生物亲和性功能化纳米颗粒研究与应用

第２２卷第４期２００２年１２月

化学传感器

ＣＨＥＭＩＣＡＬＳＥＮＳＯＲＳ

Ｖ０１．２２．Ｎｏ．４

Ｄｅｃ．２０Ｏ２

生物亲和性功能化纳米颗粒研究与应用”

何晓晓王柯敏★李。杜黄杉生羊小海李军段菁华（化学生物传感与计量学国家重点实验室，化学化工学院，

生物技术研究院，湖南大学长沙４１００８２）

纳米技术是２０世纪９０年代发展起来的一项高新技术，对当今科学技术的发展产生了重大影响。纳米技术对生物技术、医学工程、临床诊断等生物医学研究领域的影响更是具有划时代的意义，尤其是为时五年的庞大的人类基因组计划已经完成，如何利用纳米技术在后基因组时代定量解析大量的基因数据，寻找及利用与各种生物功能和疾病相关基因的生物信息将比完成人类基因组计划本身更具挑战性。生物亲和性功能化纳米颗粒正是纳米技术、生物技术与材料制备技术三项尖端技术结合的代表，采用物理或化学方法制备的一系列用以在纳米尺度上研究细胞、亚细胞、单分子、原子的行为和相互作用机理的新型纳米材料。由于具有了生物亲和性和生物选择识别性，使生物亲和性功能化纳米颗粒的发展将为生命过程的机制阐明、人类疾病的机理研究、临床医学诊断和治疗提供全新的材料、技术和方法，可望在材料科学、生物化学、医学等领域得到重大应用。

一、生物亲和性功能化纳米颗粒的基本结构

生物亲和性功能化纳米颗粒不仅仅是纳米尺寸（Ｉ～１００ａｍ）概念上的一种纳米材料，它是由功能性的内核、可生物修饰的外壳以及修饰在外壳表面的生物分子构成，具有明显核壳结构的一种新型纳米材料。以该核壳结构模式为依据，结合生物技术与纳米材料制备技术，可制备出具有多种不同功能的生物亲和性功能化纳米颗粒。

二、生物亲和性功能化纳米颗粒的研究内容

１、纳米颗粒制备方法的研究

选择合适的方法制备纳米颗粒是很重要的，具不同功能的核材料和壳材料对制备方法都会有不同的要求，另外颗粒的均匀度和颗粒粒度分布也会受到所采用的制备方法的影

＊通信联系人

＊＋国家自然科学基金重点项目（Ｎｏ．２０１３５０１０）、国家杰出青年基金（Ｎｏ．２９８２５１１０）、教育部重大项目基金（Ｎｏ．２０００—１５６）、教育部骨干教师基金（Ｎｏ．２０００—６５）、海外青年学者合作研

究基金（Ｎｏ．２００２８５０６）及湖南省自然科学基金（００ＧＫＹｌ０１１，０１ＪＪＹ２０１２）资助。

２化学传感器２２卷

响。在制备过程中，一方面要保证制备的颗粒的大小在１～１００ｎｍ之间，并且获得较窄的粒度分布，另一方面又要保证制备多种具不同特性的颗粒，并能在其表面包被可修饰的材料，成为生物亲和性功能化纳米颗粒，因此在制备过程中既要兼顾核材料与壳材料的选择并且考虑相容性，同时又要控制它们在形成颗粒过程中的成核和生长。在这方面主要研究各种各样的纳米颗粒的合成方法，研究不同的方法制备包括不同大小、不同核材料和具不同表面特性的纳米颗粒；研究核壳纳米颗粒制造技术的放大与最优化。

通常把制备纳米颗粒的方法按气相法、液相法和高能球磨法来分类，其中属于液相法的微乳液方法在纳米颗粒的制备中发挥了重要的作用。微乳液（Ｍｉｃｒｏｅｍｕｌｓｉｏｎ）是由油一水一表面活性剂一助表面活性剂组成的，具有热力学稳定性和各向同性，分散相质点的尺寸通常在１０。１００Ｂｉｌｌ之间，也称纳米微乳液。乳液内的水核实质上是一微型反应器，可以通过选择合适的微乳体系来控制水核的大小，且保证表面活性剂界面层有一定强度，从而控制微型反应器的尺寸，达到控制纳米微粒粒径大小和分布的目的。利用该方法成核制备的纳米颗粒，大小均匀且分散性好，并且对生物分子的活性影响很小。笔者采用该方法制备了十余种以荧光染料、磁性材料、药物、基因等为核的纳米颗粒。

２、纳米颗粒核材料的研究

采用不同的材料作为核壳纳米颗粒的核部分，制备出来的颗粒将具有不同功能，从而实现核壳纳米颗粒在多个领域的应用。如以荧光染料为核材料制备的核壳荧光纳米颗粒，可用于生物分子的荧光标记、细胞的活性染色等；以磁性物质作为核材料的核壳磁性纳米颗粒，可用于生物分子或细胞的分离；以ＣｄＳ或ＣｄＳｅ为核的量子点纳米颗粒，随颗粒大小的不同，在同一激发波长下呈现不同的发射光谱，用于制备多维响应信号的传感器；以药物为核材料制备的药物纳米颗粒，可实现药物的定向输送；以基因为核材料的纳米颗粒，可实现基因的高效率转导等。

３、纳米颗粒壳材料的研究

有许多材料可以作为纳米颗粒的外壳。一方面可利用以元机物（如氧化硅、氧化铝、硫化物及一些金属材料如金银等）为主的外壳材料，因为这些外壳材料具有化学活泼性，很容易实现生物化学修饰；另一方面要特别发展生物活性高分子材料（如蛋白质、多糖等）和生物可降的高分子材料（如聚乳酸、聚乙二醇等）作为核壳纳米颗粒的外壳材料，因为可通过生物的降解作用释放功能性的核材料，这在基因治疗和药物传送等领域具有非常重要的作用。如利用生物高分子与金属氧化物相互间化学键的作用，实现核壳材料的结合，制备以生物活性高分子为外壳的纳米颗粒。笔者利用四氧化三铁与多糖的氢键结合，制备了以多糖为外壳的磁性纳米颗粒，利用正硅酸乙酯水解的方法制备了一系列以二氧化硅为外壳的生物亲和性功能化纳米颗粒。

４、纳米颗粒的表面生物修饰方法研究

如何在极小的纳米颗粒表面修饰生物分子，同时又要不影响生物分子的活性，是纳米颗粒在生物医学中得以应用的重要环节。通常用于制备纳米颗粒的核材料大都不能直接与生物分子相互连接，或者这种连接可能影响功能材料的特性与生物分子的活性。为了使纳米颗粒表面功能化并实现其预期的应用，必须对纳米颗粒的表面进行修饰，将生物分子固定在纳米颗粒的表面。这种技术的实现主要包括生物分子在壳表面的物理吸附（如静电作用等）

