纳米技术与癌症
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纳米技术与癌症
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来源：《大自然探索》2015年第12期
纳米技术是科学研究中最受欢迎的领域之一，在医学研究中尤其如此。癌症治疗的常规手段是手术、化疗和放疗。不幸的是，这些手段都可能引起一系列副作用，包括脱发、消化不良、恶心、乏力和口腔溃疡等等。而科学家相信，纳米棒也能在癌症治疗中有所作为。如果能用黄金纳米棒装载抗癌药物，它们就能准确攻击癌瘤。这种疗法可能意味着更少的副作用和用药量。纳米棒也能搭载靶向药物或缓释药物。有效剂量的药物可能被传送到准确圈定的身体部位，且药物被设计成缓释以确保最好疗效和安全性。
这些疗法旨在利用纳米技术的威力和癌细胞的贪婪。眼前有什么，癌细胞都喜欢吃，包括装了药物的纳米棒。这方面的一项实验使用了经过改造的细菌细胞，它们的大小是正常细胞的20%。这些细胞装载的抗体与癌细胞结合，然后释放自己携带的抗癌药物。另一项实验使用纳米棒作为其他疗法的辅助手段。纳米棒被癌细胞吸收，然后用磁场加热癌细胞，使之弱化。被弱化的癌细胞更容易被化疗药物攻击。
听起来有点怪，但一种蓝色染料（酞化青染料，或称苯二甲蓝染料）的确已被用来与黄金纳米棒配对以攻击癌症。酞化青染料会与光线发生反应。纳米棒把染料直接带给癌细胞，而正常细胞排斥染料。一旦纳米棒到达指定部位，科学家就会用光线“激活”它们去摧毁癌瘤。利用光触发染料治疗皮肤癌的疗法已经问世，科学家现在正在研究运用纳米棒和染料治疗身体内部的癌瘤。
虽然纳米棒的运用越来越广泛，但是一些科学家已在担忧它们对健康的副作用。纳米棒很小，这让它们几乎能穿透一切。这对癌症治疗来说当然很好，但纳米棒可能会伤害健康细胞和正常DNA。科学家也担忧纳米棒的处置问题。进入水或总体环境的纳米微粒根本无法被追踪，它们有可能造成负面影响。因此，需要找到对这些纳米微粒的处置技术。黄金纳米棒是医学研究中的一个热门选择，但还有其他多种纳米微粒正在使用和研发中。一些科学家呼吁，对于纳米微粒的优缺点及相关问题，都必须深入研究。
纳米技术在癌症的早期检测
到目前为止，癌症的有效诊断和治疗仍然是现代医学面临的严峻挑战。癌症的有效治疗要求及早、准确发现，从而实现及时治疗，改善治疗效果。近年来，纳米材料和纳米技术高速发展，并广泛应用于多个领域，为建立有效的癌症诊断和治疗技术提供了新的契机。纳米科学是一门涵盖多种学科的新兴学科，其发展极大的促进了包括医学、生物学、电子学、工程学等学科的进步。对癌症诊断和治疗现状的改善，集中体现在生命科学、纳米技术、医疗技术等多学科交叉的创新与集成。 国内外研究表明，纳米药物在治疗重大疾病方面具有无可比拟的独特性质和优势。2002 年以来，美国、日本、欧盟等发达国家和地区先后组织和实施了较大规模的纳米药物计划。如美国国家癌症研究所于2004 年9 月正式成立纳米科技攻克肿瘤联盟（NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer），投入 1.443 亿美元的启动资金，资助以纳米科技为基础的抗肿瘤药物研究和此类产品的标准制订。我国于 2001 年11 月正式实施“纳米生物效应与安全性研究”计划，并在中国科学院高能物理研究所建立了中国第一个“纳米生物效应与纳米安全性实验室”，从纳米材料的生物效应以及纳米抗肿瘤药物的研制和机制着手，开始系统地研究。 纳米技术在肿瘤的诊断和治疗中已有一些应用。例如，脂质体在十余年前就被应用于治疗卡波西肉瘤（Kaposi’s sarcoma），现在又被用于治疗乳腺癌和卵巢癌。纳米技术在癌症的诊断和治疗中的应用，主要包括两个方面。首先，多功能纳米颗粒用于药物的输送和成像。相对于传统的药物输送方法，纳米颗粒有独特的优势。第一，纳米颗粒的运载量非常大，如70nm 的颗粒可以装载约2000 个siRNA分子，而抗体的结合量小于10；第二，纳米颗粒可以装载多种目标配体，在肿瘤细胞表面常常存在高表达的特定生物分子，称为生物标志物（biomarker），采用识别特定生物标志物的抗体，可以提供与细胞表面受体的多价结合；第三，纳米颗粒可以装载多种类型的药物分子，同时执行多元的功能；第四，纳米颗粒表面可以修饰不同分子，如聚乙二醇（PEG），容易穿过细胞表面的多层保护机制，增加在生物体内的滞留时间。纳米材料应用于药物输送和成像的优势体现于其多功能性，通过在载体内包埋对比试剂，实现成像信号的放大，可以同时实现治疗和监测药物在体内的作用位点及治疗效果。 