【二氧化硅篇】新型纳米修饰电极的研究及其在蛋白质直接电化学行为探讨中的应用.pdf

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1、华东师范大学 硕士学位论文 新型纳米修饰电极的研究及其在蛋白质直接电化学行为探讨中 的应用 姓名：孙至浴 申请学位级别：硕士 专业：分析化学 指导教师：施国跃;金利通 20080401 2 0 0 8 届硕士学位论文中文摘要 新型纳米修饰电极的研究及其在蛋白质 直接电化学行为探讨中的应用 中文摘要 纳米技术是2 0 世纪8 0 年代发展起来的一门新兴学科，这项跨世纪的高技术， 如初升的太阳在地平线上冉冉升起，引起各国家科技界、企业界及普通百姓的高 度重视。该技术以多门现代科学技术为基础，是现代科学和现代技术结合的产物， 代表着今后人类科学技术发展的趋势，也将成为现代高科技和新兴学科交叉发展 的

2、研究热点，并已渗透到现代科学的各个领域。 当物质小到纳米数量级时，会产生独特的常规材料所不具备的优越性能，因 此，纳米材料在催化、电子材料、微器件、增强材料等方面有着广阔的应用前景。 如果将纳米材料用作电极表面修饰材料，由于其尺寸效应和介电限域效应等特 性，能增大电流响应，大大提高检测的灵敏度并降低检测限；另外，由于许多纳 米材料都具有特有的生物兼容性，因此可用于许多微量的生物活体样品的分析。 蛋白质和酶等生物大分子是构成生命的主要基元，参与完成生命体中的新陈 代谢等许多生理过程，同时在这些生命过程中很多蛋白质和酶都要经历电子转移 过程，在其氧化型和还原型之间相互转化。从某种意义上讲，研究生命

3、过程实质 上就是研究生物体中的电子传递过程。因此，用电化学方法来研究蛋白质的电子 传递过程有着特别的优越性。纳米材料独特的比表面积大、催化活性高、亲和力 强的特点，使其能活化电极表面，加速蛋白质的活性中心与电极间的直接电子转 移，同时最大限度地保持蛋白质的生物活性。因此，将纳米技术应用于蛋白质的 电化学分析研究，是一个崭新而具有挑战性的领域，有利于创新性地建立一些新 理论、新技术和新方法。 本论文致力于新型纳米材料和纳米修饰电极的研究，在保持蛋白质的良好生 物活性和电化学活性的同时提高氧化还原蛋白质与电极之间的电子交换速度，从 而制备具有高灵敏度、低检测限和高稳定性的化学与生物传感器。研究工作

4、着重 在于选择和制备具有良好特性的纳米材料并在此基础上进行化学修饰电极的功 能化设计。文中尝试以中空纳米球体、分子筛及二氧化硅等多种材料作为氧化还 原蛋白质反应平台，通过蒸气滴涂、静电吸附、层层组装等方法构筑可以加速蛋 白质与电极间电子转移过程的纳米材料修饰电极：以S E M 、T E M 等表征手段研 究传感器表面物理状态，同时结合U v 等技术探究其生物活性；以交流阻抗、脉 冲伏安以及循环伏安等电化学方法作为主要研究手段，探讨蛋白质在纳米材料修 饰电极上的电化学性质，研究蛋白质对过氧化氢的催化响应机理。通过以上工作， 2 0 0 8 届硕士学位论文 中文摘要 既获取了蛋白质分子中电子转移的

5、动力学参数，也为研制新一代的生物传感器提 供了理论基础和初步模型。本论文工作将努力实现纳米技术、生命科学和电分析 化学三者的有机结合。全文共有四个部分： 鞋嚣逾，玉簏乏煮，磋 本部分内容主要包括纳米材料概况、化学修饰电极简介、氧化还原蛋白质的 电化学研究三部分。文中简要介绍了纳米材料的分类、特性、制备等；简述了化 学修饰电极的发展、制备和相关应用；综述了氧化还原蛋白质的电化学研究意义 和进展。 2 基于表面蒸气溶胶凝胶法制备二氧化硅及其在血红蛋白的直接电化学和电催 化性质中的研究( 第二章) 羹 首次创新性地尝试了在5 0 p H = 5 O 的酸性条件下，基于表面蒸气溶胶凝胶 法制备二氧化硅

