等离子纳米技术精选(九篇)
第1篇：等离子纳米技术范文
关键词:纳米材料;物理方法;化学方法
1引言
纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代,英国化学家thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。1992年,《nanostructured materials》正式出版,标志着纳米材料学成为一门独立的 科学 。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的 自然 科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作为高级纳米结构材料和纳米器件的基本构成单元(bui1ding blocks),纳米颗粒的合成与组装是纳米科技的重要组成部分和基础。本文简单综述了纳米材料合成与制备中常用的几种方法,并对其优劣进行了比较。
2纳米材料的合成与制备方法
2.1物理制备方法
2.1.1机械法
机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部供给热能,通过球磨让物质使材料之间发生界面反应,使大晶粒变为小晶粒,得到纳米材料。范景莲等采用球磨法制备了钨基合金的纳米粉末。xiao等利用金属羰基粉高能球磨法获得纳米级的fe-18cr-9w合金粉末。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉,尤其适用于制备脆性材料的超微粉。超重力技术利用超重力旋转床高速旋转产生的相当于重力加速度上百倍的离心加速度,使相间传质和微观混合得到极大的加强,从而制备纳米材料。刘建伟等以氨气和硝酸锌为原料,应用超重力技术制备粒径20nm—80nm、粒度分布均匀的zno纳米颗粒。
2.1.2气相法
气相法包括蒸发冷凝法、溶液蒸发法、深度塑性变形法等。蒸发冷凝法是在真空或惰性气体中通过电阻加热、高频感应、等离子体、激光、 电子 束、电弧感应等方法使原料气化或形成等离子体并使其达到过饱和状态,然后在气体介质中冷凝形成高纯度的纳米材料。takaki等在惰性气体保护下,利用气相冷凝法制备了悬浮的纳米银粉。杜芳林等制备出了铜、铬、锰、铁、镍等纳米粉体,粒径在30nm—50 nm范围内可控。魏胜用蒸发冷凝法制备了纳米铝粉。溶液蒸发法是将溶剂制成小滴后进行快速蒸发,使组分偏析最小,一般可通过喷雾干燥法、喷雾热分解法或冷冻干燥法加以处理。深度塑性变形法是在准静态压力的作用下,材料极大程度地发生塑性变形,而使尺寸细化到纳米量级。有 文献 报道,φ82mm的ge在6gpa准静压力作用后,再经850℃热处理,纳米结构开始形成,材料由粒径100nm的等轴晶组成,而温度升至900℃时,晶粒尺寸迅速增大至400nm。
2.1.3磁控溅射法与等离子体法
溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子,交换能量或动量,使得靶材料表面的原子或分子从靶材料表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。在该法中靶材料无相变,化合物的成分不易发生变化。目前,溅射技术已经得到了较大的 发展 ,常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。等离子体法是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶液化合蒸发,蒸汽达到周围冷却形成超微粒。等离子体温度高,能制备难熔的金属或化合物,产物纯度高,在惰性气氛中,等离子法几乎可制备所有的金属纳米材料。
以上介绍了几种常用的纳米材料物理制备方法,这些制备方法基本不涉及复杂的化学反应,因此,在控制合成不同形貌结构的纳米材料时具有一定的局限性。
2.2化学制备方法
2.2.1溶胶—凝胶法
溶胶—凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中,然后经过水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,开始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶。stephen等利用高分子加成物(由烷基金属和含n聚合物组成)在溶液中与h2s反应,生成的zns颗粒粒度分布窄,且被均匀包覆于聚合物基体中,粒径范围可控制在2nm-5nm之间。marcus jones等以cdo为原料,通过加入zn(ch3)2和s[si(ch3)3]2制得了zns包裹的cdse量子点,颗粒平均粒径为3.3nm,量子产率(quantum yield,qy)为13.8%。
2.2.2离子液法
离子液作为一种特殊的有机溶剂,具有独特的物理化学性质,如粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好以及具有较宽的液态温度范围等。即使在较高的温度下,离子液仍具有低挥发性,不易造成环境污染,是一类绿色溶剂。因此,离子液是合成不同形貌纳米结构的一种良好介质。jiang等以bicl3和硫代乙酰胺为原料,在室温下于离子液介质中合成出了大小均匀的、尺寸为3μm—5μm的bi2s3纳米花。他们认为溶液的ph值、反应温度、反应时间等条件对纳米花的形貌和晶相结构有很重要的影响。他们证实,这些纳米花由直径60nm—80 nm的纳米线构成,随老化时间的增加,这些纳米线会从母花上坍塌,最终形成单根的纳米线。赵荣祥等采用硝酸铋和硫脲为先驱原料,以离子液为反应介质,合成了单晶bi2s3纳米棒。
2.2.3溶剂热法
溶剂热法是指在密闭反应器(如高压釜)中,通过对各种溶剂组成相应的反应体系加热,使反应体系形成一个高温高压的环境,从而进行实现纳米材料的可控合成与制备的一种有效方法。lou等采用单源前驱体bi[s2p(oc8h17)2]3作反应物,用溶剂热法制得了高度均匀的正交晶系bi2s3纳米棒,且该方法适于大规模生产。liu等用bi(no3)3•5h2o、naoh及硫的化合物为原料,甘油和水为溶剂,采用溶剂热法在高压釜中160℃反应24-72 h制得了长达数毫米的bi2s3纳米带。
2.2.4微乳法
微乳液制备纳米粒子是近年发展起来的新兴的研究领域,具有制得的粒子粒径小、粒径接近于单分散体系等优点。1943年hoar等人首次报道了将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合,可自发地形成一种热力学稳定体系,体系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圆柱形颗粒组成,并将这种体系定名微乳液。自那以后,微乳理论的应用研究得到了迅速发展。1982年,boutonnet等人应用微乳法,制备出pt、pd等金属纳米粒子。微乳法制备纳米材料,由于它独特的工艺性能和较为简单的实验装置,在实际应用中受到了国内外研究者的广泛关注。