此外，许多纳米材料自身具有提升成像能力的特性。例如，基于钆和氧化铁的纳米颗粒可以提高核磁共振对比度；低密度脂质纳米颗粒可以提高超声成像效果；半导体纳米晶体和量子点被应用于光成像；硅和矽土材料的生物降解速度比聚合物快得多，可以应用于注射用药；基于金属的纳米颗粒——纳米壳（nanoshell），如由金外壳包被矽土内核的纳米结构，可以用作高选择性、外部激活的治疗试剂等。 癌症的早期检测对于癌症的预防和治疗具有重要作用，但由于早期肿瘤的生物标志分子在人群中的表达差异，作为癌症早期诊断标志的灵敏性和可靠性较低，使用传统诊断技术无法保证对早期癌症的有效诊断。目前，已经有一些纳米技术应用于癌症早期检测，如DNA 微阵列技术，蛋白质组学的 SELDI-TOF 质谱技术等。这些技术从微米尺度到纳米尺度的转变，使我们获取信息的质量、数量和密度都大为提高。 多元化纳米技术在肿瘤检测的应用包括纳米线、纳米悬臂和纳米管阵列等，实时检测多重的分子信号和生物标志物，能够有效检测较低水平的生物标志物，有望实现癌症的早期诊断。在纳米悬臂上修饰特异性抗体，当生物标志蛋白，如肿瘤特异性的蛋白质标志分子，与悬臂上的特异抗体结合时，产生的结合力导致纳米结构的形变和共振频率的改变，采用
纳米生物医学材料的应用
纳米生物医学材料的应用 摘要：纳米材料和纳米技术是八十年代以来兴起的一个崭新的领域,随着研究的深入和技术的发展,纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透,显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在生物医学领域中的研究进展和应用。 关键字：纳米材料；生物医学；进展；应用 1. 前言 纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1~100nm),(2)有大量的界面或自由表面,(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,包括小尺寸效应和表面或界面效应等,因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,已在许多领域展示出广阔的应用前景,引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。 “纳米材料”的概念是80年代初形成的。1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。1987年美国和西德同时报道,成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。从那时以来,用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种。人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景,取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点,是当前国际上的前沿研究课题之一[1]。 2. 纳米陶瓷材料 纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于100nm量级的水平[2]。纳米微粒所具有的小尺寸效应、表面与界面效应使纳米陶瓷呈现出与传统陶瓷显著不同的独特性能。纳米陶瓷已成为当前材料科学、凝聚态物理研究的前沿热点领域,是纳米科学技术的重要组成部分[3]。 陶瓷是一种多晶材料,它是由晶粒和晶界所组成的烧结体。由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和微小裂纹。决定陶瓷性能的主要因素是组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响,使材料的强度、韧性和超塑性大大
纳米材料的制备技术及其特点
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
纳米光电子技术的发展及应用
