纳米材料毒理效应研究进展
纳米材料毒理效应研究进展
摘要:纳米科学与信息科学和生命科学并列, 已经成为21 世纪的三大支柱科学领域。随着纳米技术的迅速发展,人们对纳米材料安全性及其生物效应信息的需求不断增加。纳米毒理学,作为一门“关于纳米设备和纳米结构的相关生物效应及其问题的科学”已逐渐引起了人们的关注。纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应使其与宏观材料相比具有特殊的理化性质、生物活性和生物动力学过程,从而对人体产生各种潜在危害，同时对环境、动植物存在危害。本文就目前纳米毒理的研究进展作以下综述。
关键词: 纳米颗粒纳米毒理安全性
纳米技术是通过操纵原子、分子、原子团或分子团使其重新排列组合成新物质的技术，其研究范围在1～100 nm之间的物质组成。应用纳米技术研制出来的物质称纳米材料。直径小于100 nm的颗粒物质称为纳米颗粒。
人类的发展过程始终暴露于空气中的纳米颗粒之中。现代的手机涂层中有纳米颗粒，防晒霜中有纳米二氧化钛颗粒，口红中有氧化铁纳米颗粒；纳米材料也广泛应用于工业催化、工程材料、生物和医学等方面。但就在科学家肯定纳米材料对社会做出贡献的同时，这些新型的、高科技的纳米产品对我们的生存环境、人体健康会带来负面影响。2003年在美国召开的第25届全美化学年会上，科学家们就提出了金属、陶瓷和有机纳米薄片很可能具有毒性。纳米毒理学,作为一门“关于纳米设备和纳米结构相关生物效应及其问题的科学”已逐渐引起了人们的关注。它的发展不仅为纳米材料和设备的安全性评价提供了理论依据,还将通过对其毒副作用的研究提供相应的预防措施,进一步扩展纳米技术的应用领域。
近年来，许多国家都对纳米材料的毒理效应进行了研究，研究范围主要集中在纳米二氧化钛、二氧化硅、碳纳米管、富勒烯和纳米铁粉等少数几种物质对人体、动物、植物、微生物的的影响，并取得了一些初步成果，某些负面影响已被证实。纳米材料具有改变生命机体内分子性质的能力,在一定条件下纳米颗粒可以穿透皮肤、血液或脑的屏障,对皮肤、呼吸系统、循环系统以及脑等产生负面作用并在这些部位聚集积累。纳米材料具有对生物和环境安全的危害。
从毒理学角度讲，纳米材料的生物安全性与其粒径有关，当粒径减小到一定程度原本无毒或毒性较小的材料也显示出毒性或者毒性增强。同时发现其毒性与剂量的大小也有重要联系，剂量较大时会显示出较大的毒性。
纳米材料可以穿越血脑屏障，血睾屏障，胎盘屏障等其他材料难以穿越的屏障，并可以与特定的器官产生特殊的毒性。虽然可能由此引起对中枢神经系统，精子形成，及胎儿早期发育等造成不良影响，但是正因为纳米材料的穿透性，可以作为药物载体，为药物的靶向治疗提供了一个思路。虽然有事实证明纳米材料存在对人体的隐患，但是更多的试验显示纳米材料是低毒性或无毒，甚至其优异性能带来的特殊效应使得纳米材料应用前景非常广泛。
研究表明纳米TiO2 等纳米颗粒的浓度和大小对生物的死亡有很大的影响。将水蚤暴露于四氢吠喃过滤和超声两种方法制备的各浓度纳米材料水溶液中,结果发现经四氢吠喃过滤处理的TiO2 导致大型蚤死亡,并呈剂量反应关系。经过四氢吠喃处理的比水搅拌处理的纳米C60毒性更大。尽管细胞启动自我保护机制诱导了抗氧化酶的生成,却未能消除TiO2 纳米颗粒产生的毒副作用。进一步的研究观察到了纳米TiO2 颗粒引起的一系列生物效应。Rahman等在比较了20 nm的超细TiO2颗粒和200 nm的TiO2 颗粒对大鼠胚胎成纤维细胞的影响时发现,经20 nm的
超细颗粒处理后的细胞,其微核数目显著升高,并引起了细胞凋亡; 而200nm的细颗粒却没有引起细胞内微核数目的变化。聚四氟乙烯和固体脂质纳米颗粒与聚醋纳米颗粒的毒理性研究也分别表明纳米材料的毒性与颗粒大小和浓度有关。
Yang等研究铝纳米颗粒的植物毒性时，发现未包被的铝纳米颗粒可以抑制玉米,黄瓜、甘蓝等植物根的延长,而包被有菲的铝纳米颗粒可以显著减小这种抑制,原因是菲的包被破坏了纳米颗粒表面本身具有的羟自由基,从而改变了纳米表面特性。研究结果表明表面特性对于颗粒毒性的大小非常重要。
铁在环境中广泛存在,并且是大气颗粒物中主要成分,对健康的损伤也是不可忽视的。它会沉积在肺部,并且沉积在肺部末端的纳米铁粉颗粒很容易迁移到细胞表面,从而通过细胞膜被细胞吸收成为生物活性的铁,造成伤害。
美国加州大学San Diego分校的Austin M Der2fus等发现,硒化镐纳米颗粒(CdSe)为核心的半导体在某些情况下有很强毒性,当合成半导体量子点的时候改变参数,暴露在紫外线下和表面修饰后,量子点的细胞毒性会有所变化。研究揭示硒化锅纳米颗粒(量子点)可在人体中分解,细胞毒性与自由Cd2 +释放有关当经过适当修饰以CdSe为核心的半导体可变得无毒。
研究还表明多种纳米材料具有抗菌作用,纳米材料的这种特性已经得到广泛应用, 如磁性纳米颗粒己经被用于水体除菌。研究证明纳米颗粒可以聚集在大肠杆菌的膜上使细胞壁凹陷,从而导致细胞膜渗透性改变,最终导致大肠杆菌死亡。
笔者认为纳米材料导致的安全性问题皆因其特殊效应而起，其超微性，表面能的提高和隧道效应使其穿越宏观物质所不能的屏障，对人体产生影响。因此纳米材料对人体的危害不容忽视，以保障人们，特别是科研工作者的健康。通过以上的研究结果表明，纳米材料的毒理性的作用与其大小、浓度、表面特性、存在环境等有很大关系。因此，只要不要越过它的毒性范围，就不会对人类及其他生物产生很大影响。但它对人体、对环境等所产生的影响现在也还处于一个争议的阶段，更谈不上定量评估。甚至于现在还存在一种思维，认为“只要和纳米有关的，都是好的”。因此，开发新的分析技术，专门针对纳米材料的毒性分析来辨明这种新材料在应用方面的一些潜在的危害，对其正确使用和推广是一项首先要完成的任务。