4结论
纳米材料由于具有特异的光、电、磁、催化等性能,可广泛应用于国防军事和民用 工业 的各个领域。它不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展,工业化生产纳米材料必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。但到目前为止,开发出来的产品较难实现工业化、商品化规模。主要问题是:对控制纳米粒子的形状、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;纳米材料的收集、存放,尤其是纳米材料与纳米科技的生物安全性更是急待解决的问题。这些问题的研究和解决将不仅加速纳米材料和纳米科技的应用和开发,而且将极大地丰富和 发展 材料 科学 领域的基础理论。
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第2篇：等离子纳米技术范文
[提要]本文介绍纳米技术在水处理中的作用，介绍纳米TiO光催化氧化在污水处理方面的研究进展，说明纳米膜技术在处理废水中的重要意义，指出纳米技术对水处理研究的推动及其发展前景。
[关键词]纳米技术水处理TiO2光催化氧化纳米膜技术
一、纳米技术及其效应
纳米技术是指在1—100尺度上研究和应用原子、分子现象，由此发展起来的
多学科、基础研究与应用研究紧密联系的新的科学技术。它是现代物理(介观物
理、量子力学、混沌物理和分子生物学等)和先进工程技术(计算机、微电子和
扫描隧道显微镜等技术)结合的产物。纳米技术包括纳米结构和纳米材料。纳米结构是指在纳米尺寸上构架功能性结构。纳米材料指的是构成材料的结构单
元尺寸是纳米尺寸，并且用的材料性质是这个尺度上物质特有的非常规性质。纳米颗粒由于具有极小的尺寸，产生了常规颗粒的大块材料所不具备的新效应。
1.小尺寸效应(又称体积效应)。当超细微粒的尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长或超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，其周期性的边界条件将破坏，光、声、电、磁、热力学等特性会表现出新的小尺寸效应。
2．量子尺寸效应。当粒子的尺寸小到某一值时，金属的费米能级附近的电子能级由准连续变成离散，对于纳米半导体材料存在的不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道的能级和能隙变宽，此现象称为量子尺寸效应。
3．宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有贯穿宏观系统势垒而产生变化的隧道效应——宏观量子隧道效应。
4．表面效应。表面效应是纳米粒子及固体材料中重要的效应之一，是指表面原子数随纳米结构尺寸减小而急剧增大后引起的性质上的变化。表1是颗粒粒径、原子数及表面原子数之间的关系。表面原子数的增加、原子配位的不足，必然导致纳米结构存在许多表面缺陷，使表面具有很高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。纳米颗粒的粒径极小，具有巨大的比表面积的表面自由能。
二、纳米TiO2氧化技术研究情况
纳米TiO2氧化作用原理是，在紫外光照射下，纳米TiO2表面会产生氧化能
力极强的羟基自由基(·OH)，使水中的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。
纳米TiO2光催化氧化技术的优点是：降解速度快，一般只需几十分钟到几小时即
可取得良好的废水处理效果；降解无选择性，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等；氧化反应条件温和，投资少，能耗低，用紫外光照射或暴露在阳光下即可发生光催化氧化反应：无二次污染，有机物彻底被氧化降解为CO2和HO；应用范围广，几乎所有的污水都可以采用。现有国内外的几种试验研究情况如下：
1．有机磷农药废水处理。有机磷农药占我国农药产量的80％以上，其生产过程中有大量的有毒废水产生。据报道，采用纳米TiO2·SiO2负载型复合光催化
剂，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，光照80min，试验用敌百虫已完全降解。
2．毛纺染废水处理。把表面涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反应器内，通过潜水泵使废水在反应器内循环进行光催化氧化处理。由于纳米TiO2具有巨大的比表面积，与废水中的有机物接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，并迅速将有机物分解成CO2和H2O，处理效果优于生物处理和悬浮光催
化氧化处理，COD去除率和脱色率均较高。
3．氯代有机物废水处理。在模拟废水处理的试验中，以16mg／L3-氯一酚的水溶液为模拟废水，分别采用纳米TiO2光催化剂与臭氧联合、单独用光催化剂纳米TiO2和单独用纳米琴价铁三种方法对其进行处理。用内表面涂覆纳米TiO2光催
化剂的陶瓷圆管处理5．5mg／L苯酚和三氯乙烯水溶液的试验表明，苯酚在1．5h后完全分解，三氯乙烯也在2h内完全分解。
4．含油废水处理。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难降解，使用纳米TiO2，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解这些有机物。
上述研究情况表明，纳米TiO2光催化氧化技术在彻底降解水中的有机污染物和可以利用太阳能等方面有着突出的优点，特别是当水中的有机污染物浓度很高或用其他方法难以处理时，具有更明显的优势，是其他传统方法无法比拟的。目
前，世界有关国家已尝试把纳米TiO2光催化氧化技术用于水处理的实验室研究，如何尽快实现工程化，有待各相关领域的研究人员进一步努力。
三、纳米膜技术及其试验应用
纳米膜技术是一种膜分离技术。膜孔径处于纳米级，适宜于分离分子量在
200-1000，分子尺寸约为1的溶解组分的膜工艺被称为纳滤(NF)。NF膜分离需要的跨膜压差一般为0．5-2．0MPa，比用反渗透膜达到同样的渗透能量所必需施
加的压差低0．5-3Mpa。NF分离是一种绿色水处理技术，特点是：能截留分子量