４期何晓晓等：生物亲和性功能化纳米颗粒研究与应用３

和化学修饰。其中化学修饰主要是通过壳材料已有的功能基团或是经过活化后修饰上去的基团（如羟基、羧基、氨基等）与生物分子的功能基团间的化学键合，实现生物分子的修饰。此方法具有通用性，如笔者采用硅烷化试剂对以二氧化硅为外壳的纳米颗粒进行活性基团修饰，实现了抗体、ＤＮＡ、酶等的键合，并且键合的生物分子仍具有良好的生物活性。

５、纳米颗粒的物理化学特性研究

由于纳米颗粒非常小，它既不同于整体材料也不同于原子状态的物理性能，必须考虑量子尺寸效应、表面效应及可能的混沌效应，因此深入研究不同核材料及外壳的纳米颗粒的特性对推广纳米颗粒的应用是非常重要的。在这方面笔者重点对纳米颗粒的物理、化学、生物特性、及其与颗粒尺寸和生物体系的关系等进行研究。

三、生物亲和性功能化纳米颗粒的特性

由于生物亲和性功能化纳米颗粒具有明显的核壳结构特点，使其物理化学特性将比一些普通纳米材料更优越，主要表现在ｔ

１、降低了纳米颗粒对生物机体的毒性。提高了纳米颗粒的生物亲和性

纳米技术直接导致的纳米材料具有卓越的光、电、热、磁、吸附等特殊功能，在环保、新材料、民用工业、催化等领域发挥了重要的应用价值。但是已有的许多纳米材料尚不能应用于生物医学领域，其主要原因之一就是这些纳米材料缺乏生物亲和性，它的应用可能给生物机体带来一定的毒性。而核壳生物纳米颗粒具有生物亲和性的外壳，隔绝了功能化核材料与目标对象的直接作用，同时并不影响功能性核材料的物理化学性质；并且在外壳表面修饰的生物分子可降低对生物机体的毒性，可实现纳米颗粒在生物医学领域中的广泛应用。如一些常用的荧光染色剂对细胞都有一定的毒害作用，因此，很难实现细胞的活性染色，而将荧光染料包在纳米颗粒内部制备的核壳生物荧光纳米颗粒，隔绝了荧光染料与细胞的直接作用，可用于细胞的活性染色以及活细胞内分子运动的跟踪研究。

２、纳米颗粒的稳定性得到显著提高

由于生物机体生存环境的复杂性，从而对用于生物医学研究的技术手段也提出了很高的要求。体内各种酶以及防御系统都有可能影响纳米颗粒作用的发挥。通过采用外壳材料的包被避免了外界环境因素对功能化核材料的影响（如光漂白、氧化、生物降解等），使纳米颗粒的各种物理化学性质的稳定性得到显著提高，有利于发挥其应有的功能。

３、检测灵敏度增强

纳米颗粒的尺寸效应导致的比表面积增大，可以在核壳纳米颗粒表面修饰更多的生物分子，以及核壳纳米颗粒结构可实现对功能性材料包埋所带来的放大效应，使核壳纳米颗粒用于生物医学检测时，灵敏度明显提高。

四、生物亲和性纳米颗粒在生物医学中的应用

生物亲和性功能化纳米颗粒的尺寸一般在１～１００ｎｍ左右，比生物体内的细胞小得

４化学传感器２２卷

多，并且由于有外壳的包被和生物分子的修饰，使其具有了生物亲和性和生物识别性，为生物医学研究提供了一个新的研究途径和技术方法。可利用生物纳米颗粒在纳米尺度上分析生命体系内痕量活性物质，以实现生命机理探讨及疾病早早期诊断；利用磁性生物纳米颗粒进行细胞或生物活性分子的分离；以及利用生物纳米颗粒作为载体进行药物和基因的输送等。

１、基于生物荧光纳米颗粒的新型荧光标记方法

用于检测生命体系内痕量活性物质的方法主要有放射性同位素示踪法、酶联免疫法、电化学法、荧光法等，其中荧光分析法在生命体系内痕量活性物质的分析应用发挥了很大的作用。但是传统荧光方法在生命体系内痕量活性物质的分析应用中存在一些难以克服的缺陷，如毒副作用，荧光染料的光漂白等；并且传统的荧光标记方法在一个生物分子上往往只能连接少数几个荧光试剂分子，分析灵敏度受到了限制。生物荧光纳米颗粒具有强且稳定的荧光，通过在颗粒的表面修饰功能性的生物分子，从而实现生物分子的荧光标记。该标记方法较传统的荧光分子标记方法相比，在生物相容性、荧光稳定性方面都有很大的提高，尤其是其检测灵敏度较传统的荧光检测方法提高了几千倍。因此，基于生物荧光纳米颗粒建立的分析新方法在生命体系内痕量物质分析（例如：细胞膜抗原检测、小片段ＤＮＡ染色体原位杂交、细胞活性染色、细胞内物质示踪等）中具有非常重要的应用前景。笔者建立了一种基于核壳生物荧光（Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋．６Ｈ：０）纳米颗粒的新型荧光标记方法，并应用该方法实现了对早期白血病的诊断和红斑狼疮疾病的诊断，其灵敏度和稳定性都较传统方法显著提高。

２、基于生物功能化纳米颗粒构建的纳米生物探针在单细胞检测中的应用

直接对活体细胞进行监测，可以真实地了解活细胞的ＤＮＡ、蛋白质和其它生物化学物质的变化。例如，在研究外场（如电、磁、光、热、化学物质）对活体细胞代谢的影响时，就需要实时、原位地对活体细胞进行监测，但是传统的手段很难实现这一点，且难以保证监测手段本身不对细胞的生命活动造成影响。纳米颗粒具有尺寸小，比表面积大的优良特性，因此，基于生物功能化纳米颗粒构建的纳米生物探针具有体积非常微小的特点，通过细胞的内吞作用或是受体一配体的介导作用，纳米生物探针可直接进入单个活体细胞，高灵敏、高选择性地监测感兴趣的对象，还可实现对单个细胞健康状况的评估。这类探针便于操作，并可直接完成信号的转换，可用于检测活体细胞中活性物质（ｃａ２＋、Ｈ＋、ＤＮＡ、ＲＮＡ、酶等）的含量和变化，并可实时测定在外界刺激下活体细胞内这些活性物质的空间分布。笔者已成功的研制了基于纳米颗粒构建的ｐＨ纳米生物探针、葡萄糖纳米生物探针，并实现了对单个细胞内物质变化的测量。

