国外大学经典课件-纳米材料在能源与生物医学的用途演示课件
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第9讲-纳米材料在生物医学领域的应用PPT课件
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用纳米级微颗粒（超顺磁性氧化铁超微颗粒脂 质体）应用于诊断早期肝癌,可以发现直径 3 mm以下的肝肿瘤 , 对肝癌的早期诊断、早期 治疗有着十分重要的意义。
纳米抗菌药物以及创伤贴、溃疡贴等，对大肠 杆菌、金黄色葡萄球菌等致病微生物均有强烈 的抑制和杀灭作用, 同时还具有广谱、亲水、 环保等多种性能。
生物涂层材料：主要是以机械性能比较好的金属或合金 材料为衬底，涂有生物活性材料涂层的复合材料。用于衬 底的材料主要是不锈钢、钴－铬合金和钛合金等，用于涂 层的主要是热解碳、生物玻璃、羟基磷灰石、磷酸三钙、 硼硅酸盐玻璃等。
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二、生物活性材料— 羟基磷灰石
羟基磷灰石【Ca10（PO4）6（OH）2】
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羟基磷灰石纳米复合生物材料的意义
自然界生物的某些器官就是天然的高分子纳米 复合材料，在生物体上认识天然的纳米复合材料并 利用人工合成的纳米复合材料，非常有现实意义。
与人体骨的致密性相比，羟基磷灰石的机械强度低、
弹性模量非常高。通过形成纳米复合组织，可使其同时具有
高的生物机能和力学性能。
改善强度的一个方法是添加ZrO2颗粒。使用热压烧结或 热等静压烧结，可以形成羟基磷灰石相和ZrO2复合的纳米复
纳米技术将带给医学一场前所未有的技术革
命。 “纳米”不仅意味着空间尺度，更重要的 是提供了一种对医学的全新认识方法和实践方法 。 纳米医学将大幅度提高人类健康和保健的水平， 使人们能够真正做到延年益寿。
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纳米医学将在以下五个方面得到突破和应用：
（l）在分子的水平上认识和理解病变的机理 （2）大幅度提高医学诊断和疾病检测的精度 （3）纳米医用机器人与可控的体内显微手术 （4）攻克和杀死癌细胞和病毒的特效药物 （5）基因治疗
纳米医学材料PPT课件
我国四川大学研制的纳米人工眼球通过电脉冲刺激
大脑神经，使患者可“看”到外部的精彩世界。眼 球
的外壳是用纳米材料做成，眼球的外壳里面安置微 型摄像机与集成电脑芯片，通过这两个部件将影像 信号转化成电脉冲刺激大脑神经从而实现可视功能 。
纳米人工鼻实际上是一种气体探测器，与燃气监视 器道理相同，可同时监测多种气体。英国伯明翰大
谢谢观看
纳米材料具有传统材料所不具备的奇异的，但对电磁波的 吸收性能极强，是隐形技术的突破
• 纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强
1.通常情况下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的应 用范围而纳米陶瓷却变成了韧性材料，在常温下能 弯曲，不怕摔。
纳米治疗技术
利用纳米磁性离子可分离癌细胞，从人体中取出免 疫球蛋白然后与包覆了聚苯乙烯的磁性离子结合， 将带有正常细胞和癌细胞的骨髓液取出，加入只与 骨髓中癌细胞结合的抗体，将磁性粒子放入骨髓液 中，它只与携带抗体的癌细胞相结合，利用磁分离 装置很容易将癌细胞从骨髓中分离，分离度高达 99.9%。
学正在研制“纳米鼻”来预报哮喘病发作的环境因 素
，一旦空气中含有易引发哮喘病的气体其显示器就 会发出信号。
“纳米机器人"通过血管送入人体去侦察疾病，携带 DNA去更换或修复有缺陷的基因片段，它能够跟随 DNA的运行轨迹自由的行走、移动、转向以及停止。
纳米金胶体与免疫球蛋白结合制备的金探针可方
便定性检测艾滋病毒抗体。用艾滋病检测试纸， 如果待测液中有HIV抗体，金颗粒附在滤纸上呈现 红色斑点，为抗体阳性，如果没有，金颗粒全部 通过滤纸，不显红点，为抗体阴性在医学方面的应用 • 纳米医学的展望
• 纳米（nm）是一种计量单位，1纳米是1米的十亿 分之一。
• 花粉和病毒是纳米级别的，病毒在80-100纳米之 间。
纳米材料ppt课件
02
纳米材料的制备方法
物理法
机械研磨法
通过高能球磨或振动磨的方式， 将大块材料破碎成纳米级尺寸。 这种方法简单易行，但制备的纳
米材料纯度较低。
激光脉冲法
利用高能激光脉冲在极短时间内 将材料加热至熔化或气化，然后 迅速冷却形成纳米颗粒。该方法 制备的纳米材料粒径小且均匀，
但设备成本高昂。
电子束蒸发法
磁损耗
在交变磁场中，纳米材料的磁损耗远高于宏观材料，这与其界面和 表面效应有关。
