納米材料范文

導(dǎo)語：如何才能寫好一篇納米材料，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

自70年代納米顆粒材料問世以來，80年代中期在實(shí)驗(yàn)室合成了納米塊體材料，至今已有20多年的歷史，但真正成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)是在80年代中期以后。從研究的內(nèi)涵和特點(diǎn)大致可劃分為三個(gè)階段。

第一階段（1990年以前）主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。

第二階段（1994年前）人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合，納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。

第三階段（從1994年到現(xiàn)在）納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注，正在成為納米材料研究的新的熱點(diǎn)。國際上，把這類材料稱為納米組裝材料體系或者稱為納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲和管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系，基保包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。納米顆粒、絲、管可以是有序或無序地排列。

如果說第一階段和第二階段的研究在某種程度上帶有一定的隨機(jī)性，那么這一階段研究的特點(diǎn)更強(qiáng)調(diào)人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、創(chuàng)造新的體系，更有目的地使該體系具有人們所希望的特性。著名諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者，美國物理學(xué)家費(fèi)曼曾預(yù)言“如果有一天人們能按照自己的意愿排列原子和分子…，那將創(chuàng)造什么樣的奇跡”。就像目前用STM操縱原子一樣，人工地把納米微粒整齊排列就是實(shí)現(xiàn)費(fèi)曼預(yù)言，創(chuàng)造新奇跡的起點(diǎn)。美國加利福尼亞大學(xué)洛倫茲伯克力國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在《自然》雜志上，指出納米尺度的圖案材料是現(xiàn)代材料化學(xué)和物理學(xué)的重要前沿課題?？梢姡{米結(jié)構(gòu)的組裝體系很可能成為納米材料研究的前沿主導(dǎo)方向。

二、納米材料研究的特點(diǎn)

1、納米材料研究的內(nèi)涵不斷擴(kuò)大

第一階段主要集中在納米顆粒（納米晶、納米相、納米非晶等）以及由它們組成的薄膜與塊體，到第三階段納米材料研究對象又涉及到納米絲、納米管、微孔和介孔材料（包括凝膠和氣凝膠），例如氣凝膠孔隙率高于90％，孔徑大小為納米級，這就導(dǎo)致孔隙間的材料實(shí)際上是納米尺度的微?；蚪z，這種納米結(jié)構(gòu)為嵌鑲、組裝納米微粒提供一個(gè)三維空間。納米管的出現(xiàn)，豐富了納米材料研究的內(nèi)涵，為合成組裝納米材料提供了新的機(jī)遇。

2．納米材料的概念不斷拓寬

1994年以前，納米結(jié)構(gòu)材料僅僅包括納米微粒及其形成的納米塊體、納米薄膜，現(xiàn)在納米結(jié)構(gòu)的材料的含意還包括納米組裝體系，該體系除了包含納米微粒實(shí)體的組元，還包括支撐它們的具有納米尺度的空間的基體，因此，納米結(jié)構(gòu)材料內(nèi)涵變得豐富多彩。

3．納米材料的應(yīng)用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)

經(jīng)過第一階段和第二階段研究，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米材料所具備的不同于常規(guī)材料的新特性，對傳統(tǒng)工業(yè)和常規(guī)產(chǎn)品會產(chǎn)生重要的影響。日本、美國和西歐都相繼把實(shí)驗(yàn)室的成果轉(zhuǎn)化為規(guī)模生產(chǎn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國際上已有20多個(gè)納米材料公司經(jīng)營粉體生產(chǎn)線，其中陶瓷納米粉體對常規(guī)陶瓷和高技術(shù)陶瓷的改性、納米功能涂層的制備技術(shù)和涂層工藝、納米添加功能油漆涂料的研究、納米添加塑料改性以及納米材料在環(huán)保、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，磨料、釉料以及紙張和纖維填料的納米化研究也相繼展開。納米材料及其相關(guān)的產(chǎn)品從1994年開始已陸續(xù)進(jìn)入市場，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益以20％速度增長。

三、納米材料的發(fā)展趨勢

1．加強(qiáng)控制工程的研究

在納米材料制備科學(xué)和技術(shù)研究方面一個(gè)重要的趨勢是加強(qiáng)控制工程的研究，這包括顆粒尺寸、形狀、表面、微結(jié)構(gòu)的控制。由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)都同時(shí)在起作用，它們對材料某一種性能的貢獻(xiàn)大小、強(qiáng)弱往往很難區(qū)分，是有利的作用，還是不利的作用更難以判斷，這不但給某一現(xiàn)象的解釋帶來困難，同時(shí)也給設(shè)計(jì)新型納米結(jié)構(gòu)帶來很大的困難。如何控制這些效應(yīng)對納米材料性能的影響，如何控制一種效應(yīng)的影響而引出另一種效應(yīng)的影響，這都是控制工程研究亟待解決的問題。國際上近一兩年來，納米材料控制工程的研究主要有以下幾個(gè)方面：一是納米顆粒的表面改性，通過納米微粒的表面做異性物質(zhì)和表面的修飾可以改變表面帶電狀態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和粗糙度；二是通過納米微粒在多孔基體中的分布狀態(tài)（連續(xù)分布還是孤立分布）來控制量子尺寸效應(yīng)和滲流效應(yīng)；三是通過設(shè)計(jì)納米絲、管等的陣列體系（包括有序陣列和無序陣列）來獲得所需要的特性。

2．近年來引人注目的幾具新動向

（1）納米組裝體系藍(lán)綠光的研究出現(xiàn)新的苗頭。日本Nippon鋼鐵公司閃電化學(xué)陽極腐蝕方法獲得6H多孔碳化硅，發(fā)現(xiàn)了藍(lán)綠光發(fā)光強(qiáng)度比6H碳化硅晶體高100倍：多孔硅在制備過程中經(jīng)紫外輻照或氧化也發(fā)藍(lán)綠光；含有Dy和Al的SiO2氣凝膠在390nm波長光激發(fā)下發(fā)射極強(qiáng)的藍(lán)綠光，比多孔Si的最強(qiáng)紅光還高出1倍多，250nm波長光激發(fā)出極強(qiáng)的藍(lán)光。

（2）巨電導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)。美國霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家在SiO2一Au的顆粒膜上觀察到極強(qiáng)的高電導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)金顆粒的體積百分比達(dá)到某臨界值時(shí)，電導(dǎo)增加了14個(gè)數(shù)量級；納米氧化鎂銦薄膜經(jīng)氫離子注入后，電導(dǎo)增加8個(gè)數(shù)量級；

篇2

論文摘要：納米尺寸開辟科學(xué)新領(lǐng)域，介紹納米材料的神奇特性及在生活中的應(yīng)用。

人類對物質(zhì)世界的研究，曾小到原子、分子，大到宇宙空間。從無限小和無限大兩個(gè)物質(zhì)尺寸去認(rèn)識物質(zhì)，使人們了解到世界是物質(zhì)的。物質(zhì)是由原子或分子構(gòu)成的，原子、分子是保持物質(zhì)化學(xué)、物理理特性的最小微粒。這為人類認(rèn)識世界、改造世界推進(jìn)科學(xué)的向前發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，也產(chǎn)生了一個(gè)個(gè)的科學(xué)原理和定理，推動了人類生產(chǎn)和生活的不斷向前發(fā)展。

隨著科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度以后，大約在1～100納米這個(gè)范圍空間。物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能的物質(zhì)構(gòu)成的材料，即為納米材料。

過去，人們只注意原子、分子，或者宇宙空間，常常忽略他們的中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識到這個(gè)尺度的范圍的性能。第一個(gè)真正認(rèn)識到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家。他們發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電，導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電，也不導(dǎo)熱。材料在尺寸上達(dá)到納米尺度，大約是在1～100納米這個(gè)范圍空間，就會產(chǎn)生特殊的表面效應(yīng)，體積效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，量子隧道效應(yīng)等及由這些效應(yīng)所引起的諸多奇特性能。擁有一系列的新穎的物理和化學(xué)特性，這些特性在光、電、磁、催化等方面具有非常重大應(yīng)用價(jià)值。

近年來，已在醫(yī)藥、生物、環(huán)境保護(hù)和化工等方面得到了應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。

1醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：

目前，國際醫(yī)學(xué)行業(yè)面臨新的決策，那就是用納米尺度發(fā)展制藥業(yè)。納米生物醫(yī)學(xué)就是從動植物中提取必要的物質(zhì)，然后在納米尺度組合，最大限度發(fā)揮藥效，這恰恰是我國中醫(yī)的想法，隨著健康科學(xué)的發(fā)展，人們對藥物的要求越來越高。控制藥物釋放減少副作用，提高藥效，發(fā)展藥物定向治療，必須憑借納米技術(shù)。納米粒子可使藥物在人體內(nèi)方便傳輸。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織，尤其是以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱為"定向?qū)?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滾動，因此可以用檢查和治療身體各部位的病變。利用納米系統(tǒng)檢查和給藥，避免身體健康部位受損，可以大大減小藥物的毒副作用，因而深受人們的歡迎。

2在涂料方面的應(yīng)用；

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，再給涂料中添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐熱、阻燃、耐腐蝕、變色等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射，耐大氣侵害和抗降解等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保結(jié)作用。在建材產(chǎn)品如玻璃中加入適宜的納米材料，可達(dá)到減少光的透射和熱估遞效果，產(chǎn)生隔熱，阻燃等效果。由于氧化物納米微粒的顏色不同，這樣可以通過復(fù)合控制涂料的顏色，克服碳黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅限粒徑而變，而具有隨角度變色的效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米Tio2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面色彩多樣化。

3在化工方面的應(yīng)用；

化工業(yè)影響到人類生活的方方面面，如果在化工業(yè)中采用納米技術(shù)，將更顯示出獨(dú)特畦力。在橡膠塑料等化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米Sio2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3和SiO2,加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。最近又開發(fā)了食品包裝的TiO2.納米TiO2能夠強(qiáng)烈吸收太陽光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有利污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。新晨