３、基于生物功能化纳米颗粒的纳米富集器在生物分离中的应用

生物细胞和生命活性物质的富集和分离是生物医学研究中一个十分重要的技术。尤其是细胞的分离在细胞生物学和临床诊断中具有非常重要的应用价值，它关系到所需的细胞的标本能不能快速获得以及病变细胞能否选择性去除等关键问题。早在８０年代初，人们就建立了应用纳米ＳｉＯ：微粒实现细胞分离的技术，该方法较以往的密度梯度离心法相比有很大的改善，易实现细胞的分离，但也需要烦杂的离心程序。生物磁性纳米颗粒具有超顺磁性及在外磁场作用下的磁导向性运输和富集，使其在生物活性物质和细胞的富集和分离中具有非常重要的应用前景。将具有对靶目标特异识别和结合功能的生物分子修饰在生物磁性

４期何晓晓等：生物亲和性功能化纳米颗粒研究与应用５

纳米颗粒的外壳上，基于生物亲和性功能化纳米颗粒的纳米富集器与靶目标的培育与结合，在一定外磁场作用下实现靶目标的富集和高效分离。笔者通过制备功能化的生物磁性纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒，建立了一种核酸富集方法，成功地实现了对动物组织中的核酸进行富集和分离，其方法较传统的核酸分离方法简单、快速，并且分离效率也明显提高。

４、基于生物亲和性功能化纳米颗粒构建的新型非病毒型基因载体

随着人类基因组计划的完成，对于治疗一些由于基因突变或缺失引起的疾病成为了可能。因此，用于“体内”或“体外”基因转导的方法也相继出现，但是基因治疗的真正应用还存在一定的距离。因为要将目标基因导人受体细胞内进行表达，存在许多的障碍，导致转导效率很低。虽然病毒载体已被广泛地应用于基因转导的研究中，但是作为这种载体的病毒本身会给机体带来不安全的一面；各种功能化修饰的脂质体也在基因转导研究中扮演了重要角色，然而脂质体在体内的不稳定性，使其在临床应用中受到了一定的限制。因此，寻找和研究可用于基因转导并能提高转导效率的新型非病毒载体引起了研究者的普遍关注。而将纳米技术与生物技术的结合，给基因工程技术的发展与应用带来了新的契机。制备含有基因的生物亲和性功能化纳米颗粒是一种很有发展前途的基因载体。因为它有三方面的优点：一是选择适当的外壳材料将会对ＤＮＡ或ＲＮＡ起到保护作用，防止酶的降解；其次是可以通过对外壳的修饰，使其具有靶向性，可选择性地导人受体细胞；另外，一个载体纳米颗粒就可以包含大量的ＤＮＡ或ＲＮＡ，扩大了基因进入受体细胞的几率。因此，应用这种载体将大大提高基因的转导率。如通过阳离子聚合物（鱼精蛋白等）与ＤＮＡ的作用形成的核壳纳米颗粒，并在其表面修饰上转铁蛋白，可以很容易地将ＤＮＡ导入肿瘤细胞内。

笔者发展了一种基于氨基化二氧化硅纳米颗粒的新型非病毒型基因载体，成功将绿色荧光蛋白表达载体导人ＣＯＳ一７细胞系，并在细胞内产生高水平的绿色荧光蛋白表达，其转导效率明显高于脂质体，可望为基因表达、功能研究及基因治疗等提供一种新的技术和手段。

５、生物亲和性功能化纳米颗粒在药物传递中的应用

在迅速发展的药剂学中，药物的利用率、靶向性及药物的副作用是评价药物的常用指标。随着基因工程和生物技术的发展，一些用于疾病预防和治疗的多肽与蛋白质药物相继出现，但由于蛋白质药物能迅速被胃肠道消化降解，药物的利用率极大的降低，使临床应用受到很大的限制。另一方面，绝大多数的药物都没有靶向性，使药物副作用增大，特别是一些用于癌症化疗的药物，因为没有靶向性，药物遍及各个部位，给患者增大了身心痛苦。因此以生物亲和性的功能化纳米颗粒为药物载体的给药系统具有非常重要的应用价值。由于纳米颗粒的形成对药物有一定的保护作用，可防止药物在输送过程中被体内的消化酶快速降解，从而提高药物在胃肠道中的稳定性，增大药物的利用率。还可以通过在外壳上修饰抗体、配体等有特异部位识别的生物分子，从而可以将药物选择性的导向靶位；或者是利用体外磁向导性，在纳米颗粒药物中引入磁性物质，通过外加磁场将其导向靶位，对于浅表部位病灶或对于外加磁场容易触及的部位具有一定的可行性。另一方面通过调节纳米颗粒药物表面的壳材料的亲水性与电荷性，将影响到纳米颗粒药物与调理蛋白吸附结合力的大小，从而影响药物在体内的循环时间，以达到对药物的控制性释放。

６化学传感器２２卷

五、结论

纳米技术和生物技术是当今科技的两个重大领域。生物亲和性功能化纳米颗粒通过核壳结构把纳米技术、生物技术、材料制备技术紧密的结合在一起，融合了这三大关键技术的长处，同时又表现了其独特的优越性能，它的研究与发展将对生物学、材料学、药物学等学科的发展与应用产生深远的影响。

参考文献

【１】王柯敏，谭蔚泓，肖丹，核壳型纳米颗粒，申请号：００１１３６８１．ｘ．

［２】何晓晓，王柯敏，谭蔚泓，肖丹，李军，羊小海，《科学通报》，４６（１６），１３５３（２００１）

［３】ＳａｎｄｒａＳ．，ＺｈａｎｇＰ．，ＷａｎｇＫ．Ｍ．，ＴａｐｅｃＲ．，ＴａｎＷ．Ｈ．，ＡｎａｌＣｈｅｍ，７３（２０），４９８８（２００１）

【４】ＨｅＸ．Ｘ．，ＷａｎｇＫ．Ｍ．，ＴａｎＷ．Ｈ．，ＬｉＪ．，ＹａｎｇＸ．Ｈ．，ＨｕａｎｇＳ．Ｓ．，ＬｉＤ．，ＸｉａｏＤ．，Ｊ．ｏｆＮａｎｏｓｃｉ．ａｎｄＮａｎｏｔｅｅｈ．，１２（３），（２００２）

【５】ＳａｎｔｒａＳ．，ＷａｎｇＫ．Ｍ．，ＴａｐｅｃＲ．，ＴａｎＷ．Ｈ．，Ｊ．ｏｆＢｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔ．，１６（２），１（２００１）

【６】ＨｅＸ．Ｘ．，ＷａｎｇＫ．Ｍ．，ＴａｎＷ．Ｈ．，ＸｉａｏＤ．，ＹａｎｇＸ．Ｈ．，ＬｉＪ．，ＳＰＩＥ，４４１４，３９４

【７】ＨｅＸ．Ｘ．，ＷａｎｇＫ．Ｍ．，ＴａｎＷ．Ｈ．，ＹａｎｇＸ．Ｈ．，“ｕＢ．，ＨｕａｎｇＳ．Ｓ．，ＬｉＪ．，Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，２００２，（２００２）