为此各国对纳米材料安全性问题的研究相继展开。近来美国国立科学基金会和美国环保局共同主办的一个研讨会上对于纳米材料安全性评价提出了建议：①对纳米材料的暴露评价。②人造纳米颗粒的毒理学。③利用己知的颗粒物和纤维的毒理学数据外推纳米材料的毒性。④人造纳米颗粒或纳米材料的环境和生物学传送、持续和转化。⑤纳米材料的回收再利用。同时，积极探索合理的纳米材料评价方法就显得更为重要。
虽然，纳米材料的毒理性确实存在且对人类及其他生物的影响很大，但我相信只要我们合理利用，寻找更加合理的利用方法，纳米材料的毒理性不再成为它为人类服务的绊脚石，它终将为人类带来前所未有的发展。
附加图片：
单壁碳纳米管和二氧化硅对巨噬细胞毒性的比较
不同的暴露途径对羟基化单壁碳纳米管在小鼠体内分布的影响
暴露于不同剂量单壁碳纳米管和多壁碳纳米管下, 巨噬细胞结构的变化(a)对照组；(b) 对照组; (c) 5 μg/mL 的单壁碳纳米管组；(d) 20 μg/mL 的单壁碳
纳米管组；(e) 5 μg/mL 的多壁碳纳米管组；(f) 20 μg/mL 的单壁碳纳米管组
灌注0.5 mg 的小鼠, 7 d 后肺部组织病理切片
(a) 血清对照组; (b) 碳黑组; (c) 石英组; (d) 碳纳米管(含镍)组; (e) 未经纯化的碳纳米管(含铁)组; (f) 纯化的碳纳米管组
灌注0.5 mg 单壁碳纳米管颗粒的小鼠, 90 d 后肺部组织病理学观察结果(a) 血清对照组; (b) 碳黑; (c) 碳纳米管(含镍)组; (d) 纯化的碳纳米管组;
(e) 未经纯化的碳纳米管(含铁)组; (f) 未经纯化的碳纳米管(含铁)组的背面图
参考文献：
1 https://www.360docs.net/doc/0011905962.html,/view/1215657.htm
2 《纳米材料生物效应及其独立研究进展》，作者：汪冰、丰伟锐、赵宇亮、邢更妹、柴之芳、王海芳、贾光，中国科学 B 辑化学 2005
3 《纳米材料有毒吗》，作者：王琳薛卫东廖义中等，2007年第1O期化学教育
4 《纳米材料的环境毒理学研究进展》，作者：何涛，环境科学与管理第34卷第11期 2009年11月
5 《纳米毒理研究进展》，作者：王莉娟,丁文军，中国药理学与毒理学杂志 2007年2月
纳米材料毒理效应研究进展
纳米材料毒理效应研究进展 摘要:纳米科学与信息科学和生命科学并列, 已经成为21 世纪的三大支柱科学领域。随着纳米技术的迅速发展,人们对纳米材料安全性及其生物效应信息的需求不断增加。纳米毒理学,作为一门“关于纳米设备和纳米结构的相关生物效应及其问题的科学”已逐渐引起了人们的关注。纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应使其与宏观材料相比具有特殊的理化性质、生物活性和生物动力学过程,从而对人体产生各种潜在危害，同时对环境、动植物存在危害。本文就目前纳米毒理的研究进展作以下综述。 关键词: 纳米颗粒纳米毒理安全性 纳米技术是通过操纵原子、分子、原子团或分子团使其重新排列组合成新物质的技术，其研究范围在1～100 nm之间的物质组成。应用纳米技术研制出来的物质称纳米材料。直径小于100 nm的颗粒物质称为纳米颗粒。 人类的发展过程始终暴露于空气中的纳米颗粒之中。现代的手机涂层中有纳米颗粒，防晒霜中有纳米二氧化钛颗粒，口红中有氧化铁纳米颗粒；纳米材料也广泛应用于工业催化、工程材料、生物和医学等方面。但就在科学家肯定纳米材料对社会做出贡献的同时，这些新型的、高科技的纳米产品对我们的生存环境、人体健康会带来负面影响。2003年在美国召开的第25届全美化学年会上，科学家们就提出了金属、陶瓷和有机纳米薄片很可能具有毒性。纳米毒理学,作为一门“关于纳米设备和纳米结构相关生物效应及其问题的科学”已逐渐引起了人们的关注。它的发展不仅为纳米材料和设备的安全性评价提供了理论依据,还将通过对其毒副作用的研究提供相应的预防措施,进一步扩展纳米技术的应用领域。 近年来，许多国家都对纳米材料的毒理效应进行了研究，研究范围主要集中在纳米二氧化钛、二氧化硅、碳纳米管、富勒烯和纳米铁粉等少数几种物质对人体、动物、植物、微生物的的影响，并取得了一些初步成果，某些负面影响已被证实。纳米材料具有改变生命机体内分子性质的能力,在一定条件下纳米颗粒可以穿透皮肤、血液或脑的屏障,对皮肤、呼吸系统、循环系统以及脑等产生负面作用并在这些部位聚集积累。纳米材料具有对生物和环境安全的危害。 从毒理学角度讲，纳米材料的生物安全性与其粒径有关，当粒径减小到一定程度原本无毒或毒性较小的材料也显示出毒性或者毒性增强。同时发现其毒性与剂量的大小也有重要联系，剂量较大时会显示出较大的毒性。 纳米材料可以穿越血脑屏障，血睾屏障，胎盘屏障等其他材料难以穿越的屏障，并可以与特定的器官产生特殊的毒性。虽然可能由此引起对中枢神经系统，精子形成，及胎儿早期发育等造成不良影响，但是正因为纳米材料的穿透性，可以作为药物载体，为药物的靶向治疗提供了一个思路。虽然有事实证明纳米材料存在对人体的隐患，但是更多的试验显示纳米材料是低毒性或无毒，甚至其优异性能带来的特殊效应使得纳米材料应用前景非常广泛。 研究表明纳米TiO2 等纳米颗粒的浓度和大小对生物的死亡有很大的影响。将水蚤暴露于四氢吠喃过滤和超声两种方法制备的各浓度纳米材料水溶液中,结果发现经四氢吠喃过滤处理的TiO2 导致大型蚤死亡,并呈剂量反应关系。经过四氢吠喃处理的比水搅拌处理的纳米C60毒性更大。尽管细胞启动自我保护机制诱导了抗氧化酶的生成,却未能消除TiO2 纳米颗粒产生的毒副作用。进一步的研究观察到了纳米TiO2 颗粒引起的一系列生物效应。Rahman等在比较了20 nm的超细TiO2颗粒和200 nm的TiO2 颗粒对大鼠胚胎成纤维细胞的影响时发现,经20 nm的