6、溶胶凝胶( S i 0 2 ) ，并将其与血红蛋白( H b ) 通过静电吸引力层层组 装制备 m S i 0 2 ) n 薄膜修饰电极，研究了该薄膜中血红蛋白的直接电化学和电催 化性质。该方法保持了传统溶胶凝胶材料的优点，所制备二氧化硅溶胶有较多孔 洞结构，可以更好地传递物质，提供更大的蛋白质负载量，是较好的固定蛋白质 的基质，同时该法大大缩短了制备过程且避免了在传统方法中酸环境和无机助溶 剂带来的不良影响，使此修饰膜中的蛋白质能保持良好的原始结构且能在较宽温 度范围内保持其生物活性。该修饰电极的循环伏安图呈现一对形状较好的准 可逆氧化还原峰( E = 7 6 m V ，E l 2 = O

7、3 3 0 V ) ，为血红蛋白血红素中心F e 儿1 F e 儿 氧化还原电对的特征峰，说明该修饰电极上的二氧化硅溶胶凝胶确实有效地加速 了血红蛋白和电极之间的电子传递。此外，该修饰电极还对过氧化氢表现出良好 的催化活性，米氏常数( K m a p p ) 为0 1 5 5 m m o 儿。该方法不但为蛋白质的电化学与 电催化研究提供了坚实的基础，还为第三代酶传感器的研制和开发提供了一种新 的思路。 箕M S V 层层鱼组装膜中的血红蛋，自直接电子转移和电催化彳亍为的研究。( 第三章2 纳米颗粒型材料与传统材料相比比表面积大大增加，表面结构发生较大的变 化，在能量存储或转换、传感等方面存在广

8、泛应用前景，近年来更是在化学修饰 电极制备中有大量应用。本文中，我们首次用前驱体沸石Y 以离子液体C M I M B 为模板在碱性条件中合成A 1 M S U S 材料，并将其用于固定氧化还原蛋白质，基 于静电吸引力层层组装制各成 M S U H b ) 。P D D A 修饰电极。与用C T A B 为模板制 得的分子筛相比，用离子液体C M I M B 为模板制得的M S U 材料具有更大的孔径、 孔体积和表面积，所以 M S U H b ) 卯D D A 修饰电极具有较大的蛋白质荷载量且能 2 0 0 8 届硕士学位论文 中文摘要 长久保持其生物活性，同时具有良好的电化学和电催化性质。我

9、们还研究了组装 层数和外界溶液p H 值等条件对该修饰膜中血红蛋白电子传递过程的影响。此外， M S U m ) 。P D D A 修饰电极对过氧化氢表现出良好的催化活性，线性范围是 1 O x l 0 曲到1 8 6 1 0 。4 m o 儿，检测限是5 0 x 1 0 刁m o l L ( S N = 3 ) ，米氏常数( K m a p p ) 为 0 3 6 8m m o 儿。该研究扩大了分子筛材料的应用范围，也为电分析化学中化学与 生物传感的深入研究开辟了新的途径。 4 ：血红螯白茬币壁垒鲕米球j 亮聚糖薄膜中的电僻硅质研究及其在生物传感罐 ”中的应用( 第四章壤 本文成功制备了内径

10、约为1 0 m ，外径约为3 0 m 的中空金纳米粒子并创新性 地将其用于氧化还原蛋白质的固定修饰电极的制备。壳聚糖生物相容性好，亲水 性高，能为血红蛋白分子提供特殊的生物兼容性微环境，降低由于蛋白质溶液吸 附造成的电子传递受阻现象。同时，薄膜中小尺寸金纳米粒子能充当血红蛋白与 电极之间的电子传递通道，且保持血红蛋白生物活性不变，更有利于氧化还原蛋 白质在电极表面的直接电子传递。该修饰电极的电化学性质研究表明在O 3 V 左 右的一对准可逆氧化还原峰为血红蛋白血红素辅基F e 1 F e u 电对的特征峰，峰电 位差( E p ) 为+ 9 2 m V 。该修饰电极还对H 2 0 2 表现出良

11、好的电催化还原效应，其还 原电流与H 2 0 2 浓度在1 0 1 0 1 5 1 0 4 m o l L 范围之内呈良好的线性关系，最低 检测限是5 O x10 6m o 儿( S N = 3 ) ，米氏常数( K m 印9 ) 为0 3 8 8n u l l 0 1 L 。由于该纳米 粒子易制备，易于附着生物分子且具有特殊的中空结构，有望在癌症治疗、药物 靶分子、传感器以及药物释放研究中得到应用。 关键词：纳米材料修饰电极血红蛋白直接电化学电催化 S t u d yo nN o V e l N a n o m a t e r i a lM o d i 6 e dE l e c t r o

