納米生物材料參考文獻(xiàn)

[1]Philippe P，Nang Z L et al. Science，1999，283:1513.

[2] JINYi- he, SUNPeng, ZHANGYing- hua. Problemofpotential effects of nanomaterials on mankind [J]. Chinese Journal of Nature,2001, 23( 5) : 306- 307.

[3] Hoet PHM, NemmarA, NemeryB. Health risk of inhaled( nano)-particles [C]∥7th World Biomaterials Congress. Australia Sydney: Sydney Convention & Exhibition Centre, Darling Harboar, 2004. 751.

[4] ZHAOYu- liang, CHAIZhi- fang. Status ofstudyofbio- environmental activities of nanoscale materials [J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2005, 20( 3) : 194- 199.

[5]李霞，彭蜀晉，張云龍；納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]；化學(xué)教育；2006年第11期。

[6]金海龍，王新宇，王洪森等；納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展[J]；儀器儀　表學(xué)報；第27 卷第6 期增刊　2006 年6 月。

[7]馬小藝，陳海斌；納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與前景展望[J]；中國醫(yī)藥導(dǎo)報；第3卷第32期，2006年11月。

[8]黃渝鴻，許映霞，萬昌秀；納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[J]；化工新型材料；第30卷第2期，2002年6月。

[9]謝克亮，趙長安；納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進展[J]；新醫(yī)學(xué)；2004年6月第35卷第6 期；

[10]徐翔暉，王雪微；陳曉農(nóng)納米生物材料的應(yīng)用[A]；納米科技；第6 卷第1 期，2009 年2 月；

[11]Bao G. Mechanics of biomolecules. J. Mec. Phy.Solids, 2002, 50(11):2237-2274.

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料學(xué)和生物醫(yī)學(xué)結(jié)合越來越緊密，納米材料在生物應(yīng)用上已取得了很大的成就，并展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭和巨大的發(fā)展?jié)摿?。但是我們還應(yīng)看到，很多方面發(fā)展還不完善，應(yīng)用還不安全有待進一步研究。筆者認(rèn)為在21 世紀(jì)納米材料在生物醫(yī)學(xué)方面發(fā)展應(yīng)該加強和有巨大應(yīng)用潛力，將成為今后一段時間研究熱點的有：

(1) 生物醫(yī)學(xué)檢測診斷用材料：不可否認(rèn)，現(xiàn)在納米材料在生物檢測診斷上已發(fā)生相當(dāng)大的發(fā)展和應(yīng)用，各種納米材料已經(jīng)在實踐中的應(yīng)用取得了良好的效果。但在各種醫(yī)學(xué)檢測中對各種各樣的功能性納米材料的要求還比較高。比如生物醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)療設(shè)備器材兩者之間相輔相成，生物醫(yī)學(xué)工程是基礎(chǔ)，它的課題研究的深人會催生新的醫(yī)療設(shè)備器材出現(xiàn)，同時對臨床醫(yī)療設(shè)備器材的需求信息會產(chǎn)生新的研究方向，納米功能材料在這個方面將大有前途。又如分析與檢測技術(shù)的進一步優(yōu)化，勢必要求具有更先進性能納米材料的出現(xiàn)。

(2) 藥物治療上使用的材料：藥物控釋納米材料將繼續(xù)成為納米醫(yī)用材料研究發(fā)展的重點。納米粒子不但具有能穿過組織間隙并被細(xì)胞吸收等特性，而且還具有靶向、緩釋、高效、低毒且可實現(xiàn)口服、靜脈注射及敷貼等多種給藥途徑等優(yōu)點，因而在藥物輸送方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

(3) 功能性生物材料：各種有著特定功能的材料將越來越多地應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)上去。未來幾年生物材料中納米陶瓷將在人造骨骼中發(fā)揮主導(dǎo)作用，有著各種特性的無機——有機復(fù)合納米材料也必將在介入治療、血液凈化方面大展身手。