4其他生活方面的應(yīng)用：

納米技術(shù)正在悄悄地滲透到老百姓衣、食、住、行各個(gè)領(lǐng)域?；w布料制成的衣服雖然艷麗，但因摩擦容易產(chǎn)生靜電，因而在生產(chǎn)時(shí)加入少量金屬納米微粒，就可以擺脫煩人的靜電現(xiàn)象。不久前，關(guān)于保溫被、保溫衣的電視宣傳，提到應(yīng)用了納米技術(shù)。納米材料可使衣物防靜電、變色、貯光，具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣機(jī)等一些電器時(shí)間長了容易產(chǎn)生細(xì)菌，而采用了納米材料，新設(shè)計(jì)的冰箱、洗衣機(jī)既可以抗菌，又可以除味殺菌。紫外線對人體的害處極大，有的納米微粒卻可以吸收紫外線對人體有害的部分，市場上的許多化妝品正是因?yàn)榧尤肓思{米微粒而具備了防紫外線的功能。傳統(tǒng)的涂料耐洗刷性差，時(shí)間不長墻壁就會變的班駁陸離，納米技術(shù)應(yīng)用之后，涂料的技術(shù)指標(biāo)大大提高，外墻涂料的耐洗刷性提高很多，以前的電視、音響等家電外表一般都是黑色的，被稱為黑色家電，這是因?yàn)榧译娡獗聿牧现斜仨毤尤胩己谶M(jìn)行靜電屏蔽。如今可以通過控制納米微粒的種類，進(jìn)而可控制涂料的顏色，使黑色家電變成彩色家電。

總之，在未來生活中，納米技術(shù)將帶給我們無限的舒心與時(shí)尚，使人類的生存的條件更加優(yōu)越。

參考文獻(xiàn)

[1]趙清榮：雷達(dá)與對抗[J]，2001，（3）：20-23。

[2]秦嶸等。宇航材料工藝[J]，1997，（4）：17-20。

篇3

李小紅：……

納米，聽起來很神秘，其實(shí)它的定義很簡單。納米是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的比毫米、微米還要小的長度單位。在人類的發(fā)展歷程中，人們把第一次工業(yè)革命稱作是毫米時(shí)代。因?yàn)樵诖酥?，人類對毫米還沒有認(rèn)識，恰恰是蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，使人類需要精確到毫米。第二次工業(yè)革命被稱作微米時(shí)代，由于有了電，人類認(rèn)識了微電子，但是現(xiàn)在的微米范疇的能量已經(jīng)達(dá)到了極限，正是在這種科技不斷進(jìn)步的前提下，人類又發(fā)現(xiàn)了納米，納米技術(shù)的出現(xiàn)將導(dǎo)致一次產(chǎn)業(yè)的新革命，人類將進(jìn)入納米時(shí)代。納米技術(shù)在未來的應(yīng)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算機(jī)工業(yè)，并成為未來信息時(shí)代的核心。納米技術(shù)是對原子和分子的進(jìn)一步駕馭，將引發(fā)一場比微米技術(shù)更為深遠(yuǎn)的大規(guī)模變革，甚至將改變?nèi)藗兊乃季S方式和生活方式。

【道具三：納米二氧化硅、神銅節(jié)能修復(fù)劑】

主持人：我們現(xiàn)在研究出來的納米產(chǎn)品都有哪些？

李小紅：介紹研發(fā)出的產(chǎn)品，目前在國際或國內(nèi)的技術(shù)地位……

工程中心研究出來的產(chǎn)品主要有可分散納米二氧化硅系列產(chǎn)品、納米銅合金系列產(chǎn)品、可分散納米三氟化鑭、納米聚硅減阻增注劑。目前，科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的時(shí)間周期大大縮短，過去需要十年時(shí)間，現(xiàn)在需要五年，在納米產(chǎn)業(yè)的國度中需要的時(shí)間更短，有的甚至僅需要三年的時(shí)間。我們工程中心是依托于河南大學(xué)特種功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在那里有許多在科技前沿做基礎(chǔ)研究工作的院士、教授、實(shí)驗(yàn)師。他們辛勤勞動得到的具有獨(dú)創(chuàng)性科研成果在我們工程中心以最快的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品，滿足國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的需要，推動社會的發(fā)展。因此我們工程中心的研發(fā)出的產(chǎn)品在國內(nèi)的技術(shù)地位是領(lǐng)先的，在國際上也是先進(jìn)的。

主持人：這些納米產(chǎn)品可應(yīng)用于那些領(lǐng)域？

篇4

摘要:介紹了幾種納米材料的物理和化學(xué)制備方法,并對不同方法的優(yōu)劣進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞:納米材料;物理方法;化學(xué)方法

中圖分類號:TV504文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:16723198(2009)15027402

1引言

納米材料和納米科技被廣泛認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新型材料和科技領(lǐng)域之一。早在二十世紀(jì)60年代,英國化學(xué)家Thomas就使用“膠體”來描述懸浮液中直徑為1nm-100nm的顆粒物。1992年,《Nanostructured Materials》正式出版,標(biāo)志著納米材料學(xué)成為一門獨(dú)立的科學(xué)。納米材料是指任意一維的尺度小于100nm的晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及界面層結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)粒子尺寸小至納米級時(shí),其本身將具有表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng),這些效應(yīng)使得納米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制備了碳納米管以來,一維納米材料由于具有許多獨(dú)特的性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景而引起了人們的廣泛關(guān)注。納米結(jié)構(gòu)無機(jī)材料因具有特殊的電、光、機(jī)械和熱性質(zhì)而受到人們越來越多的重視。美國自1991年開始把納米技術(shù)列入“政府關(guān)鍵技術(shù)”,我國的自然科學(xué)基金等各種項(xiàng)目和研究機(jī)構(gòu)都把納米材料和納米技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。由于納米材料的形貌和尺寸對其性能有著重要的影響,因此,納米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作為高級納米結(jié)構(gòu)材料和納米器件的基本構(gòu)成單元(Bui1ding Blocks),納米顆粒的合成與組裝是納米科技的重要組成部分和基礎(chǔ)。本文簡單綜述了納米材料合成與制備中常用的幾種方法,并對其優(yōu)劣進(jìn)行了比較。

2納米材料的合成與制備方法

2.1物理制備方法

2.1.1機(jī)械法

機(jī)械法有機(jī)械球磨法、機(jī)械粉碎法以及超重力技術(shù)。機(jī)械球磨法無需從外部供給熱能,通過球磨讓物質(zhì)使材料之間發(fā)生界面反應(yīng),使大晶粒變?yōu)樾【Я?得到納米材料。范景蓮等采用球磨法制備了鎢基合金的納米粉末。xiao等利用金屬羰基粉高能球磨法獲得納米級的Fe-18Cr-9W合金粉末。機(jī)械粉碎法是利用各種超微粉機(jī)械粉碎和電火花爆炸等方法將原料直接粉碎成超微粉,尤其適用于制備脆性材料的超微粉。超重力技術(shù)利用超重力旋轉(zhuǎn)床高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的相當(dāng)于重力加速度上百倍的離心加速度,使相間傳質(zhì)和微觀混合得到極大的加強(qiáng),從而制備納米材料。劉建偉等以氨氣和硝酸鋅為原料,應(yīng)用超重力技術(shù)制備粒徑20nm―80nm、粒度分布均勻的ZnO納米顆粒。

2.1.2氣相法

氣相法包括蒸發(fā)冷凝法、溶液蒸發(fā)法、深度塑性變形法等。蒸發(fā)冷凝法是在真空或惰性氣體中通過電阻加熱、高頻感應(yīng)、等離子體、激光、電子束、電弧感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體并使其達(dá)到過飽和狀態(tài),然后在氣體介質(zhì)中冷凝形成高純度的納米材料。Takaki等在惰性氣體保護(hù)下,利用氣相冷凝法制備了懸浮的納米銀粉。杜芳林等制備出了銅、鉻、錳、鐵、鎳等納米粉體,粒徑在30nm―50 nm范圍內(nèi)可控。魏勝用蒸發(fā)冷凝法制備了納米鋁粉。溶液蒸發(fā)法是將溶劑制成小滴后進(jìn)行快速蒸發(fā),使組分偏析最小,一般可通過噴霧干燥法、噴霧熱分解法或冷凍干燥法加以處理。深度塑性變形法是在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下,材料極大程度地發(fā)生塑性變形,而使尺寸細(xì)化到納米量級。有文獻(xiàn)報(bào)道,Φ82mm的Ge在6GPa準(zhǔn)靜壓力作用后,再經(jīng)850℃熱處理,納米結(jié)構(gòu)開始形成,材料由粒徑100nm的等軸晶組成,而溫度升至900℃時(shí),晶粒尺寸迅速增大至400nm。

2.1.3磁控濺射法與等離子體法

濺射技術(shù)是采用高能粒子撞擊靶材料表面的原子或分子,交換能量或動量,使得靶材料表面的原子或分子從靶材料表面飛出后沉積到基片上形成納米材料。在該法中靶材料無相變,化合物的成分不易發(fā)生變化。目前,濺射技術(shù)已經(jīng)得到了較大的發(fā)展,常用的有陰極濺射、直流磁控濺射、射頻磁控濺射、離子束濺射以及電子回旋共振輔助反應(yīng)磁控濺射等技術(shù)。等離子體法是利用在惰性氣氛或反應(yīng)性氣氛中通過直流放電使氣體電離產(chǎn)生高溫等離子體,從而使原料溶液化合蒸發(fā),蒸汽達(dá)到周圍冷卻形成超微粒。等離子體溫度高,能制備難熔的金屬或化合物,產(chǎn)物純度高,在惰性氣氛中,等離子法幾乎可制備所有的金屬納米材料。

以上介紹了幾種常用的納米材料物理制備方法,這些制備方法基本不涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),因此,在控制合成不同形貌結(jié)構(gòu)的納米材料時(shí)具有一定的局限性。