纳米光电子技术的发展及应用 摘要:纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术，本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例，随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展，两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。 关键词：纳米技术纳米光电子技术纳米光电子器件应用 一、前言 纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性，交叉性的学科领域，为21世纪三大高新科技之一。而如今，纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展，该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活，成为公众视线中的焦点。[2 纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出，而不同领域对纳米技术的看法大相径庭，就目前发展现状而言大体分为三种：第一种，是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念，可以制造出任何种类的分子结构；第二种概念把纳
米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术；第三种概念是从生物角度出发而提出的，而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构 二、纳米技术及其发展史 1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。 2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等. 3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分
基础医学导论：纳米材料与癌症治疗
纳米材料与癌症治疗 姓名：刘通通学号：班级：基础二班电话： 摘要：在癌症治疗领域，人们通常采用手术、放疗、化疗进行治疗。临床上用的化疗治 癌药物显示出低的水溶性、较差的稳定性、快速的血液清除并且缺乏对肿瘤部位的靶向性，常常对于正常细胞造成伤害。近年来，随着纳米技术的发展，纳米材料作为一种新型抗肿瘤药物载体及mRNA载体为癌症患者提供了新的希望。通过梳理纳米技术在癌症治疗方面的发展历程，可以明确其发展方向，给后来的研究者提供一个大概的认识。本文主要就纳米技 术在癌症治疗领域的发展历程，以及现在出现的比较成功的纳米运输药物进行介绍。 关键词：纳米颗粒癌症纳米运输系统基因治疗 1.引言： 癌症一直是困扰人们的重大难题，传统疗法如化疗往往带给患者莫大的痛苦，并且收效甚微。20世纪70年代，纳米概念首次出现，1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子的科学，那些纳米分子的性能常常有很大的特异性。纳米生物学也孕育而生，而用纳米技术治疗恶性肿瘤是国际肿瘤研究领域的一个重要方向。已经逐渐发展了比较完善的纳米给药系统，可以输送药物和小型RNA，定向到达肿瘤部位，从而特异性抑制肿瘤生长。目前关于纳米药物的研究主要集中在以下方面：发展纳米给药系统；新型高载量的纳米颗粒的制备；构建纳米载体，用于输送环状DNA，诱导癌细胞的凋亡。 2.纳米载体与基因治疗 基于核酸药物的治疗手段可以通过外源正常基因导入靶细胞以纠正或补偿因基因缺陷和异常或者下调在肿瘤组织中过量表达的癌基因来达到治疗癌症的目的。利用纳米载体进行输送基因可以高效定向起到作用。 2.1纳米生物技术基因治疗载体的特点 在药剂学中，纳米载体是指由纳米生物材料制备，尺寸定在1~1000纳米的药物载体，具有生物兼容性、可生物降解、药物缓释和药物靶向传递等良好的特性[1]。 纳米生物技术基因主要有以下特点。1.生物安全性。纳米基因载体一般由具 生物兼容性、可生物降解性的纳米生物材料制备，基本无毒性，无免疫原性，体内可以代谢降解，生物安全性好[1]。纳米脂质体主要由磷脂及胆固醇合成，由 于其自身的仿生物膜的特点，可以通过与细胞膜的融合和胞吞作用将目的基因导入细胞。2.可保护核苷酸。纳米脂质体和纳米粒可以通过表面电荷吸附作用或通过包裹在其中来保护核苷酸不被核酸酶降解。Fattal等研究表明聚氰基丙烯酸烷 基脂阳离子纳米粒负载的寡核苷酸在细胞培养基中具有抗核酸酶的作用，阻止了寡核酸的降解，使得静脉给药体内的稳定性显著提高[2]。3.提高细胞吸收率。大
纳米技术在生物医药中的应用(一)
