纳米技术全文(5篇)
第1篇：纳米技术范文
纳米电子技术的研究动向主要有基础的理论知识、材料、电子元件和电子系统等，以及一些附加的加工技术。纳米电子技术能够实现元件加工的集成化处理，能够按照顺序进行集成化的加工，在对元件进行加工的时候，一般采用的是半导体材料，将固定的电子器件和集成电路结合起来，通过高速率的条件，生产出所需要的纳米材料，然后形成一定的功能，最终形成大规模的电路。纳米电子技术在研发完成后需要测试，待测试通过后就可以投入使用，对元件的结构和性能进行分析，运用显微镜等器材分析纳米电子材料的微观结构，然后实现精确的测量，使纳米电子材料能够在大型的器械中使用。也可以运用电学原理，通过对纳米电子材料信号的测试，借助半导体的测试，运用显微镜进行扫描，这种测试方法可以起到抗干扰的效果，即使纳米电子材料的电流比较微弱、环境比较复杂，也可以进行精确的测试。
2纳米电子技术的发展方向和趋势
现在，很多国家都在极力开发纳米电子技术，将这项技术应用到生活中，通过研究纳米材料、元件和系统，从而促进这项技术的发展。
2.1新型的电子元件
现在，纳米技术的研发越来越多，很多新型的电子元件出现，在世界范围内都开始研究纳米技术，美国耶鲁大学和韩国的很多高校联合研究了分子晶体管，相继美国高校又开始研发纳米处理系统，实现了自动的编程技术，这表明今后的计算机发展会朝着纳米技术的方向发展，然后，美国的科学家劳伦斯又通过不断的实验探究出了纳米电子系统，将这一系统与生物技术结合起来，能够实现对三磷酸腺苷的控制和驱动，同时将生物技术与纳米电子晶体管联合使用，将人体的神经系统能够得到有效的连接，实现了无缝的电子界面。通过运用显微镜技术，能够观察原子的动态，研发出了以量子为单位的晶体管，这样的设备可以通过人工来制造，结合半导体技术，研发出纳米晶体管，纳米电子晶体管朝着能耗低、高效率的方向发展。在今后的几十年内，电子技术的发展会越来越迅速，很多电子元件将会被研发出来，能够提升数据存储的效率，同时能够促进计算机技术的发展。
2.2石墨烯
现在，对石墨烯技术的研发还是比较多的，碳基的功能比较好，比硅基要优质，石墨烯在2000年在英国被研制出来，这种物质是由碳原子构成的，通过单层的碳原子结合而成的，是一种碳化的新型的材料，是构成其他碳质材料的基础材料，其硬度很大，而且只有一层碳基构成，比较轻薄。石墨烯能够实现高速率的载流，而且能够对带宽的速率进行调控，能够使半导体呈现出更多的电学特征，而且其能够与硅基兼容，在器械上可以同时使用碳基和硅基。
3.3碳纳米管
碳纳米管是1990年在日本研制出来的，其拓扑的结构比较特殊，其性能优质，而且具有很好的导电性能，碳纳米管是纳米电子技术的重要分支之一，其具有很好地开发前途，能够实现很好的金属性能，能够实现金属性能与半导体性能的结合，而且这种纳米管比较轻，可以按照顺序集成大规模的电路，可以实现计算机的纳米化性能。现在，已经有相关的研究分析纳米管形成的整个过程，碳纳米管的形状比较小，而且能够提高运行的效率，比其他的材料能够提速30%，具有很好的应用前景，能够降低能耗，实现电路的集成化，也可以构成交叉的开关，其体积比较小，而且不会受到外界环境的干扰，能够进行高速率的运算，存储容量大。
3结语
第2篇：纳米技术范文
ハリマ化成株式会社以喷墨打印技术为中心开发了作为导电性油墨核心技术的纳米胶以及适应各种印刷技术的导电性粘接剂。
1纳米胶