2.2化學(xué)制備方法

2.2.1溶膠―凝膠法

溶膠―凝膠法的化學(xué)過程首先是將原料分散在溶劑中,然后經(jīng)過水解反應(yīng)生成活性單體,活性單體進(jìn)行聚合,開始成為溶膠,進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠。Stephen等利用高分子加成物(由烷基金屬和含N聚合物組成)在溶液中與H2S反應(yīng),生成的ZnS顆粒粒度分布窄,且被均勻包覆于聚合物基體中,粒徑范圍可控制在2nm-5nm之間。Marcus Jones等以CdO為原料,通過加入Zn(CH3)2和S[Si(CH3)3]2制得了ZnS包裹的CdSe量子點(diǎn),顆粒平均粒徑為3.3nm,量子產(chǎn)率(quantum yield,QY)為13.8%。

2.2.2離子液法

離子液作為一種特殊的有機(jī)溶劑,具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),如粘度較大、離子傳導(dǎo)性較高、熱穩(wěn)定性高、低毒、流動性好以及具有較寬的液態(tài)溫度范圍等。即使在較高的溫度下,離子液仍具有低揮發(fā)性,不易造成環(huán)境污染,是一類綠色溶劑。因此,離子液是合成不同形貌納米結(jié)構(gòu)的一種良好介質(zhì)。Jiang等以BiCl3和硫代乙酰胺為原料,在室溫下于離子液介質(zhì)中合成出了大小均勻的、尺寸為3μm―5μm的Bi2S3納米花。他們認(rèn)為溶液的pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件對納米花的形貌和晶相結(jié)構(gòu)有很重要的影響。他們證實(shí),這些納米花由直徑60nm―80 nm的納米線構(gòu)成,隨老化時(shí)間的增加,這些納米線會從母花上坍塌,最終形成單根的納米線。趙榮祥等采用硝酸鉍和硫脲為先驅(qū)原料,以離子液為反應(yīng)介質(zhì),合成了單晶Bi2S3納米棒。

2.2.3溶劑熱法

溶劑熱法是指在密閉反應(yīng)器(如高壓釜)中,通過對各種溶劑組成相應(yīng)的反應(yīng)體系加熱,使反應(yīng)體系形成一個(gè)高溫高壓的環(huán)境,從而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)納米材料的可控合成與制備的一種有效方法。Lou等采用單源前驅(qū)體Bi[S2P(OC8H17)2]3作反應(yīng)物,用溶劑熱法制得了高度均勻的正交晶系Bi2S3納米棒,且該方法適于大規(guī)模生產(chǎn)。Liu等用Bi(NO3)3•5H2O、NaOH及硫的化合物為原料,甘油和水為溶劑,采用溶劑熱法在高壓釜中160℃反應(yīng)24-72 h制得了長達(dá)數(shù)毫米的Bi2S3納米帶。

2.2.4微乳法

微乳液制備納米粒子是近年發(fā)展起來的新興的研究領(lǐng)域,具有制得的粒子粒徑小、粒徑接近于單分散體系等優(yōu)點(diǎn)。1943年Hoar等人首次報(bào)道了將水、油、表面活性劑、助表面活性劑混合,可自發(fā)地形成一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系,體系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圓柱形顆粒組成,并將這種體系定名微乳液。自那以后,微乳理論的應(yīng)用研究得到了迅速發(fā)展。1982年,Boutonnet等人應(yīng)用微乳法,制備出Pt、Pd等金屬納米粒子。微乳法制備納米材料,由于它獨(dú)特的工藝性能和較為簡單的實(shí)驗(yàn)裝置,在實(shí)際應(yīng)用中受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。

4結(jié)論

納米材料由于具有特異的光、電、磁、催化等性能,可廣泛應(yīng)用于國防軍事和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。它不僅在高科技領(lǐng)域有不可替代的作用,也為傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)帶來生機(jī)和活力。隨著納米材料制備技術(shù)的不斷開發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展,工業(yè)化生產(chǎn)納米材料必將對傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。但到目前為止,開發(fā)出來的產(chǎn)品較難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、商品化規(guī)模。主要問題是:對控制納米粒子的形狀、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;納米材料的收集、存放,尤其是納米材料與納米科技的生物安全性更是急待解決的問題。這些問題的研究和解決將不僅加速納米材料和納米科技的應(yīng)用和開發(fā),而且將極大地豐富和發(fā)展材料科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論。

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篇5

論文摘要：納米尺寸開辟科學(xué)新領(lǐng)域，介紹納米材料的神奇特性及在生活中的應(yīng)用。

人類對物質(zhì)世界的研究，曾小到原子、分子，大到宇宙空間。從無限小和無限大兩個(gè)物質(zhì)尺寸去認(rèn)識物質(zhì)，使人們了解到世界是物質(zhì)的。物質(zhì)是由原子或分子構(gòu)成的，原子、分子是保持物質(zhì)化學(xué)、物理理特性的最小微粒。這為人類認(rèn)識世界、改造世界推進(jìn)科學(xué)的向前發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，也產(chǎn)生了一個(gè)個(gè)的科學(xué)原理和定理，推動了人類生產(chǎn)和生活的不斷向前發(fā)展。

隨著科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度以后，大約在1～100納米這個(gè)范圍空間。物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能的物質(zhì)構(gòu)成的材料，即為納米材料。

過去，人們只注意原子、分子，或者宇宙空間，常常忽略他們的中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識到這個(gè)尺度的范圍的性能。第一個(gè)真正認(rèn)識到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家。他們發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電，導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電，也不導(dǎo)熱。材料在尺寸上達(dá)到納米尺度，大約是在1～100納米這個(gè)范圍空間，就會產(chǎn)生特殊的表面效應(yīng)，體積效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，量子隧道效應(yīng)等及由這些效應(yīng)所引起的諸多奇特性能。擁有一系列的新穎的物理和化學(xué)特性，這些特性在光、電、磁、催化等方面具有非常重大應(yīng)用價(jià)值。

近年來，已在醫(yī)藥、生物、環(huán)境保護(hù)和化工等方面得到了應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。

1醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：

目前，國際醫(yī)學(xué)行業(yè)面臨新的決策，那就是用納米尺度發(fā)展制藥業(yè)。納米生物醫(yī)學(xué)就是從動植物中提取必要的物質(zhì)，然后在納米尺度組合，最大限度發(fā)揮藥效，這恰恰是我國中醫(yī)的想法，隨著健康科學(xué)的發(fā)展，人們對藥物的要求越來越高。控制藥物釋放減少副作用，提高藥效，發(fā)展藥物定向治療，必須憑借納米技術(shù)。納米粒子可使藥物在人體內(nèi)方便傳輸。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織，尤其是以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱為"定向?qū)?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滾動，因此可以用檢查和治療身體各部位的病變。利用納米系統(tǒng)檢查和給藥，避免身體健康部位受損，可以大大減小藥物的毒副作用，因而深受人們的歡迎。

2在涂料方面的應(yīng)用；

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，再給涂料中添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐熱、阻燃、耐腐蝕、變色等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射，耐大氣侵害和抗降解等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保結(jié)作用。

在建材產(chǎn)品如玻璃中加入適宜的納米材料，可達(dá)到減少光的透射和熱估遞效果，產(chǎn)生隔熱，阻燃等效果。由于氧化物納米微粒的顏色不同，這樣可以通過復(fù)合控制涂料的顏色，克服碳黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅限粒徑而變，而具有隨角度變色的效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米Tio2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面色彩多樣化。

3在化工方面的應(yīng)用；

化工業(yè)影響到人類生活的方方面面，如果在化工業(yè)中采用納米技術(shù)，將更顯示出獨(dú)特畦力。在橡膠塑料等化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米Sio2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3和SiO2,加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。最近又開發(fā)了食品包裝的TiO2.納米TiO2能夠強(qiáng)烈吸收太陽光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有利污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。4其他生活方面的應(yīng)用：

納米技術(shù)正在悄悄地滲透到老百姓衣、食、住、行各個(gè)領(lǐng)域?；w布料制成的衣服雖然艷麗，但因摩擦容易產(chǎn)生靜電，因而在生產(chǎn)時(shí)加入少量金屬納米微粒，就可以擺脫煩人的靜電現(xiàn)象。不久前，關(guān)于保溫被、保溫衣的電視宣傳，提到應(yīng)用了納米技術(shù)。納米材料可使衣物防靜電、變色、貯光，具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣機(jī)等一些電器時(shí)間長了容易產(chǎn)生細(xì)菌，而采用了納米材料，新設(shè)計(jì)的冰箱、洗衣機(jī)既可以抗菌，又可以除味殺菌。紫外線對人體的害處極大，有的納米微粒卻可以吸收紫外線對人體有害的部分，市場上的許多化妝品正是因?yàn)榧尤肓思{米微粒而具備了防紫外線的功能。傳統(tǒng)的涂料耐洗刷性差，時(shí)間不長墻壁就會變的班駁陸離，納米技術(shù)應(yīng)用之后，涂料的技術(shù)指標(biāo)大大提高，外墻涂料的耐洗刷性提高很多，以前的電視、音響等家電外表一般都是黑色的，被稱為黑色家電，這是因?yàn)榧译娡獗聿牧现斜仨毤尤胩己谶M(jìn)行靜電屏蔽。如今可以通過控制納米微粒的種類，進(jìn)而可控制涂料的顏色，使黑色家電變成彩色家電。