磁电阻效应
某些纳米材料表现出显著的磁电阻效应，如巨磁电阻和自旋阀效应 。这些效应可用于磁电阻传感器和磁随机存储器等领域。
04
纳米材料的应用实例
纳米材料在能源领域的应用
太阳能电池
利用纳米结构提高光电转 换效率，降低成本。
纳米材料的环保问题
纳米材料在环境中的持久性
一些纳米材料可能在环境中长时间存在，不易降解，可能造成长期的环境污染。
纳米材料的环境释放途径
生产和使用纳米材料过程中，可能通过废水、废气等途径将纳米颗粒释放到环境中。
纳米材料对生态系统的潜在影响
纳米材料可能通过食物链进入生物体，影响生物的生理功能和生态平衡。
解决纳米材料安全与环保问题的策略与建议
加强纳米材料的环境和健康影响 研究
深入研究纳米材料的环境行为和健康影响 ，为制定有效的管理措施提供科学依据。
制定严格的法规和标准
制定针对纳米材料的生产和使用的法规和 标准，限制其对环境和健康的潜在风险。
发展绿色合成方法和应用技术
提高公众意识和参与度
开发环保友好的纳米材料合成方法和应用 技术，减少纳米材料的环境释放。
生物合成法
利用微生物（如细菌）合成有机或无机纳米材料。该方法制 备的纳米材料具有生物相容性和生物活性，在生物医学领域 有广泛应用前景。
纳米材料在生物医药领域的应用PPT课件
胞和肿瘤细胞。
新型纳米载药系统应用于恶性肿瘤治疗
• 实现恶性肿瘤安全 有效治疗是目前生 物医学界的重大挑 战之一。 • 化疗药物在杀伤肿 瘤细胞的同时，也 将正常细胞一同杀 灭，纳米药物载体 可以增强药物的抗 肿瘤效果，并且降 低药物引起的毒副 作用
• 中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究员利 用纳米金壳偶联转铁蛋白分子携带药物靶向 至肿瘤，光热疗与化疗结合杀死肿瘤细胞。 • 该材料内层以结构独特的中空介孔夹心二氧 化硅为核，其表面包覆金壳，纳米金壳以其 物理化学性质——等离子体共振性质为基础， 经近红外激光照射，可将近红外激光光能转 化为热能，并配以夹心二氧化硅对多种化疗 药物的装载控制缓释技术，高效低毒杀死肿 瘤细胞，该成果于2011年初发表在国际化学 界顶级刊物《德国应用化学》
纳米尺度调整杀死变异的癌 变细胞，通过外部激光器指 引，精确计算找到出辐射超 标的癌变细胞，利用先进的 生物细胞溶解技术讲可能病 变的细胞溶解成化学分子元 素，并通过特定传感器系统 精确的核查后，将细胞组分 成功进入健康细胞中，完成 坏死细胞与成功健康细胞的 转换。由于纳米机器人可以 小到在人的血管中自由的游 动，对于像脑血栓、动脉硬 化等病灶，它们可以非常容 易的予以清理，而不用再进 行危险的开颅、开胸手术。
?羟基衍生物柠檬酸酒石酸盐硫辛酸等阴离子修饰纳米粒子时纳米粒子通过静电反应吸附在阳极蛋白质上?纳米粒子抗与体结合体也常用来亲和的连接与它们匹配的抗原?链酶亲和素sav功能化的金纳米粒子已经用来连接蛋白质免疫球蛋白和血清蛋白或低聚核昔酸?现在蛋白质a连接银纳米粒子已普遍作为不同免疫球蛋白功能片断的通用连接剂纳米药物载体?纳米药物载体是以纳米颗粒作为载体将药物包裹在纳米颗粒中或吸附在其表面同时结合特异性配体等通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合实现安全有效的靶向治疗
新型纳米载药系统应用于恶性肿瘤治疗
• 实现恶性肿瘤安全 有效治疗是目前生 物医学界的重大挑 战之一。 • 化疗药物在杀伤肿 瘤细胞的同时，也 将正常细胞一同杀 灭，纳米药物载体 可以增强药物的抗 肿瘤效果，并且降 低药物引起的毒副 作用
• 中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究员利 用纳米金壳偶联转铁蛋白分子携带药物靶向 至肿瘤，光热疗与化疗结合杀死肿瘤细胞。 • 该材料内层以结构独特的中空介孔夹心二氧 化硅为核，其表面包覆金壳，纳米金壳以其 物理化学性质——等离子体共振性质为基础， 经近红外激光照射，可将近红外激光光能转 化为热能，并配以夹心二氧化硅对多种化疗 药物的装载控制缓释技术，高效低毒杀死肿 瘤细胞，该成果于2011年初发表在国际化学 界顶级刊物《德国应用化学》
纳米尺度调整杀死变异的癌 变细胞，通过外部激光器指 引，精确计算找到出辐射超 标的癌变细胞，利用先进的 生物细胞溶解技术讲可能病 变的细胞溶解成化学分子元 素，并通过特定传感器系统 精确的核查后，将细胞组分 成功进入健康细胞中，完成 坏死细胞与成功健康细胞的 转换。由于纳米机器人可以 小到在人的血管中自由的游 动，对于像脑血栓、动脉硬 化等病灶，它们可以非常容 易的予以清理，而不用再进 行危险的开颅、开胸手术。