纳米胶是粒径10nm程度的金属纳米粒子均匀分散在不会沉降的溶剂中。ハリマ化成（株）的Ag纳米胶中的金属浓度为60wt%以上，粘度为10MPa.s左右，非常低可用于喷墨印刷，图1表示了Ag纳米胶使用的Ag纳米粒子的TEM（透射电子显微镜）像。为了利用印刷电子廉价而大量的制造电子元件，正在热衷于研究成卷式生产印刷方式。基材大多数使用廉价的PET膜，但是PET膜没有130℃程度的耐热性。ハリマ化成（株）的NPS-JL纳米胶在120℃/h的大气下烧结可以获得5.cm的非常低的电阻率。还进行了NPS-JL纳米胶的可靠性试验。采用3M公司制氟系表面处理剂（EGC-1720）表面处理东芝公司制PET膜（U34：易粘结处理品）。采用PMT公司制喷墨打印机和NPS-JL纳米胶印刷幅度250m长度15m的线路，在120℃温度下烧结1h，即使在-55℃（30min）~125℃（30min）的冷热循环试验中1000循环以后电阻值也没有变化及时在高温高湿放置试验（85℃，85%RH）中电阻值也没有变化多少，表现出高可靠性，如图2所示。喷墨打印的最大特长是无掩模印刷尤其是基材上的非接触印刷。图3表示采用Ag纳米胶在PET膜上直接描画电路。PET膜上形成的电路还可弯曲。表2表示了ハリマ化成（株）的纳米胶的种类和特长。NPS-J-HTB称为一般使用的玻璃料，对于玻璃基材的附着力强，在大气中500℃烧结以后的电阻率为2.cm，与块状Ag同等。NPS-J-HTB纳米胶适应于喷墨打印。NPS-MTB纳米胶适应于丝网印刷。
2导电性粘结剂
有机基材上可以采用配合树脂粘结剂的导电性粘结剂。导电性粘结剂主要是由导电性金属填料和热固化性或者热可塑性的树脂成分构成的。Ag填料一般根据用途选用薄片状或者球状的，特别是薄片状Ag填料使用于旨在获得低电阻值的用途。Ag填料的选择和树脂粘结剂的配合比率对于制造导电性粘结剂是极为重要的因素。树脂粘结剂可以使用各种树脂。ハリマ化成（株）利用公司本身的合成树脂技术和导电性金属填料技术开发了适用于PET膜上的导电性粘结剂系列，如表3所示。图4表示了采用丝网印刷可以形成线路/间隙（L/S）=70m/70m的微细电路的FPC。适应挠性电子的导电性粘结剂（导电胶）获得了高度评价，还应用公司的纳米粒子技术开发了高导热性粘结剂NH-3000D。传统芯片粘结材料所用的Ag胶中，通用品的导热率为2w/m.k~3w/m.k，高导热型为20w/m.k~30w/m.k的水平。高导热性粘结剂NH-3000D的微细尺寸Ag粉中配合了Ag纳米粒子。由于纳米粒子而大幅改善了导热性，所以获得了与AuSn焊料相匹敌的95w/m.k的高导热性，如表4所示，可以应用于LED或者功率系半导体封装的安装等许多领域中。
电极.线路和接合用金属纳米油墨
バニド-化学（株）从2008年度开始量产销售印刷电子用的纳米油墨FlowMetalTM，即电极用低粘度金属纳米油墨和接合用高粘度金属纳米油墨。
1电极用金属纳米油墨
バニド-化学（株）以Ag纳米粒子为中心进行了以高导电性，低温烧结性和各种印刷技术适应性为重点的开发，表5表示了该公司的金属纳米油墨LowMetalTM序列。以该序列为基础可以进行适合于各种用途和印刷方式的油墨配合的微调整。该公司已经备齐了水系油墨（SW，GW序列）和有机溶剂系油墨（SR序列）。水系油墨对操作者或者地球环境的负荷极小。在印刷电子产业中对工厂设计中的限制少，在安全和成本方面有很大的优越性。另一方面有机溶剂系油墨有时享受不到水系油墨的优点，但是可以广泛适用于水系油墨所不能适应的基材，辅助材或者印刷材的范围。
2接合用金属纳米油墨