纳米技术在生物医药中的应用(一) 摘要纳米技术是在纳米尺度上研究物质的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。介绍了纳米技术在生物医药中的应用现状和前景，并分析了纳米技术在生物医药领域应用中的纳米材料安全性和成本问题。 关键词纳米技术纳米材料生物医药1990年在美国召开了第一届纳米技术国际学术会议，成为纳米科技发展进步的一个重要标志。1999年，美国的RobertAFreitasJr出版了《纳米医学》，表明了纳米科技的发展已促使人们开始多方面考虑并且探索纳米科技在医学临床诊治、药物学等方面的应用。纳米技术作为一项新兴技术，在生物医药领域具有十分广阔的应用前景。1纳米技术 纳米是英文nanometre的译名，像米、厘米、毫米等一样，是一个长度单位。1纳米（nm）为10-9米，也即百万分之一毫米，相当于一根头发丝直径的五万分之一。更形象地讲，如果把1nm的物体放在乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上。在纳米尺度上，由于物质的量子效应，物质的局域性和巨大的表面、界面效应，形成的材料性能发生了由量变到质变的飞跃，从而突变或产生奇异的新现象。 纳米技术是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。这一基本概念普遍认为由美国著名物理学家、诺贝尔物理奖获得者RichardFeynman在一次题为《在物质底层有很大的空间》的演讲中提出，“为什么我们不可以从另外一个方向出发，从单个的分子甚至原子开始组装，以达到我们的要求……如果有一天能按照人们的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇迹”。 纳米技术涵盖领域广泛，包括纳米材料学、纳米生物学和纳米显微学等方面，它建立了一种崭新的思维方式，使人类能够利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术成品来满足更高层次的要求。目前，由于纳米技术具有的独特优势以及人们对健康和重大疾病防治等问题的日益关注，纳米技术开始广泛应用于生物医药领域。 2纳米技术在生物医药中的应用 方兴未艾的纳米技术把人类对微观世界的认识带入了一个全新的境界，同时也为人类战胜疾病、提高健康水平提供了更为有力的武器。就目前而言，纳米技术在生命领域的应用前景已逐渐展现，并且许多设想已经逐渐实现，可以预见纳米技术将渗透至生物医药研究和应用的方方面面。 2.1万能的机器人 1986年，美国预见研究所的工程师埃里克·德雷克斯勒说：“我们为什么不制造出成群的、肉眼看不见的微型机器人，让它们在地毯或书架上爬行，把灰尘分解成原子，再将这些原子组装成各种物品。这些微型机器人不仅是搬运原子的建筑工人，同时还具有绝妙的自我复制和自我修复能力。” 同时，还有些科学家设想将蛋白质芯片或基因芯片组装成尺寸比人体红细胞还小的纳米机器人，使其具有某些酶的功能，它是纳米机械装置与生物系统的有机结合，在生物医学工程中可充当微型医生，解决传统医生难以解决的问题。将这些纳米机器人注入血管内，可按照预定程序，直接打通脑血栓，清洁心脏动脉脂肪沉积物等，达到预防和治疗心脑血管疾病的目的。 除此以外，不同的组合方案还可组装出其他功能的纳米机器人，例如，有的可以吞噬病菌、杀死癌细胞；有的可以作为人体器官的修复工具，修复损伤的器官和组织等，以完成整容手术或其他器官修复手术；有的可以进行基因装配工作，除去基因中错误或有害的DNA片段，并将正常的DNA片段装配进染色体，使机体正常运作。 2.2灵敏的检测器
纳米材料综述要点
纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段： 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料： ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合， ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合， ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。
图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成
4.1 运用纳米技术促进肿瘤免疫治疗