(4) 生物安全性納米材料：目前在一些國家生物納米材料的安全性研究已經(jīng)被提上日程，但很多研究還不深入，取得效果也不明顯。在全球矚目安全問題的同時，納米材料安全性研究必將成為下一熱點。生物降解綠色材料將是未來藥物的首選。關(guān)于生物技術(shù)的風(fēng)險，目前確實還有很多問題沒有搞清楚，有待于繼續(xù)研究。

納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合，為醫(yī)學(xué)界提供了全新的思路，納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著效果。但納米材料應(yīng)用還很有限，尤其是在生物醫(yī)學(xué)上面，目前大多數(shù)研究還處于動物實驗階段，還需大量臨床試驗予以證實，納米材料應(yīng)用的生物安全性有待進一步提高。這就要求生物醫(yī)學(xué)研究者與納米材料的研究人員合作需進一步加強，制造出更先進的生物醫(yī)用納米材料。我們有理由相信，隨著納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用，臨床醫(yī)療將變得節(jié)奏更快、效率更高，診斷、檢查更準(zhǔn)確，治療更有效，人們的生命安全將得到更大的保障。

納米生物材料2.1、細(xì)胞分離用納米材料

病毒尺寸一般約80～100nm，細(xì)菌為數(shù)百納米，而細(xì)胞則更大，因此利用納米復(fù)合粒子性能穩(wěn)定、不與膠體溶液反應(yīng)且易實現(xiàn)與細(xì)胞分離等特點，可將納米粒子應(yīng)用于診療中進行細(xì)胞分離。該方法同傳統(tǒng)方法相比，具有操作簡便、費用低、快速、安全等特點。美國科學(xué)家用納米粒子已成功地將孕婦血樣中微量的胎兒細(xì)胞分離出來，從而簡便、準(zhǔn)確地判斷出胎兒細(xì)胞中是否帶有遺傳缺陷。

納米生物材料2.2、細(xì)胞內(nèi)部染色用納米材料

利用不同抗體對細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異，選擇抗體種類，將納米金粒子與預(yù)先精制的抗體或單克隆抗體混合，制備成多種納米金/抗體復(fù)合物。借助復(fù)合粒子分別與細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復(fù)合物，在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色(如10nm的金粒子在光學(xué)顯微鏡下呈紅色) ，從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標(biāo)簽，因而為提高細(xì)胞內(nèi)組織的分辨率提供了一種急需的染色技術(shù)。

納米生物材料2.3、抗菌及創(chuàng)傷敷料用納米材料

按抗菌機理，納米抗菌材料分為三類：一類是Ag系抗菌材料，其利用Ag 可使細(xì)胞膜上的蛋白失活，從而殺死細(xì)菌。在該類材料中加入鈦系納米材料和引入Zn 、Cu 等可有效地提高其的綜合性能； 第二類是ZnO、TiO₂等光觸媒型納米抗菌材料，利用該類材料的光催化作用，與H₂O 或OH反應(yīng)生成一種具有強氧化性的羥基以殺死病菌；第三類是納米蒙脫土等無機材料，因其內(nèi)部有特殊的結(jié)構(gòu)而帶有不飽和的負(fù)電荷，從而具有強烈的陽離子交換能力，對病菌、細(xì)菌有強的吸附固定作用，從而起到抗菌作用。

納米生物材料2.4、組織工程中的納米生物材料

材料支架在組織工程中起重要作用，因為貼壁依賴型細(xì)胞只有在材料上貼附后，才能生長和分化。模仿天然的細(xì)胞外基質(zhì)2膠原的結(jié)構(gòu)，制成的含納米纖維的生物可降解材料已開始應(yīng)用于組織工程的體外及動物實驗，并將具有良好的應(yīng)用前景。國內(nèi)清華大學(xué)研究開發(fā)的納米級羥基磷灰石/ 膠原復(fù)合物在組成上模仿了天然骨基質(zhì)中無機和有機成分，其納米級的微結(jié)構(gòu)類似于天然骨基質(zhì)。體外及動物實驗表明，此種羥基磷灰石/膠原復(fù)合物是良好的骨修復(fù)納米生物材料。