金属纳米粒子的熔点由于纳米粒子化而下降到室温程度，但是如果被烧结则表现出熔点再度上升的不可逆性。利用金属纳米粒子的这种性质可以实现一般焊料所不可能的，即使在接合温度以上的温度下也不能熔解的，具有高耐热温度的接合材料。这种性质特别适用于汽车前照灯或者家用照明等功率LED或者电动车，铁道，电力设备和变频等功率器件那样的发热量大和使用温度高的用途中。根据焊料或者导电性粘结剂中的材料难以获得高导热率和低电阻率的观点来进行适合于接合材料的金属纳米粒子的设计。图5表示了使用迄今开发的接合用Ag纳米粒子，接合镀Au的陶瓷基板的接合部的截面SEM（扫描电子显微镜）照片。尽管没有施加外部压力而是在大气氛围下进行，但是接合层内部或者截面几乎看不到空隙，由此可见形成了非常致密的接合层。元素分析结果表明与上下镀层之间进行了元素相互扩散，从而造成了高接合强度。图6表示了以接合温度和时间变量的芯片接合部位的接合强度。190℃可以获得8MPa的实用上充分的接合强度，接合温度越高，短时间就表现出高接合强度。270℃时可达40MPa。这是由于接合温度越高越容易进行元素扩散所致。在所有试料中，破坏都是Ag接合层内的凝集破坏而非界面的剥离，足以说明元素扩散的进行。图7表示了热循环试验结果。低温侧固定为-40℃，高温侧为175℃（图中的黑色●▲）或者（图中的白色○△），低温侧和高温侧每30min交互重复试验，在所有接合条件下都表现出良好的耐热冲击性，即使经过（400~500）回循环以后仍然保持着接合强度。由此可见使用金属纳米粒子的接合材料表现出所期待的耐热性。现在SiC器件的常用温度和高温侧250℃的热循环试验已在实施中。表5比较了各种接合材料的特性。由表5可知，Ag纳米粒子接合材料表现出焊料或者导电性粘结剂所不能达到的体积电阻值或者导热率。这对提高器件的散热性或者可靠性至关重要。
3Ag纳米粒子生成机理的研究成果
图8表示了Ag纳米粒子生成机理的研究成果。制作了采用三级高精度的0.18ms（毫秒）的时间分辨能力进行测量的测量装置，利用小角X线散射测量来追踪Ag纳米粒子的粒径变化。结果表明某种特定条件下的Ag纳米粒子相当于由Ag原子13个组成的Ag13群体（Ag13clusters）经过直径约7nm的群体（Clusters）而形成。6nm的Ag纳米粒子经过导入期，核生成主导期和粒子成长期三个只要过程，在6ms的丰产短的时间内形式。
无须烧结的Ag纳米粒子技术
无须烧结的Ag纳米粒子技术是三菱制纸（株）对年积累的Ag纳米粒子技术和公司擅长的精密多层涂复技术组合而成的。利用印刷法形成电子电路的线路时，通常印刷Ag纳米粒子或者Ag胶以后进行（120~200）℃程度的加热处理。为此不仅需要比较高价的耐热性基材，而且加热处理所需要的时间称为提高生产率的主要障碍。无须烧结的Ag纳米粒子技术可以解决这些课题。无须烧结的Ag纳米粒子技术大致分为专用Ag纳米粒子油墨（照片1）和印刷用专用基材（照片2）的组合或者专用Ag纳米粒子油墨和湿式处理技术的组合两种类型。另外还在开发适用于使用脉冲光的光烧结的Ag纳米粒子油墨或者利用UV光的可以导电化的Ag纳米粒子油墨，还有采用热以外的各种方法实现导电化的Ag纳米粒子油墨。
1专用Ag纳米粒子油墨
技术的突破是由于发现了可以使用Ag纳米粒子相互结合的导电性引发剂（进行化学烧结的药剂）而实现的。于基材加入导电性引发剂的基材称为印刷用专用基材，由外部溶液作用的处理称为湿式处理技术。这种导电性引发剂虽然对市集的各种Ag纳米粒子也有某种程度作用，但是三菱制纸（株）从导电性等观点出发开发了最佳的Ag纳米粒子以及专用Ag纳米粒子油墨，且已经商品化。Ag纳米粒子平均粒径约20nm，如照片3所示的TEM像。由TEM像可知，单分散性不高。专用Ag纳米粒子油墨是水系溶剂产品，可以调整为适合于喷墨印刷用的Ag浓度（15~30）wt%，粘度（3~10）Pa.s和表面张力（25~40）mN/m程度的性状。现在，安装压电头的家用喷墨打印机用的油墨，研究开发用的FUIFILMDimatixInc制DMP-2831型打印机用的油墨，RolltoRoll型喷墨装置用来セテ（株）制KJ4型头用的油墨已经序列化。挠性印刷用的专用Ag纳米粒子油墨预计不久将会商品化。