總之，在未來生活中，納米技術(shù)將帶給我們無限的舒心與時(shí)尚，使人類的生存的條件更加優(yōu)越。

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篇6

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100nm）或由納米粒子作為基本單元構(gòu)成的材料．納米粒子也叫超微顆粒，處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，這樣的體系既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，與常規(guī)尺度物質(zhì)相比具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等［1－2］．納米技術(shù)是通過對納米尺度物質(zhì)的操控來實(shí)現(xiàn)材料、器件和系統(tǒng)的創(chuàng)造和利用，例如在原子、分子和超分子水平上的操控．納米技術(shù)應(yīng)用于生物領(lǐng)域產(chǎn)生了納米生物技術(shù)，納米生物技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)對醫(yī)學(xué)產(chǎn)生很大的影響，過去的幾十年中，市場上已經(jīng)出現(xiàn)基于納米技術(shù)的一些藥物，許多具有藥物診斷和藥物傳輸功能的納米材料都可以應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)中．納米技術(shù)打開了微米尺度以外的世界，而細(xì)胞水平上的生理和病理過程都發(fā)生在納米尺度，因此納米技術(shù)將對生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響．納米生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)以及其他技術(shù)的關(guān)系如圖1所示［3］．本文僅對量子點(diǎn)、納米金、碳納米管、氧化鐵和富勒烯等納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景做一綜述．

2納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

2．1量子點(diǎn)

量子點(diǎn)（quantumdots，QDs）是一種粒徑為2～10nm的半導(dǎo)體納米晶，主要包括硒化鎘、碲化鎘、硫化鎘、硒化鋅和硫化鉛等．與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料相比，QDs具有激發(fā)波長可調(diào)、熒光強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)、不易發(fā)生光漂白和同時(shí)激發(fā)多種熒光等優(yōu)點(diǎn)．通過對多種量子點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行激發(fā)，可以達(dá)到多元化檢測的目的，有利于進(jìn)行高通量篩選．QDs的發(fā)射光譜隨尺寸大小和化學(xué)組成變化而有所改變，因此可以通過控制QDs的尺寸和化學(xué)組成使得其發(fā)射光譜覆蓋整個(gè)可見光區(qū)［4］．隨著QDs尺寸的減小，其電子能量的不連續(xù)性產(chǎn)生獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)，因此，QDs可以作為熒光探針用于生物分子成像，進(jìn)行生物分子的識別．Goldman等［5］利用親和素修飾CdSe／ZnSQDs，通過親和素－生物素化抗體的特異性結(jié)合形成熒光納米粒子復(fù)合抗體，探討了在蛋白毒素檢測領(lǐng)域的應(yīng)用前景．Genin等［6］以QDs為探針對半胱氨酸蛋白進(jìn)行檢測，檢測時(shí)間可以持續(xù)到150s，檢測機(jī)理是將QDs與有機(jī)熒光染料分子CrAsH、半胱氨酸依次結(jié)合，利用形成的復(fù)合體進(jìn)行檢測．Liang等［7］研究鏈酶親和素修飾的QDs對mi－croRNA的定量檢測效果，利用QDs發(fā)出的熒光信號對microRNA的含量進(jìn)行測定，最低檢測限達(dá)到0．4fmol．Shepard等［8］利用量子點(diǎn)和Cy3，Cy5熒光染料共同作用，對炭疽桿菌進(jìn)行多元檢測，大大提高了檢測效率，與傳統(tǒng)的雙光色檢測相比體系通量提高了4倍．杜保安等［9］采用水相合成法合成了Mn2＋摻雜CdTe量子點(diǎn)，通過在CdTe量子點(diǎn)中摻雜Mn2＋，進(jìn)一步改良CdTe的發(fā)光性能及熱穩(wěn)定性，擴(kuò)大了量子點(diǎn)的應(yīng)用范圍．聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）因其容易和氨基、羧基、生物素等多種功能化基團(tuán)反應(yīng)而常用于QDs的表面改性，而且PEG還能夠增加QDs的化學(xué)穩(wěn)定性．研究發(fā)現(xiàn)，用低聚PEG－磷酸酯膠束包覆QDs后分散于水中，其熒光強(qiáng)度幾周內(nèi)都不會發(fā)生改變，若分散于磷酸鹽溶液中，80h后熒光強(qiáng)度只降低10％［10］．QDs特殊的光學(xué)性質(zhì)使得它已逐步應(yīng)用于光發(fā)射二極管、生物化學(xué)傳感器、太陽能電池、生物分子成像和納米醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域．

2．2金納米粒子

金納米粒子（AuNPs）具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)、良好的生物相容性、易修飾生物分子以及制備簡單等特點(diǎn)，因此在生物傳感、分子成像、腫瘤治療和藥物傳輸?shù)壬镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛研究．Wang等［11］利用N－羥基琥珀酰亞胺修飾的AuNPs實(shí)時(shí)檢測人體血液中鏈霉素和生物素的相互作用，發(fā)現(xiàn)經(jīng)修飾后的AuNPs具有3μg／mL的低檢出限和3～50μg／mL的寬動態(tài)檢測范圍，為構(gòu)建全血中蛋白檢測和細(xì)胞分析的新型光學(xué)生物傳感器提供了思路．Huang等［12］將金納米棒連接上表皮生長因子抗體后作用于癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)金納米棒附近的分子表現(xiàn)出更強(qiáng)、更敏銳和極化的拉曼光譜，這對于腫瘤的早期準(zhǔn)確檢測成像具有很大意義．Wei等［13］研究了AuNPs和紫杉醇對HepG2肝癌細(xì)胞凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)AuNPs單獨(dú)或與紫杉醇協(xié)同作用可以引起HepG2細(xì)胞凋亡，AuNPs可以增強(qiáng)紫杉醇對HepG2細(xì)胞的抑制和凋亡作用．Tong等［14］研究發(fā)現(xiàn)葉酸結(jié)合的金納米棒在近紅外光照射下可以破壞質(zhì)膜，這是由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子的快速增多進(jìn)而導(dǎo)致肌動蛋白動態(tài)異常造成的．但是，關(guān)于AuNPs的研究還處于初級階段，許多問題尚需進(jìn)一步的深入研究．例如：如何制備各種形態(tài)和結(jié)構(gòu)以及可控成分的AuNPs，如何在治療過程中實(shí)現(xiàn)定向輸送和釋放的靶向性以及使AuNPs作為探針的信號放大以便用于生物檢測等都需要進(jìn)一步的探索．本課題組Liu等［15］研究了AuNPs對成骨細(xì)胞系MC3T3－E1的增殖、分化和礦化功能的影響，結(jié)果表明，20，40nm的AuNPs均促進(jìn)MC3T3－E1細(xì)胞的增殖、分化和礦化功能，且呈現(xiàn)出劑量和時(shí)間依賴性．RT－PCR結(jié)果表明，20，40nm的AuNPs均促進(jìn)runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runx2）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP－2）、堿性磷酸酶（ALP）和骨鈣素（OCN）基因的表達(dá)．結(jié)果顯示，AuNPs能夠促進(jìn)MC3T3－E1細(xì)胞成骨分化及礦化功能，而且影響隨納米顆粒的尺寸變化有所不同．Runx2，BMP－2，ALP和OCN4種基因可能相互影響，從而刺激MC3T3－E1細(xì)胞的成骨分化．實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，與骨中羥基磷灰石晶體尺寸相似的AuNPs可能扮演了一個(gè)晶核的角色，從而刺激其周圍細(xì)胞的增殖、分化和礦化，形成鈣的沉積．隨后Liu等［16］又研究了AuNPs對骨髓基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）增殖、成骨和成脂分化的影響，結(jié)果表明，AuNPs可以促進(jìn)MSCs向成骨方向分化，抑制向成脂方向及成脂橫向分化．結(jié)果揭示了AuNPs是如何進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)活動進(jìn)而影響骨髓基質(zhì)細(xì)胞的功能，對合理設(shè)計(jì)用于組織工程和其他生物醫(yī)學(xué)方面的新材料具有重要意義．

2．3碳納米管

碳納米管（carbonnanotubes，CNTs）的結(jié)構(gòu)，形象地講是由1個(gè)或多個(gè)只含sp2雜化碳原子的石墨薄片卷曲成的納米級圓筒．根據(jù)石墨片層數(shù)不同，CNTs可分為單壁碳納米管（SWCNTs）和多壁碳納米管（MWCNTs）．CNTs的長度從幾百納米到幾毫米不等，但它們的直徑均在納米量級，SWCNTs和MWCNTs的直徑分別在0．4～3．0nm和2～500nm．MWCNTs也是由幾個(gè)石墨片層的圓筒構(gòu)成，層間距在0．3～0．4nm．CNTs可以在藥物供給系統(tǒng)與細(xì)胞之間形成圓筒形的渠道，輸送肽、蛋白質(zhì)、質(zhì)粒DNA或寡核苷酸等物質(zhì)．CNTs還能促進(jìn)骨組織的修復(fù)生長，促進(jìn)神經(jīng)再生，減少神經(jīng)組織瘢痕產(chǎn)生．Kam等［17］將CNTs胺基修飾后，通過生物素連接具有熒光的抗生素蛋白鏈菌素，孵育白血病細(xì)胞HL60一定時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光，且隨CNTs濃度和孵育時(shí)間的延長，熒光強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，證明CNTs能將大分子蛋白載入HL60細(xì)胞內(nèi)．Feazell等［18］研究胺基化的SWCNTs運(yùn)輸鉑（Ⅳ）復(fù)合物的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉑（Ⅳ）復(fù)合物以胺基化SWCNTs為載體進(jìn)入癌細(xì)胞，并且其細(xì)胞毒性比連接前高出100多倍，為提高腫瘤化療藥物的敏感性提供了新思路．Zhang等［19］采用原代培養(yǎng)小鼠成骨細(xì)胞（OBs）為模型，研究了SWCNTs（直徑＜2nm）、DWCNTs（直徑＜5nm）和MWCNTs（直徑＜10nm）對OBs增值、分化和礦化功能的影響，結(jié)果表明，它們均抑制OBs的增殖、橫向分化和礦化功能，且呈現(xiàn)時(shí)間和劑量依賴性，并且明顯抑制了OBs中Runx－2和Col－Ⅰ蛋白的表達(dá)水平．Liu等［20］進(jìn)一步研究了SWCNTs（直徑＜2nm）和MWCNTs（直徑＜10nm）對骨髓基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）增殖、成骨分化、成脂分化和礦化的影響，結(jié)果表明，SWCNTs和MWCNTs明顯抑制了MSCs的增殖，且呈現(xiàn)出了劑量依賴關(guān)系．SWCNTs和MWCNTs抑制MSCs增殖和成骨分化的機(jī)制可能是通過調(diào)節(jié)依賴于Smad的骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）信號通路而起作用．結(jié)果提示，CNTs對OBs和MSCs的生長起著重要的調(diào)控作用，其生物安全性評價(jià)還需進(jìn)行充分研究以便將來進(jìn)行合理設(shè)計(jì)用于生物醫(yī)學(xué)．由于碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其外表面既可以非共價(jià)吸附各種分子，還可以共價(jià)鍵合多種化學(xué)基團(tuán)，內(nèi)部則可以包埋小分子，從而提高了其表面負(fù)載率及實(shí)現(xiàn)增溶和靶向等．在生物醫(yī)學(xué)上，鑒于碳納米管具有的生物膜穿透性和相對低的細(xì)胞毒性，在藥物傳遞方面具有較好的應(yīng)用前景．碳納米管的應(yīng)用給腫瘤的診斷與治療帶來了新的機(jī)遇，隨著對其用作藥物載體的深入研究，低毒高效的修飾性碳納米管有望在將來廣泛應(yīng)用于臨床［21］．