大于10O的有机物以及多价离子，允许小分子有机物和单价离子透过：可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行，耐污染：运行压力低，膜通量高，装置运行费用低；可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理效果。纳米膜技术在水处理试验研究成功应用于制糖、制浆造纸、电镀、机械加工以及化工反应催化剂的回收等行业的废水处理。
1．日用化工废水处理。用NF膜处理日用化工废水的应用研究表明，NF膜耐
酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，不存在膜污染问题。据计，由于NF膜的运行费用低于反渗透技术，对有机小分子有良好的脱除率，可能会覆盖9O％以上的日用化工废水处理。
第3篇：等离子纳米技术范文
关键词：纳米技术，技术应用，技术问题
引言：现在各种产品一直朝着集成化和微型化的方向发展，但不同的器件必然受到尺寸上的物理约束。纳米材料的优势也因此凸显，目前纳米材料在磁、光、电、传感等方面都有许多重要的应用[2]。但与其他新技术一样，纳米技术仍存在着不少问题。主要原因是部分企业对纳米材料技术的期望过高，急功近利的思想导致忽略了它的弊端。
1 纳米技术新应用的概述
1.1纳米技术在制材上的新应用――纳米陶瓷材料及高透明材料
在微米级基体中引入纳米分散相进行复合，可使材料的断裂强度、断裂韧性大大提高，同时还可提高其硬度、弹性模量以及抗疲劳破坏性能。纳米陶瓷材料正是利用这一点才得以广泛的应用。由于纳米微粒表面分率高，而且纳米粒子的粒径远小于可见光的波长，因此具有很高的穿透性。于是各种高透明纳米材料也应运而生。目前，国外已用纳米级羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉末成功配制了军事隐身涂料。
1.2 纳米技术在电磁领域的新应用――磁性纳米微粒
磁性纳米微粒[3]由于尺寸小，具有单磁畴结构与矫顽力高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。磁性纳米微粒除了上述应用外，还可作抗癌药物磁性载体，细胞磁分离介质材料，复印机墨粉材料以及磁墨水和磁印刷材料。近几年用铁基纳米晶巨磁阻抗材料研制的磁敏开关具有灵敏度高、体积小、响应快等优点，广泛用于自动控制、速度和位置测定、防盗报警系统和汽车导航、点火装置等。
1.3纳米技术在水泥材料中的应用――纳米矿粉
混凝土是现代应用最广泛、最重要的工程材料，利用纳米技术和纳米矿粉开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土强度、施工性能和耐久性能。纳米矿粉不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土强度、抗渗性与耐久性均得以提高。
1.4其他应用[4]
利用离子交换复合工艺，使层状无机纳米材料在极性分子的作用下发生膨胀、层离，均匀分散在水介质中。他们在层间进行交换作用，抗菌或净化成分进入层间后，把层与层撑开，在层间交替形成分子级支柱，从而形成各种不相同的纳米复合抗菌材料、净化空气材料。这种纳米复合抗菌材料和净化空气材料可净化甲醛、苯等有害挥发物。利用纳米技术还可开发可净化二氧化碳并产生负离子具有森林功能的建材以及粘合剂及密封胶。将纳米二氧化硅作为添加剂加到粘合剂和密封胶中，会大大提高粘结效果和密封性能。
2 纳米技术的问题
尽管纳米材料用途很广，但由于过分强调纳米技术的先进性，导致出现了一系列的问题。首先，由于纳米材料的特殊性质，对生命健康和生态环境产生的负面效应和不确定性让人担忧。由于纳米粒子无孔不入，在研发、生产、存储、运输等方面都有各种问题，而且其毒性还未知。它与其他物质的接触面积很大，反应也会很剧烈。第二，对纳米技术的盲目性导致了“纳米热”。近年来政府一直把“纳米技术”列为发展重点，于是不少企业冒充纳米企业，享受国家的优惠税收政策，并为了谋利推出“伪纳米”产品。其导致的恶果是国家的有限资金不能有效地应用到真正的纳米材料技术研究和开发中，严重影响了纳米产业的发展。第三，虽然中国在纳米技术的理论建立上取得了不少成绩，但在研制开发与产业化的实践中却显得力量不足。由于纳米技术是高新技术，实际工程中，很多理论与定理都会有误差，但这方面的专业人才紧缺，直接了导致纳米技术研究的滞后。第四，纳米技术作为高新技术，必须投入大量资金，但由于各种原因，往往不能取得相应的回报，资金大量流失，却毫无成果。
3结论与展望
纳米技术是对于未来经济和社会的发展将产生重大影响的一种关键性前沿技术，这是世界各国科学家的共识。纳米材料在各个科学领域都有着非常广泛的应用前景。可预料在不久的将来，纳米技术不仅会推动产品的开发，还将改善人们的生活质量，改善人们的生活环境。在未来的15-20年内，与纳米技术相关的产品市场规模将达1万亿美元，可见其前景广阔。但是，由于纳米材料自身处于发展阶段，还有各种各样的问题有待解决。在某种意义上，它还是一种不确定的技术，我们对它的认识也仅处于初始阶段。如何构建一个既普遍有效，又能够满足和包容不同价值体系的纳米技术准则，将成为纳米技术今后发展面临的一大挑战。
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第4篇：等离子纳米技术范文
一、化学反应和催化方面应用
化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。
纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。
在能源工业中，Shenhua集团公司、Hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设，采用了纳米催化剂，取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油，在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域，当前工业样品应用的是铂催化剂，约2nm宽。
二、过滤和分离方面应用
在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在GeneraledesEaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相LL，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。
由于可以精确地控制孔径，所以具有可观的近期应用前景。美国PacificNorthwest国家试验室已经创制一类称之为SAMMS结构，为在介孔载体上自组装的单层结构，含有规整的1-50nm的圆柱形孔，孔上用自组装方法涂上活性基团单层，可用于不同领域。已经利用SAMMS成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。
纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。
一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2，或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一电厂、煤液化工厂或气体液化厂。
由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。
三、复合材料方面应用
在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。
以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。
一些公司计划扩产纳米粘土也反映出其发展潜力。如Nanocor公司已转产纳米粘土，每年2万吨。许多主要聚合物公司也在开发纳米复合材料技术。RTP公司已将有机粘土／尼龙纳米复合材料制成薄膜和片材。Triton
System公司应用纳米二氧化硅与一种聚合物材料制成纳米复合材料，开发成一种涂装材料。其它HoneyWell，Ube工业和Unitika等公司已工业规模生产尼龙纳米复合材料用作包装HBP材料，Nanocor最近与三菱气体化学公司联合
制造并出售HBP包装材料。用于食品和饮料行业。Bayer打算用尼龙6纳米复合材料制造多层包装膜，此膜的氧穿透率减少l/2，透明度和韧性有提高。近期，人们关注的另一种纳米复合材料的填料物质，是一种较为复杂的分子多面齐聚物(polyl、cdral01ig(mericsilsc5quioXanes，POSS)。Hybrid塑料公司称其可以大量生产POSS，并与塑料生产厂商和用户进行合作。
四、涂料方面应用
在涂料行业CTJ。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶—凝胶单层(solgclmonlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。
以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。拜耳公司与Nanogntc公司合作开发导电和透明的涂层。纳米粉体是难以储运的，美国海洋部门采用微型凝聚(microscalengglomerate)方法，即在应用时用等离子(一种热的离子化气体)技术或热喷涂技术，使粉体被融熔，形成涂层。拜耳公司与HansaMetallWerke公司用纳米粒子进行抗水和抗灰尘涂料开发。据中国环氧树脂行业在线记者了解，2002年BASF公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。
Inframat公司用纳米涂料作为船壳防污涂料。以防止海藻、贝类附着生长。此种涂料很坚硬。但并不发脆。该公司的纳米氧化铅-氧化饮基陶瓷涂料已获得美海军部门400万美元订货，主要用于涂装潜水艇的潜望镜。应用纳米粒子技术可以制造氧化铝纳米粒子，用于地砖的抗划痕涂层。Nanogate公司为西班牙地砖制造商提供纳米粒子涂料，使之容易清洗，并还为眼镜工业提供抗划痕涂料。
用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。
五、添加剂和树状聚台物的作用
在复合材料领域中，纳米粘土和POSS已经取得进展。在不远的将来，碳纳米管可能产生较大影响。但是，各种不同形状的树状分子结构以及它能易于功能化的性能，可以创制特殊结构的复合材料，使之具有各种性能。早在上世纪90年代中期，BertMeijer教授就阐明了树状聚合物的结构，它是一群小分子，或是小分子的容器。一个“树状聚合物箱”(I)endrimerbox)，如同有一个硬壳建于软性树状聚合物周围。如果一个小分子，如染料分子进入树状聚合物中，即可被封装在空穴中。通过对其末端基因的化学改性，全部或部分烷基化，树状聚合物就可以形成与线型聚合物可化学兼容的物质，以改进混合性能。在此情况下，树状聚合物的作用在于创建了分子微观环境，或是在塑料原料中形成“纳米观口袋”(nanoscopicpocket)来聚集染料分子。作为一种形态的、结构的或是界面改性剂，树状聚合物还可提高材料韧性，而对其加工性没有影响。在材料共混和复合中，它们还起着材料组分间的兼容剂和粘接剂的作用，因此可用于工程塑料添加剂。树状多支链聚合物已经被用作环氧树脂的增韧剂，加入重量比5％的树状聚合物可显著提高材料的坚韧性。通过可控相分离工艺，可以使树状聚合物良好地分散在树脂中，树状聚合物和树脂作用可以使接枝在树状结构上的环氧基团的化学键得到加强。杜邦公司制造和应用多支链结构物质作为聚合物共混中的添加剂，可以改善聚合物的加工性能。DSM公司已经将多支链的聚丙烯亚胺(PPl)聚合物工业化，主要用于廉价塑料和橡胶制造中作为添加剂，降低粘度。在涂料、油墨和粘合剂生产中也可应用。美国宇航局向DowCorning公司和MatcrialsElectrochemicalResearch公司进行项目投资，开发等离子沉积树状聚合物涂料和树状聚合体富勒烯纳米复合材料，以用作微型和亚微型表面。
六、树状聚台物及去污作用
树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。
使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美国军事部门对它的应用前景作了好的评价。
七、纳米保护(nano-protection)方面应用
树状聚合物在护肤膏中作为一种反应型的组分是很有效的。此应用可以扩展到保护衣服。固定的树状聚合物层可以抗洗和耐环境气候条件变化。有一种称之为“类似树状聚合物”(Amphilicdondrimcr)，它一半是树状聚合物，另一半具有末端结构，用以在保护膜中固定活性树状聚合物。
近年来，“一些部门在研究用纳米粒子来监测和防止化学武器袭击。Nanospherc公司不久前推出一个系统，可以用来监测生物武器，如炭疽菌。该系统采用美国西北大学开发的金纳米粒子传感器。Altair纳米技术公司和西密西根大学联合开发用二氧化钛钠米粒子为基础材料的传感器，可用来监测生物和化学武器。
NanosPhere材料公司开发氧化镁纳米粒子用于口罩的过滤层，因为它能杀大细菌(包括炭疽杆菌)。深圳新华元具纳米材料公司和Nucrgst公司生产银纳米粒子用于抗菌服。NanoBio公司推出一种抗菌液，可以破坏细菌孢子、病毒粒子和霉菌，它的作用是让表面张力发生爆炸性释放，而这种产品对人体组织不起伤害，现在主要用户是美国军事部门。
八、燃料电池方面应用
随着对便携式电子产品电能需求不断增加。要求降低供电元器件的重量和尺寸，由此而开辟广纳米粒子的新市场。