2印刷用专用基材
采用专用Ag纳米粒子油墨和印刷专用基材的组合时，由于无须干燥工程和烧结工程而具有传统技术所没有的以下优点。（1）可以使用家庭用喷墨打印机进行试制。（2）利用没有干燥和烧结区域的RolltoRoll型喷墨装置实现量产化。（3）使用现有挠性印刷机实现量产化。印刷用专用基材上设置的由复数层构成的精密涂覆层具有下面的功能。（1）迅速吸收油墨中仅含的溶剂。（2）只在基材表面上致密的堆积Ag纳米粒子。（3）基材中含有的导电性发现剂使Ag纳米粒子相互融接。（4）形成具有若干多孔构造的Ag膜。（5）赋予基材表面上的耐擦蹭性。利用导电性引发剂的Ag纳米粒子的化学烧结只需进行10秒左右就会发现导电性。另外，基材弯曲时，如果涂层开裂，基材上形成的线路也会断线，因此涂覆层应该具有柔软性。另外，利用上述（1）和（2）的功能，专用Ag纳米粒子油墨印刷以后只需数十ms就会成为与干燥同等的状态，因此可以采用家用喷墨打印机进行简单的制造。采用家用喷墨打印机充填描绘Ag浓度15wt%的专用Ag纳米粒子油墨时，描绘可能的细线为200m程度。图形表面电阻为0.15/□~0.2/□。实际的量产中适合于采用RolltoRoll型喷墨装置或者现有挠性印刷机。由于使用了印刷用专用基材，可以削减新规设备中干燥区域等附属设备的成本，提高生产率或者应用现有的印刷装置。尤其是使用喷墨印刷时，由于是无版印刷，所以适合于多品种小批量生产。另外由于无须制造印刷板的时间，所以可以大大缩短交货期。使用专用Ag纳米粒子油墨和印刷用专用基材制造诸如天线等导电性图形时，由于可以比印刷Ag胶还要廉价的制造，所以也可以降低成本。印刷用专用基材具有厚度140m的透明PET品和白色PET品，厚度180m的树脂涂层纸品（用印像纸使用的聚乙烯树脂涂覆纸）等序列。可以制造宽度约1.5m，长度可达数千米的产品，根据要求可以制造卷状或片状进行销售，可以制造厚度可达300m程度的树脂涂层纸品，适合于卡片或者电极上的应用。
关于元件安装，由于不能使用焊接，所以有必要使用电磁结合，ACF（AnisotropicCouductiveFilm），ACP（AnisotropicConductivePaste）和导电性粘结剂。照片4表示了采用家用打印机制成的导电性图形上使用ACP安装芯片的应用例。使用ACP或者ACF的安装时，需要(150~180)℃/(5~10)s程度的加热，但是由于印刷用专用基材的耐热性低，所以采用从工具（tool）侧进行加热的方法较好。使用激光进行局部加热时也可在耐热性低的树脂涂层纸型上的安装。另外近年来开发了(100~120)℃/(10~20)s程度可以固化的低温型ACP，可以适合于安装使用。由于印刷用专用基材上形成的导电性图形是由Ag构成的，如果原封不动的暴露于外界大气中，那么由于大气中的硫（S）成分而发生腐蚀，使电阻值升高。为此利用贴压保护膜，水性或者UV固化剂等的各种树脂的涂布等方法使图形与大气隔绝。使用Ag纳米粒子油墨和印刷专用基材的具体应用，例有UHF和HF带的PFID天线，有机TFT电极，单纯矩阵地显示电极，大面积供电天线，显示板用LED基板，接触传感器，电子黑帮用的大型触摸板，薄膜开关，智能封装和各种传感器的电极等。尤其是应用于RFID天线时，对于用户的优点如下：（1）天线的库存少；（2）天线图形的试作简单；（3）由于可以印刷条形码而无须入口（Inlet）。用作RFID标签时，不仅天线和触点而且印刷设置的各种表示都可以在印刷专用基材上采用通常的彩色油墨进行印刷，因此可以制造天线和各种表示存在于同一面上的RFID标签。