运用纳米技术促进肿瘤免疫治疗 1 肿瘤免疫治疗概述 随着科技的进步，免疫治疗已成为继手术治疗，化疗，放疗后的第四种治疗肿瘤的常用方法。临床上运用一些手段抑制或活化免疫系统从而达到治疗疾病的目的，称为免疫治疗。免疫治疗，基于免疫系统保护宿主的功能及其具有的特异性，记忆性，一直被认为是具有潜在治疗疾病的方法。被免疫治疗的特征所激励，科研工作者正利用免疫治疗对不同感染疾病，自身免疫疾病，变态反应，移植排斥反应，移植物抗宿主病及肿瘤开展基础和临床研究。在这些领域中肿瘤免疫治疗在临床上取到了引人注目的结果。 当前主要的肿瘤免疫治疗可以分为：细胞因子疗法，如IL-2；免疫卡点抗体疗法，如抗CTLA-4，PD-1及PD-L1的抗体；免疫共刺激受体的抗体疗法：如抗CD28、CD134、CD137的抗体；靶向肿瘤的抗体，如HER2单抗、CD20单抗等；肿瘤抗原或抗原肽刺激DC细胞的疗法；基因疗法；CAR-T等。 大部分的免疫疗法都要用到免疫调节因子，这些免疫调节因子往往具有副作用，如何减少或降低副作用对免疫治疗的成功至关重要。肿瘤抗原或抗原肽刺激DC细胞的疗法以及基因疗法往往由于抗原或基因易被降解而疗效较差。 纳米载体应用于肿瘤免疫治疗，主要有以下几点作用：（1）提高药物靶向性；（2）减轻或者消除局部和全身的毒副作用；（3）协助药物穿过体内各种屏障，实现在肿瘤部位的富集；（4）延长药物在体内的循环时间，增强治疗效果；（5）实现肿瘤的诊断和治疗一体化；（6）联合多种疗法进行肿瘤治疗。纳米载体在肿瘤疫苗、细胞因子介导的免疫治疗、抗体介导的免疫治疗及过继性免疫细胞治疗等方法上均有着卓越的表现。 纳米材料是直径1-1000nm的颗粒，经过多年的发展各种纳米材料用于肿瘤诊断和治疗已经取得很大的成功，常用的纳米材料及其特性如图1所示。研究证实10到100 nm的颗粒可以逃避肾脏的清除并能选择性的进入肿瘤组织。因此将药物包裹在纳米颗粒中可以提高药物在血循环的时间、增加在肿瘤的分布并且减少毒性。由于纳米材料易于进行修饰，因此将特定的目标分子负载在纳米材料表面能够使其更易被细胞吞噬。纳米材料因具有独特的理化性质在增强免疫治疗的同时能够显著的降低副作用。本综述主要介绍当前的几种肿瘤免疫治疗方法及其存在的问题，然后给出纳米技术在处理这些问题方面的优势。
纳米技术在抗肿瘤治疗中的应用进展.
当前应用于临床的化疗药物缺乏靶向性和特异性, 在杀灭肿瘤细胞的同时,对正常的组织也有损害, 因此严重不良反应使患者遭受极大痛苦。近年来, 随着科技进步而发展起来的交叉性新兴学科领域———纳米科技, 使得能够在微观范围内利用天然高分子材料或合成的化学物质为载体, 制成直径只有 1~100 nm 的纳米级载药微粒———纳米粒。与正常组织相比 , 肿瘤组织的血管丰富、结构特殊 , 表现为血管内皮间隙较大 , 大约为 400~800 nm , 而且淋巴回流较少 , 所以纳米药物可以在肿瘤组织中选择性地聚集 , 药物浓度较高。 因具有良好的生物相容性、稳定的理化性和极低的毒性, 并且还具有缓释性和表面可修饰性等特点, 作为药物或基因载体的纳米粒给药系统, 日益成为癌症靶向治疗领域的热点之一。无机纳米材料是生物医学领域的后起之秀 , 具有独特的理化性质、特殊的结构及高稳定性 , 可以克服有机纳米材料的功能单一、可控性差等硬伤 , 在药物输送、医学成像等方面显示出巨大的应用前景。不过 , 对于将来的临床转化 , 无机纳米材料的生物安全性一直是人们担忧的问题。如果不能有效代谢出体外 , 会在体内不断蓄积而产生毒性 , 甚至产生血管堵塞等严重后果。纳米介孔二氧化硅做为生物相容性优异的无机纳米材料的卓越代表 , 被公认是一种极具潜力的药物传递载体 , 已经被广泛用于磁性纳米颗粒、量子点等功能材料的包覆 , 以降低毒性、提高稳定性 , 开发在体内具有良好稳定性 , 高效低毒、产量高。 在研制出高产量 , 可精确控制颗粒尺寸、外壳厚度、内部空腔大小 , 具有中空和介孔结构的”夹心二氧化硅”后 , 根据肿瘤治疗的需求 , 科学家们一直潜心研究 , 设计可与药物相配伍的新型药物载体材料夹心二氧化硅。该夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇的载药量远高于国际上同类纳米药物载体。夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇治疗肝癌的抑瘤率提高到 72% , 显著高于多烯紫杉醇静脉注射剂多西他赛的抑瘤率。同时 , 研究发现 , 夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇能显著降低多西他赛的肝脏毒副作用。此外 , 研究人员对夹心介孔二氧化硅经静脉给药的急性和长期毒性作用进行了系统评价后发现 , 夹心二氧化硅对小鼠的致死性毒性极低 . 夹心二氧化硅的靶器官主要为肝脏和脾脏 , 并可以逐渐从这些器官代谢出去。这一结果有效证明了夹心二氧化硅的生物安全性 , 为其在生物医学领域的应用扫平了障碍。这种新