?羟基衍生物柠檬酸酒石酸盐硫辛酸等阴离子修饰纳米粒子时纳米粒子通过静电反应吸附在阳极蛋白质上?纳米粒子抗与体结合体也常用来亲和的连接与它们匹配的抗原?链酶亲和素sav功能化的金纳米粒子已经用来连接蛋白质免疫球蛋白和血清蛋白或低聚核昔酸?现在蛋白质a连接银纳米粒子已普遍作为不同免疫球蛋白功能片断的通用连接剂纳米药物载体?纳米药物载体是以纳米颗粒作为载体将药物包裹在纳米颗粒中或吸附在其表面同时结合特异性配体等通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合实现安全有效的靶向治疗
纳米材料应用PPT课件
纳米催化剂
利用纳米催化剂对汽车尾 气、工业废气等进行处理， 减少大气中有害气体的排 放。
纳米滤网
利用纳米滤网对空气中的 颗粒物、病毒、细菌等进 行过滤，提高空气质量。
纳米脱硫脱硝技术
利用纳米技术对燃煤烟气 中的硫化物和氮化物进行 脱除，减少酸雨和光化学 烟雾的形成。
土壤修复
纳米肥料
纳米微生物
利用纳米技术将养分制成纳米级肥料， 提高肥料的利用率，减少化肥的使用 量。
目前面临的挑战与问题
安全问题
技术难题
纳米材料可能对人体健康和环境产生潜在 风险，需要加强安全评估和监管。
பைடு நூலகம்
纳米技术的生产成本高，技术难度大，需 要进一步研究和创新。
法规缺失
公众认知
目前缺乏针对纳米技术的专门法规和标准 ，需要完善相关法律法规。
提高公众对纳米技术的认知和理解，加强 科普宣传和教育。
解决策略与建议
太阳能电池
总结词
太阳能电池是利用纳米材料吸收太阳光并转化为电能的装置，具有高效、环保和可持续的特点。
详细描述
太阳能电池中的吸光材料通常为纳米级的多晶硅、染料或量子点等，能够吸收太阳光的可见光和近红外光，提高 太阳能的利用率。常见的太阳能电池包括晶体硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池等。
分子诊断
纳米材料可以识别和检测生物标志物 和基因突变，实现疾病的早期诊断和 个性化治疗。
生物组织工程
组织修复与再生
利用纳米材料作为支架材料，引导细 胞生长和分化，促进受损组织的修复 和再生。
生物相容性
纳米材料可以提高植入材料的生物相 容性，降低免疫排斥反应，提高植入 成功率。
05 纳米材料在环保领域的应 用
国外大学经典课件纳米材料在能源与生物医学的用途
电池存储
1.A 电池存储是利用纳米材料提高电池的能量密度 和充电性能。
1.B 纳米材料可以改善电极材料的电导率和容
量，提高电池的充放电速度和循环寿命。
1.C 纳米结构还可以改善电极材料的结构稳定性 ，防止电池在充放电过程中发生体积变化和 容量衰减。
1.D 纳米材料在电池存储中的应用有助于提高电
动汽车、移动设备等领域的能源利用效率和 性能。
燃料电池
燃料电池是一种将化学 能转化为电能的装置， 纳米材料在燃料电池中 可以改善电极性能和催 化剂活性。
纳米材料可以提高电极 的电化学反应活性，增 加燃料电池的功率密度 和能量密度。
纳米催化剂可以降低燃 料电池的氧化还原反应 活化能，提高电极反应 速率，延长燃料电池的 使用寿命。
纳米材料在燃料电池中 的应用有助于提高能源 利用效率和减少环境污 染。
提高药物的稳定性
纳米材料可以保护药物分子免受体内环境的 影响，提高药物的稳定性。
D
医学成像
磁共振成像（MRI）
利用纳米材料作为对比剂，提高成像的分辨 率和对比度。
X射线成像
光学成像
利用纳米材料的光学性质，实现高灵敏度的 荧光成像和光声成像。
通过调节纳米材料的性质，降低X射线的辐 射剂量，同时提高成像质量。
02
01
超声成像
利用纳米气泡等纳米材料作为超声造影剂， 提高超声成像的对比度和分辨率。
04
03
生物传感器
检测生物分子
利用纳米材料的特殊性质，如 表面增强拉曼散射和局域场增 强等，实现对生物分子的高灵
敏度检测。
检测生物样本
通过纳米材料构建生物传感器 ，实现对生物样本的快速、准 确检测。
监测生理参数
《纳米材料应用》汇报PPTPPT课件
生产成本问题
纳米材料制造成本
由于纳米材料制备过程复杂，制 造成本较高，需要进一步降低成 本以实现广泛应用。
纳米材料生产效率
提高纳米材料生产效率是降低成 本的重要途径之一，需要不断优 化生产工艺和技术。
纳米材料的应用成
本
除了制造成本外，纳米材料的应 用成本也是需要考虑的问题，需 要开发具有成本效益的应用方案。
源等多个领域。
中国政府对纳米材料产业给予了高度关注和支持，制定了一系
03
列政策措施推动产业发展。
纳米材料发展趋势与展望
未来纳米材料将向高性能化、多功能化和智能化 方向发展。
纳米材料在新能源、生物医药、电子信息等领域 的应用前景广阔，将为人类社会带来更多福祉。
未来纳米材料产业将面临技术突破、环保和安全 等方面的挑战，需要加强国际合作和政策引导。
4. 肿瘤治疗
纳米材料可用于肿瘤 的早期诊断和治疗， 如纳米药物、纳米热 疗等。
环境能源领域
1. 水处理
利用纳米材料去除水中的有害 物质和重金属离子，实现水质 的净化。
3. 太阳能转换