3使用湿式处理技术的无需烧结的电子电路形成技术
当专用Ag纳米粒子油墨和湿式处理技术相组合时，可以在立体形状，玻璃和各种基材等任意基材上形成电子电路。专用Ag纳米粒子油墨随着基材的不同而有必要特别供应，体积电阻率为20万cm以下。使用湿式处理的具体应用有RFID天线，TFT的电极，各种显示的电极和线路，触摸板的周边电极，薄膜开关，各种传感器的电极和各种电子元件的电极等。作为湿式处理的实际实施形状，在卷式生产的情况下，印刷和干燥电子电路的线路以后，浸渍于湿式处理液槽中，接着浸渍于水洗槽中，涂去残存在表面上的导电性引发剂。如果是单个元件最好进行间隙处理，如果是薄片处理也可以浸渍于槽中。利用喷墨或者狭缝（SlitDie）的涂覆也是较好的方法之一。含有导电性引发剂的湿式处理液是安全的水体系，不含有关系到排水规则的物质。
第3篇：纳米技术范文
关键词:物理技术;节能环保;建筑领域
0引言
随着工业化发展的深入，能源危机愈演愈烈。节能环保成为世界发展的主题。作为能源资源紧缺的国家，我国政府提出了建设能源节约型和环境友好型社会的要求。在建筑领域内，节能环保成为建筑行业的发展趋势。本文重点介绍几种应用于建筑行业并具备明显节能环保作用的物理技术。
1纳米技术
纳米技术是建立在混沌物理、量子力学、分子生物学以及计算机技术、微电子技术和扫描隧道显微镜技术基础上的综合科学技术，在此基础上衍生出纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学等多种学科。纳米加工技术也类属于纳米技术，能够直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品，具有传统材料无法比拟的表面和体积效应、介电效应等特殊性质，用纳米技术生产的纳米材料成为工业领域的尖端科技产品，在建筑行业也经常会用到纳米技术和纳米材料。首先，人们利用纳米技术研制成功了智能混凝土材料，不仅大幅提高了混凝土材料的强度和耐久度，对碱骨料的反应也有一定的抑制作用;而且，受纳米材料本身所特有的量子尺寸效应和光催化效应的影响，纳米混凝土材料可以分解空气中的有毒物质，对空气和居住环境具有净化的功能。人们甚至还研制出了能够智能报警和具有自我修复功能的纳米混凝土材料。其次，纳米技术还可以被用来制作弹性和延性水泥、抗菌陶瓷、光催化涂料和抗菌塑料等高性能节能环保产品以及电磁屏蔽玻璃、太阳能电池玻璃、保温隔热玻璃等系列节能玻璃材料，不仅降低了能源的消耗，而且减少对环境的污染，是节能减排效果良好的新型建筑材料。
2太阳能技术
太阳能是清洁的可再生能源，近年来，在建筑领域内，太阳能技术获得了广泛的应用。2．1利用太阳能实现室内照明常晒太阳可以增加人体对维生素D的吸入量，强化愉悦的心理体验，缓解疲劳，能在一定程度上缓解人们忧郁的不良心理症状。为了让人们更好地享受阳光的照射，人们发明了一种导光管装置，利用光的反射作用，通过反射装置把自然光传递到室内。为了减少长距离光传输能量的损失情况，这种导光管装置用装配有激光切割而成的数以千计的小镜片来增强自然光的亮度，不仅可以实现普通建筑物的室内照明，对人体的健康也具有良好的助益作用。2．2太阳墙技术太阳墙技术就是利用太阳能可再生、安全清洁无污染的特点研制而成的一种太阳能采暖和散热技术。首先，太阳墙的墙板需要借助一定的支撑架把镀锌钢板固定在墙体上，在建筑物的墙体和镀锌板材之间预留20cm左右的缝隙，并连接一个气流的输送管道，管道中安置一台风机以抽取板材与墙壁之间缝隙的空气。作为集热墙板的镀锌钢板会预留一定的孔洞以便空气的流通。冬天的时候，集热墙板会吸收孔洞中流动空气所带来的太阳辐射的热量，并在温度升高的压力作用下进入建筑物的通风管道，传递到建筑物的各个房间，从而达到取暖的目的。