纳米技术在医学上的应用
纳米技术在医学上的应用 随着科学技术的进步和发展，纳米材料学和生物医学的结合越来越紧密，纳米材料在生物医学领域的应用已取得了很大进展，并展现出良好的发展势头和巨大的发展潜力。纳米技术的兴起，对生物医学领域的变革产生了深远的影响。纳米材料具有许多传统材料所不具备的独特的理化性质，因此在生物医学、传感器等重要技术领域有着广泛的应用前景。纳米材料在生物医药领域的应用主要有纳米药物、抗菌材料、生物传感器等。 纳米药物 纳米药物与传统的分子药物的根本区别在于它是颗粒药物，而广义的纳米药物可分为两类：一类是纳米药物载体，即指溶解或分散有分子药物的各种纳米颗粒，如纳米球、纳米囊、纳米脂质体等；第二类是纳米药物，即指直接将原料药物加工成的纳米颗粒，或利用崭新的纳米结构或纳米特性，发现基于新型纳米颗粒的高效低毒的治疗或诊断药物。前者是对传统药物的改良，而后者强调的是把纳米材料本身作为药物。是否能实现细胞和亚细胞层次上药物的靶向传递和智能控制释放，是降低药物毒副作用、提高治疗效果的共性问题。纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术，在药物输送方面具有许多优越性。目前，用作药物载体的材料是否能实现细胞和亚细胞层次上药物的靶向传递和智能控制释放，是降低药物毒副作用、提高治疗效果的共性问题。纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术，在药物输送方面具有许多优越性。目前，用作药物载体的材料 抗菌材料 抗菌材料是指具有抗菌或杀菌功能的材料，其主要机理为：干扰细胞壁的合成、损伤细胞膜、抑制蛋白质的合成和干扰核酸的合成等4点。目前，抗菌材料使用的方法主要是通过添加抗菌剂或化学改性的方法使材料具有抗菌的效果。 通过表面化学改性方法将抗菌剂接枝到电纺纳米纤维表面，控制接枝反应在纳米纤维的表面进行，不影响纤维膜的本体力学性能。此外，纳米纤维巨大的比表面被具有高密度抗菌基团的聚合物链覆盖，并稳定、牢固地以共价键结合，这不仅大大提高了抗菌效率，小剂量即可产生强的抗菌作用，而且还具有长效及重复使用的优势，可以有效避免抗菌剂污染等问题。 生物传感器 生物传感器是信息科学、生物技术和生物控制论等多学科交叉融合而形成的新兴高科技领域。随着微电子机械系统技术、纳米技术不断整合入传感器技术领域，生物传感器越来越趋向于微型化。在纳米技术中，纳米器件的研究水平和应用程度标志着一个国家纳米科技的总体水平，而纳米传感器又是纳米器件研究中的一个最重要的方向。 由中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究员带领的纳米材料可控制备与应用研究组，在纳米增强的酶生物传感器研究方面取得了重要进展。此研究成果是采用四氧化三铁纳米颗粒构建高灵敏度葡萄糖生物传感器。研究表明，该生物传感器具有良好的抗干扰性，在实际血清的检测中表现出很好的检测效果，与现有临床方法检测结果相比，标准偏差均在3％以内，具有很强的实用性。 纳米技术医学应用的展望 虽然纳米医学刚刚问世，但其发展的巨大潜力已经展示在我们面前。21世纪
纳米技术的应用与前景
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
纳米技术在医学领域的应用和重要影响
纳米技术在医学领域的应用 和重要影响 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
纳米技术在医学领域的应用和重要影响 摘要：纳米技术与生物医学的结合, 为医学界提供了全新的思路和便利, 纳米材料在医学领域的应用取得了显著效果。随着纳米材料在生物医学领域更广泛的应用, 临床医疗将变得节奏更快、效率更高, 诊断、检查更准确, 治疗更有效, 人们的生命安全将得到更大的保障。 关键词：纳米材料，纳米技术，生物医学，应用，重要影响 “纳米（nm）”是一种度量长度的单位，一个纳米是百万分之一毫米，也就是十亿分之一米，大约相当于45个原子串起来的长度。根据2011年10月18日欧盟委员会通过的纳米材料的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1nm-100nm之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。