【８】ＷａｎｇＫ．Ｍ．，ＨｅＸ．Ｘ．，ＸｉａｏＤ．，ＬｉＪ．，ＹａｎｇＸ．Ｈ．，ＬｉＱ，ＣｈｅｍｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅｕｎｉｖｅｒｓｔｉｅｓ，１２１（１２），６２（２０００）

【９】ＢｕｉＪＤ，ＺｅｌｌｅｓＴ，ＬｏｕＨＪ，ｅｔ８ｌ，Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．Ｍｅｔｈ．，８９，９（１９９９）

【１０】ＴａｎＷＨ，ＰａｒｐｕｒａＶ，ＨａｙｄｏｎＰＧ，ｅｔ乩Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，６７，２５７５（１９９５）

【１１】ＳａｎｇｅｒＦ，ＮｉｃｋｌｅｎＳ，ＣｏｕｌｓｅｎＡＲ．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ］．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，Ｕ．Ｓ．Ａ．，７４，５４６３（１９７７）

【１２】ＦｕｎｇＪＣ，ＭａｒｓｈａｌｌＷＦ，ＤｅｒｎｂｕｒｇＡＤ，ｅｔａ１．，Ｊ．ＣｅｌｌＢｉ０１．，１４１，５（１９９８）

【１３】ＢｏｒｎｈｏｐＤＪ＇ＨｕｂｂａｒｄＤＳ，ＨｏｕｌｎｅＭＰ，ｅｔａ１．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７１，。２６０７（１９９９）

【１４】ＢｒｎｅｈｅｚＭ，ＭｏｒｏｎｎｅＭ，ＧｉｎＰ，ｅｔａ１．，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８１，２０１３（１９９８）

【１５】ＣｈａｎＷ．Ｃ．Ｗ．，ＮｉｅＳ．Ｍ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８１，２０１６（１９９８）

［１６】ＰｅｎｇＸ．Ｇ．，ＷｉｃｋｈａｍＪ．，ＡｌｖｉｖｉｓａｔｏｓＡ．Ｐ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２０，５３４３（１９９８）

【１７】ＨｉｎｅｓＭ．Ａ．，Ｇｕｙｏｔ—ＳｉｏｎｎｅｓｔＰ．，Ｊ．ＰｈｙｓＣｈｅｍ，１００，４６８（１９９６）

【１８】ＤａｖｉｓＳ．Ｓ．，ＴｒｅｎｄｓＩｎＢｉｏｔｅｅｈ，１５，２１７（１９９７）

ｆ１９】ＢｅｎｄｅｒＡ．Ｒ．，ＢｒｉｅｓｅｎＨ．Ｖ．，ＫｒｅｕｔｅｒＪ．，ｅｔａ１．，ＡｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌＡｇｅｎｔｓ＆Ｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ，４０（６），１４６７（１９９６）【２０】ＬｕｏＤ．，ＳａｌｔｚｍａｎＷ．Ｍ．，ＮａｔＢｉｏｔｅｃｈ，１８，８９３（２０００）

【２１】ＪｕｎｇｈａｎｓＭ．，ＫｒｅｕｔｅｒＪ．ＺｉｍｍｅｒＡ．，ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄＲｅｓ．，２８（１０），４５（２０００）

［２２】ＳｃｈｗａｂＧ．，ＣｈａｖａｎｙＣ．。ＤｕｒｏｕｘＩ．，ｅｔａｌ，ｃｅｌｌｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｕｍｏｒｉｇｅｎｉｃｉｔｙｉｎＰｒｏｅ．ＮａｔｌＡｃａｄＳｃｉＵＳＡ，９１，１０４６０（１９９４）

［２３】Ｊａｇｕｒ—ＧｒｏｄｚｉｎｓｋｉＪ．。Ｒｅａｃｔｉｖｅ＆ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＰｏｌｙｍｅｒｓ，３９，９９（１９９９）

［２４】ＺｉｍｍｅｒＡ．，ＡＣｏｍｐａｎｉｏｎｔｏｍｅｔｈｏｄｓｉｎｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，１８，２８６（１９９９）

［２５】ＥｒｂａｅｈｅｒＰ．，ＺｏｕＳ．，ＢｅｔｔｉｎｇｅｒＴ．，ｅｔａ１．，ＰｈａｒｍＲｅｓ．，１５（９），１３３２（１９９８）

［２６】ＫｎｅｕｅｒＣ．，ＳａｍｅｔｉＭ．，ＨａｈｎｅｒＥ．Ｇ．，ｅｔａ１．，ＩｎｔＪ．Ｐｈａｒｍ，１９６（２），２５７（２０００）

４期何晓晓等：生物亲和性功能化纳米颗粒研究与应用７

ＳｔｕｄｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ

ＢｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ

ＨｅＸｉａｏ—ｘｉａｏ，ＷａｎｇＫｅ—ｍｉｎ。，ＬｉＤｕ，ＨｕａｎｇＳｈａ—ｓｈｅｎｇ，ＹａｎｇＸｉａｏ—ｈａｉ，

ＬｉＪｕｎ，ＤｕａｎＪｉｎｇ—ｈｕａ

（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＳｅｎｓｉｎｇ＆Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１．００８２）

ＡｂｓｔｒａｃｔＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｗｉｔｈｈｉｇｈｓｕｒｆａｃｅ—ｔｏ—ｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏａｎｄｕｌｔｒａ—ｓｍａｌｌｉｎｓｉｚｅ，ａｒｅ

ｐｏ—ｔｅｎｔｉａｌａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｆｕｌｆｏｒｇｅｔｔｉｎｇｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅｏｒｏｕｔｓｉｄｅｏｆｌｉｖｉｎｇ

ａｎｄｉｍｍｕｎｏａｓ—ｓｐｅｃｉｍｅｎ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｎｏｎ—ｉｓｏｔｏｐｉｃａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｆｏｒｃｅｌｌｂｉｏｌｏｇｙ

ｓａｙ．Ｂｕｔｍａｎｙｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｃａｎｎｏｔｂｅｕｓｅｄｄｉｒｅｃｔｌｙｉｎｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅｆｏｒｔｈｅｉｒｌａｃｋｏｆｂｉｏｅｏｍｐａｔｉ—ｂｉｌｉｔｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｆｕｎｅｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ，ｆｕｎｅｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ，ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｂｉｏａｎａｌｙｓｉｓ

纳米材料的特性及相关应用

纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。一、纳米材料的特性当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体