室内散失的热量会在风扇的作用下回归室内，不仅保持了室内空气的流动，也保证了室内的热量散失量较小。夏季的时候，通道内的风扇会停止工作，室外热量会从集热板底部进入集热板和墙壁的缝隙之间并从上部和周围的孔洞中散发出去，不仅不会进入室内增加室内温度，反而会带走室内散发的多余热量。太阳能墙的取暖和散热技术不仅可以促进室内外空气的流动，改善空气质量，而且可以减少电能或者燃煤取暖所消耗的能源，更不会对环境产生任何污染，是有百利而无一害的新能源技术。2．3神奇的辐射吊顶冬季和夏季是用电的高峰期，即使待在装配有空调的室内，空气中流动的也不是自然风，人们也会因此感到不舒服。随着科学技术的发展和应用，人们发明了一种神奇的辐射吊顶，解决了这一难题。这种新型的辐射吊顶技术是一种节能环保的建筑技术。应用这种技术，人们会在天花板上装配一定数量的铜制网栅，也就是密集排列的毛细铜管。把这些网栅内充满水，利用一定的技术手段，可以让冬天发电产生的余热加热网栅中的水，通过水循环的方式给房间加热。到了夏季，模仿燃气空调的工作模式实现网栅内的水制冷循环，从而使得网栅具备了制冷机的效应，通过冷水循环实现室内温度的降低。
3结语
能源是不可再生的，人们只能想尽办法来节约能源以备未来的不时之需。因此，节能环保成为世界各国都非常关注的问题，也是各行业发展的必然趋势。建筑行业可以利用太阳能技术和纳米技术以及神奇的辐射吊顶技术来实现节能环保。目前，这些节能环保技术还仅仅停留在部分建筑材料的应用以及建筑物的取暖、散热方面，还需要科研人员加大科研力度，让建筑行业的各个领域都能做到节能环保。
参考文献:
［1］田宇．浅议节能环保技术在现代建筑工程中的应用［J］．时代教育(教育教学)，2012(4)．
第4篇：纳米技术范文
1.1智能技术
智能技术是将一个智能化的系统植入物体中，使物体具备一定的“主观能动性”即智能性，能够与用户进行沟通，是物联网的关键技术之一。目前的智能技术研究包括人工智能的理论的研究、虚拟现实及各种语言处理的入机交互技术与系统、可准确性定位跟踪的智能技术与系统、智能化的信号处理。
1.2纳米技术
纳米技术，是研究结构尺寸在0.1nm-100nm范围内材料的性质和应用，纳米技术能使微小的物体也能进入物物相关的网络，进行信息的交互，这使物联网真正意义上做到了万物的互联。可见纳米技术必然在物联网中扮演着重要的角色。
1.3GPS
目前最成熟的全球定位系统给物联网提供了强大的技术支撑，使物与物之间的准确定位成为可能。GPS技术以其高精度广泛等特点为物联网中的定位追踪提供了便捷的服务，使物联网功能更加完备。
1.4云计算技术
云计算是分布式计算技术的一种，是当前计算机应用的技术，当物联网具备一定的规模后，如何处理庞大的数据量是一个关键的问题，如果数据得不到及时的处理，便有丢失的可能；而如果暂存未处理的数据，那么海量的数据所需的更大的存储空间也是无法预知的。因此，云计算便成为物联网中处理数据的强大的工具，于是可视之为物联网的“大脑”。
2.物联网的应用
2.1建筑消防
消防安全系统主要实现感知和识别物体，釆集和捕获各种使用场景产生的相关信息，同时执行接受的各项命令。网络则是通过有线和无线网络将感知层的险情隐患传递到应用层，并将应用层的消防指令传回感知层。应用层则是包含消防部门、防火重点部门、管理人员及火灾相关人员的信息系统。应用层信息丰富。
2.2应用
美国国防部高级研究计划局自组的SensIT项目，通过部署在战场上的不同类型传感器组成的传感器网络，使士兵可迅速、全面的获得战场实况信息。在实际的应用中应该采用协同感知的方法，融合不同位置、不同传感器数据分析应用场景。
3.建议和展望