AP材料公司与Millennium电池公司合作执行美国军方一份合问。开发纳米级二硼化钛用于高级电池组和其它储能系统。Altar公司最近宣布该公司高级固体氧化物燃料电池系列示范试验获得成功，包括联结器、电解质、阴极和阳极等都是由微米和纳米级材料构成。而且，还开发了纳米锂基电池电极材料，其充电和发电率都比当前所用锂离子电池材料快l倍。
有一些公司计划工业生产甲醇基燃料电池，在2004年前后应用于便携式电子设备。在这类电池中，所用催化剂是处在淤浆状态的铂纳米粒子。针对电池应用，Brookhaven国家试验室已制成锂-锡纳米晶体合金，用作高性能电极。用氢化锂与氧化锡反应，前者需过量使反应完全。生产的锂—锡合金中含有剩余氧化铿。重复用氢处理最后生成粒径为20～30nm纳米复合材料，形成稳定金属氢化物的其它元素也可用此法制造纳米复合材料，未来的应用不仅在电池领域，还可以用在催化方面。
第5篇：等离子纳米技术范文
【关键词】金属氧化物；化学合成；微米结构；纳米结构
0.前言
现如今，对材料的开发和应用对人类的发展发挥了非常重要的作用。可以说，当前材料和能源、信息并成为现代技术发展的主要支柱，再加上，信息技术和能源技术的发展远远离不开材料技术的支持。近几年，由于我国科学技术的飞速发展，从而使得对物质的认识逐步提高。尤其是进入21世纪后有学者提出相对论与量子力学的观点，这样一来，人类对物质世界的认识逐步由宏观阶段进入到微观阶段。生活在一个充满挑战的时代，信息、能源、生物技术、制造技术等的发展势必会对材料技术的发展提出更高的要求。例如：在元件设计上，要求更加智能化、小型化，尺寸要求越来越小，然而，在军事领域、设备制造等领域对材料的性能要求逐渐增高。可以说，对新材料的研究势必会对今后我国社会的发展、经济发展等产生巨大的影响。当前，对微纳米技术的研究在整个材料研究领域占据十分重要的地位。通过不断改进微纳结构制备方法，更有利于人们在原子、分子水平上认识晶体的整个形成过程，不断扩宽对材料性能的深入研究，从而使按照人们的意愿设计所需的纳米器具提供更为合理、合理的指导。
1.溶液法化学合成微纳米结构动力学过程
事实上，溶液法化学合成微纳米颗粒就是晶体颗粒成核与不断生长的过程。使其最终实现对纳米颗粒结构、尺寸、维度等进行控制，因此，我们应该事先对颗粒整个成形过程进行详细了解。按照结晶学理论来分析晶体的生长过程，纳米晶体的成形过程实际上是若干个晶体晶面激烈的竞争生产过程。然而，纳米晶体的生产特性主要是由晶体表面能大小所决定的，其中，表面能越高，晶面生长速度就会很快，反义，生长速度会非常慢。随着时间的不断推移，晶体生长速度较快的晶面会慢慢变小最终消失，但是，生产速度很慢的晶面会慢慢变大，最终便形成一个比较稳定的晶体。除此之外，在晶体生长时，需要在溶液内部加入适量的添加剂，这样一来，能够从根本上改变晶面表面能的高低顺序。在加入添加剂后，某些晶面吸附性要远远比其它晶面强，此种优先吸附不仅可以大大降低吸附晶面表面能，而且又可以阻止晶体朝着垂直晶面方向生长，有利于改变晶体的最终形状。
2.微纳米结构合成法研究发展
我们对铂资源并不陌生，它有用途十分广泛。但是，目前我国铂资源相对比较缺乏，再加上，价格较高，那么，怎样才可以提高铂纳米材料稳定性、催化性是材料技术发展的非常重要的问题。现如今，研究学者面临的一巨大挑战是传统化学法只可以合成表面能较小的金属纳米晶体，而晶体的形状通常是比较正规的立方体、八面体等，形成“低指数”的晶面结构。然而，通过科学家的证实，只有“高指数”晶面结构才可以提高纳米晶体的催化效率。例如：当前二十四面体是非常少见的一种晶体形状，表面结构由高指数晶面所围成。有科学家曾经提出方波点位便可以产生周期性的氧化还原驱动，这样一来，便可以实现对铂纳米晶体生长结构的控制，首次生产出高指数晶面结构，即二十四面体纳米晶体。通过改变控制条件，从而将纳米晶体尺寸大小发生巨大变化。试验结构证实铂纳米催化剂活性与稳定性得到了大大提高，在经济发展的各个领域中具有十分重要的应用价值。对于此种新的研究方法来说，既可以控制纳米晶体结构又可以调控晶体的生长速度，进而制备出具有高表面能的金属纳米晶体，完全打破了传统溶液化学合成低表面能金属纳米晶体的限制。
3.模板法合成中空结构金属氧化物
模板法合成中空结构金属氧化物中，模板主要以微溶性无机盐，结合克肯达尔空位效应来生产中空结构材料的办法。若想要扩展模板法，应该结合溶液体系下各种锌的氧化物在溶液中溶液度差规律，进而合成硫化锌中空微米球。由于氧化锌具有各向异性生长特性与无电流取代反应，有学者设计出一套较为合理的合成空空氧化锌管状材料的原位模板法。在制备过程中，氧化锌中空管是利用错算在模板中腐蚀形成的，得到的氧化锌管外径大约在1-2微米之间，然而，壁厚大约在200-300纳米范围内。利用先进的设备我们可以发现氧化锌直径由根部至顶部发生很大的改变，所以，便出现了特殊的锥形管形状。
4.前驱体法合成微纳米金属氧化物
由于碱式碳酸镁具有形成片状结构的特性，因此，有科学家便设计出一套利用碱式碳酸镁而生产等级结构氧化镁前驱体合成方法。首先，我们先制备碱式碳酸镁的前驱体，进而在某一特定温度下有效控制分解前驱体过程，只有这样，才可以生产出等级结构形状的氧化镁。除此之外，由于碳酸镁在溶液中溶解度是非常小的特性，可以将碳酸镁当作反应物，通过离子置换反应，制备出很多种金属氧化物微纳米结构材料。文章中将氧化镁立方体借助离子置换反映，便提出一种离子替代固液反应的方法，这种方法克服传统固液不能对晶体成核和生长进行控制的漏洞。然而，离子置换方法却能够有效控制金属氧化物微纳米材料的形成，与此同时，这也将为其它金属氧化物微纳米结构材料的产生提供一个合理的借鉴。当前，借助碱式碳酸镁特性生产金属氧化物纳米结构是研究的重点课题，碱式碳酸镁在溶液中的生长特性与微溶特性为合成金属氧化物微纳米结构提供了很多选择的可能，这样一来，我们便更容易生产多种形状、尺寸的金属氧化物微纳米材料。
5.结束语
总体来说，对新材料的研究势必会对今后我国社会的发展、经济发展等产生巨大的影响。当前，对微纳米技术的研究在整个材料研究领域占据十分重要的地位。通过不断改进微纳结构制备方法，更有利于人们在原子、分子水平上认识晶体的整个形成过程，不断扩宽对材料性能的深入研究。通过对溶液化学合成法合成金属氧化物微纳米结构，从其结构、生长行为等作为其研究的起点，对化学法合成技术加以完善和补充。我们得出了下述结论，由于反应物与生产物在溶液中的溶液度的不同，利用离子置换法，提出一种制备金属氧化物微纳米材料发方法，以便制备多种形貌与维度的材料。在反应溶液中，因反应物与生产物溶解度有一定差别，这样一来，金属阳离子由最初的溶液状态变为固态，进而利用离子交换反映，便可以得到金属前驱物，再将前驱物燃烧就能够合成金属氧化物微纳米材料。
【参考文献】
［1］陶锋,於孝朋.MnS纳米线阵列上MnS花状球的水热合成[J].无机化学学报,2010(4).