纳米材料可将太阳能转换为电 能或化学能，如太阳能电池和 光催化制氢。
总结词
纳米材料在环境能源领域的应 用包括水处理、空气净化、太 阳能转换和储能等。
2. 防紫外线纺织品
3. 智能纺织品
利用纳米材料阻挡紫外线的性能，制作防 晒服装和遮阳帽等防护用品。
将纳米材料与纺织品结合，实现温度、湿 度、光等环境因素的感知和调控功能，如 智能调温纺织品和变色纺织品。
03
纳米材料发展现状与趋势
全球纳米材料市场规模
01
全球纳米材料市场规模持续增 长，预计未来几年将保持稳定 增长态势。
国外大学经典课件-纳米材料在能源与生物医学的用途
DREXEL NANOTECHNOLOGY I NSTITUTE
Nanostructured Carbide-Derived Carbons for Energy-Related and Biomedical Applications
Yury Gogotsi
➢Precise control over structure and pore size
N.F. Fedorov, Russ. Chem. J. 39, 73 (1995)
M. G. Schrlau, et al, Nanotechnology 19, 325102 (2008)
OES
DREXEL
NANOTECHNOLOGY
I NSTITUTE Carbide-Derived Carbon (CDC)
SiC(s) + 2Cl2(g) SiCl4(g) + C(s)
Glass pipette
400 nm
<200 nm Carbon Nanotube
Glass pipette
SERS probe
Au
Nanotube
J. R. Freedman, et al. Appl. Phys. Lett. 90, 103108 (2007)
D. Staack, et al, Angewandte Chemie Int. Ed., 47, 8020教(2学00p8p) t
P.H. Tan, S. Dimovski, Y.G., Phil. Trans. Royal Soc. Lond. A, v.362, 2289 (2004)
• Carbide-Derived Carbons for
Energy-Related and Other Applications
Nanostructured Carbide-Derived Carbons for Energy-Related and Biomedical Applications
Yury Gogotsi
➢Precise control over structure and pore size
N.F. Fedorov, Russ. Chem. J. 39, 73 (1995)
M. G. Schrlau, et al, Nanotechnology 19, 325102 (2008)
OES
DREXEL
NANOTECHNOLOGY
I NSTITUTE Carbide-Derived Carbon (CDC)
SiC(s) + 2Cl2(g) SiCl4(g) + C(s)
Glass pipette
400 nm
<200 nm Carbon Nanotube
Glass pipette
SERS probe
Au
Nanotube
J. R. Freedman, et al. Appl. Phys. Lett. 90, 103108 (2007)
D. Staack, et al, Angewandte Chemie Int. Ed., 47, 8020教(2学00p8p) t
P.H. Tan, S. Dimovski, Y.G., Phil. Trans. Royal Soc. Lond. A, v.362, 2289 (2004)
• Carbide-Derived Carbons for
Energy-Related and Other Applications
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I NSTITUTE Major Research Activities
• Nanotubes, Nanocones, and Nanowires
Y. G., J.A. Libera, N. Kalashnikov, M. Yoshimura, Science, v. 290, 317 (2000)
Electrical. Fluorescence. Optical, SERS, Electrochemical measurements
Glass pipette
400 nm
<200 nm Carbobe
Au
Nanotube