第5篇：纳米技术范文
【关键词】纳米材料生物医学生物安全性
一、引言
纳米材料主要是指结构单元在纳米尺寸范围(1~100nm)内的一类材料，由于表面原子具有很大的比表面积，其表面能极高，从而获得较多的表面活性中心，化学性质十分活泼，因此纳米材料通常具有特异的性能。纳米材料的发现始于20世纪80年代初期，随后人们逐步发现其在光学、磁学、电学和力学方面具有比普通材料更加优越的特性，进而得到了多个领域的关注并逐渐发展起来，广泛应用于生物医学、环境、航空航天和石油钻探等领域的研究。尤其是在生物医学方面，基于纳米技术的药物和传感器已经应用到实际的医学应用中，而且能够得到是理想的治疗和诊断结果。通过从纳米尺度进行精确地制备纳米材料，人们打开了更小的微观世界，特别是生物体细胞层面上的化学反应都发生在纳米的度，纳米材料的使用能有效地检测或调控微观的生理和病理过程。纳米材料发展对医学诊断和医学治疗具有重大意义，已经成为医学界关注的热点和前沿，具有广泛的应用前景和产业化发展空间[1]。
二、纳米材料在医学诊断中的应用
2.1纳米生物传感器
纳米生物传感器是一种由纳米材料制成的检测装置，主要根据将检测到的信息按一定规律变换为电信号或以其他的形式输出，使人们能定量定性地分析检测物质。生物传感器的研发中人们使用纳米材料，能够提高生物传感器的灵敏度以及检测范围。同时以纳米材料制备的新型传感器具有稳定性好，成本低，生物相容性好等优点，在医学的临床诊断方面得到了高度重视，特别是作为一项新兴的前沿技术，纳米生物传感器的研发能够进行早期癌症的诊断。纳米传感器可以利用高灵敏度的特点，在血液中可通过微小的电流变化反映出癌细胞的种类和浓度。这种对癌细胞进行的精确分析，有望实现特殊疾病的无创、快速诊断，今后人们只需将纳米材料注入人体内，便能在短时间内完成确诊。
2.2纳米生物成像技术
在临床诊断中，通过对生物体内的细胞或特定组织进行直观的图像分析，能够迅速高效且准确地获得生理和病理信息。随着纳米技术的飞速发展，新型的纳米材料被不断制备出来，并且广泛应用于生物医学成像领域。碳纳米管具有良好的发光性能，而且毒性极低，具有良好的生物相容性，能够制备成生物荧光探针用于癌细胞的成像[2]。氧化铁磁性材料具有良好的超顺磁性，能够应用于核磁共振成像的研究中，由于其能在生物体内特异性的分布，该部位的肿瘤与正常组织的对比度能够显著提高。目前氧化铁磁性材料可作为造影剂广泛应用于临床的肿瘤及其他疾病的诊断[1]。另外，稀土离子掺杂的纳米材料具有良好的光学性质，能够实现多种颜色的可调发光，同时能够避免生物体自身产生的荧光干扰，极大地提升光学成像效果。总之，在未来的生物成像领域，新型功能的纳米材料将发挥至关重要的作用。
三、纳米材料在医学治疗中的应用
3.1纳米载药技术
纳米载药是指首先制备纳米级的载体，荷载药物后输入人体，最终在人体内控制释放的技术。作为一种新型的给药技术，纳米载药是多学科包括药理学、化学、临床医学交叉研究发展的产物，其最大的优点是具有靶向性和缓释性。靶向性可以使给药更加精确，不仅可以在增加生物体局部药物浓度的，而且同时可以控制其他部位的药物浓度，减少对其他组织部位的副作用。缓释可在保证药效的前提下减少药量，同时减少用药频率，进而减轻药物引起的不良反应。对于某些难溶性药物，纳米药物载体可有效减小药物粒径，从而增加其溶解度和溶出度，提高药物的溶解性提高治疗效果。另外，纳米载体提供了封闭包覆环境，药物能在到达作用部位之前尽量保持自身结构的完整性，维持较高的生物活性。目前，能够作为药物载体的纳米材料有介孔二氧化硅、纳米多孔硅和碳纳米管等，尽管短时间内对生物体无毒性，但其在生物体内的降解情况不理想。为了提高药物载体的降解特性，人们开始关注更易体内分解的高分子纳米材料，如聚合乳酸、乳酸-乙醇酸共聚物、聚丙烯酸酯类等，这些材料能在人体内可水解，降解成无毒产物，是十分有发展前景的药物载体。