积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使

浅谈纳米技术的研究与应用

浅谈纳米技术的研究与应用 1.引言当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年美国诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman)，在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这在当时只是一个美好的梦想。如今，这个预言和梦想终于实现了。费曼所预言的材料就是现在的纳米。今天，不少科学家又在预言，纳米科技将在新世纪里得到惊人的发展，纳米科技将给人类的科学技术和生活带来革命性的变化。科学家认为，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机，并成为未来信息时代的核心。我国著名科学家钱学森早在1991年就指出：“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。” 英国理论物理学家斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：“未来一千年人类有可能对DNA基因重新设计。而生化纳米材料则是设计DNA基因所必须具备的医药材料基础。” 近年来，科学家勾画了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子备件，巨型计算机可装入口袋；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的；世界还将出现1μm以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。海内外科技界广泛认为，纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，并已得到不同程度的应用。 1998年8月20日，《美国商业周刊》发表文章指出，21世纪有三个领域可能取得重大突破：生命科学和生物技术；纳米材料和纳米技术；从外星球获得能源。并指出这是人类跨入21世纪所面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：“70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为21世纪先进国家。” 1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(Nanotechnology)一词描述精细机械加工。1977年美国麻省理工学院的德雷克斯勒也提倡纳米科技的研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。1982年发明了扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率揭示了一个“可见的”原子、分子世界。到80年代末，STM已不仅是一个可观察的手段，而且已成为可以排布原子的工具。STM与AFM(原子力显微镜)

纳米材料在现实生活中的应用

纳米材料属于纳米技术中的一种，是一种很特殊的材料。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。纳米材料指的就是这种尺度达到纳米单位的、具备特殊性能的材料。它在现实生活中的应用广泛，包含以下几点： 1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳

米材料的延展性的高性能陶瓷。 3、纳米传感器纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 4、纳米倾斜功能材料在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 5、纳米半导体材料将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，然后生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能

纳米颗粒生物的应用

多功能磁性纳米颗粒的介绍、制备及生物医药应用摘要纳米技术和分子生物的结合，发展了一个新兴的研究领域：纳米生物技术。磁性纳米颗粒是一类性能卓越的纳米材料，它具有可控的尺寸，在外形上易于改变，核磁共振现象中对比明显等特质。因此这些纳米颗粒在生物及医药领域得到了很广泛的应用，包括：蛋白质的纯化，药物输送，医学成像。由于在生物医药领域，多模式功能具有潜在的利益，研究者们纷纷开始设计和制造多功能磁性纳米颗粒。现在有两种方法来制造基于磁纳米基础上的多功能纳米结构。第一个方法是分子功能化，包括依赖抗体、蛋白质，和给磁性纳米颗粒染色；另一种方法是整合磁性纳米颗粒的其他功能纳米成分，例如量子点，或金属纳米颗粒。正是因为他们可以显示几种功能协同和运输，而不是一种功能同时起效，这种多功能磁性纳米颗粒在生物医药领域的应用有着独特的优势。我们先回顾一下多功能磁性纳米颗粒的设计和生物医药应用的几个例子。在多功能磁性纳米颗粒与适合的配体、抗体或蛋白质结合之后，生物功能磁性纳米颗粒显示出了高度选择性的结合。这些结果显示出了纳米颗粒可以应用于解决生物医药问题，例如：蛋白质纯化，细菌检测，褪毒素。使纳米颗粒与其他纳米成分结合在一起的混合纳米结构，显示出伴随着特征的顺磁性。例如荧光或加强的光学对比度。这一结构为强化医学成像和药物控制释放提供了平台。我们希望多组分磁性纳米颗粒的完整结构和特殊的结构特征的结合。可以吸引更多的研究兴趣并在纳米医疗中开辟出新的道路。 1.介绍纳米技术和分子生物医药的结合是的一项新兴的研究领域——纳米生物科技蓬勃发展。纳米生物科技还未发现新材料过程、现象等提供了有利的机会，纳米级别的磁性材料有它们独特的优点，例如可以在生物医药应用上提供许多机会，首先磁性纳米材料可以传输从1-104nm数量级的固定尺寸的物质，因此他们的尺寸和性能的最优化可以很容易的与研究热点相匹配。其次外部的磁力可以制造纳米颗粒，这一“超距作用”为很多应用领域提供了巨大的优势。最后磁性纳米颗粒还在核磁共振图像对比度增强剂中起到了很重要的作用。因为磁性纳米颗粒的质子磁矩信号可以通过共振吸收所获得，最近已经合理的提出了生产单分散的、固定尺寸的磁性纳米颗粒（例：FePt、Fe3O4和γ-Fe2O3）的技术和流程。这一技术的提出使得磁性纳米颗粒的应用得以更广泛的研究，包括生物医疗领

浅谈纳米技术及其应用

浅谈纳米技术及其应用 1 概述 1.1 引言纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。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（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。纳米技术兴起于20世纪80年代，随着它的逐步发展和完善，人类将必然在认识和改造自然方面进入一个前所未有的新阶段。 1.2 纳米技术的发展最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授[1]。1959年他在一次题为《在底部还有很大空间》的演讲中提出：物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说，人类能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态，最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。这正是关于纳米技术最早的构想。 20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist和Buhrman[2]利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒，提出了纳米晶体材料的概念，成为纳米材料的创始者。之后，麻省理工学院教授德雷克斯勒[3]积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代末、90年代初。1981年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——扫描隧道显微镜（STM)、原子力显微镜（AFM)，为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984年德国学者格莱特[4]把粒径6nm的金属粉末压成纳米块，经研究其内部结构，指出了它界面奇异结构和特异功能。1987年，美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO 多晶体。 2

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

生物医用材料产业发展现状及思考

生物医用材料产业发展现状及思考生物医用材料是用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官或增进其功能的一类高技术新材料，与人类的健康息息相关。随着经济发展水平提高，大健康概念日趋升温，加之当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生物学的进展在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识，当代生物医用材料产业已经成为快速发展的高科技新兴产业。一、生物医用材料及其产业概述生物医用材料又称为生物材料，其传统领域主要包括支持运动功能人工器官（骨科植入物、人工骨、人工关节、人工假肢等），血液循环功能人工器官（人工血管、人工心脏瓣膜等）整形美容功能人工器官、感觉功能人工器官（人工晶体、人工耳蜗等）等，新型领域主要包括分子诊断、3D 打印等。生物医用材料的特征主要包括：安全性、耐老化、亲和性，及物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。同时，便于消毒灭菌、无毒无热源，不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。其产业特征包括：低原材料消耗、低能耗、低环境污染、高技术附加值，高投入、高风险、高收益、知识与技术密集。二、生物医用材料及其产业发展现状（一）市场分析

