקולרית המחוברת למספר מחטים, מעבירים לתוך הגידול זרם חשמלי בעוצמות גבוהות מאוד במשך כמה אלפיות השנייה.
הזרם החשמלי יוצר פגיעה במבנה התא ובתוך מספר ימים הגוף מנקה את אותם תאים נגועים על ידי תהליך טבעי הנקרא אפופטוזה.
איברים המנותחים בשיטת "ננו נייף" הם: לבלב, כבד, ריאה, כליה, ערמונית ורקטום.