2．4氧化鐵納米粒子

氧化鐵納米粒子由于具有超順磁性，是一類具有可控尺寸、能夠外部操控并可用于核磁共振成像（MRI）造影的材料．這使得氧化鐵納米粒子廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)提純、醫(yī)學(xué)影像、藥物傳輸和腫瘤治療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域．Wang等［22］采用一種新方法將色酮偶聯(lián)到Fe3O4納米顆粒上，合成的結(jié)合物使色酮在培養(yǎng)基中的溶解度急劇增加，從而使HeLa細(xì)胞吸收色酮能力增強(qiáng)，結(jié)合物能更有效抑制HeLa細(xì)胞增殖，這種色酮耦合的Fe3O4納米粒子可以作為多功能輸送系統(tǒng)用于診斷和治療．Wei等［23］研究發(fā)現(xiàn)Fe3O4納米顆?？梢蕴禺愋詸z測H2O2和葡萄糖，并且具有很高的靈敏度．結(jié)果顯示，對H2O2的檢測精度可達(dá)到3×10－6mol／L，對葡萄糖的檢測精度達(dá)到5×10－5～1×10－3mol／L．Xie等［24］發(fā)展了一種新方法用于制備超微磁性納米顆粒，其中小配體4－甲基苯膦二酚用作表面活性劑來穩(wěn)定顆粒的表面，其與氧化鐵表面具有很強(qiáng)的螯合作用，進(jìn)而與環(huán)狀多肽鏈接，可用于靶向診斷腫瘤細(xì)胞．劉磊等［25］通過化學(xué)共沉淀法制備了鐵磁性納米粒子（FeNPs），并以W／O反相微乳法制備了包埋熒光染料三聯(lián)吡啶釕配合物Ru（bpy）2＋3的二氧化硅納米粒子（SiNPs）和二氧化硅磁性納米粒子（Si／FeNPs），并研究了不同濃度的FeNPs，SiNPs和Si／FeNPs對肝癌細(xì)胞HepG2的增殖、細(xì)胞周期、表面形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明FeNPs對HepG2細(xì)胞增殖和周期沒有顯著影響，SiNPs和Si／FeNPs能夠促進(jìn)細(xì)胞生長分裂，具有促增殖作用；SiNPs和Si／FeNPs通過細(xì)胞膜的包吞作用隨機(jī)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)入細(xì)胞后，不影響細(xì)胞的形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)．實(shí)驗(yàn)結(jié)果對進(jìn)一步研究修飾特異性抗體、蛋白或負(fù)載抗癌藥物之后的二氧化硅納米粒子在一定交變磁場作用下的抗腫瘤效果具有重要意義．氧化鐵納米粒子是目前國內(nèi)外大力研究的一種新型靶向給藥系統(tǒng)，應(yīng)用前景十分廣泛．但是成功應(yīng)用于活體腫瘤靶向納米探針和納米載藥體目前仍然存在很多障礙：1）表面進(jìn)行化學(xué)修飾后，氧化鐵納米納米粒子的磁化量降低；2）納米氧化鐵上嵌入配基結(jié)合位點(diǎn)可能會降低它的靶向特異性，并且所載藥物常常在內(nèi)涵體或溶酶體中釋放，而不是靶細(xì)胞的胞質(zhì)；3）在到達(dá)腫瘤組織之前，結(jié)合或封裝的化療藥物在血液中很快釋放．氧化鐵納米粒子和其他可生物降解的、生物相容性好的聚合物微團(tuán)的結(jié)合可能會解決上述問題．可以預(yù)期，隨著人們對磁性納米粒子聚合物研究的不斷深入，磁性納米氧化鐵粒子將在腫瘤的診斷及治療中發(fā)揮越來越重要的作用．

2．5富勒烯

富勒烯（C60）是一個(gè)由12個(gè)五元環(huán)和20個(gè)六元環(huán)組成的球形三十二面體，外形酷似足球，直徑為0．71nm．六元環(huán)的每個(gè)碳原子均以雙鍵與其他碳原子結(jié)合，形成類似苯環(huán)的結(jié)構(gòu)．富勒烯、金屬內(nèi)嵌富勒烯及其衍生物由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用．如抗氧化活性和細(xì)胞保護(hù)作用、抗菌活性、抗病毒作用、藥物載體和腫瘤治療等［26］．Hu等［27］發(fā)現(xiàn)丙氨酸修飾的水溶性富勒烯衍生物能夠抑制過氧化氫誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，其機(jī)制是通過清除細(xì)胞內(nèi)外活性氧而抑制細(xì)胞凋亡．Yin等［28］研究發(fā)現(xiàn)C60（C（COOH）2）2，C60（OH）22和Gd＠C82（OH）223種富勒烯衍生物可以降低細(xì)胞內(nèi)活性氧水平來保護(hù)過氧化氫誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷，其清除的活性氧自由基包括超氧陰離子、單線態(tài)氧和羥基自由基等．Mashino等［29］研究發(fā)現(xiàn)甲基吡咯碘修飾的富勒烯衍生物可以通過抑制大腸桿菌的能量代謝對其活性起到抑制作用．Chen等［30］發(fā)現(xiàn)Gd＠C82（OH）22能有效抑制腫瘤生長并對機(jī)體不產(chǎn)生任何毒性，其對H22肝癌動物模型抗腫瘤效率比環(huán)磷酰胺和順鉑都高，其抑瘤效果并不像傳統(tǒng)藥物對腫瘤的直接殺傷作用，而是通過其他機(jī)制來完成．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Gd＠C82（OH）22能提高免疫應(yīng)答能力，促進(jìn)巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞分泌IL－2，TNF－α和IFN－γ等一系列免疫因子，同時(shí)促進(jìn)血液中T細(xì)胞亞型Th1型因子IL－2，IFN－γ和TNF－α的分泌，說明它的抑制腫瘤生長效果有可能是通過激活機(jī)體免疫功能實(shí)現(xiàn)的［31］．Zhou等［32］采用差速離心和ICP－MS測定方法研究了Gd＠C82（OH）22在荷瘤小鼠組織中的亞細(xì)胞分布情況，結(jié)果表明此納米顆?？梢赃M(jìn)入細(xì)胞，其亞細(xì)胞分布模式與GdCl3顯著不同，Gd＠C82（OH）22在動物體內(nèi)是以整個(gè)完整碳籠形式存在，且在代謝過程中碳籠不會打開釋放出內(nèi)部的Gd3＋．隨后研究了Gd＠C82（OH）22和C60（OH）22對荷Lewis肺轉(zhuǎn)移瘤小鼠氧化應(yīng)激水平的影響，發(fā)現(xiàn)2種富勒烯衍生物可以通過清除自由基抑制脂質(zhì)過氧化下調(diào)氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)，降低由于腫瘤轉(zhuǎn)移到肺造成的肺損傷［33］．這些結(jié)果都為解釋Gd＠C82（OH）22納米顆粒的抗腫瘤生長機(jī)制提供了證據(jù)，對開展金屬富勒烯在抗腫瘤藥物領(lǐng)域的研究具有很大意義．

篇7

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。

（3）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體（如O2、NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發(fā)生反應(yīng)而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團(tuán)方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時(shí)，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細(xì)Al（OH）3粒子，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)選用相應(yīng)的模式。

2微乳反應(yīng)器的形成及結(jié)構(gòu)

和普通乳狀液相比，盡管在分散類型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作為納米粒子制備的反應(yīng)器。但是微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，它的形成是自發(fā)的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術(shù)要求不高，并且液滴粒度可控，實(shí)驗(yàn)裝置簡單且操作容易，所以微乳反應(yīng)器作為一種新的超細(xì)顆粒的制備方法得到更多的研究和應(yīng)用。

2．1微乳液的形成機(jī)理

Schulman和Prince等提出瞬時(shí)負(fù)界面張力形成機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為：油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低，一般為l～10mN／m，但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑，由于產(chǎn)生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達(dá)10-3～10-5mN／m，甚至瞬時(shí)負(fù)界面張力Y＜0。但是負(fù)界面張力是不存在的，所以體系將自發(fā)擴(kuò)張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復(fù)為零或微小的正值，這種瞬時(shí)產(chǎn)生的負(fù)界面張力使體系形成了微乳液。若是發(fā)生微乳液滴的聚結(jié)，那么總的界面面積將會縮小，復(fù)又產(chǎn)生瞬時(shí)界面張力，從而對抗微乳液滴的聚結(jié)。對于多組分來講，體系的Gibbs公式可表示為：

--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi

（式中γ為油/水界面張力，Гi為i組分在界面的吸附量，ui為I組分的化學(xué)位，Ci為i組分在體相中的濃度）

上式表明，如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分（Г＞0），一般中等碳鏈的醇具有這一性質(zhì)，那么體系中液滴的表面張力進(jìn)一步下降，甚至出現(xiàn)負(fù)界面張力現(xiàn)象，從而得到穩(wěn)定的微乳液。不過在實(shí)際應(yīng)用中，對一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外，它們在無需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩(wěn)定的微乳體系，這和它們的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2．2微乳液的結(jié)構(gòu)