关于碳纳米管的研究进展综述
关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新 的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法 获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有
纳米材料的研究进展及其应用全解
纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院
1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展
生堡亟随匿堂盘壶！Ｑ塑生！月筮塑鲞星！翅￡！！！』堕！丛型：＆坠磐盟！Ｑ塑：！些塑，盟些兰 纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展 刘建军何浩伟龚春梅庄志雄 纳米材料是指物质结构在三维空间内至少有一维处于 纳米尺度…（０．１—１００ｌｌｍ，１ａｍ＝１０一ｍ），或由纳米单元构 成的材料，被誉为“２１世纪的新材料”，这一概念首先是由美 国国家纳米计划（ＮＮＩ）提出来的。这些具有独特物理化学 性质的纳米材料，对人体健康以及环境将带来的潜在影响， 目前已经引起公众、科学界以及政府部门的广泛关注。随着 纳米技术的完善和应用规模的扩大，纳米材料将被迅速普及 和广泛应用旧ｏ。 据报道，目前世界范围内市场上有超过４００种消费品建 立在纳米材料的基础之上ｐ１，预计到２０１４年全球市场的纳 米科技产品价值将达２．６兆亿美元ＭＪ。为了了解应用于这 些产品中的纳米材料的潜在影响，就要熟悉和掌握其潜在暴 露风险、材料性质、产品生命周期及其在每一点性质和周期 上的潜在危险”Ｊ。自２０００以来，国内外对于纳米材料的生 物安全性和毒理学问题展开了日益深入的讨论和研究净“。 一、纳米材料的特殊效应和应用 纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、 化学特性”］，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电， 原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导 电。这是由于纳米材料特有的４大特殊效应所致¨１：即小尺 寸效应（８ｍａＬｌｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）、表面效应（￥ｕｒｆａｃｅｅｆｆｅｃｔ）、量子尺 寸效应（ｑｕａｎｔｕｍｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）和量子隧道效应（ｑｕａｎｔｕｍ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）；上述效应可导致纳米材料具有异常的吸附 能力、化学反应能力、分散与团聚能力，上述特性在赋予纳米 材料广泛应用的同时也带来一系列的负面效应。这些已被 证实，以及有待被证实的负面效应给当前迅猛发展的纳米科 技带来了一定的隐患。现将纳米材料理化特性涉及的应用 研究领域归纳如表１［９－１０３。 二、纳米材料的毒理学研究现状 Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等０１１］２００４年首先提出了“纳米毒理学” （ｎａｏｎｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ）这一概念，次年Ｏｂｅｒｄ／Ｓｒｓｔｅｒ等¨２１发表文章 支持这一概念并称之为“从超细颗粒物的研究中演变而来 的新学科”。自从Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等发表论文之后，纳米毒理学 的发展步人了新轨道，在世界范围内召开的关于纳米材料毒 理学的会议越来越多，在各大学术网站上搜索到相关文章也 逐年增多。 ＤＯＩ：１０．３７６０／ｃｒａａ．ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－９６２４．２００９．０２．０１６ 基金项目：深圳市科技计划（２００７０２１５９） 作者单位：５１８０２０深圳市疾病预防控制中心毒理研究室 通信作者：庄志雄，Ｅｎｕ６１：ｊｕｎｉｉ８＠１２６．咖 ?１５９?．综述． 