12、d ea n dI t s A p p l i c a t i o n si nE l e c t r o c h e m i s t r ya n dE l e c t r o c a t a l y s i s P r o p e r t i e s0 fR e d o x P r o t e i n s A B S T R A C T I n r e c e n t 、v o d ( i th a sb e e nd i s c o V e r e dt h a tm a t e n a l si n n a n o s i z es c a l e ( 1 10 0 n m ) d i

13、 s p l a ys i z e d e p e n d e n to p t i c a l ，m a g n e t i c ，e l e c 仃o n i c a I l dc h e m i c a l p r o p e n i e s E x c e p tm e s e ， n a n o m a t e r i a l sh a V e幽o w nc h e m i c a la n dp h y s i c a l p r o p e r t i e st h a td i 虢r 掣e a t l y 舶m t h eb u l ks u b s t a l l c e s

14、 T h e r e f o r e ，n a n o p a r t i c l e sc a nb e a p p l i e dt om a n yf i e l d s ，s u c ha so p t i c a ld e V i c e s ，e l e c 仃o I l i cd e V i c e s ，c a t a l y s i s ，s e n s o r t e c l m o l o g ya n db i o m 0 1 e c u l a r1 a b e l i n g ，e t c ，w h i c hi sa l s ot h er e a s o nm

15、a tab u r s to f r e s e a r c ha c t i V i t i e sh a V eb e e nf o c u s e do nn a 工1 0 p a r t i c l e s M o d i f i e de l e c 仃o d e sb a S e do n n a n o m a t e r i a l sc o m b i n e d 埘t h1 1 i g hs u r f a c ea r e aa n dg o o de l e c t r o c a t a l y t i ca b i l i t i e sc a l l l a r

16、g e l yi m p r o V ee l e c t r i c a lr e s p o n s e sa n dt h ed e t e c t i o ns e n s i t i V i 够T b d a y ，m a l l yn o V e l n a n o s t n l c n l r e dm a t e r i a l sh a V eb e e na p p l i e dme l e c t r o a n a l y t i c a lc h e m i s n ya n ds o m e i n l p o r t a n tp r o g r e s s

17、e sa l o n gm e s et o p i c sh a V er e c e n t l ya c b j e V e d B i o m a c r o m 0 1 e c u l ai n c l u d i n gp r o t e i n sa n de n z y m e sa r et h ep r i m a r y 目o u p so fl i f e T h e ya r ei n v o l V e di nm e t a b o l i s ma n do t l l e ri r l l p o r r c a n tp h y s i o l o g i

18、c a lp r o c e s s e s ，w h i c h a r ec h a r a c t e r i s t i c so fe l e c 仃o nt r a n s t e rb e t w e e nt h e i ro x i d a t i o na n dr e d u c t i o ns t a t e s T h e r e f o r e ，t os t u d y 也ep r o c e s so fl i f ei st oi n V e s t i g a t et h ee l e c 仃o nt r a n s m i t t i o ni n e

19、 S S e n C e D i r e c te l e c 仃o c h e m i s t 巧o fr e d o xp r o t e i n sa n de m 万m e sh a sa r o u s e dg r e a ti n t e r e s t i nb i o l o g i c a la n db i o e l e c t I o c h e m i c a lf i e l d s S t u d i e so nd i r e c te l e c n o c h e m i s t I yo f r e d o xp r o t e i n s e n z

20、y m e sc a nb eu s e dt oe x t r a c te s s e n t i a lp h y s i c o c h e m i c a ld a t a c o n c e m i n gt h e k i n e t i c sa n de n e r g e t i c so fp r o t e i nr e d o xr e a c t i o n s ， p r o V i d i n g m e c h a n i s t i cs t u d i e so fe l e c t r o ne x c h a n g e 锄o n gp r o t e

21、 i n si 1 1 b i o l o g i c a ls y s t e m s M o r e o v e r ，d i r e C te l e c t r o nt r m s f e rb e t w e e ni m m o b i l i z e de m 【弘n ea r l du n d e r l y i n g e l e c t o d ec a ne s t a b l i s haf o 眦l d a t i o nf o rf 孙r i c a t i n gn e wk i n d so fm e d i a t o r - f r e e b i o s