納米生物材料2.5、生物活性材料

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，生物活性雜化材料在保持柔韌性的同時，彈性模量已接近硅酸硼玻璃，而且便于加入活性物質(zhì),因此是一種開發(fā)生物材料的理想途徑。JonesSM 等用TEOS(正硅酸乙酯) 、甲基丙烯酰胺在偶氮類引發(fā)劑作用下，加入氯化鈉制備出含鈣鹽的納米SiO₂聚合物復(fù)合材料,將其在人體液中放置1周后，可以觀察到其表面有羥基磷灰石層形成，因而具有較好的生物活性。應(yīng)用溶膠/ 凝膠技術(shù)制備納米復(fù)合材料，同時在體系中引入胺基、醛基、羥基等有機官能團，使材料表面具有反應(yīng)活性，可望在生化物質(zhì)固定膜材料、生物膜反應(yīng)器等方面獲得較大應(yīng)用。

納米生物材料1.1、納米材料的基本效應(yīng)

表面效應(yīng)是指微粉的粒徑越小，其總表面積越大；表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大。如當(dāng)粒徑為10nm(總原子數(shù)為3×10)時，表面原子數(shù)/總原子數(shù)=0.20；而當(dāng)粒度減小到lnm(總原子數(shù)為30)時，這一比值急劇上升到0.991表面原子的晶場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微粒化隨著這種活性的表面原子增多，使其表面能也大大增加。

體積效應(yīng)主要表現(xiàn)在兩個方面：一是物質(zhì)體積的縮小雖不會引起物質(zhì)物性基本參量的變化，但會使那些與體積有關(guān)的物性發(fā)生變化，如磁體的磁疇變小，半導(dǎo)體中電子的自由路程變短，等等；二是物質(zhì)一般具有由無限個原子組成的物質(zhì)屬性，而納米粒子則表現(xiàn)出有限個原子集合體的特性。

晶體周期性的邊界條件遭破壞，顆粒表面層附近原子密度減小，從而導(dǎo)致聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)。主要表現(xiàn)為四大特點：尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大?？梢苑譃樘厥獾墓鈱W(xué)性質(zhì)，熱學(xué)性質(zhì)，磁學(xué)性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)，電學(xué)性質(zhì)等。

納米生物材料1.2、納米材料的毒性

隨著納米科技的迅速發(fā)展，納米材料的應(yīng)用越來越廣泛，人類及動植物與納米材料的接觸已經(jīng)不可避免。納米粒子尺寸小、比表面積大、表面態(tài)豐富、化學(xué)活性高，具有許多塊體及普通粉末所沒有的特殊性質(zhì)，許多在普通條件沒有生物毒性的物質(zhì)，在納米尺寸下卻表現(xiàn)出很強的生物毒性。因此納米材料的安全性研究備受各國政府和科學(xué)家們的關(guān)注。然而盡管納米材料的種類和應(yīng)用范圍都在迅速增加，人們對納米材料的生物安全性的深入研究卻還顯得十分缺乏。

現(xiàn)在國內(nèi)外很多課題組研究了包括富勒烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管、金、氧化鐵、氧化鋁、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化硅、硫化鋅、硒化鋅等在內(nèi)的多種典型的碳基納米材料、金屬及其氧化物納米材料和半導(dǎo)體（絕緣體）納米材料的生物安全性。從納米生物安全性研究所涉及的納米粒子種類來看，常見的重要納米材料多數(shù)都有涉及。納米粒子生物毒性的表現(xiàn)方式主要有組織器官形態(tài)和功能的改變、生長發(fā)育遲緩、細(xì)胞形態(tài)改變、染色體損傷、細(xì)胞分裂異常、細(xì)胞死亡（凋亡）等。從已有的研究來看，納米粒子的毒性與其尺寸、形貌、表面修飾、濃度、制備方法及作用時間等均有密切關(guān)系，一般而言納米粒子的尺寸越小、濃度越高、作用時間越長，則其毒性也越大。納米粒子的生物毒性也與細(xì)胞類型有關(guān)，同一種納米粒子對不同細(xì)胞的毒性強弱也不相同，此外還與生物或細(xì)胞染毒途徑和方式有關(guān)。納米粒子生物毒性的機理目前還不十分清楚，氧化損傷是納米材料引起毒性的可能途徑，細(xì)胞凋亡可能依賴線粒體途徑。在納米材料的生物安全性評價方面，目前還缺乏完善的評價方法及相應(yīng)的指標(biāo)體系。