［2］陶宇,王辉.微波辅助法制备形貌可控CeO2纳米材料[J].中国稀土学报,2010(4).
第6篇：等离子纳米技术范文
纳米技术可能引起的主要伦理问题
1．健康和安全问题。纳米技术对健康和安全的影响，是纳米伦理面对的首要问题。由于纳米粒子极其微小，可以说无孔不入，所以也很容易进入人体，有可能成为许多重大疾病如肺部疾病和心血管疾病的诱因，给人类健康和安全带来严重的损害。研究表明，吸入的纳米颗粒可能避开免疫系统的吞噬作用，蓄积在某些靶器官，也可跨越不同生物屏障，重新转运分布到身体的其他组织器官，产生系统的健康效应［10］。而且，环境中的纳米颗粒由于具有较大的表面积而极易吸附大气中的有毒污染物，如多环芳烃等，被纳米颗粒吸附的有毒污染物可进一步对人和其他生物体产生毒性效应，还可能波及整个生物圈。纳米粒子对健康和环境的潜在风险涉及安全伦理和环境伦理的问题。安全不仅是一个科学的概念，安全更是伦理学必须考量的最基本的要素，因为安全既是人的基本需求也是人的基本权利。离开了安全，人的其他权利和自由、尊严等也将无从谈起;而且，保障研究人员和工人在工作场所的生命和健康安全，也是国家和企业的基本责任。
2．平等与公正问题。首先，纳米技术的潜在利益和风险使得其风险与利益的分配，也面临着社会公平与公正的伦理问题。纳米技术可能为技术发明家、企业家带来丰厚的利益，但也可能为研究者、受试者、生产者甚至消费者带来直接的和间接的健康风险，为公众带来环境风险。面对个体利益与公众利益、企业利益与社会利益、眼前利益与长远利益的冲突，应该优先考虑谁的利益?承担高风险的人是否应得到较高的回报?“如何分配科学技术的发展带来的好处、风险和代价，就成为了我们时代所必须面对的一个重要问题”［11］。其次，纳米技术的应用也可能加剧原有的社会不平等、不公正现象。众所周知，“信息高速公路”的出现导致了迅速扩大的信息资源和知识资源分布严重不均的“数字鸿沟”问题，并且加剧了原有的经济不平等、机会不平等和社会不平等问题，成为当今社会问题的一个重要根源。纳米技术的发展也可能产生类似数字鸿沟的“纳米鸿沟”问题。比如，纳米技术在医学上的应用，使得疾病的预防、早期诊断和治疗成为可能。研究表明，在不久的将来，用基因芯片、蛋白质芯片组装成的纳米机器人，有可能通过血管进入人体以诊断疾病、携带DNA去更换或修复有缺陷的基因片段，也可以将携带纳米药物的芯片送入人体内，在外部加以导向，使药物集中到患处，更理想地提高药物疗效［12］。但是，这些技术在其发展的初期阶段，往往比较昂贵，大部分人可能只好望而却步，仅能被少数人使用。如何使社会中的大多数成员公正地享受到纳米技术的成果并避免可能受到的损害，是纳米技术发展过程中必须面对的重要伦理问题。第三，纳米技术还有可能带来代内与代际、穷国与富国之间的平等与公正问题，尤其是可能使发达国家与发展中国家之间的差距加大。能够支付纳米技术研究与发展巨额费用的国家，可能优先发现和利用纳米技术的研究成果，在国际舞台上便优先掌握了“话语权”。当然，也不能排除发达国家将有污染的、甚至有毒的纳米研究项目转移到发展中国家的可能。诸如此类的问题会使国际间的不平等恶化。此外，还存在为了当代利益发展纳米技术而提前利用了过多的自然资源或给后代造成众多污染等代际不公正现象。
3．自主与尊严问题。人是有理性的存在物。理性之人的尊严来自于它的自主性，能够按照自己的意志作出决定。“大自然中的无理性者，它们不依靠人的意志而独立存在，所以它们至多具有作为工具或手段的价值，因此我们称之为‘物’。反之，有理性者，被称为‘人’，这是因为人在本性上就是目的自身而存在，不能把他只当做‘物’看待。人是一个可尊敬的对象，这就表明我们不能随便对待他。”［13］联合国教科文组织在《世界生物伦理与人权宣言》中强调，科学技术的研究和发展需要遵循本宣言所阐述的伦理原则，要尊重人的尊严。这包括自尊、享受别人尊重和尊重他人三个方面。在纳米技术的研究与应用中，许多方面涉及人的自主与尊严问题。例如，纳米技术与认知科学相互渗透与融合，可以揭示人脑的工作机制，利用纳米药物可以增强人的认知能力或治疗某些脑神经与认知方面的缺陷。但是，如果利用这些研究成果控制人的思维、干扰人的决定，则侵犯了人的自、漠视人的尊严。再者，如果将能够随时获取他人信息的纳米电子芯片等极微小的纳米器件，毫不被人察觉地嵌入他人衣服或皮肤里，则不仅窃取了他人的隐私，更贬损了他人的尊严。又如，纳米基因工程不仅能够治疗遗传病，而且能够改变生殖细胞基因以达到治疗或增强后代的目的。但是，不论父母的主观意愿是否善良，这种行为确实忽视了子女的自主与尊严。而诸如赛博格(Cyborg)、生命产品(Biofact)等技术的进一步发展将模糊人与机器、生命体与人工产品之间的界限，使得我们关于人与自然的基本概念发生动摇，什么是人、什么是自然等问题将变得不再是不言而喻的了。
纳米伦理的特征与评估
纳米技术的中介性和不确定性特征不仅使纳米技术可能引起一系列的伦理问题，而且也使得这些伦理问题展现出共同的伦理特征:可能性、整合性和前瞻性。这使得即时性、跨学科性、预警性评估成为应对纳米伦理的关键。