22、 e n s o r s ，b i o m e lc e l l s ，b i o r e a c t o r s T h en a n o s m J c n l r e dm a t e r i a l sc a n 铲e a t l ye n h a n c et 1 1 ea c t i V es u r f a c ea V a i l a b l ef o r p r o t e i nb i n d i n go V e rm eg e o m e 仃i c a la r e a ，a 1 1 dm a i n t a i nm ep r o t e i n s p h y s

23、i o l o g i c a l a c t i v i t 、，嘶m o u td e t e c t a b l ed e n a t u r a t i o n T 1 1 i sd i s s 删o nr e s e a r c h f o c u s e so n d e v e l o p i n gm o d i f i e de l e c t r o d e sb a s e do nn a n o s t m c t l l J e dm a t e r i a l s ，W M c hi so n eo f 2 0 0 8 届硕士学位论文 英文摘要 m o S ta c

24、 t i v ea r e a si ne l e c t r o a n a l ”i c a lc h e m i s t yo fp r o t e i n s W 色a r ea d h e r i n gt oa n o 略a 1 1 i cc o m b i n a t i o no fe l e C t o a l l a l ”i c a lc h e m i s t l Mn a n o t e c l u l 0 1 0 9 ya n dp r o t e m s c h e m i s t O fc o u r s e ，i ti san e wa r e aw o r

25、c l l yo fa t t e n t i o na I l di ti sa l s oh e l p 如1t os e t u pn e wm e t l l o d s ，n e wt e c m q u e s a J l dn e wt 1 1 e o r i e s T h ed e t a i l sa r eg i V e na Sf 0 1 1 0 w s ： 甄“画磊舔c h ；矗矗矗移猫d 宣佬琶i 鬲磊i 矗l 面p 面苫击毛i 6 蕊m 西晶i 赫L 匆毛矗歹= ：j ! = 匆 取h n so fS i 0 2 + w i t hV 却o r - S u r f

26、 a c eS 0 1 一G e lD e p o s i t i o n ( c h a p t e r2 ) L a y e r - b y - l a y e r H b S i 0 2 ) nf i l m sa L s s e m b l e db ya l t e m a t ea d s o 印t i o no fp o s i t i V e l y c h a r g e dh e m 0 9 1 0 b i n ( H b ) a n dV a p o r - s u r f l 屺es o l g e ld e p o s i t i o no fs i l i c aa

27、 t5 0 。C0 1 1 t oa 9 1 a S s yc a r b o ne l e c t r o d ew e r er 印o r t e d T h er e s u l tf i l m sw e r ec h a r a c t e r i z e dw i t hc y c l i c V o l t 锄e t e e l e c t r o c h e 耐c a li m p e d a n c es p e c 仃o s c o p y ，U V - V i ss p e c t r o s c o p y ，a 1 1 dS E M ， a n d 廿1 ed i r

28、 e c te l e c t r o c h e m i c a la n de l e c t r o c a t a l y t i c p r o p e r t i e s o fH bi n t 1 1 e s e 1 a y e r - b y l a y e rf i l m sw e r ei I l v e s t i g a t e d Ap a j ro fw e l l - d e f i n e dq u a s i j r e V e r s i b l ec y c l i c v o l 切r I 】m e t r i cp e a k s 、v e r eo

29、 b s e r v e d ，a n dt h ef o m l a lp o t e n t i a lo ft 1 1 eh e m eF e l l l F e l l r e d o xc o u p l ew a sf o u n dt ob e - O 3 3 0 V ( V sS C E ) T h ee l e c t r o n - 仃a 1 1 s f e r b e h a V i o ro fH b i n H b S i 0 2 nf i l m sw a L Sd e p e n d e n to nt h eV a p o rt e m p e r a t u

30、r e ，t 1 1 en l l I n b e ro fl a y e r s ， a J l dm ep Ho fm eH bs 0 1 u t i o n ，b a S e do nw h i c has e to fo p t i m i z e dc o n d i t i o l l Sf o rf i l m f a b r i c a t i o nw a L si n f e r r e d T h eh e m o g l o b mi 1 1 H b S i 0 2 ) nf i l m s d i s p l a y e dg o o d e l e c 仃0 c a