表１纳米材料理化特性涉及的应用研究领域‘９‘１０］研究应用领域材料和应用举例 电子学 磁学 光学 生物医药能源化工环保化工建筑、机械电极（纳米碳管）、超导体、导电及绝缘浆料、量子器件、量子计算机等 纳米磁性材料、磁靶向制剂、固定化酶、生物分离提纯、磁记录、纳米微品软磁材料等化妆品（ＴｉＯ：）、隐身材料、发光材料、光通讯、光储存、光电脑等 纳米，Ｅ物医用材料（纳米羟基磷灰石）、生物薄膜、药物载体、蕈冈传送载体、药物输送、控释系统、纳米牛物传感器等 纳米催化、储能（碳纳米管储氢）、蓄热及能源转换、保温节能（纳米Ｓｉ０２）等 抗生素材料（纳米Ａｇ，Ｔｉ０２）、功能涂料（纳米Ｚｎ０２，Ｆｅ２０３）有害气体治理、废水处理、阻声降噪等 超硬、高强、岛韧、超塑性材料等 已有研究表明，纳米材料经吸人、皮肤、消化道及注射等 途径与机体接触后能迅速进入体内，并容易通过血脑、睾丸、 胚胎等生物屏障分布到全身各组织。纳米颗粒往往比相同 剂量、相同组分的微米级颗粒物更容易导致肺部炎症和氧化 损伤。现有的细胞水平、动物实验和一些零星的人群研究结 果显示，人造纳米材料可以引起氧化应激、炎症反应、ＤＮＡ 损伤、细胞凋亡、细胞周期改变、基因表达异常，蛋白质差异 表达，并可引起肺、心血管系统及其他组织器官的损害。我 们从纳米毒理学研究的不同层次分类阐述纳米材料毒理学 研究的概况，并对研究较多的材料（纳米碳管、ＴｉＯ：等）举例 说明。 （一）纳米材料毒理学分子水平的研究 基因组学、后基因组学、毒物基因组学和蛋白质组学的 研究，都属于分子水平的范畴。迄今为止，国内外对纳米材 料毒性研究，主要还是采用形态学和酶活性等细胞毒性检测 和整体动物水平实验的方法，从分子水平进行机制方面的研 究并不普遍，目前已见纳米碳材料的蛋白质组学研究。 Ｗｉｔｚｍａｎｎ和Ｍｏｎｔｅｉｒｏ－Ｒｉｖｉｅｒｅ¨纠研究了多壁纳米碳管 （ＭＷＮＣＴ）对角质化细胞蛋白质组表达的影响。用０．４ｍｓ／ ｌＴｌｌ的ＭＷＮＣＴ处理角质化表皮细胞（ＨＥＫ）２４和４８ｈ，抽提 蛋白进行双向电泳，并检测ＩＬ－１Ｂ、ＩＬ－６、ＩＬ－８、ＩＬ－１０和ＴＮＦ．ａ 等细胞因子的变化。通过ＰＤＱｕｅｓＯＤ软件分析发现有 １５２个蛋白发生了显著的差异表达，细胞炎性因子ＩＬ－８浓度 在ＭＷＮＣＴ处理ＨＥＫ细胞２４和４８ｈ后显著增加，ＩＬ．１Ｂ在 ４８ｈ时间点浓度显著上升，ＩＬ－６浓度则有所降低，ＴＮＦ－ａ的 浓度变得极低（＜０．０１ｐｇ／ｍ１）。这螳细胞因子的变化说明 ＨＥＫ暴露于ＭＷＮＣＴ后产生了炎症反应，而蛋白的差异表 达则说明纳米碳材料本身具有损伤性，对ＨＥＫ细胞蛋白质万方数据
纳米复合材料最新研究进展与发展趋势
智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
纳米材料的毒性研究
纳米材料的应用及毒性研究必要性 纳米材料是指三维结构中至少有一维大小在纳米（10-9米）尺度上的材料。由于纳米材料具有特殊的物理化学特性，使其在很多领域具有广泛的应用，比如：化工、陶瓷、微电子学、计量学、电学、光学以及信息通讯等领域[1]。近期研究发现纳米技术在生物、医药上也具有巨大的应用潜力，包括疾病诊断、分子成像、生物传感器荧光生物标记，药物和基因传输，蛋白质的检测，DNA结构探讨，组织工程学等[2]。目前市场上基于纳米技术的产品有很多，包括涂料，化妆品，个人护理品和食品增补剂[3]。因此人类暴露于纳米颗粒的途径多种多样，吸入，摄取以及皮肤途径。而且，出于医学的目的，这些颗粒有可能直接被注射进入人体内[4]。一旦被人体吸收，各种类型的纳米颗粒就会分布到人体的大部分器官，甚至可以通过生物屏障，比如血脑屏障和血睾屏障[5,6]。 2003年，Science和Nature相继发表文章，探讨纳米材料的生物效应、对环境和健康的影响问题[7,8]。很多研究工作已经证明，纳米材料对生物体会造成 负面的影响。目前为止, 科学家们只对纳米TiO 2、SiO 2 、碳纳米管、富勒烯和纳 米铁粉等少数几个纳米物质的生物效应进行了初步的研究[9]。Vicki Colvin[7]强调："当这一领域尚处于早期阶段, 并且人类受纳米材料的影响比较有限时, 一定要对纳米材料的生物毒性给予关注. 我们必须现在, 而不是在纳米技术被广泛应用之后, 才来面对这个问题"。因此对纳米材料毒性的研究，不仅具有必要性而且具有紧迫性，是保证纳米科技顺利发展的前提，可以减少新兴科学对人类及自然界不必要的破坏。 纳米材料毒性研究现状 纳米材料具有粒径小、比表面积大的特点，量子效应在纳米尺度上开始支配物质的物理化学性质。这些特有的性质使得纳米材料的应用领域十分广泛[1]。然而，纳米材料对生物系统的不利影响引起了越来越多的关注。已经有很多研究证实，纳米材料并非有益而无害的，它们在细胞、亚细胞以及蛋白质水平上都影响着生物体[10]。纳米材料的粒径很小，因此它们和生物组织接触及作用的机会大大增加，正常尺寸下对生物体并无影响的物质在纳米尺寸下可能会对生物体产生毒副作用[10]。 ?SiO 2 纳米颗粒
碳纳米管材料的研究现状及发展展望
碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法
纳米材料有毒吗