目前納米材料的生物安全性研究總體來說還處于起步階段，大部分工作主要集中在現(xiàn)象觀察和資料收集方面，對納米材料生物毒性的機理的深入研究還亟待加強。特別是對那些在生物調(diào)控、疾病診斷與治療、生物標(biāo)記等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景的納米材料，要想使其真正進入實用領(lǐng)域，就必須對其生物安全性進行全面深入的研究和評價，而這方面的工作尤其顯得薄弱。本文對目前納米材料生物安全性研究中存在的困難和問題也進行了分析，并對納米材料生物安全性研究的未來發(fā)展進行了展望。

納米生物材料1.3、生物相容性

納米生物材料，具有生物兼容性、可生物降解、藥物緩釋和藥物靶向傳遞等良好特性已在藥物治療方面取得了很大成功。藥物納米載體具有高度靶向、藥物控制釋放、提高難溶藥物的溶解率和吸收率優(yōu)點，提高藥物療效和降低毒副作用。納米顆粒作為基因載體具有一些顯著的優(yōu)點：納米顆粒能包裹、濃縮、保護核苷酸，使其免遭核酸酶的降解；比表面積大，具有生物親和性，易于在其表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，實現(xiàn)基因治療的特異性；在循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)時間較普通顆粒明顯延長，在一定時間內(nèi)不會象普通顆粒那樣迅速地被吞噬細(xì)胞清除；讓核苷酸緩慢釋放，有效地延長作用時間，并維持有效的產(chǎn)物濃度，提高轉(zhuǎn)染效率和轉(zhuǎn)染產(chǎn)物的生物利用度；代謝產(chǎn)物少、副作用小、無免疫排斥反應(yīng)等。

本書依據(jù)作者研究團隊以及國內(nèi)外電催化納米材料的研究進展，系統(tǒng)介紹了鉑基和非鉑基氧還原催化劑納米材料、碳基非貴金屬氧還原催化劑納米材料、質(zhì)子交換膜氫氧燃料電池陽極催化劑納米材料、直接醇類燃料電池陽極電催化納米材料、鋰-空氣電池碳基催化劑納米材料、鋰-空氣電池正極催化劑納米材料、環(huán)境電催化納米材料、光電解水電催化納米材料、生物燃料電池電催化納米材料、微生物制備納米材料的電子傳遞機制及其應(yīng)用、有機分子合成電催化納米材料、CO2還原電催化納米材料、水電催化納米材料。