31、 t a l y t i ca c t i V 时t om er e d u c t i o no fh y d r o g e np e r o x i d e ，a n dH 2 0 2h a dl i l l e a r c u r r e n tr e s p o l l S e 行o m1 0 1 0 - 6t o2 0 1 0 - 4 m o 。w i 也ad e t e c t i o nl i m i to f5 0 1 0 。7 m o 儿( S N = 3 ) 1 1 1 ea p p a r e n th e t e r o g e n e o u se l e c t

32、r o n t m s f e rr a t ec o n s t 枷( k s ) w a s 1 0 2 士0 0 3 s 一，a n dt 1 1 e 印p a r e n tM i c h a e l i M e n t e nc o n s t a m ( K m 印p ) 、V a S0 1 5 5m m o 儿， i n d i c a t i n gap o t e n t i a la p p l i c a t i o ni nt h et l l i r d 嘿e n e r a t i o nb i o s e n s o r 玺D i i r 矗占1 e c 备赫在矗

33、j 菇ra n d 臼e c t r o 己a t 出菇西毛手h e 矗6 誊6 b 嚣蘸1 1 孕夕e 叠b y 1 a y e rf i l 峨 舔e m b l e d 埘t hA l M s U 书，p a r t i c j e s ( c h a p ；e r * 麓 I nm i sp a p e r ，1 a y e 卜b y - 1 a y e r ( L B L ) ( M S U H b ) n P D D Af i l m sa s s e m b l e db y m t e m a t ea d s o 印t i o no fp o s i t i v e l yc

34、 h a r g e dh e m o g l o b i n ( H b ) a n dn e g a t i V e l yc h a r g e d m e s o p o r o u sm o l e c u l a u rs i e v e so fA l M S U So m oag l a S s yc a r b o ne l e c t r o d e ( G C E ) 、v e r er e p o n e d A 1 - M S U Sw a ss y n m e s i z e db ym ep r e c u r s o ro fz e o l i t eYa n

35、di o l l i c l i q u i d s1 - h e x a d e c a n e 一3 一m e t l l y l i m i d a z o l i u mb r o m i d e ( C M I M B ) a Sat e m p l a t ei I lb a s i c m e d i u m I te x h i b i t e d1 a r g e rp o r ed i 锄e t e r ，p o r eV o l u m ea n ds u r f a c ea r e a D i r e c t e l e c 仃o c h e m i c a la n

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37、 h eh e m eF e l n F e l lr e d o xc o u p l ew a Sf o u l l d V 2 0 0 8 届硕士学位论文 英文摘要 t ob e 一0 2 9 5 V ( V s S C E ) T h ei n n u e n c e so fl a y e r sn u m b e ra n dt h ep Ho ft h ee x t e l a l s 0 1 u t i o nt o 也ee l e c t r o nt r a n s f e rb e h a V i o ro fH bi n M S U H b ) n P D D Af i

38、 l m s 、v e r ea l s o e s t i m a t e db yc y c l i cv o l t 猢e t 巧a n das e to fo p t i m i z e dc o n d i t i o n sf o rf i l mf - a b r i c a t i o n w a si n f e 仃e d n l e h e m o g l o b i ni n M S U H b ) n P D D A f i l m s d i s p l a y e dag o o d e l e c t r o c a _ t a l y t i ca c t i

39、V i 够t om er e d u c t i o no fh y d r o g e np e r o x i d e ，、：h j c hh a dl i n e a r c u r r e n tr e s p o n s e s 行o m1 0 1 0 _ ot o1 8 6 1 0 珥m o l Lw i mt 1 1 e d e t e c t i o n1 i m i to f 5 0 1 0 - 7m o 儿( S N = 3 ) 1 1 1 e 印p a r e n tM i c h a e l i M e n t e nc o n s t a n t ( K m 8 p

40、p ) w a SO 3 6 8 m m o 儿T h u s ，t h i sm e t h o d o l o g ys h o w sp o t e n t i a la p p l i c a t i o no ft l l ep r e p a r a t i o no f t h i r d g e r 【：r a t i o nb i o s e n s o r s 霉T b 分E l e c t r c h e m i c a l P r o p e r 哆o fH b H G 】W C H I T E 1 e c t r o d ea j l d 呐A p p I i c a

41、 t i o na sB i o s e n s o r ( c h a p t e r M o d i 盎；d i 奄l a s j y a I b 商 H o l l o w9 0 1 dn a l l o s p h e r e s ( H G N ) 丽t hu I l i f o md i a n l e t e r h a V eb e e ns y n t h e s i z e d b ys a c r i 丘c i a l9 1 a V a 血cr e p l a c e m e n to fc o b a l tn a l l o p a r t i c l e s E 1