纳米材料有毒吗 摘要介绍了纳米材料的一些应用和几种主要纳米材料（如纳米TiO2、碳纳米管、纳米铁粉等）目前已取得的部分生物效应及毒理学的研究结果；讨论了纳米材料对人体和环境带来的潜在影响，及纳米颗粒材料未来的毒性研究重点，并对纳米材料安全性进行了展望。 关键词纳米材料毒性安全性 纳米是一种尺度，和米、毫米、微米一样，都是长度的计量单位。1纳米是10-9米，相当于人头发丝直径的万分之一。纳米技术是通过操纵原子、分子、原子团或分子团使其重新排列组合成新物质的技术，其研究范围在1～100 nm之间的物质组成。应用纳米技术研制出来的物质称纳米材料。直径小于100 nm的颗粒物质称为纳米颗粒。 1 纳米材料的应用及其毒性问题的提出 20世纪80年代末诞生并急剧发展的纳米材料，我们并不陌生，其应用古今有之。古代字画所用的墨是由纳米级的碳墨组成；铜镜表面的防绣层是由纳米氧化锡颗粒组成。现代的手机涂层中有纳米颗粒，防晒霜中有纳米二氧化钛颗粒，口红中有氧化铁纳米颗粒；纳米材料也广泛应用于工业催化、工程材料、生物和医学等方面。但就在科学家肯定纳米材料对社会做出贡献的同时，一个新的科学问题——纳米生物效应与安全性，引起了人们的广泛关注。这些新型的、高科技的纳米产品对我们的生存环境、人体健康会带来负面影响吗？神奇的纳米材料有毒吗？ 2003年在美国召开的第25届全美化学年会上，科学家们就提出了金属、陶瓷和有机纳米薄片很可能具有毒性。欧洲和美国的科学家发表的一项长达20多年的与大气颗粒物有关的长期流行病学研究结果显示［1］：人的发病率与他们所生活环境空气中大气颗粒浓度和颗粒尺寸密切相关；死亡率增加是由剂量非常低的相对较小的颗粒物引起的；伦敦大雾事件中，有4000多人突然死亡；2004年北京连续3天被浓雾笼罩之后，呼吸道病人增加了两成。科学家分析，这主要是空气中纳米颗粒大量增加造成的。可见，纳米材料、纳米颗粒的毒性已成为专家的共识。纳米材料和纳米颗粒是不同的实体，下面所指的毒性研究主要是针对纳米颗粒而言的。
纳米材料的发展及研究现状
纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单
元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基
纳米材料研究进展
2011年第4期甘肃石油和化工2011年12月 纳米材料研究进展 李彦菊1，高飞2 （1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050018； 2.中核第四研究设计工程有限公司，河北石家庄050000） 摘要：纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。综述了纳米材料 的分类、特性以及应用领域。 关键词：纳米材料；功能材料；复合材料 1前言 纳米（nm）是一个极小的长度单位，1nm=10-9m。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100nm 这个范围空间，物质的性能就会发生突变，呈现出特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。纳米技术正是利用纳米粒子这些特性实现其在各行各业中的特殊应用［1，2］。纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景已逐步被人们所认识，纳米科学与技术被认为是21世纪的三大科技之一。目前世界各国都对纳米材料和纳米科技高度重视，纷纷在基础研究和应用研究领域对其进行前瞻性的部署，旨在占领战略制高点，提升未来10～20年在国际上的竞争地位。我国政府对纳米科技十分重视，先进的纳米产业正在蓬勃发展［3，4］。 2纳米材料的分类 以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1～100nm［5］。在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广义而言，纳米材料是指在3维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数［6］，纳米材料的基本单元可以分为3类：①0维，指在空间3维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒，原子团簇等；②1维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等； ③2维，指在3维空间中有1维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。按化学组成可分为：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料［7，8］。按材料物性可分为：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。纳米材料大部分都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的［9，10］。 3纳米材料的特性［11，12］ 3.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面体 收稿日期：2011-07-05 作者简介：李彦菊（1981-），女，河北廊坊人，硕士，已发表论文10余篇，其中SCI2篇。主要从事纳米材料的研究工作。8
纳米毒理学预测模型：目前的挑战和未来的机遇