3.2纳米生物医用材料和纳米生物相容性器官
纳米材料和生物组织在尺寸上存在着密切的联系，如核酸指导蛋白质合成过程种形成的核糖核酸蛋白的尺寸就在15-20nm之间，影响人体健康的病毒尺寸也在纳米的范围之内。纳米材料和生物医学的紧密结合，制备纳米医用复合材料及相容性器官，广泛应用于生物医学治疗的研究中，如制备人造皮肤、血管以及组织工程支架等[3]。在人造骨中，纳米钛合金具有促进骨细胞发育的功能，使骨细胞紧密贴壁生长，同时加速材料和组织的融合。同时，纳米级的羟基磷灰石或聚酰胺复合骨充填材料可以有效填补骨缺损，具有良好的生物相容性，并且能够促进骨细胞生长。根据血液中的红细胞具有运载氧气的功能，人们开发出纳米级的人造红细胞，实现了比普通红细胞更高的氧气运载能力。如果人体心脏因意外而停止跳动，可以立刻注入人工的纳米红细胞，提供更加充足的氧气[4]。此外该技术在贫血症和呼吸功能受损的治疗中发挥着重要的作用。
四、纳米材料的生物安全性问题
随着科技水平的不断提升，纳米材料在生物医学领域越来越广泛，但是纳米材料与人类接触的过程中依然受到安全性问题的困扰。某些纳米材料可以穿透皮肤，透过细胞膜破坏正常细胞引发炎症，造成免疫、生殖和脑部组织的损伤，如超小的TiO2纳米颗粒能引起严重的呼吸道组织变化，导致上皮组织渗透性增加，引起多种炎症。此外，许多物质在普通条件下并无生物毒性，而在降低到纳米尺寸下材料因难以通过正常代谢途径排出体外表现出蓄积毒性，因此纳米材料的生物安全性是亟需解决的问题。目前已经很多科研工作者积极致力于研究纳米材料的安全性问题，研究发现碳基纳米材料（如碳纳米管和石墨烯）会引起生物体内细胞膜磷脂的破坏，造成结构损伤破坏，引起细胞的功能异常；金属氧化物（氧化锌和二氧化钛）易发生氧化还原反应，因该过程会释放电子，会产生一定的细胞毒性，而且其纳米材料的尺寸越小，其比表面积越大活性越高，产生的电子所引起的毒性越强[5]。为了真正实现纳米材料在临床医学中的应用，人们采取了一系列策略降低纳米材料的毒性，如对纳米材料进行表面修饰提高其生物相容性，降低材料的使用剂量和暴露时间，调整纳米材料的反应环境，以及开发可降解的纳米材料。但是大多数纳米材料的毒性问题依然没有彻底解决，其生物安全问题依然是限制纳米材料临床使用的重要因素。
五、结束语
纳米技术作为一项新兴的前沿技术，对生物医学产生了深远的影响。无论是在医学诊断还是医学治疗方面，纳米材料都有巨大的应用和发展前景。纳米材料为医学的发展提供可广阔的创新空间，且已经取得了显著的研究成果，使医学诊断更加精准，治疗更有效。纳米技术也促进了生物医学的不断发展，在将来很长一段时间内，纳米材料将对人类的生产和生活产生巨大的影响，并会解决目前人类难以治愈的健康问题。但纳米技术的发展尚未成熟，人们缺乏对纳米材料生产和使用过程的认识，尤其是对其生物安全性问题的认识不够全面，这依然是今后临床应用的重要限制因素。因此，探究并解决纳米材料的生物安全性问题刻不容缓。
参考文献
[1]杨慧，丁良，岳志莲.纳米生物技术在医学中的应用[J].生物技术通报，2016,32(1):49-57.
[2]王冬华.纳米材料在生物医学领域的应用[J].合成材料老化与应用,2015,44(5):104-107.
[3]王治昕.纳米材料在生物医学中的应用分析[J].化工管理，2017,26(9):142-142.
[4]马明辉,李鹏,萧博睿.纳米技术在生物医学工程领域中的作用研究[J].中国卫生标准管理,2017,8(27):154-155.