RObbins，MitChell和Ninham從雙親物聚集體的分子的幾何排列角度考慮，提出了界面膜中排列的幾何排列理論模型，成功地解釋了界面膜的優(yōu)先彎曲和微乳液的結(jié)構(gòu)問題。

目前，有關(guān)微乳體系結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究方法獲得了較大的發(fā)展，較早采用的有光散射、雙折射、電導(dǎo)法、沉降法、離心沉降和粘度測量法等；較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態(tài)和動態(tài)熒光探針法、NMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。

3微乳反應(yīng)器的應(yīng)用――納米顆粒材料的制備

3．1納米催化材料的制備

利用W／O型微乳體系可以制備多相反應(yīng)催化劑，Kishida。等報(bào)道了用該方法制備

Rh／SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP－5/環(huán)已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑NP－5的濃度為0.5mol/L，氯化銠在溶液中濃度為0．37mol／L，水相體積分?jǐn)?shù)為0．11。25℃時(shí)向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇鋯的環(huán)乙烷溶液，強(qiáng)烈攪拌加熱到40℃而生成淡黃色沉淀，離心分離和乙醇洗滌，80℃干燥并在500℃的灼燒3h，450℃下用氧氣還原2h，催化劑命名為“ME”。通過性能檢測，該催化劑活性遠(yuǎn)比采用浸漬法制得的高。

3．2無機(jī)化合物納粒的制備

利用W／O型微乳體系也可以制備無機(jī)化合物，鹵化銀在照像底片乳膠中應(yīng)用非常重要，尤其是納米級鹵化銀粒子。用水一AOT一烷烴微乳體系合成了AgCl和AgBr納米粒子，AOT濃度為0．15mol／L，第一個(gè)微乳體系中硝酸銀為0．4mol／L，第二個(gè)微乳體系中NaCl或NaBr為0．4mol／L，混合兩微乳液并攪拌，反應(yīng)生成AgCl或AgBr納米顆粒。

又以制備CaCO3為例，微乳體系中含Ca(OH)2，向體系中通入CO2氣體，CO2溶入微乳液并擴(kuò)散，膠束中發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3顆粒，產(chǎn)物粒徑為80～100nm。

3．3聚合物納粒的制備

利用W／O型微乳體系可以制備有機(jī)聚丙烯酸胺納粒。在20mlAOTt――正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亞甲基雙丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入過硫酸銨作為引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下聚合，所得產(chǎn)物單分散性較好。

3．4金屬單質(zhì)和合金的制備

利用W／O型微乳體系可以制備金屬單質(zhì)和合金，例如在AOT－H2O－n―heptane體系中，一種反相微膠束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微膠束中含有0.2mol/LNaBH4，混合攪拌，產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥并在300℃惰性氣體保護(hù)下結(jié)晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0．0564mol/L，F(xiàn)eC12和0．2mol／LNiCl2，另一體系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合兩微乳體系進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)庚烷、丙酮洗滌，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。

3．5磁性氧化物顆粒的制備

利用W／O型微乳體系可以制備氧化物納米粒子，例如在AOT－H2O－n－h(huán)eptane體系中，一種乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一體系中含有NH4OH，混合兩種微乳液充分反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)離心，用庚烷、丙酮洗滌并干燥，可以得到Fe3O4納粒（r=4nm）。

3．6高溫超導(dǎo)體的制備

利用W／O型微乳體系可以合成超導(dǎo)體，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中，一個(gè)含有機(jī)釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液，三者之比為1：2：3；另一個(gè)含有草酸銨溶液作為水相，混合兩微乳液，產(chǎn)物經(jīng)分離，洗滌，干燥并在820℃灼燒2h，可以得到Y(jié)－Ba－Cu―O超導(dǎo)體，該超導(dǎo)體的Tc為93K。另外在陰離子表面活性劑IgegalCO－430微乳體系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的鹽及草酸鹽溶液，最終可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu―O超導(dǎo)體，經(jīng)DC磁化率測定，可知超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度為Tc＝112K，和其它方法制備的超導(dǎo)體相比，它們顯示了更為優(yōu)越的性能。

目前對納米顆粒材料的研究方法比較多，較直接的方法有電鏡觀測（SEM、TEM、STEM、STM等）；間接的方法有電子、X一射線衍射法（XRD），中子衍射，光譜方法有EXAFS，NEXAFS，SEX－AFS，ESR，NMR，紅外光譜，拉曼光譜，紫外一可見分光光度法（UV－VIS），熒光光譜及正電子湮沒，動態(tài)激光光散射（DLS）等。

篇8

近年來，隨著生命科學(xué)、生物技術(shù)、磁分離技術(shù)和生物探針以及傳感器應(yīng)用科學(xué)等領(lǐng)域的交叉融合，一門新興的學(xué)科領(lǐng)域———化學(xué)磁傳感和生物探針逐漸成為研究的熱點(diǎn)．而蓬勃發(fā)展的納米技術(shù)，特別是具有一些特殊性質(zhì)的磁性納米材料的出現(xiàn)及其應(yīng)用，促進(jìn)了新型的、靈敏的化學(xué)磁傳感器和生物探針的快速發(fā)展［1－2］．在方法上，追求高靈敏度和高選擇性的趨勢導(dǎo)致科學(xué)研究由宏觀向微觀、介觀尺度邁進(jìn)，出現(xiàn)了許多新型的磁傳感器［3］;在技術(shù)上，利用交叉學(xué)科方法將磁性納米材料與光、熱、靶向等特殊功能有機(jī)地結(jié)合并運(yùn)用于磁傳感器和生物探針上，從而實(shí)現(xiàn)了在分子甚至原子水平上進(jìn)行實(shí)時(shí)、現(xiàn)場和活體監(jiān)測的目的［4］;在應(yīng)用上，磁性納米材料在外磁場獨(dú)特的弛豫性能以及修飾以后良好的生物相容性，為研究生命現(xiàn)象中的某些基本過程提供了可能［5］．本文作者從磁性納米材料的功能角度出發(fā)，簡述近幾年來其在化學(xué)磁傳感和生物探針中的研究進(jìn)展，并對其發(fā)展前景做出展望．

1磁性納米材料在化學(xué)生物磁傳感中的應(yīng)用

納米材料是指三維空間尺寸至少有一維處于納米級(通常為0．1～100nm)的材料．納米材料由于其特殊的尺寸分布，其具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，表現(xiàn)出一系列特有的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)以及催化性能．在化學(xué)磁傳感和生物探針應(yīng)用方面，磁性納米材料主要起到以下幾種作用:(1)在外界磁場下利用磁分離技術(shù)分離一些生物分子或生物體;(2)探測一些細(xì)菌、DNA以及其他生物分子;(3)磁性納米材料自組裝;(4)其他生物應(yīng)用．

1．1在外界磁場下利用磁分離技術(shù)分離一些生物分子或生物體

磁性納米粒子由于具有良好的磁學(xué)性能，在外界磁場作用下磁性納米粒子可以發(fā)生聚集，利用這一性質(zhì)，在納米粒子表面修飾一些與病原體特異結(jié)合的分子后可以起到分離一些病毒以及凈化環(huán)境等作用．美國托萊多大學(xué)Huang課題組［6］(圖1)將四氧化三鐵納米粒子用正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾后，再修飾了一種能與大腸肝菌特異結(jié)合的甘油衍生物，把修飾之后的納米粒子加入到含有病原體的培養(yǎng)基中讓其孵育一段時(shí)間，在外界磁場作用下磁性納米粒子得到富集，進(jìn)而分離了病原體，達(dá)到排除污染物的目的．香港理工大學(xué)Xu課題組［7］(圖2)利用同樣的原理在FePt納米粒子表面接上了萬古霉素，萬古霉素和葡萄球菌發(fā)生特異的結(jié)合，從而達(dá)到捕獲和分離葡萄球菌的目的，他們又報(bào)道了萬古霉素在較低濃度下還可以捕獲革蘭氏陰性的其他細(xì)菌［8］

．1．2探測一些細(xì)菌、DNA以及其他生物分子

生物兼容性的磁性納米傳感器可以用來探測生物環(huán)境中一些病原體和生物分子;由于靶向的作用，引起納米傳感器橫向弛豫時(shí)間(T2)的改變，從而根據(jù)NMR/MRI技術(shù)來探測生物分子．美國哈佛醫(yī)學(xué)院JanGrimm［9－10］(圖3)等人，發(fā)明了一種在生物樣品內(nèi)快速檢測端粒酶活性的納米磁傳感器:先將氧化鐵磁性納米粒子修飾為外端帶－NH2的水溶性納米粒子，然后通過硫醚作用耦聯(lián)上低核苷酸，該核苷酸上的基因堿基對和端粒酶的基因堿基對有特定的結(jié)合作用，被核甘酸修飾之后的氧化鐵納米粒子在有端粒酶的環(huán)境中可以發(fā)生自組裝，利用氧化鐵納米粒子自組裝和非自組裝兩種不同狀態(tài)下T2值的大小以及T2加權(quán)成像來檢測生物樣品中端粒酶的活性．這種方法還可以用來高效率的檢測mRNA、蛋白質(zhì)［11－13］和抗體［14］以及其他蛋白酶的生物活性［15－17］．美國佛羅里達(dá)大學(xué)J．ManuelPerez［17］(圖4)等人報(bào)道了一種一步法靶向探測細(xì)菌的磁性納米傳感器:超順磁性四氧化三鐵納米粒子通過G蛋白作用在其表面耦聯(lián)上類結(jié)核病細(xì)菌(MAP)的抗體，選擇了最優(yōu)的納米粒子濃度和T2弛豫值，然后加入少量的MAP細(xì)菌，由于抗體和抗原的特異性結(jié)合，納米粒子會連接到細(xì)菌表面并發(fā)生自組裝，若加入過量的MAP細(xì)菌，四氧化三鐵納米粒子之間競爭細(xì)菌，形成準(zhǔn)平衡態(tài)即使得納米粒子會相對分散，根據(jù)磁性納米粒子在分散和富集不同狀態(tài)時(shí)T2值變化來探測MAP細(xì)菌，實(shí)驗(yàn)中還加入其他細(xì)菌如(E．coli，Staph，Enterococ，poroteus)作為對照，結(jié)果在其他細(xì)菌條件下T2值不發(fā)生變化，由此說明這種探測方法可以達(dá)到靶向作用;最近他們又報(bào)道了通過改變納米粒子表面耦聯(lián)抗體數(shù)量的多少來定量探測牛奶中MAP細(xì)菌的數(shù)量［18－19］．