原文：Katherine A. Clark, Ronald H. White, Ellen K. Silbergeld. Predictive models for nanotoxicology: Current challenges and future opportunities. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2011, 59:361–363. 纳米毒理学预测模型：目前的挑战和未来的机遇 摘要：因为纳米材料可以有不同的尺寸，形状，化学组成和表面修饰，所有这些都可影响毒性，所以这些材料带来的风险是非常复杂的。对可以迅速有效地评估纳米材料潜在危险的筛选方法和能告知需要额外毒理试验优先次序的测试策略有迫切需要。毒性预测模型能根据它们的理化的特点预测哪些具有潜在危险性的纳米材料毒性结果。本文综述了预测模型研究策略的走向和有关优点。 评估人造纳米材料（MNMS）潜在风险的最大挑战之一是缺乏一个理性的以证据为基础推断纳米材料的危害的系统。随着越来越多含MNMS的商业产品的出现，这已成为一个突出的问题。小尺寸和高表面积与体积比的功能独特MNMS 可以增加跨膜运输，结合生物大分子，分子运输，杀菌性能，或甚至可能产生尚未预见或认知的生物学特性。根据情况或目的不同，这些性能可能是有益的，例如优化药物输送，但还可能因无意暴露或释放入环境带来健康和/或环境的风险。 在单类的MNMS中（例如，含碳纳米材料，金属氧化物纳米颗粒），可有广泛的尺寸和形状，有不同的化学组成和表面修饰，所有这些都可能影响行为和毒性。当考虑当前或未来生产和使用的各种纳米材料的危险度评价，通过一个个测试所有MNMS特别是通过哺乳动物测试，这显然是不可行的。然而，因为缺乏MNM危险度评价体系，使比较不同的研究结果的机会很少，或分隔了那些可能有助于危险度和风险评价的因素。MNMS风险评估的困难是大家公认的。近年来已发表了几篇文章应用传统和替代风险评估策略评估MNM在人类和环境的风险(Grieger et al., 2010; Johnston et al., 2010; Linkov et al., 2007, 2009; Morgan, 2005; Shatkin et al., 2010; Tervonen et al., 2009)。其中最突出的替代方法是使用多
碳纳米管的研究进展
碳纳米管的研究进展* 王全杰1,2** 王延青1*** （1. 陕西科技大学资源与环境学院，陕西 西安 710021；2. 烟台大学化学生物理工学院， 山东 烟台 264005） 摘要：碳纳米管是由石墨层片卷成的管状结构的一种新型纳米材料，拥有独特的物理化学、电学、热学和机械性能以及十分诱人的应用前景。文章对碳纳米管的制备方法、性质、纯化及应用前景进行了简要的综述。 关键词：碳纳米管；合成；性能；纯化；应用 中图分类号G 311 文献标识码 A Progress of Research for Carbon Nanotubes Wang Quanjie 1,2,Wang Yanqing 1 （1.College of Resource and Environment，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021,China；2. Chemistry and Biology College，Yantai University，Yantai 264005,China）Abstract: Carbon nanotubes are a new class of nano-material with tubular structure formed via rolling-up of coaxial sheets of graphite. They have unique physicochemical, electrical, thermal and mechanical properties, opening up various intriguing possibilities for applications. The preparation methods, properties, methods of purification and application of carbon nanotubes are briefly reviewed. Key words: carbon nanotubes；synthesis；property；purification；application 自1991年日本科学家Lijima发现碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)，1992年Ebbesn等人提出了实验室规模合成碳纳米管的方法后，其独特的结构和物理化学性质受到人们越来越多的关注[1]。碳纳米管因具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,从而使其具有特殊的机械、物化性能，在工程材料、催化、吸附、分离、储能器件电极材料等诸多领域中具有重要的应用前景。 *基金来源：山东省科技攻关项目（2008GG10003020） **第一作者简介：王全杰，男，1950年生，教授 ***通讯联系人
金属纳米材料研究进展
高等物理化学 学生姓名：聂荣健 学号：…………….. 学院：化工学院 专业：应用化学 指导教师：………….