第1章 納米和納米材料1

1.1 引言1

1.1.1 納米科學(xué)技術(shù)的興起1

1.1.2 納米材料的發(fā)展1

1.2 納米技術(shù)的學(xué)科領(lǐng)域3

1.2.1 納米材料學(xué)3

1.2.2 納米動力學(xué)4

1.2.3 納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)4

1.2.4 納米電子學(xué)5

1.2.5 納米化學(xué)5

1.3 納米材料的研究內(nèi)容5

1.4 納米材料的發(fā)展趨勢7

參考文獻(xiàn)8

第2章 納米材料制備方法9

2.1 概述9

2.1.1 納米材料制備技術(shù)的形成9

2.1.2 納米材料制備技術(shù)的種類和進展10

2.2 納米微粒的制備方法10

2.2.1 制備納米粒子的物理方法10

2.2.2 制備納米粒子的化學(xué)方法16

2.3 一維納米材料的制備方法19

2.3.1 氣相法20

2.3.2 液相法22

2.3.3 模板法22

2.4 納米薄膜的制備方法23

2.4.1 物理方法23

2.4.2 化學(xué)方法27

2.5 納米金屬材料的制備方法30

2.5.1 納米金屬粉末的制備30

2.5.2 納米金屬復(fù)合粉末的制備33

2.5.3 納米晶金屬塊體材料的制備33

參考文獻(xiàn)36

第3章 納米材料的表征39

3.1 粒度分析39

3.1.1 概述39

3.1.2 粒度分析的方法39

3.1.3 粒度分析樣品的制備41

3.2 形貌分析42

3.2.1 概述42

3.2.2 透射電子顯微鏡42

3.2.3 掃描電子顯微鏡49

3.2.4 掃描隧道顯微鏡54

3.2.5 原子力顯微鏡56

3.3 結(jié)構(gòu)分析57

3.3.1 概述57

3.3.2 X射線衍射分析57

3.3.3 紅外（IR）、激光拉曼(Raman)光譜66

3.4 成分分析68

3.4.1 概述68

3.4.2 X射線光電子能譜68

3.4.3 俄歇電子能譜71

3.4.4 電子探針X射線微區(qū)成分分析73

3.4.5 電子能量損失譜75

參考文獻(xiàn)75

第4章 納米材料的物理化學(xué)性能76

4.1 納米材料的基本效應(yīng)76

4.1.1 尺寸效應(yīng)76

4.1.2 表面與界面效應(yīng)76

4.1.3 宏觀量子隧道效應(yīng)78

4.2 電學(xué)性能78

4.2.1 介電常數(shù)和介電損耗78

4.2.2 納米氧化物的介電性能80

4.3 磁學(xué)性能81

4.3.1 矯頑力82

4.3.2 超順磁性83

4.3.3 飽和磁化強度、居里溫度與磁化率84

4.4 光學(xué)性能85

4.4.1 基本概念85

4.4.2 納米材料的光吸收特性87

4.5 熱學(xué)性能90

4.5.1 納米材料的熱學(xué)性質(zhì)及尺寸效應(yīng)90

4.5.2 納米晶體的晶粒成長94

4.5.3 納米晶體的點陣熱力學(xué)性質(zhì)98

4.5.4 納米晶體的界面熱力學(xué)99

4.6 化學(xué)性能102

4.6.1 吸附102

4.6.2 納米微粒的分散與凝聚104

4.6.3 流變學(xué)106

參考文獻(xiàn)110

第5章 納米晶材料的力學(xué)性能112

5.1 納米晶金屬和合金的力學(xué)性能112

5.1.1 屈服強度113

5.1.2 延展性116

5.1.3 應(yīng)變硬化118

5.1.4 應(yīng)變速率敏感性118

5.1.5 納米晶材料的蠕變122

5.1.6 納米晶材料的疲勞125

5.2 納米晶金屬和合金的變形機制128

5.2.1 堆積破壞（pile"para" label-module="para">

5.2.2 晶粒邊界滑動130

5.2.3 核"para" label-module="para">

5.2.4 晶粒邊界轉(zhuǎn)動/晶粒合并140

5.2.5 剪切帶的形成140

5.2.6 梯度模型142

5.2.7 孿晶143

5.2.8 晶粒邊界位錯的形成和湮滅147

5.3 納米晶金屬和合金的斷裂150

5.4 納米晶陶瓷及復(fù)合材料的力學(xué)性能152