1．可能性特征与即时评估。纳米技术可能引起的伦理问题包括两个部分，其中有些是现实的，比如纳米粒子对安全和健康造成的影响;有些还是潜在的、未来的甚至含有推测性特征，比如有关纳米机器人的自我复制问题，但这绝不等于说这种推测完全是无中生有。纳米伦理不仅关注现实的纳米伦理问题，也关注未来的和潜在的伦理问题，目的是在纳米技术研究和开发的初期就参与到纳米技术的构建中。事实上，技术的发展并不是由技术本身或者技术专家们所能决定的。如果有怎样的技术就会有怎样的未来，那么，我们就有权利选择技术、选择和构建未来。因此，纳米伦理必须关注可能性。在这个意义上，可能性成为纳米伦理的一个重要特征。鉴于纳米技术发展的可能性、阶段性和动态性特征，对纳米技术应该采取即时评估的研究方法，以适时地、动态地评估纳米技术研究发展与应用各个阶段可能出现的伦理问题。在目前纳米技术的开发时期，首先应该关注的是实验室和工作场所的安全伦理问题，包括工人对所从事的纳米技术风险的知情权问题，建立健全工人的健康保险制度的问题，以及工作场所的通风、检测和预警机制等制度问题。其次，在纳米药物和利用纳米技术进行的检测中，即时评估纳米粒子在人体的生物学效应和对人体整体的影响，以确保纳米用药和检测的安全。
第7篇：等离子纳米技术范文
纳米科学技术是20世纪80年展起来的一门多学科交叉融合的技术科学,其最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性来制造具有特定功能的产品。纳米材料是指具有纳米量级的超微粒构成的固体物质。纳米材料具有三个结构特点:①结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1～100nm);②存在大量的界面或自由表面;③各纳米单元之间存在一定的相互作用。由于纳米材料结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,主要表现为小尺寸效应和表面或界面效应,因而在性能上与相同组成的微米材料有非常显著的差异,体现出许多优异的性能和全新的功能。纳米材料在化学、冶金、电子、航天、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。当铁磁材料的粒子处于单畴尺寸时,矫顽力(Hc)将呈现极大值,粒子进入超顺磁性状态。这些特殊性能使各种磁性纳米粒子的制备方法及性质的研究愈来愈受到重视。开始,多以纯铁(a-Fe)纳米粒子为研究对象,制备工艺几乎都是采用化学沉积法。后来,出现了许多新的制备方法,如湿化学法和物理方法,或两种及两种以上相结合的方法制备具有特殊性能的磁性纳米材料。磁性纳米材料具有许多不同于常规材料的独特效应,如量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及宏观量子隧道效应等,这些效应使磁性纳米粒子具有不同于常规材料的光、电、声、热、磁、敏感特性[2]。当磁性纳米粒子的粒径小于其超顺磁性临界尺寸时,粒子进入超顺磁性状态,无矫顽力和剩磁。众所周知,对于块状磁性材料(如Fe、Co、Ni),其体内往往形成多畴结构以降低体系的退磁场能。纳米粒子尺寸处于单畴临界尺寸时具有高的矫顽力[3]。小尺寸效应和表面效应导致磁性纳米粒子具有较低的居里温度[4]。另外,磁性纳米粒子的饱和磁化强度(Ms)比常规材料低,并且其比饱和磁化强度随粒径的减小而减小。当粒子尺寸降低到纳米量级时,磁性材料甚至会发生磁性相变。磁性纳米材料也具有良好的磁导向性、较好的生物相容性、生物降解性和活性能基团等特点,它可结合各种功能分子,如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等,因而在靶向药物、控制释放、酶的固定化、免疫测定、DNA和细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。
2性纳米材料在生物医学领域的应用
2.1靶向药物载体技术
利用磁性纳米颗粒制造靶向输送医疗药物,是目前医药学研究的热点。通常的靶向纳米药物载体是运用了载体对机体各组织或病变部位亲和力的不同,或将单克隆抗体与载体结合,使药物能够转运到特定的治疗部位,但如果制备的载药颗粒过大,如处于微米量级,可能会引起血栓样血管栓塞,甚至导致死亡,而纳米级的磁性颗粒可以解决这个问题。磁性纳米颗粒的粒径比毛细血管通路还小1-2个数量级,用其作为定向载体,通过磁性导向系统控制,可将药物靶向输送到病变部位释放,以增强疗效。制备出生物相容性和单分散性较好的无机磁性纳米颗粒载体(主要为铁系氧化物),再用生物高分子(氨基酸、多肽、蛋白质、酶等)包覆磁性纳米颗粒载体,再将包覆好的磁性载体与药物分子结合,将这种载有药物分子的磁性纳米粒子注射到生物体内,在外加磁场的作用下,通过纳米颗粒的磁性导向性使药物更准确地移向病变部位,增强其对病变组织的靶向性,有利于提高药效,达到定向治疗的目的,从而降低药物对正常细胞的伤害,改变目前放疗和化疗中正常细胞和癌细胞统统被杀死的状况,减少副作用。动物临床实验证实,载药磁性纳米微粒具有高效、低毒、高滞留性的优点,它在治疗结束后可以通过人体肝脏和脾脏自然排泄。磁性纳米药物载体一般通过下面3种方式结合:(1)药物与高分子先结合成颗粒,磁性颗粒再吸附其表面;(2)磁性颗粒和高分子先结合成颗粒再吸附药物;(3)磁性颗粒、药物、高分子一起混合经均匀化后再颗粒化。磁性高分子颗粒作为药物载体,其中控制释放速率是影响药效的主要因素,骨架材料的选择对控释作用具有一定的影响,而搅拌速度和成型温度对颗粒控释作用也有很大影响。纳米颗粒有的微型水解通道的多少、宽窄及交联程度是决定颗粒能否控释的主要因素,而搅拌速率和成型温度对颗粒中最后形成的微型通道程度起决定作用。早期应用的载体多为葡聚糖磁性毫微粒(DextranMNP),但易被RES系统吞噬,被动靶向于肝脾,难于实现其他组织的靶向给药。后来,有人改变载体的表面的性能,使其具有一定负电性,可更好地应用于主动靶向治疗。