1．3磁性納米材料自組裝

磁性納米材料可以進(jìn)行表面功能化，修飾后的磁性納米材料在特定的生物環(huán)境中就會發(fā)生自組裝，通過動態(tài)激光光散射(DLS)表征可以檢測納米材料自組裝后的粒徑大小，也可以用這種方法來檢測一些生物體．RalphWeissleder等人(圖5)［20］，將粒徑均一的四氧化三鐵納米粒子修飾上葡聚糖，粒徑大小為(46±0．6)nm，然后通過氮－琥珀酸亞氨－3(2－吡啶二硫代)－酸酯(SPDP)和G蛋白質(zhì)的耦聯(lián)作用，將單純皰疹病毒(HSV－1)抗體固定在已功能化的四氧化三鐵納米粒子表面，由于病毒和抗體的特定結(jié)合，加入HSV病毒后，HSV和納米粒子發(fā)生了特定的結(jié)合，納米粒子發(fā)生了團(tuán)聚，用DLS可以觀測到30min后，粒徑大小達(dá)到了(494±23)nm，T2值的變化也證明納米粒子發(fā)生了自組裝．KeithP．Johnston等人［21］用羥胺做促結(jié)晶劑在葡聚糖交聯(lián)的四氧化三鐵納米粒子溶液中滴加HAuCl4溶液，形成四氧化三鐵表面連接一層金殼的核－殼結(jié)構(gòu)，可以通過控制反應(yīng)前驅(qū)體的濃度來控制金殼的厚度，由于金殼的存在四氧化三鐵粒子之間范德華力增加，導(dǎo)致了金對四氧化三鐵的哈梅克常數(shù)增大;又因?yàn)槠暇厶堑慕贿B作用，核－殼結(jié)構(gòu)的金和四氧化三鐵材料形成粒徑約為30nm的納米花，這種自組裝結(jié)構(gòu)利用四氧化三鐵的磁學(xué)性質(zhì)做磁共振成像造影劑，也可以利用金的近紅外吸收性質(zhì)做熱療．RalphWeissleder等人(圖5)［22］通過辛二酸作為交連劑在葡聚糖包裹的四氧化三鐵納米粒子表面耦聯(lián)上血清素，向修飾后的納米粒子溶液中加入過氧化氫和過氧化氫酶，過氧化氫酶在催化過氧化氫分解過程中，四氧化三鐵納米粒子表面的血清素作為電子給予體與血清素結(jié)合，從而使四氧化三鐵納米粒子發(fā)生了自組裝，DLS表征證明四氧化三鐵粒子大小由原來的50nm團(tuán)聚到450nm，因?yàn)檫^氧化氫酶存在于一些炎癥和冠狀動脈疾病中，可根據(jù)材料T2值的變化以及磁共振成像來診斷細(xì)胞內(nèi)是否發(fā)生病變．

1．4其他生物應(yīng)用

磁性納米粒子傳感器除了以上幾種作用外，在其他方面如DNA－切割試劑，磁開關(guān)中也有一些應(yīng)用［23～24］．美國J．ManuelPerez［25］(圖6)課題組在四氧化三鐵納米粒子表面修飾葡聚糖，由于刀豆凝集素不僅可以和葡聚糖的特定位點(diǎn)結(jié)合而且也可以與細(xì)菌培養(yǎng)基(MH肉湯)中淀粉發(fā)生特異性結(jié)合，通過這一原理，根據(jù)T2弛豫率值的變化來評估血液中抑菌劑的殺菌效果．這種方法具有以下特點(diǎn):(1)可以快速確定細(xì)菌培養(yǎng)基中碳水化合物的量，(2)快速評估細(xì)菌活性，(3)快速確定血液中抑菌劑的最低抑制濃度．RalphWeissleder等人［26］(圖6)報(bào)道了一種探測低核苷酸序列的磁性納米傳感器:在Fe2O3/Fe3O4晶體表面先耦聯(lián)上葡聚糖，然后將納米粒子表面修飾上氨基，使其成為水溶性的納米粒子，用SP-DP作為連接器連接兩種帶有不同硫醇基的低核苷酸，稱之為P1、P2，如果向納米粒子溶液中加入互補(bǔ)的核苷酸堿基對，加入后的低核苷酸堿基對與P1、P2發(fā)生DNA序列的特殊配對作用，P1、P2連接起來，使得納米粒子發(fā)生了團(tuán)聚，利用這種磁性納米粒子T2馳豫率值的變化來探測低核苷酸序列．

篇9

一、材料

H7650透射電子顯微鏡(加速電壓為100kV，日本Hitachi公司);Super40場發(fā)射掃描電子顯微鏡(德國Zeiss公司)。硝酸釓六水合物(gadolinium(iii)nitrate，Gd(NO)3•6H2O，美國AlfaAesar公司);一縮二乙二醇(diethyleneglycol，DEG)、氫氧化鈉、乙醇、戊巴比妥(pentobarbital)購自中國上海國藥集團(tuán)。實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純，在使用前未經(jīng)進(jìn)一步提純。凹凸棒由安徽國星生物化學(xué)有限公司贈送。普通級實(shí)驗(yàn)用雌性新西蘭大白兔，購于金陵種兔場，生產(chǎn)許可證:Scxk(蘇)2012-0003。

二、方法

1納米材料ATP-Gd的合成100mgATP溶于15mLDEG中，超聲破碎20min，和902．5mg濃度為2mmol的Gd(NO3)3一起加入到50mL的單頸燒瓶中，600r•min－1攪拌過夜。新制2．5mmolNaOH(100mg溶于1mL水中，加入5mLDEG)，攪拌均勻。加入NaOH后，單頸燒瓶在油浴中加熱，同時(shí)磁子均勻攪拌。140℃加熱1．5h后，再升溫至180℃加熱4h。8000r•min－1離心20min，第1次離心后分散于20mL乙醇，第2次離心后分散于水中，用水離心2次，定容于10mL水中保存。同時(shí)取100μL制ICP樣，以確定材料內(nèi)Gd元素的濃度。

2MRI檢測將納米顆粒膠體溶液配成濃度為1，0．75，0．5，0．25，0．125mmol•L－1的4mL體系溶液，裝于5mL離心管中。在MRI測試時(shí)，所有的樣品管均浸泡在水模標(biāo)準(zhǔn)液(NiSO4溶液)中。為了獲取較好的成像效果，在掃描中采用膝關(guān)節(jié)線圈，利用自旋回波序列(SE)對樣品進(jìn)行掃描:重復(fù)時(shí)間(repetitiontime，TR)為400ms;回波時(shí)間(echotime，TE)為8.7ms;掃描視野(fieldofview，F(xiàn)OV)為240mm×240mm;采集矩陣(acquisitionmatrix)為256×233;層厚5mm。普通級實(shí)驗(yàn)用新西蘭大白兔使用電子秤稱重。用3%的戊巴比妥，按照1mL•kg－1的劑量耳緣靜脈注射。若3min后兔子未處于深度麻醉狀態(tài)(可采用眨眼反射評估)，再以0．2mL•kg－1的劑量逐次增加麻藥量。大白兔采取仰臥位姿勢，四肢向兩側(cè)水平展開，并固定于自制的非金屬固定架上，在大白兔的前肢靜脈上預(yù)先留置1個(gè)留置針并連接充滿造影劑的注射器。掃描前首先把大白兔以頭先進(jìn)的進(jìn)床方式連同固定架放入頭、頸聯(lián)合線圈中，調(diào)整位置至線圈中央，打開掃描儀定位光標(biāo)，將線圈的中心位置與定位光標(biāo)重合，然后將掃描床移至磁體掃描孔洞的中心。首先掃描T2WI橫斷面、冠狀面和矢狀面的圖像，主要的掃描參數(shù)為:T2W:TR3500ms，TE:102ms;FOV:155mm×180mm;Matrix:276×320;層厚3mm。然后使用三維擾相梯度回波序列(FLASH3D)掃描大白兔頭頸部及胸腹部血管，主要的掃描參數(shù)為:TR3．6ms，TE:1．65ms;FOV:210mm×280mm;Matrix:288×512;層厚0．7mm。在注射造影劑前先期掃描1次作為蒙片，隨后從前肢皮下靜脈注射材料(劑量為10mg•kg－1，流速為1mL•s－1)，材料注射完成后以相同流率團(tuán)注等量生理鹽水沖管，同時(shí)開始再次以相同參數(shù)的FLASH3D序列掃描，最后對造影前后的圖像采用減影處理并導(dǎo)入三維工作站進(jìn)行最大強(qiáng)度投影(MIP)，得到大白兔血管的三維影像。3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析數(shù)據(jù)處理采用OriginPro7．5軟件分析，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(x珋±s)表示。

三、結(jié)果

1ATP-Gd納米材料的形貌表征采用電子顯微鏡觀察水相法合成制備的納米級ATP-Gd的形貌。從掃描電子顯微鏡(SEM)照片(圖1)可以看到，材料的尺寸較為均一，長度為200～800nm，直徑為40nm左右;透射電子顯微鏡(TEM)照片(圖2)進(jìn)一步表明該納米材料分散性良好，能辨析出以凹凸棒為模板的負(fù)載結(jié)構(gòu)，且未見有團(tuán)聚現(xiàn)象。