金属氧化物纳米材料研究进展 应用化学专业聂荣健学号：……指导老师：…… 摘要:综述了近年来金属氧化物纳米材料水热合成方法的研究进展，简要阐述了金属氧化物纳米材料的应用，对其今后的研究发展方向进行了展望。 关键词: 纳米材料水热合成金属氧化物
Research progress of metal oxide nanomaterials Name Rongjian Nie Abstract: This article reviews the recent progress in hydrothermal synthesis of metal oxide nanomaterials. The application progress of metal oxide nanomaterials is briefly describrd．The future research directions are prospected. Keywords: nanomaterials; hydrothermal; metal oxides ;
引言 纳米材料是纳米科学中的一个重要的研究发展方向，近年来已在许多科学领域引起了广泛的重视，成为材料科学研究的热点。作为纳米材料的一个方面，金属氧化物纳米材料在现代工业、国防和高技术发展中充当着重要的角色。 1.纳米材料简介 1.1 纳米材料概述 纳米是长度的度量单位，1纳米=10-9米，1纳米大约为10个氢原子并排起来的长度，仅仅相当于一根头发丝直径的0.1%。纳米材料则是在纳米量级（lnm-100nm)内调控物质结构所制成的具有特殊功能的新材料，其三维尺寸中至少有一维小于100nm，且性质不同于一般的块体材料。 纳米材料是指在三维尺度上至少存在一维处于纳米量级或者由它们作为基本单元所构成的材料，一般将纳米材料分为零维、一维以及二维纳米材料: (1)零维纳米材料，是指在空间三维尺度上都处于纳米量级的纳米材料，如纳米球，纳米颗粒等； (2)一维纳米材料，是指在空间三维尺度上只有两维处于纳米量级，而第三维处于宏观量级的纳米材料，比如纳米棒、纳米管、纳米线/丝等； (3)二维纳米材料，是指在空间三维尺度上只有一维处于纳米量级，而其他两维处于宏观量级的纳米材料，比如纳米片，纳米薄膜等。 1.2纳米粒子基本效应的研究 纳米粒子是尺寸为1-100nm的超细粒子。纳米粒子的表面原子与总原子数之比随着粒径的减小而急剧增大，显示出强烈的体积效应(即小尺寸效应)、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。 1.2.1 量子尺寸效应[1] 当粒子尺寸达到纳米量级时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明:金属纳米粒子所包含的原子数有限，能级间距发生分裂。当此能级间隔大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能量或超导态的凝聚能时，纳米粒子的磁、光、声、热、电及超导电性与宏观物体有显著的不同。 1.2.2 体积效应[2] 由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当纳米粒子的尺寸与德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米粒子的表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的体积效应。例如：磁有序态向磁无序态、超导相向正常相的转变；光吸收显著增加；声子谱发生改变；强磁性纳米粒子(Fe-Co合金，氧化铁等)尺寸为单磁畴临界尺寸时具有很高的矫顽力；纳米粒子的熔点远远低于块状金属；等离子体共振频率随颗粒尺寸改变[3]。 1.2.3 表面效应[4] 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而急剧增大后引起的性质上改变。随着粒径减小，表面原子数迅速增加，粒子的表面张力和表面能增加。原子配位不足以及高的表面能使原子表面有很高的化学活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，这就是活性的原因。表面原子的活性引起了纳米粒子表面输运和构型的变化，也引起了表面原子自旋构象和电子能谱的变化。
纳米材料与细胞作用的综述
申请学位： 学士学位 院 系： 药学院 姓 名： 孟凡飞 学 号： 122120209 指导老师： 张怀斌（讲师） The Review of The Interaction of Nano Materials and Cells 毕 业 设 计（综 述） 纳米材料与细胞作用的研究综述 二0一四年六月十二日
