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1、纳米材料与生物技术1.纳米材料指的是晶粒尺寸为1-100 纳米 的超细材料2. 尺寸效应 : （ i ）特殊的光学性质 ; （ii ） 特殊的热学性质 ;（ iii ）特殊的磁学性质 ;（ iv ）特殊的力学性质 ;（ v）特殊的电学性质 .3. 1860 年 ,胶体化学诞生 . 1984 年 , 6 nm Fe 粒子成功合成 .4. 由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应。5. 当纳米颗粒尺寸小到一定程度时具有很强的吸光性。所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。纳米材料可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。6. 纳米粒子由于细化后晶界数量
2、大大增加,可使纳米材料的强度 , 韧性和超塑性大为提高 ,对机械应力的反应完全不同 ,从而显示出优于同类大块材料的力学性能.7.久保理论 : 针对金属纳米粒子费米面附件电子能级状态分布而提出的,认为相邻电子能级间距和金属粒子的直径有关 . 随着粒径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能级变宽，金属导体将因此变成绝缘体。8. 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应 。9. 胶体分散体系分散体系 ：把一种或几种物质（分散相）分散在另一种物质（分散介质）中形成的体系。胶体分散体系 ：分散相大小在 10-9 10-7 m 之间。 液溶胶 ：分散介质为液体的胶体分散体系。固溶胶，气溶胶。
3、基本特性 ：特有的分散程度，不均匀（多相）性，聚结不稳定性。10. 碘化银胶团构造示意图 (KI 为稳定剂 )胶团 ： (AgI)m nI- , (n-x)K+x- xK+胶粒 ： (AgI)m nI- ,(n-x)K+x-胶核 ： (AgI)m11.当光线射入分散体系时可能发生两种情况：(丁铎尔（ Tyndall ）效应 )(1) 分散相的粒子大于入射光的波长时，则发生光的反射或折射现象。(2) 分散相的粒子小于入射光的波长时，则发生光的散射现象。此时光波绕过粒子而向各个方向散射出去，散射出来的光称为乳光或散射光。12. 纳米科技发展的特点 : 领域广泛，难以垄断；领先发展纳米材料和结构；多
4、学科合作和交叉；基础性和战略性；投资的优选性；选择优势，避免风险。13. 1984 年德国的 Gleiter 教授等合成了纳米晶体 Pd, Fe 等。1987 年美国阿贡国立实验室 Siegel 博士制备出纳米 TiO2 多晶陶瓷。114.蛋白质、 DNA 、RNA 、病毒，都在1-100nm 的范围。15.纳米技术在医学中的应用（ 1）追踪病毒（ 2）疾病诊断（ 3）纳米药物16.本世纪前10 年几个关键领域之一制定了“国家纳米技术倡议”(NNI): （ 1）纳米材料（ 2）纳米电子学、光电子学和磁学（3）纳米医学和生物学17.判断一种材料是否是纳米材料？（两个条件缺一不可！）（ 1）微粒尺
5、寸和晶粒尺寸是否小于100nm（ 2）是否具有不同于常规材料的性能18. 纳米材料的分类（ 1）零维在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇、纳米尺度孔洞（ 2）一维在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管（ 3）二维在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格19. 纳米颗粒（超微颗粒）L 1 m微粉1100 nm纳米颗粒 1nm团簇20.二维：纳米膜 纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。21.纳米固体材料通常指由尺寸小于15 纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。
6、纳米陶瓷普通陶瓷硬、脆、易碎纳米陶瓷坚韧、塑性、弯曲、耐磨汽车、高速列车22.羟基磷灰石 (Ca10(PO4)6(OH)2, 简称 HAP) 是人体和动物骨骼的主要无机成分。它含有人体组织所必需的钙和磷元素 ,且不含其它有害元素。HAP 烧结体与三磷酸钙、生物玻璃等表现有同样的生物亲和性。植入体内后 ,在体液的作用下 ,钙和磷会游离出材料表面,被机体组织所吸收,并能与人体骨骼组织形成化学键结合,生长出新的组织。 因此 ,羟基磷灰石陶瓷是目前公认的具有良好的生物相容性,并具有骨引导性,即生物活性的陶瓷材料。23.提高羟基磷灰石陶瓷力学性能的途径（ 1）加入烧结助剂促进烧结；（2）预烧增韧（ 3）
7、使用高强的第二相进行增韧（4）晶须增韧羟基磷灰石基复相陶瓷（5）稀土增韧24.纳米材料 ：指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1 100 nm ）或由它们作为基本单元构成的材料。通过不同的制备技术,可以得到纳米颗粒材料、纳米膜材料、纳米固体材料等等。25.纳米材料制备途径（ 1）从小到大 : 原子团簇纳米颗粒（2）从大到小 : 固体微米颗粒纳米颗粒26.目前纳米材料制备常采用的方法1) 按物态分类：气相法液相法 固相法2）化学方法化学沉淀法水热法微乳液法27.水热法 是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应还可进行重结晶。水热技术具有两个