2材料的生物安全性分析

以醫(yī)用生理鹽水(normalsaline，NS)及普通純化水(distilledwater)為陰陽對照組，考察該材料對血液樣本的溶血現(xiàn)象。結(jié)果見圖3，ATP-Gd無溶血作用，這為材料在靜脈注射等后續(xù)臨床操作和臨床應(yīng)用中打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。3體外MRI為評估納米級ATP-Gd在3．0T強(qiáng)度的磁場下造影成像的性能和效果，本實(shí)驗(yàn)測定了該納米材料在水溶液中的成像效果(圖4a)，并計(jì)算了其弛豫率的大小(圖4b)。在3．0T的磁場條件下，隨著釓離子濃度的降低，材料在水溶液中的T1成像效果具有逐漸變暗變?nèi)醯内厔?。對材料縱向弛豫率的測定及后續(xù)計(jì)算可知，材料的r1為3．03mmol•L－1•s－1，與商品化的釓噴酸葡胺(同樣條件下測得r1值為3．88mmol•L－1•s－1)成像性能類似。證明該材料可作為良好的T1磁成像造影劑。4體內(nèi)MRA成像掃描大白兔的MRA效果如圖5所示。血管增強(qiáng)效果明顯，且局部小血管顯示清晰。說明材料具有非常優(yōu)異的微小病灶成像的潛質(zhì)。該材料在體內(nèi)注射15min后已無明顯的血管增強(qiáng)效果，表明此時(shí)該材料已經(jīng)基本從血管中被清除。

四、討論

篇10

關(guān)鍵詞 納米材料 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 評價(jià)機(jī)制

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

"Nano-materials" Course Design and Teaching Exploration

LI Hongping， CHEN Beibei

（School of Material Science & Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013）

Abstract Nano-material is an emerging interdisciplinary， involving a number of areas materials， physics， chemistry， biology and so on. Emerge and flourish nanotechnology nano-technology and new materials， and on the "nano-materials" teaching activities proposed new requirements. In this paper， the characteristics of the course， with its own teaching experience， mainly from three aspects determine the arrangement of teaching content， select teaching methods and evaluation mechanisms conducted to explore the system in order to achieve good teaching， students of the scientific spirit and ability to innovate.

Key words nano-materials; course design; teaching methods; evaluation mechanism

1990年7月在美國巴爾的摩召開了第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會議，正式把納米材料作為材料科學(xué)的一個(gè)新分支公布于世，從而納米材料科學(xué)作為一個(gè)相對比較獨(dú)立的學(xué)科誕生。①本文結(jié)合納米材料課程的特點(diǎn)、重要性以及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，擬從課程教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的選取以及評價(jià)機(jī)制的確定三個(gè)方面對高等院校材料類專業(yè)本科生進(jìn)行納米材料課程教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1 課程特點(diǎn)概述

相比于其它發(fā)展相對成熟的課程，納米材料是一門前瞻性、創(chuàng)新性、專業(yè)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，涉及物理、化學(xué)、材料、生物、能源等領(lǐng)域，具有涵蓋范圍廣、知識點(diǎn)復(fù)雜、概念抽象以及知識更新快的特點(diǎn)。②傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不能滿足課程的教學(xué)要求，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段也不能很好地滿足納米材料課程的教學(xué)要求。比如在教材選擇方面，由于納米材料是一門交叉學(xué)科，涵蓋的領(lǐng)域眾多，再加上知識更新速度快，教材的更新速度跟不上知識點(diǎn)內(nèi)容的更新速度，所以采用單一的教材、沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)方法講授納米材料這門課程很難達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)。因此，根據(jù)該課程特點(diǎn)，合理地安排教學(xué)內(nèi)容，恰當(dāng)?shù)剡x擇教學(xué)模式和評價(jià)機(jī)制，對于完成納米材料課程教學(xué)目標(biāo)具有重要意義。

2 教學(xué)內(nèi)容的安排

納米材料課程涵蓋了納米科技的整個(gè)領(lǐng)域，它的內(nèi)容多、范圍廣、更新快等特點(diǎn)，且需要在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)將整個(gè)納米材料領(lǐng)域講授給學(xué)生，這就需要教學(xué)內(nèi)容條理清晰，重點(diǎn)突出，邏輯性強(qiáng)，同時(shí)要結(jié)合納米材料最新研究進(jìn)展，以點(diǎn)帶面，合理優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，筆者從廣度和深度的統(tǒng)一、基礎(chǔ)與前沿的兼顧、新舊內(nèi)容的銜接等方面考慮，合理安排教學(xué)內(nèi)容。具體如下：（1）納米材料的概念：從納米材料的新奇特性開始，引入納米材料的基本概念、發(fā)展史、分類方法，在內(nèi)容編排上注重引入最新研究成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）納米材料的結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)：該部分內(nèi)容是理解納米材料特殊性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是該課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。在講述過程中，結(jié)合納米材料應(yīng)用實(shí)例（如：納米二氧化鈦光催化特性的原因及相關(guān)應(yīng)用等），加深學(xué)生對納米材料特性的理解和掌握。（3）納米材料的制備方法及表征手段：納米材料的制備方法主要有：氣相法、液相法和固相法。氣相法中重點(diǎn)講述物理氣相法和化學(xué)氣相法的原理及特點(diǎn)。液相法中重點(diǎn)講述共沉淀法、水熱法、溶膠―凝膠法的原理及應(yīng)用條件等。在固相法中重點(diǎn)講述機(jī)械粉碎法和固相反應(yīng)法的特點(diǎn)。納米材料的主要分析測試手段包括：掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、激光粒度儀等，重點(diǎn)講述測試儀器的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍，讓學(xué)生掌握納米材料的分析表征的主要方法。（4）納米材料的理化特性及應(yīng)用領(lǐng)域：回憶前面納米材料結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)的學(xué)習(xí)，引出納米材料的理化特性，以微觀結(jié)構(gòu)―特殊效應(yīng)―特殊功能―應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樗悸?，使學(xué)生認(rèn)識納米材料的重要性，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生深入思考，進(jìn)而深入掌握納米材料的理化特性。（5）納米材料最新研究進(jìn)展：根據(jù)納米材料的最新研究動態(tài)，讓學(xué)生了解國際最新研究熱點(diǎn)。

3 教學(xué)方法的選取

（1）多種教學(xué)方法和手段相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣。“學(xué)起于思，思起于疑”，通過巧妙設(shè)疑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。如在講述納米材料基本理論知識時(shí)，可以從生活中一些常見現(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生思考：出淤泥而不染的荷葉為什么具有自清潔功能？美麗的紫銅在尺寸小到一定程度為什么會變?yōu)楹谏?？通過這種情景設(shè)置啟發(fā)學(xué)生思考，尋求答案，對于其中的難點(diǎn)再予以解釋。另外，針對納米材料課程內(nèi)容多，涉及范圍廣的特點(diǎn)，利用多媒體集圖、文、聲、像等于一體的優(yōu)點(diǎn)，將大量的課程內(nèi)容以豐富多彩的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。（2）加強(qiáng)師生交流，建立以“學(xué)生為主體”的教學(xué)模式。結(jié)合課程內(nèi)容，將學(xué)生分為多個(gè)小組。學(xué)生根據(jù)課程要求以及興趣，自主查閱文獻(xiàn)資料，通過PPT形式與大家進(jìn)行課堂交流。在此基礎(chǔ)上，針對學(xué)生遇到的疑點(diǎn)、難點(diǎn)，加以詳細(xì)講解。這種充分發(fā)揮學(xué)生主體的教學(xué)模式可以有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及探索能力。（3）科研工作與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，提高學(xué)生綜合能力?？蒲泄ぷ髋c教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，使學(xué)生參與一定科研項(xiàng)目，是一個(gè)雙贏舉措。對于學(xué)生來講，不僅可以加深課堂上對于納米材料理論知識的學(xué)習(xí)，同時(shí)可以鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力等。③筆者把自己科研工作中納米二氧化鈦納米球、納米管等的掃描電子顯微鏡圖片通過多媒體形式與學(xué)生分享。通過帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，參與納米二氧化鈦的制備、表征以及光催化性能研究，讓學(xué)生了解影響二氧化鈦形貌的因素、光催化特性的原理以及掃描電子顯微鏡的原理和方法，熟悉電鏡樣品的制樣過程和方法，為學(xué)生今后從事納米材料方面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

4 評價(jià)機(jī)制的確定

本課程的考核方式和成績評定具體如下：（1）考核方式：讓學(xué)生查閱資料、做PPT，介紹納米材料制備、性能及相關(guān)應(yīng)用，在PPT匯報(bào)的同時(shí)，撰寫綜述。（2）成績評定：平時(shí)成績（出勤情況及上課表現(xiàn)）占20%，學(xué)生做PPT及演講情況占40%，綜述占40%。這種靈活的考核評價(jià)模式可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性，以不同于閉卷考試的形式檢驗(yàn)學(xué)生對納米材料相關(guān)知識的掌握情況，同時(shí)使學(xué)生了解納米科技前沿，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

5 結(jié)束語

納米科學(xué)技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)的重要分支，它的發(fā)展必然推動社會的進(jìn)步。而納米材料是納米科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，對納米材料的學(xué)習(xí)，是適應(yīng)未來社會對材料專業(yè)人才的需要。本文結(jié)合納米材料課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容的安排，到教學(xué)方法的選取和評價(jià)體制的確定三方面對高等院校材料類本科專業(yè)進(jìn)行納米材料課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討。實(shí)踐證明，這些方法和模式有助于加強(qiáng)師生交流，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，使學(xué)生不僅掌握納米材料相關(guān)知識，并能運(yùn)用相關(guān)知識分析、解決問題，提高學(xué)生的綜合能力。

注釋

① 陳敬中.納米材料科學(xué)導(dǎo)論[M].高等教育出版社，2006.