42、 e c t r o c h e m i c a la n d e l e c t r o c a t a l y t i cp r o p e r t i e so fH bi nH b H G N C H I Tf i l mw e r ei n v e s t i g a t e d Ap a i ro f w e l l d e f i n e dn e 甜1 yr e v e r s i b l ec y c l i cv 0 1 t a m m e t r i cp e a k sw a so b s e r V e da n dt h ef o m l a l p o t e n

43、 t i a lo fm eh e m eF e 川F e 儿r e d o xc o u p l ew a sf o u n dt ob e 0 3 4 2 V ( v s S C E ) T h e i n n u e n c e so fs c a nr a t ea n dm ep Ho ft l l ee x t e m a ls 0 1 u t i o nt 0 也ee l e c t r o nt r a n s f e r b e h a V i o ro fH bi nH b H G N C H I Tf i h n sw e r ea l s oe s t i m a t

44、e db yc V c l i cv o l t a m m e t T h eh e m 0 9 1 0 b i ni nH b H G N C H I Tf i l m sd i s p l a y e dag o o de l e c t r o c a t a l y t i ca c t i v i t ) ，t o t h er e d u c t i o no fh y d r o g e np e r o X i d e ，w h j c hh a dl i n e a rc u r r e n tr e s p o n s e s 丘o m1 0 1O 5 t o1 5 10

45、 1 m 0 1 Lw i t ht h ed e t e c t i o nl i m i to f5 O 10 击m o l L ( S N = 3 ) T h ea p p a r e n t M i c h a e I i M e n t e nc o n s t a n t ( K m a p p ) w a S0 388 础m o l L K e y w o r d s ：H e m o g l o b i n ；N a J l o m a t e r i a l ；E 1 e c t r o c h e m i s t 巧；B i o s e n s o r 学位论文独创性声明

46、本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 日期：竺! ：篁：垒 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。

47、 7 糊姗虢舭释名绝f 日期：日期：21 1 笪：至：墨 2 0 0 8 届硕士学位论文 第一章 1 纳米材料概论 第一章绪论 纳米是一种长度单位，一纳米相当于十亿分之一米，大约相当于几十个原子 的长度。化学的研究对象是原子、分子、离子，其大小一般小于1 I m 。凝聚态物 理所研究的对象是由原子、分子、离子组成的聚集体，尺寸一般大于1 0 0 m 。在 这两个领域之间，还存在一个重要的尺寸区域，其范围为1 1 0 0 眦1 。在该尺寸范 围内的物质，其行为往往既不能用量子化学来解释，也不遵循静电物理定律。在 这些物质中，其电子能级既不像在原子、分子、离子中那样完全分立，也不像在 块状中那样形

48、成连续的能带。它们中虽然也存在着强有力的化学键，但其价电子 可以根据体系的尺寸在较大范围内运动。这些作用以及随尺寸改变而发生的结构 变化的影响致使物质的物理性质、化学性质，如磁性、光学性质、熔点、比热容、 表面活性等，随着尺寸的改变而发生变化【1 ，2 ，3 4 】。 我们通常将三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围( 1 1 0 0 m n ) 的研究对象 或由纳米尺寸范围( 1 1 0 0 m ) 的基本结构单元构成的研究对象称为纳米体系。对 于纳米体系的研究包含纳米科学和纳米技术两方面内容。纳米科学侧重于研究纳 米体系的性质、结构，探索性质与结构相互联系的内在规律等理论问题；纳米技 术侧重

49、于纳米体系的制备、研究方法和技术以及应用研究。从应用角度，纳米体 系的研究包含纳米材料、纳米器件、纳米结构的检测和表征等方面内容【5 】。纳米 科学技术是2 0 世纪8 0 年代末刚刚诞生并正在崛起的新科技，科学家们在纳米尺 寸( 1 0 一1 0 。m ) 范围内认识及改造自然，通过直接操作及安排原子、分子来创 造新的物质，在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几 十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性。但其实早在1 9 5 9 年美国著 名物理学家，诺贝尔奖金获得者费曼就设想：“如果有朝一日，人们能把百科全 书存储在一个针尖大小的空间内，并能移动原子，那将给科学带来什么? ”这正 是对于纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界。1 9 8 4 年，一位德国 科学家格莱特把一些极其细微的肉眼看不见的金属粉末用一种特殊的方