2016 年全球生物医用材料市场规模为709 亿美元，预计2021 年将达到1491.7 亿美元，2016 ～2021 年的复合年增长率为16% 。骨科植入材料和心血管材料是生物医用材料市场占比最高的两个细分领域，其中骨科植入材料占据了全球生物医用材料市场的头把交椅，市场占有率为37.5% 。心血管材料占据生物医用材料市场的36.1% 。其他的主要细分领域还包括牙科材料、血液净化材料、生物再生材料和医用耗材。（二）竞争态势全球生物医用材料和制品持续增长，美国、欧盟、日本仍然占据绝对领先优势。2015 年，在全球医疗器械生产和消费方面，美国、欧盟、日本的市场占比分别为41% 、31% 和14% 。美国的生物医用材料产业集聚于技术资源丰富的硅谷、128 号公路科技园、北卡罗来纳研究三角园，以及临床资源丰富的明尼阿波利斯及克利夫兰医学中心等；德国聚集于巴州艾尔格兰、图林根州等地区；日本聚集于筑波、神奈川、九州科技园等。图1 ：主要国家生物医用材料销售收入占全球医疗器械市场比例分析中国和印度拥有最多的人口，且其医疗保健系统正在发展当中尚未成熟，因此在医学发展和临床巨大需求的驱动下最具

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

纳米材料在生物检测中的应用

2009,Vol.26No.3 化学与生物工程 Chemistry &Bioengineering 58　收稿日期:2008-11-07 作者简介:谭婷婷(1981-),女,湖北武汉人,硕士研究生,主要研究方向:分析化学;通讯联系人:潘祖亭,教授。E 2mail :ed 2 isonttt2005@https://www.360docs.net/doc/a818741710.html, 。纳米材料在生物检测中的应用谭婷婷,王光寅,潘祖亭,罗运柏 (武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉430072) 摘　要:纳米颗粒是生物医学中研究最多、应用最广的纳米材料,有许多独特的性质。综述了近年来国际上以纳米颗粒为基础的纳米技术在生物传感器及生物检测中的研究成果和进展,介绍了纳米颗粒的制备方法及其在纳米生物传感器和纳米生物芯片中的应用,结合纳米病原微生物检测介绍了有关免疫传感器检测细菌的研究成果,并对该领域的应用前景进行了展望。关键词:纳米技术;纳米生物学技术;纳米颗粒;纳米生物传感器;生物检测中图分类号:O 614　TB 383 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2009)03-0058-04 纳米生物技术是纳米技术与生物技术交叉渗透形成的新技术,是纳米技术的重要组成部分,也是生物医学领域的一个重要发展方向。纳米颗粒通常大于1nm ,是生物医学领域应用最广的纳米材料,也是目前研究得最多的纳米材料之一。纳米颗粒是介于微观与宏观之间的一类新的物质层次,具备许多独特的性质[1],如小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、体积效应等。实现对纳米颗粒的尺寸大小、粒度分布、形状、表面修饰的控制,以及它们在光电化学中的应用,是纳米颗粒研究的关键。 1　纳米颗粒的制备和修饰除了纳米颗粒的特性,其组成成分对于它们的适用性也是非常重要的,如纳米颗粒的组成成分不仅决定了纳米探针与被分析物的兼容性和匹配性,也决定了检测精度。最常见用来制备纳米颗粒的原材料是金、硅和半导体(如CdSe 、ZnS 、CdS )等。金对于纳米生物技术来讲是一种活性材料,因为金纳米颗粒能与巯基发生强的共价键合[2],使得胶态金与巯基标记的生物活性分子结合形成探针可用于生物体系的检测。Frens [3]用柠檬酸三钠还原HAuC 14得到纳米级胶体金颗粒。研究者进一步优化此方法合成了直径在13nm 左右的纳米金。纳米金较容易被改良,因为它具有微弱的带电配体的结合层,能保持稳定;改良纳米金的方法现在已经很优化,适合于大范围的粒径及多种表面组分。借用纳米金表面易被修饰的特性,Mirkin 提出了一种合成金壳银核的核-壳型纳米颗粒的方法,以薄金壳包裹在银纳米粒子表面,形成一种金外包被的颗粒,它易与烷基修饰的寡核苷酸共价结合,从而形成新型的银/金核-壳探针。该纳米颗粒既保持着银的化学和物理特性,又具有金的稳定性;这种新型纳米探针与纯金体系的探针有完全不同的色度改变,二者可用来检测同一样本中两种不同的目标DNA 。硅是一种在生物分析中被广泛采用的材料,如生物传感器、生物芯片等。硅可以通过多种加工技术制备纳米颗粒、透明薄膜以及固体平面材料。硅纳米颗粒的制备有两种经典的途径,一种是倒转微乳化法,主要是用来合成染料掺杂硅颗粒和超小磁性硅颗粒;另一种是St/3ber 方法,用于制备纯硅颗粒和有机染料掺杂硅颗粒。所合成硅颗粒的特征可通过尺度、光学或者磁学特性来描述,其粒径可用透射电镜或扫描电镜来确定(一般直径在60～100nm 之间)。染料掺杂硅颗粒中的染料分子可以是双吡啶钌(RuBpy 2)、若丹明、四甲基右旋糖苷以及荧光素右旋糖苷等,这种硅颗粒的大小和光学特性是决定其用途的最主要因素。磁性硅颗粒包括Fe 3O 4/SiO 2和Fe 2O 3/SiO 2两种,其直径大约在2～3nm ;采用超导量子干扰装置(Super 2conducting quant um interference device ,SQU ID )分析其粉末形式,发现磁性硅颗粒的特性接近超顺磁性物质,可见磁性硅颗粒的大小和磁学特性将决定其最佳合成条件。

纳米材料新进展及应用

纳米材料应用的新进展来源：全球电源网世界上已经研制成功四种贮氢合金材料：即稀土镧镍系、铁一钛系、镁系以及钒、铌、锆等多元素系合金材料。但它们全都是非纳米材料。最近几年世界各国在大力开发纳米贮氢电极材料，一系列纳米贮氢材料不断问世。它们的进展为更好利用氢能带来了福音。目前开发的主要材料系列有镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金。三种纳米材料的开发已经形成热潮。美洲和欧洲国家开发工作最集中的是镍金属氢化物电池用的镁镍合金和碳纳米管，其次是燃料电池用的铁钛合金及碳纳米管。包括中国在内的亚洲国家开发纳米镁镍合金主要是针对镍金属氢化物电池的应用，开发纳米铁钛合金及碳纳米管主要是针对燃料电池的应用。在开发金属氢化物储氢方面，过去的主要问题是贮氢量低，成本高及释氢温度高。现在在开发纳米储氢材料过程中这些问题仍是值得注意的问题。本文介绍目前科研人员针对上述问题开发纳米储氢材料方面的进展。1 镁镍合金开发继续升温镁系贮氢合金是最具开发前途的贮氢材料之一，所以目前开发最热的是镁镍合金。镁镍合金成本低，其贮氢质量高，若以CD ( H )代表合金贮氢的质量分数，理论上纯镁的质量分数为7.6% ，而稀土LaNi5 的只有1.4% ，钛系TiFe 只为1.9%。这就是形成镁系合金开发热潮的原因。以前主要使用熔铸法和快速凝固法生产镁合金。能够体现出高技术的发展水平是现在的机械研磨技术。也就是先在600 C以上使镁与镍形成合金，经过检测确定是Mg2Ni合金以后，然后进行机械研磨。目前普遍用机械研磨法生产多元纳米贮氢合金、纳米复合贮氢合金。新型纳米镁镍合金同稀土系、钛系和锆系贮氢材料相比具有许多优点。镁系合金中最典型的是Mg2Ni 合金。其氢化物Mg2NiH4 合金贮氢量为3.6%。1.1 代换镁的金属呈增加趋势国内外制备传统镁系合金采取的措施是添加铝、铁、钴、铬、钒、锰、铜、钛及镧等元素来替换镁，使其形成多元镁镍合金。第二种是将纯镁粉与低稳定性的贮氢合金复合。第三种是把镁系合金与别的合金混合制成复合贮氢材料。最后就是将负极浸入铜、镍-硼或镍-磷等镀液里，使镀上一层金属膜，镀