简单来说就是，一种由具有尺寸在100nm以下的微小结构的固体颗粒组成的材料。纳米技术是指一种在单个原子与分子层次上对物质的数量、种类和结构形态等进行精确的识别、观测和控制的技术，并在纳米尺度（1—100nm）内研究物质的特性和相互作用来达到创制新物质的高新技术。这项技术是在20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科，它具有创造新生产工艺、新物质和新产品的巨大潜能和前景，它将在21世纪掀起一场新的产业革命。 科技快速发展的今天, 科学技术的各个领域相互融合、渗透,其中纳米科技的发展促进了高新技术一体化的进程, 引起了科技界的高度重视。我国著名科学家钱学森曾经预言“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命, 从而将是21世纪的又一次产业革命”。纳米技术的发展正越来越成为世界各国科技界所关注的焦点,谁能在这一领域取得领先,谁就能占据21世纪科学的制高点。 美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域迅猛发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪的应用，医学纳米技术已经被列为美国优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断，2004年，美国国立卫生研究院所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、
纳米技术在抗肿瘤治疗中的应用进展.
当前应用于临床的化疗药物缺乏靶向性和特异性，在杀灭肿瘤细胞的同时，对正常的组织也有损害，因此严重不良反应使患者遭受极大痛苦。近年来，随着科技进步而发展起来的交叉性新兴学科领域 --------- 纳米科技,使得能够在微观范围内利用 天然高分子材料或合成的化学物质为载体，制成直径只有1-100 nm的纳米级载药微粒 --------- 纳米粒。与正常组织相比?肿瘤组织的血管丰富、结构特殊，表现为 血管内皮间隙较大，大约为400^800 nm ,而且淋巴回流较少，所以纳米药物可以在肿瘤组织中选择性地聚集，药物浓度较高。 因具有良好的生物相容性、稳定的理化性和极低的毒性，并且还具有缓释性和表面可修饰性等特点，作为药物或基因载体的纳米粒给药系统.曰益成为癌症靶向治疗领域的热点之一。无机纳米材料是生物医学领域的后起之秀，具有独特的理化性质、特殊的结构及高稳定性，可以克服有机纳米材料的功能单一、可控性差等硬伤，在药物输送、医学成像等方面显示出巨大的应用前景。不过，对于将来的临床转化，无机纳米材料的生物安全性一直是人们扌日忧的问题。如果不能有效代谢出体外，会在体内不断蓄积而产生毒性，甚至产生血管堵塞等严重后果。纳米介孔二氧化硅做为生物相容性优异的无机纳米材料的卓越代表，被公认是一种极具潜力的药物传递载体，已经被广泛用于磁性纳米颗粒、量子点等功能材料的包覆，以降低毒性、提高稳定性，开发在体内具有良好稳定性，高效低毒、产量高。 在研制出高产量，可精确控制颗粒尺寸、外壳厚度、内部空腔大小，具有中空和介孔结构的”夹心二氧化硅”后，根据肿瘤治疗的需求，科学家们一直潜心研究，设计可与药物相配伍的新型药物载体材料夹心二氧化硅。该夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇的载药量远高于国际上同类纳米药物载体。夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇治疗肝癌的抑瘤率提高到72% ,显著高于多烯紫杉醇静脉注射剂多西他赛的抑瘤率。同时，研究发现，夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇能显著降低多西他赛的肝脏毒副作用。此外，研究人员对夹心介孔二氧化硅经静脉给药的急性和长期毒性作用进行了系统评价后发现，夹心二氧化硅对小鼠的致死性毒性极低?夹心二氧化硅的靶器官主要为肝脏和脾脏、并可以逐渐从这些器官代谢出去。这一结果有效证明了夹心二氧化硅的生物安全性，为其在生物医学领域的应用扫平了障碍。这种新型夹心二氧化硅纳米载药系统治
纳米材料与技术思考题2016