目录 摘要 (1) Abstract (2) 引言 (3) 1纳米ZnO的制备及性质 (3) 1.1 纳米ZnO的制备 (3) 1.1.1 制备方法的概述 (3) 1.1.2 醋酸锌法制备纳米ZnO (3) 1.2 纳米ZnO的性质 (5) 2纳米ZnO与不同细胞的相互作用 (5) 2.1 纳米ZnO与人支气管上皮细胞(BEAS-2B) (5) 2.2 纳米ZnO黄曲霉细胞的相互作用 (6) 2.3 对白色念珠菌的生物毒性 (6) 2.4 纳米ZnO对人胚肺成纤维细胞（HELF）的生物毒性的剂量效应 (7) 2.5 尺寸效应对ZnO纳米粒子对洋葱表皮细胞作用的影响 (8) 3展望 (9) 3.1 发展与应用 (9) 3.2 缺点与改进 (10) 参考文献 (11) 致谢 (13)
纳米材料与细胞作用的研究综述 孟凡飞 摘要: 从近年来对于纳米材料的安全性评价的工作进展看，人们对于现今应用较广的ZnO纳米材料的生物安全性研究较少。本文将着重阐述ZnO纳米材料在机理、剂量、尺寸方面对不同生物细胞的相互作用，为做好纳米材料使用的安全防护工作、研究纳米材料在生物安全性方面的影响、建立一套研究纳米材料安全性评价的方法提供必要依据。关键词: ZnO纳米材料；机理；剂量；尺寸；生物细胞；相互作用
纳米金属材料的毒理学研究进展杨双立
材 料 化 学 论 文 环境与化学工程学院应用化学二班 杨双立 40904010216
纳米金属材料的毒理学研究进展 杨双立 （西安工程大学，环境与化学工程学院，陕 西，西安 710000） [摘要]纳米金属材料是利用纳米技术制造的具有纳米尺寸的金属材料。本文综述了纳米金属材料毒理学方面的研究进展；通过分析纳米金属材料的特性，阐述纳米金属材料对肺、神经、皮肤等的毒性作用，表明纳米金属材料可引起细胞线粒体功能损害、膜渗透性增加及细胞形态的凋亡样变化，并影响机体多个器官的功能；指出应加强纳米金属材料毒理学的研究，建立评价纳米产品生物安全性的标准方法及评价体系，为纳米金属材料的推广应用提供保障。 [关键词] 纳米金属材料；毒理学；细胞毒性；文献综述 在现代工业社会，新兴技术对提高社会经济地位和人类健康有很大的作用空间。这些技术既带来极大的经济利益，也带来了很多社会风险?。在充满活力的21世纪，信息、生物技术、能源环境、先进制造技术和国防的高速发展必然会对材料提出更高的要求，纳米材料无疑是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米材料是指至少一维空间的粒径≤100 nm的材料，纳米金属是利用纳米技术制造的具有纳米级尺寸的金属材料。在金属材料生产中利用纳米技术，可以将材料成分和组织控制得极其精密和细小，从而使金属的力学性能和功能特性得到飞跃的提高。近年来，随着纳米技术的发展和纳米材料的广泛应用，它对环境以及生物体可能产生的影响越来越受到人们的关注。2004年7月，英国皇家学会发布了“纳米科学与纳米技术：机遇与不确定因素”的报告，评估了纳米技术对健康和环境的影响[1]。同时，欧美日等也提出了关于纳米材料风险评估的基本框架[2—5]，大量关于纳米材料生物效应的实验研究也正在大规模地展开，以推进纳米技术的健康快速发展。纳米金属材料不仅具有金属材料本身的特性，同时具有纳米材料的独特性能，其在现代科学技术领域显示巨大应用前景的同时，也增加了对环境和生物体产生影响的安全隐患。现对近期有关纳米金属材料毒性作用的研究作以综述。 1 纳米金属材料的特性及应用 纳米金属材料具有纳米材料的一般特性——表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。同时纳米金属材料还具有奇异的磁特性，主要表现为超磁性或高的矫顽力，利用纳米金属材料的这一特性可制备磁性液体[6]。纳米氧化铁因为所具有的超顺磁性，可以被用于高性能的储磁材料、医用核磁共振成像、生物磁靶向药物载体等方面。纳米金属材料还由于其表面效应被用于高效工业催化剂。金属材料结合纳米技术使得金属材料的应用更广泛。纳米二氧化钛基于其电磁和半导体性能，在电子工业中有广泛应用；基于其介电性制造温度补偿陶瓷电容器以及热敏、光敏、压敏、气敏、湿敏等敏感元件；同时基于纳米二氧化钛的紫外屏蔽性和可见光透明性，被用于性能优越的新型防晒剂中。纳米技术与传统抗菌剂银结合产生的纳米银由于其纳米特性以及抗菌性，广泛用于纺织品的消毒、洗衣机的消毒和抗菌敷料等。越来越多的纳米金属材料应用于各个领域，人类接触的机会也随之增加，因此，它的生物安全性值得我们去关注。有研究表明，纳米金属材料的化学稳定性与毒性有关，稳