浅谈生物医学材料的现状与发展

浅谈生物医学材料的现状与发展 [摘要] 生物医学材料以及良好的生物相容，耐酸性耐碱性耐腐蚀且不会破坏体内平衡的优良特性，正逐步替代传统医学材料，受到广泛的关注。本篇文章将就生物医学材料的特性、分类以及生物医学材料的特点，进行一简单综述，并以此为基础浅谈生物医学材料的现状与未来发展趋势。 [关键词]生物医学材料的分类，医疗器械，现状，未来发展生物医学材料是一类有着特殊性能、特种功能的材料，能够被应用于人工器官替代、外科手术修复、康复理疗等，并且不会对人体产生排异反应的特殊材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为材料学科的重要分支。当前，各种人工合成材料和天然高分子材料、金属、陶瓷材料等各种复合材料，广泛地应用于临床医学和科研工作，并显示出对于传统材料的无可取代的优势。随着生物技术的蓬勃发展和不断突破，生物医学材料已成为各国科学家研究和发展的热点。一、生物医学材料的分类生物材料品种丰富，分类方法很多。一般按照属性对其进行分类包括生物医学金属材料，生物医学高分子材料，生物陶瓷，生物医学复合材料以及生物医学衍生材料。二、生物医学材料的特性生物医学材料做为一种临床医学的替代材料，其要求和期望相对较高。首先，生物医用材料应具有良好的血液和组织相容性，不能出现凝血现象和排异反应。其次，要求其能够抗生物老化。生物体内代谢产生的酸碱物质可能会对生物材料造成一定程度的腐蚀，因此对于长期植入的材料，要求材料的生物稳定性高，耐体内化学物质腐蚀能力强，而对于短暂植入的医学材料，则耍求在一定时间之后为可被人体吸收或代谢。最后，生物医学材料还要求具有良好的物理机械性质、易于加工、造价低廉，另外在消毒灭菌方面，要便于消毒灭茵，不能够含有致癌或致畸的组分。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。目前应用最为成熟和广泛的两种生物医学材料应属医用硅橡胶和人工骨。医用硅胶是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态,又称二甲基硅氧烷。具有优异的生理惰性，无毒、无味、无腐蚀、抗凝血、与机体的相容性好，能经受苛刻的消毒条件，是美容外科中应用较广的生物材料.。随着生物医学和材料的发展，人工骨作为人为制备的生物医用材料被植入骨内替代骨移植，收到了不错的临床效果，这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好，对骨形成具有明显的诱导作用，因而受到了广大医生和患者的信赖。三、生物医学材料研究进展有学者依据生物医学材料的发展历史及材料本身的特点，将其分为三代： 20世纪初第一次世界大战以前所使用的生物医学材料归于第一代，代表材料有石膏、各种金属、橡胶以及棉花等物品，这些材料大都已被现代医学所淘汰；第二代生物材料的发展是建立在医学、材料科学(尤其是高分子材料学)、生物化学、物理学及大型物理测试技术发展的基础之上的，代表材料有羟基磷灰石、磷酸三钙、聚羟基乙酸、聚甲基丙烯酸羟乙基酯、胶原、多肽、纤维蛋白等；第三代生物材料主要是具有促进人体自身修复和再生作用的生物医学复合材料，它们一般是由具有生理“活性”的组元及控制载体的“非活性”组元所

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。

973项目申报书——2009CB930100-纳米生物材料的合成、组装及在生物医学领域的应用

项目名称：纳米生物材料的合成、组装及在生物医学领域的应用首席科学家：李峻柏国家纳米科学中心起止年限：2009.1至2013.8 依托部门：中国科学院

一、研究内容拟解决的关键科学问题本项目研究的主要关键科学问题是：通过模拟生物膜的结构与功能，利用分子组装技术制备具有纳米孔隙的生物材料，研究它们在生物体中的兼容性，作为药物支架如何担载和释放药物及在体外的稳定性，确定其作用机理和影响因素；探索组装的生物材料在生物体中的状态与排除功能，建立合成体系与生物体之间的联系与作用机制，研究其代谢过程，具体地： 1.通过模拟生物膜（生物相容的磷脂/蛋白质复合双层囊泡）研究和揭示细胞膜和其它生物膜的精细结构、生物功能及其相互关系； 2.分子组装，纳米模板合成和气/液界面相分离等组装单元的结构特征、组装过程、驱动力、影响因素和调控技术； 3.处于这些组装体中的生物活性物质的状态和功能评价，它们与组装体之间的相互作用和影响，寻求保持其生物活性的措施； 4.这些具有生物功能的组装体进入人体后的有益效果、作用机制、代谢过程和可能危害。考虑到各课题研究的具体对象、问题和目标不同，除上述共同的关键科学问题外，还各有其特殊的科学和技术问题要解决： 1.纳米孔隙的药物载体：构造生物兼容、生物降解的多功能化胶囊，包裹不同类型药物的最佳方法及药物的缓释；生物界面化胶囊及包裹药物胶囊的靶向释放，不同的类型中空胶囊作为药物和基因载体；智能化微胶囊的构造以及可控性研究；负载药物微胶囊的体外细胞试验及动物试验；多功能微胶囊用于药物载体的包裹和释放机理研究。 2.红血球替代物聚合物/血红蛋白纳米胶束（胶囊）：官能化乳酸共聚物的设计与合成，保证在水环境中实现自组装形成纳米胶束或胶囊；引入含有易与血红蛋白反应的官能团，保证反应不影响血红蛋白中的血红素活性中心；反应基团有足够数量，保证组装体中有足够的血红蛋白浓度；构筑聚合物/