纳米材料导论复习题(2016) 一、填空： 1.纳米尺度是指 2.纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型物质的科学 3.纳米技术是在纳米尺度范围内对原子、分子等进行的技术 4.当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称为 5.一维纳米材料中电子在个方向受到约束，仅能在个方向自由运动，即电子在 个方向的能量已量子化一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广泛关注的，又称为 6.1997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因是 7.纳米材料热力学上的不稳定性表现在和两个方面 8.纳米材料具有高比例的内界面，包括、等 9.根据原料的不同，溶胶-凝胶法可分为： 10.隧穿过程发生的条件为. 11.磁性液体由三部分组成：、和 12.随着半导体粒子尺寸的减小，其带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱将向方向移动，即 13.光致发光指在照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程仅在激发过程中发射的光为在激发停止后还继续发射一定时间的光为
14.根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结构：、和 15.STM成像的两种模式是和. 二、简答题：（每题5分，总共45分） 1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？ 2、纳米材料的分类？ 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？ 4、简述PVD制粉原理 5、纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？ 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象 7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？ 8、解释纳米材料熔点降低现象 9、AFM针尖状况对图像有何影响？画简图说明 1. 纳米科学技术 (Nano-ST):20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米10–7)到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范
癌症诊断纳米材料治疗应用
癌症诊断纳米材料治疗应用 近年来，癌症成为了威胁人类健康的第一杀手，在我国胃癌、 肝癌和肺癌是3种发病率最高的癌症。早期的癌症难以发现，而癌 细胞又易通过淋巴血管等途径转移扩散，导致癌症的治愈居高不下。目前临床癌症的治疗方法是手术治疗、放射治疗和化学治疗。然而，手术治疗存在高风险、创伤面积大和易复发的缺点；放疗和化疗在 杀死癌细胞的同时会损伤机体的正常细胞，导致正常生理功能受损。因此，人类急需开发新型的癌症诊疗策略攻克这一医学难题。纳米 技术的飞速发展为癌症的诊断和治疗带来了新的策略，纳米材料具 有良好的光学性质、磁学性质和电学性质，利用这些性质，人们可 以开发出检测肿瘤标志物的传感器进行癌症诊断，也可以制备药物 载体进行靶向释放药物。通过不断优化纳米材料，人们构建起来稳定、高效的纳米诊断系统和治疗系统，这将为癌症的诊疗提供强大 的技术支持，纳米材料在癌症的诊疗中的应用具有诸多优势，如检 测信号强特异性高、对癌细胞具有选择性和特异性、能降低药物的 剂量减轻药物的副作用等。然而，目前大多数纳米材料的应用研究 都停留在基础阶段，特别是在癌症的诊疗过程中面临安全性和代谢 等问题，因此开发性能优良的纳米材料依然是今后科研工作的重点。 1超顺磁铁氧化物纳米颗粒 超顺磁铁氧化物纳米颗粒通常是人工合成的磁性纳米颗粒，包 括纳米级的γ-氧化铁、α-氧化铁和四氧化三铁。这些纳米颗粒具 有超顺磁性，在磁场作用下能够迅速磁化，并达到磁饱和状态，当 磁场消失后，又能立刻去除磁化作用，因此能够对其进行导向标靶，引导其到达生物组织的特定部位，提供诊断和治疗的靶向性。超顺 磁铁氧化物纳米颗粒在生物医学中应用要满足以下条件：1）颗粒尺
纳米材料及其应用前景
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。