8、特点，一是其相对低的温度，二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发。28.微乳液法就是采用微乳液来制备纳米材料的方法微乳液为两种互不相溶的液相，一相以微液滴形式（直径约为1-100 nm ）分散在另一相中所形成的分散体系。微乳液 表面活性剂 水 油常用的油 -水体系有 :柴油 /水、煤油 / 水、汽油 /水、甲苯的醇溶液/水等等。常用的表面活性剂有:琥铂酸二异辛脂磺酸钠(AOT)、十二烷基硫酸钠(SDS)等等。特点 ：微乳液法具有原料便宜、实验装置简单、操作容易、反应条件温和、粒子尺寸可控。而广泛用于纳米材料的制备。29.模板合成法模板是指含有高密度的纳米柱形孔洞，厚度为几十到几百微米厚的膜。模板
9、合成法最典型的特点是利有模板的限域能力，并结合电化学沉积、化学沉积、溶胶凝胶等方法使物质原子或离子沉积在模板孔洞中的一种方法。230.量子点(Quantum dots) 有时也叫纳米晶，它是纳米尺度原子和分子的集合体，一般粒径范围在2 20nm。量子点即是将材料尺寸在三维空间进行约束， 并达到一定的临界尺寸 （抽象成一个点） 后，材料的行为将具有量子特性 （类似在箱中运动的粒子），结构和性质也随之发生从宏观到微观的转变.31.生物标记技术的原理是将具有标志性信号的材料，如不同颜色的染料分子，能发射强荧光的分子，具有磁性或放射性的分子等，通过化学键或非共价键和待识别的生物组织连接起来，从而直观地
10、观察和分析被标记物的存在和变化。32.目前有 3 种类型的纳米粒子可做为荧光标记1）具有光学活性的金属纳米粒子2）荧光纳米球乳液（已商品化）3）发光量子点33.磁性药物的优点(1)药物使用量少(2)不必开刀即可将药物投放到患部(3)药物集中，不会对身体其余部分造成副作用影响.(4)结合 MRI ，可用于新药开发上对于疾病细胞的活性、副作用及使用量的分析.34.纳米粒子在水相中形成的反应机理(必考！ )例：已知：（ a） 0.25M Ti4+ 水体系 20 ml 在 pH11.0 时 140下陈化72 小时所得TiO2 纳米颗粒的直径为60.0 nm ；（ b）0.25M Ti4+ 水体系 20
11、 ml 在 pH1.0 时 140下陈化72 小时所得TiO2 纳米颗粒的直径为5.0 nm。问： 如果 TiO2在水相中的形成遵循表面反应控制模型，那么在（a）条件下体系中加入0.1 ml （ b）条件下的产物并保持pH11.0 ，则得到的 TiO2 纳米颗粒的大小是多少？假设颗粒为球状。解： Do=60.0 nm ， Ds=5.0nm， M 为 TiO2 的分子量， 为其密度在（ a）中，纳米颗粒自成核的数目No 为： No=0.02*0.25*M/( *1.33 (0.5D0)3).种子的数目Ns 为： Ns=0.0001*0.25*M/( *1.33 (0.5Ds)3).在种子的加入不
12、影响颗粒的自成核的情况下，最后生成的颗粒大小为D ，总数为N，则：N=（ 0.02+0.0001）*0.25*M/( *1.33 (0.5D)3)= No+Ns=0.02*0.25*M/( *1.33 (0.5D0)3)+. 0.0001*0.25*M/(*1.33 (0.5Ds)3).所以：D3=(0.02+0.0001)/(0.02/Do3+0.0001/Ds3)= Ds3*20.1/(20*(Ds/D0)3+0.1 D=Ds*20.1/(20*(Ds/D0)3+0.11/3=28.24 (nm)如果全部忽略颗粒的自成核的情况下，D=29.29 nm 。35.举例说明纳米材料在生物医学中的
13、应用（至少三个）（ 1）追踪病毒把某种纳米颗粒“粘 ”在生物分子上，然后利用纳米颗粒的发光特性研究生物分子的活动情况。比3人体细胞小得多的纳米颗粒可以被送进人的组织、器官内，用光线从人体外部向内进行照射，体内的纳米颗粒也会发光，这样就可以达到追踪病毒的效果。（ 2）疾病诊断 纳米颗粒极高的传感灵敏效应 ,利用纳米成像技术，这种方法需要将直径只有纳米的荧光粒子附着到的特殊部分，随后分析荧光信号的强度以及其它特性。这些粒子称为量子点，具有独特的光电性质，使其比生物医学研究中常用的传统荧光标签更易检测到。（ 3）纳米药物 由于生物医药产品的开发周期相对较长，纳米生物医药真正成熟的产品还不多，但前景是
14、非常乐观的。以被认为最有应用前景的化疗药物的例子来看：利用正常组织以及病灶部位毛细血管通透性的差异，可以有效地增加药物在病灶位的聚集度，同时明显降低毒副作用。例如 :“生物导弹” ，在不破坏正常细胞的情况下，可以把癌细胞等分离出来，也可以制成靶向药物控释纳米微粒载体,用于治疗脑栓塞等疾病，同时也可用纳米技术生产出纳米探针纳米机器人是可以在细胞内或血液中对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。其实细胞本身就是一个活生生的纳米机器，细胞中的每一个酶蛋白分子就是一个个活生生的纳米机器人。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机。这是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦研制成功，有可能在1 秒钟内完成数10 亿次操作。密西根大学已经用树形聚合物发展了能够捕获病毒的“纳米陷阱”。体外实验表明“纳米陷阱”能够在流感病毒感染细胞之前就捕获它们，使病毒丧失致病的能力。36.学习这门课的体会.4