纳米材料在生物医学领域的应用

纳米材料在生物医学领域的应用摘要目前应用于生物医学中的纳米材料的主要类型有纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料等。纳米材料在生物医学的许多方面都有广泛的应用前景。关键词纳米材料生物医学应用 1 应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性 1.1 纳米碳材料纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。碳纳米管有独特的孔状结构[1],利用这一结构特性,将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放,使可控药物变为现实。此外,碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针(如观察蛋白质结构的AFM探针等)或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂,以低碳烃类化合物为碳源,氢气为载体,在873K~1473K的温度下生成,具有超常特性和良好的生物相溶性,在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳(简称DLC)是一种具有大量金刚石结构C)C键的碳氢聚合物,可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜,具有优秀的生物相溶性,尤其是血液相溶性。资料报道,与其他材料相比,类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低,对白蛋白的吸附增强,血管内膜增生减少,因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。 1.2 纳米高分子材料纳米高分子材料,也称高分子纳米微粒或高分子超微粒,粒径尺度在1nm~1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能,可用于药物、基因传递和药物控释载体,以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1.3 纳米复合材料目前,研究和开发无机-无机、有机-无机、有机-有机及生物活性-非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径,并逐步向智能化方向发展,在光、热、磁、力、声[2]等方面具有奇异的特性,因而在组织修

生物医用高分子材料研究进展及趋势

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 医用材料学课程学习总结及结课论文生物医用高分子材料的研究及发展趋势

学院名称：材料科学与工程专业班级：金属1302 学生姓名：钱振指导教师姓名：王宝志 2016年 10 月生物医用高分子材料的研究及发展趋势钱振学号：63 班级：金属1302 材料科学与工程学院摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，分子材料在各领域得到了显著应用，在医用领域应用更多，本文综述了生物医用高分子材料的分类、特点及基本条件，概述了医用高分子材料的研究现状及其用途，并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。关键词：生物材料，生物医用高分子材料，现状，应用，展望 1.引言生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科，它是生物学、医学、化学、物理学和材料学交叉形成的边缘学科，是用于人工组织或器官制备、高性能医疗

器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础[1] 。生物医用材料，简称生物材料(BiomaterialS)，是一类具有特殊性能或功能，用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料]2[。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学]3[，生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗、心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等）。 2.研究现状生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料取得了长足的进展，目前已成为发展最快的一个重要分支。随着医用高分子产业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器及骨生长诱导剂等。近10年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多，主要包括：塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展，这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等，都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用，因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical highpolymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来，用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科]4[。

高分子纳米生物材料的发展现状及前景

高分子纳米生物材料的发展现状及前景纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1纳米科技与高分子材料的邂逅高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。高分子纳米复合材料的应用及前景由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。如纳米A-Al2O3/环氧树脂体系,粒径27nm,用量1%~5%(质量分数)时,玻璃化转变温度提高,模量达极大值,用量超过10%(质量分数)后,模量下降[79]。又如插层原位聚合制备的聚合物基有机)无机纳米级复合材料(聚酰胺/粘土纳米复合材料等)具有高强度、高模量、高热变形温度等优点,目前已有产品出现,用作自行车、汽车零部件等[55]。尤其引人注目的是高分子纳米复合材料在功能材料领域方面的应用,包括磁性、电学性质、光学性质、光电性质及敏感性质等方面。磁性纳米粒子由于尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比;一般要求与聚合物复合的纳米粒子,采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。利用纳米粒子的电学性质,可以制成导电涂料、导电胶等,例如用纳米银代替微米银制成导电胶,可以节省银的用量;还可以用纳米微粒制成绝缘糊、介电糊等。另外可用于静电屏蔽材料,日本松下公司应用纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料,而且可以调节其颜色;在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性。利用复合体系的光学性能,可以制成如下材料:(1)优异的光吸收材料。例如在塑料制品表面上涂上一层含有吸收紫外线的纳米粒子的透明涂层,可以防止塑料

生物亲和性功能化纳米颗粒研究与应用

第２２卷第４期２００２年１２月化学传感器ＣＨＥＭＩＣＡＬＳＥＮＳＯＲＳＶ０１．２２．Ｎｏ．４Ｄｅｃ．２０Ｏ２生物亲和性功能化纳米颗粒研究与应用” 何晓晓王柯敏★李。杜黄杉生羊小海李军段菁华（化学生物传感与计量学国家重点实验室，化学化工学院，生物技术研究院，湖南大学长沙４１００８２）纳米技术是２０世纪９０年代发展起来的一项高新技术，对当今科学技术的发展产生了重大影响。纳米技术对生物技术、医学工程、临床诊断等生物医学研究领域的影响更是具有划时代的意义，尤其是为时五年的庞大的人类基因组计划已经完成，如何利用纳米技术在后基因组时代定量解析大量的基因数据，寻找及利用与各种生物功能和疾病相关基因的生物信息将比完成人类基因组计划本身更具挑战性。生物亲和性功能化纳米颗粒正是纳米技术、生物技术与材料制备技术三项尖端技术结合的代表，采用物理或化学方法制备的一系列用以在纳米尺度上研究细胞、亚细胞、单分子、原子的行为和相互作用机理的新型纳米材料。由于具有了生物亲和性和生物选择识别性，使生物亲和性功能化纳米颗粒的发展将为生命过程的机制阐明、人类疾病的机理研究、临床医学诊断和治疗提供全新的材料、技术和方法，可望在材料科学、生物化学、医学等领域得到重大应用。一、生物亲和性功能化纳米颗粒的基本结构生物亲和性功能化纳米颗粒不仅仅是纳米尺寸（Ｉ～１００ａｍ）概念上的一种纳米材料，它是由功能性的内核、可生物修饰的外壳以及修饰在外壳表面的生物分子构成，具有明显核壳结构的一种新型纳米材料。以该核壳结构模式为依据，结合生物技术与纳米材料制备技术，可制备出具有多种不同功能的生物亲和性功能化纳米颗粒。二、生物亲和性功能化纳米颗粒的研究内容１、纳米颗粒制备方法的研究选择合适的方法制备纳米颗粒是很重要的，具不同功能的核材料和壳材料对制备方法都会有不同的要求，另外颗粒的均匀度和颗粒粒度分布也会受到所采用的制备方法的影＊通信联系人＊＋国家自然科学基金重点项目（Ｎｏ．２０１３５０１０）、国家杰出青年基金（Ｎｏ．２９８２５１１０）、教育部重大项目基金（Ｎｏ．２０００—１５６）、教育部骨干教师基金（Ｎｏ．２０００—６５）、海外青年学者合作研究基金（Ｎｏ．２００２８５０６）及湖南省自然科学基金（００ＧＫＹｌ０１１，０１ＪＪＹ２０１２）资助。