參考文獻(xiàn)153

第6章 納米材料的應(yīng)用160

6.1 納米陶瓷材料的應(yīng)用160

6.1.1 納米陶瓷顆粒的應(yīng)用160

6.1.2 納米陶瓷線的應(yīng)用164

6.1.3 納米陶瓷薄膜的應(yīng)用169

6.1.4 納米陶瓷的應(yīng)用及展望172

6.2 納米金屬材料的應(yīng)用174

6.2.1 納米金屬粉末材料的應(yīng)用174

6.2.2 納米金屬薄膜材料的應(yīng)用177

6.2.3 納米金屬塊體材料的應(yīng)用178

6.3 納米高分子材料的應(yīng)用179

6.3.1 納米橡膠179

6.3.2 納米塑料180

6.3.3 復(fù)合纖維182

6.3.4 納米涂料183

參考文獻(xiàn)185

第7章 納米碳材料186

7.1 碳材料基礎(chǔ)186

7.2 納米碳材料188

7.2.1 納米碳球189

7.2.2 納米碳管199

7.2.3 納米碳纖維207

7.3 碳納米復(fù)合材料217

7.3.1 GICs的分類218

7.3.2 GICs的制備方法219

7.3.3 GICs的性質(zhì)與用途221

參考文獻(xiàn)224

第8章 納米材料最新研究進展231

8.1 納米材料制造工藝與結(jié)構(gòu)材料研究發(fā)展232

8.1.1 磁性納米材料的制備及應(yīng)用新進展232

8.1.2 納米二氧化硅復(fù)合材料的應(yīng)用研究進展233

8.1.3 碳納米管及其復(fù)合材料的制備與性能研究進展234

8.1.4 納米復(fù)合涂層在航空航天材料中的研究進展235

8.1.5 納米分子236

8.2 納米材料在食品與農(nóng)業(yè)的研究發(fā)展237

8.2.1 超細(xì)微粒和納米粒子的制備技術(shù)238

8.2.2 微乳化技術(shù)和納米膠囊制備技術(shù)238

8.2.3 分子自組裝技術(shù)238

8.2.4 納米科技在漁業(yè)農(nóng)業(yè)和節(jié)能環(huán)保上的應(yīng)用239

8.3 納米電子材料與計算設(shè)備研究發(fā)展240

8.3.1 稀土摻雜納米發(fā)光材料的應(yīng)用前景和展望240

8.3.2 氧化鋅基納米發(fā)光材料的研究進展240

8.3.3 CdSe納米材料最新研究進展241

8.3.4 導(dǎo)電聚合物/無機納米復(fù)合材料的研究進展241

8.3.5 單電子存儲器242

8.3.6 納米芯片244

8.4 納米材料在衛(wèi)生保健領(lǐng)域的研究發(fā)展245

8.4.1 納米高分子材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用245

8.4.2 納米骨植入材料表面結(jié)構(gòu)及作用機制研究進展246

8.4.3 金納米團簇功能化及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用247

8.4.4 納米給藥系統(tǒng)250

8.5 納米材料在能源領(lǐng)域和環(huán)保領(lǐng)域的研究進展251

8.5.1 一維納米材料在鋰離子蓄電池中的應(yīng)用進展251

8.5.2 納米結(jié)構(gòu)太陽能電池材料的研究進展253

8.5.3 納米催化劑在直接甲醇燃料電池中的研究現(xiàn)狀257

8.5.4 納米材料在空氣凈化中的應(yīng)用研究258

參考文獻(xiàn)2602100433B

當(dāng)超微米粒子尺寸不斷減小，在一定條件下，會引起材料宏觀物理、化學(xué)、機械等性質(zhì)上的變化，通常稱為小尺寸效應(yīng)。另外，由于納米微粒尺寸小，表面能高，這稱為納米微粒的表面效應(yīng)，它是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比，隨著納米粒子尺寸的減小，而大幅度的增加，于是粒子的表面能和表面張力也隨著增加，從而引起納米粒子的性質(zhì)變化。由于納米晶材料組成和結(jié)構(gòu)的特殊性，其性能比傳統(tǒng)材料有明顯的改善和提高，尤其是具有超硬度、超模量效應(yīng)等的特殊性。