J. R. Freedman, et al. Appl. Phys. Lett. 90, 103108 (2007) D. Staack, et al, Angewandte Chemie Int. Ed., 47, 8020 (2008) M. G. Schrlau, et al, Nanotechnology 19, 325102 (2008)
DREXEL NANOTECHNOLOGY I NSTITUTE
Nanostructured Carbide-Derived Carbons for Energy-Related and Biomedical Applications
Yury Gogotsi
• Nanotube-Reinforced Polymers
F. Ko, Y. G., A. Ali, et al., Advanced Materials, v. 15, 1161 (2003)
• Nanodiamond Powders and Composites
S. Osswald, G. Yushin, V. Mochalin, S. Kucheyev, Y. G., J. American Chemical Society, v. 128, 11635 (2006)
DREXEL
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I NSTITUTE Nanotube-Tipped Multifunctional
Cellular Probes
Nucleus of HeLa cell
v
Carbon Nanotube
nucleus
• Nanotube-Based Nanofluidic Devices
Y. G., J. Libera, A. Yazicioglu, et al., Appl. Phys. Letters,v. 79, p.1021 (2001) N. Naguib, H. Ye, Y. G., et al. Nano Letters, v. 4, 2237 (2004)
• Indentation Induced Phase Transformations
Totalfina Elf Energies No. 5
September 2004
Y. G., A. Kailer, K.G. Nickel, Nature, v. 401, 663 (1999)
• Raman Spectroscopy and Electron Microscopy
Process Features
O. Hutchins, US Patent, 1271713 (1918) W.A. Mohun, US Patent, 3066099 (1962)
➢ Network of open pores
S.K. Gordeev et al., J.Appl. Chem. (USSR) 64, 1178 (1991)
➢Precise control over structure and pore size
N.F. Fedorov, Russ. Chem. J. 39, 73 (1995)
Etching Agent:
Cl2, F2 ,Br2, I2, HCl, HBr, HI,
Supercritical H2O
2 nm
Vcarbide = VCDC
Temperature: 200-1200oC
2 nm
Carbide Porosity = 0%
Nanoporous Carbon Porosity >50%
OES
DREXEL
NANOTECHNOLOGY
I NSTITUTE Carbide-Derived Carbon (CDC)
SiC(s) + 2Cl2(g) SiCl4(g) + C(s)
Carbide
Carbide Derived Carbon
Director, A.J. Drexel Nanotechnology Institute Trustee Chair Professor of Materials Science & Engineering Drexel University, Philadelphia, PA 19104, USA gogotsi@
P.H. Tan, S. Dimovski, Y.G., Phil. Trans. Royal Soc. Lond. A, v.362, 2289 (2004)
• Carbide-Derived Carbons for
Energy-Related and Other Applications
Y. G, M. Yoshimura, Nature, v. 367, 628-630 (1994) Y. G., S. Welz, D. Ersoy, M.J. McNallan, Nature, v. 411, 283 (2001) J. Chmiola, G. Yushin, Y.G., et al., Science, v. 313, 1760 (2006)