2.2细胞分离和免疫分析
细胞分离是生物细胞学研究中一种十分重要的技术,高效的细胞分离在临床中是首要的、重要的步骤。这种细胞分离技术在医疗临床诊断上有广范的应用,例如治疗癌症需在辐射治疗前将骨髓抽出,且要将癌细胞从骨髓液中分离出来。传统的细胞分离技术主要采用离心法,利用密度梯度原理进行分离,时间长、效果差。随着合成磁性粒子的发展,免疫磁性粒子在分离细胞方面已经获得了快速的发展经动物临床试验已获成功。其中最重要的是选择一种生物活性剂或者其他配体活性物质(如抗体、荧光物质、外源凝结素等),根据细胞表面糖链的差异,使其仅对特定细胞有亲和力,从而达到分离、分类以及对其种类、数量分布进行研究的目的。磁性粒子用于细胞分离需要考虑以下几个因素:不与非特定细胞结合、具有灵敏的磁响应性、在细胞分离介质中不凝结。免疫分析在现代生物分析技术中是一种重要的方法,它对蛋白质、抗原、抗体及细胞的定量分析发挥着巨大的作用。在免疫检测中,经常利用一些具有特殊物理化学性质的标记物如放射性同位素、酶、胶体金和有机荧光染料分子等对抗体(或抗原)进行偶联标记,在抗体与抗原识别后,通过对标记物的定性和定量检测而达到对抗原(或抗体)检测的目的。由于磁性纳米颗粒性能稳定,较易制备,可与多种分子复合使粒子表面功能化,如果磁性颗粒表面引接具有生物活性的专一性抗体,在外加磁场的作用下,利用抗体和细胞的特异性结合,就可以得到免疫磁性颗粒,利用它们可快速有效地将细胞分离或进行免疫分析,具有特异性高、分离快、重现性好等特点,同时磁性纳米颗粒具有超顺磁性,为样品的分离、富集和提纯提供了很大方便,因而磁性纳米颗粒在细胞分离和免疫检测方面受到了广泛关注。
2.3磁性纳米颗粒对蛋白酶的吸附及固定化
生物高分子例如酶等都具有很多官能团,可以通过物理吸附、交联、共价偶合等方式将他们固定在磁性颗粒的表面。用磁性纳米颗粒固定化酶的优点是:易于将酶与底物和产物分离;可提高酶的生物相容性和免疫活性;能提高酶的稳定性,且操作简单、成本较低。制备吸附蛋白酶的磁性高分子颗粒的过程可以概括为:制备磁流体,在对磁流体中的磁性纳米颗粒用大分子包覆或联结,所形成的磁性高分子载体可用作亲和吸附的磁性亲和载体。作为酶的固定化载体,磁性高分子颗粒有利于固定化酶从反应体系中分离和回收,还可以利用外部磁场控制磁性材料固定化酶的运动和方向,从而代替传统的机械搅拌方式,提高固定化酶的催化效率。磁性高分子颗粒作为酶的固定化载体还具有以下优点:固定化酶可重复使用,降低成本;可以提高酶的稳定性,改善酶的生物相容性、免疫活性、亲疏水性;分离及回收酶的操作简单,适合大规模连续化操作。
2.4基因治疗
20世纪70年代,医学领域提出了“基因治疗”这一概念,即将遗传物质导入细胞或组织,进行疾病的治疗即将遗传物质导入组织或细胞进行疾病治疗。目前常用病毒载体和脂质体载体,病毒载体存在制备困难,装载外源DNA大小有限制,能诱导宿主免疫反应及潜在的致瘤性等缺点。多价阳离子聚合物,如目前广泛应用的脂质体,具有病毒载体的优点,而没有病毒载体的缺点。但是聚合物的颗粒大小是影响转染效率的因素之一。磁性纳米粒子的出现克服了它们的缺点。磁性材料直径可达10nm以下,在外磁场作用下具有靶向性。磁性材料外部包裹生物高分子,从而增强了生物相容性,对细胞无毒,而且在血管中循环时间大大延长。目前要控制阳离子聚合物大小的合成方法还不很成熟,且阳离子聚合物的细胞毒性是影响转染的突出问题。磁性四氧化三铁生物纳米颗粒的制作简单,直径可达10nm以下,具有比表面积效应和磁效应。在纳米颗粒的表面可吸附大量DNA。在外加磁场的作用下,可具有靶向性。且四氧化三铁的晶体对细胞无毒。为达到生物相容性,在磁性四氧化三铁的晶体表面可很容易地包埋生物高分子,如多聚糖,蛋白质等形成核壳式结构。由于纳米颗粒有巨大表面能,有多个结合位点,因而携带能力优于其他载体,且转染效率高于目前使用的载体,因此磁性生物纳米颗粒可成为较好的基因载体。
3磁性纳米材料应用于生物医学领域的局限性
纳米材料科学技术的发展为纳米材料的制备提供了许多新的工艺,在此基础上人们已经能够合成出单分散性比较好、形状和尺寸可控的磁性纳米材料,但磁性纳米材料目前处于研究实验阶段,有些问题还需要进一步研究解决,但目前尚处于实验阶段,有众多的问题亟待进一步研究解决:
(1)磁性纳米颗粒的特性与颗粒的尺寸、颗粒尺寸的分布、颗粒的形状和晶体结构密切相关,因而深入研究这些因素与磁性纳米颗粒性能(尤其是磁学性能)的关系,以便找到最佳的合成工艺,最终达到对材料性能剪裁的目的。从热力学和动力学两方面深入探索纳米尺度范围内材料合成机理对磁性纳米颗粒的尺寸、形状和晶体结构的影响,发展和完善单分散磁性纳米颗粒的制备方法;
(2)着重研究生物大分子在磁性纳米颗粒的组装结合机理,以提高组装的结合力和结合量,发展面向不同应用要求的组装形式和组装方法;深入分析生物大分子在磁性纳米颗粒载体上组装后对其生物功能的影响,进一步研究磁性纳米颗粒及生物高分子组装体中无机成分和有机成分对磁性的贡献以及无机成分与有机成分的磁相互作用,以期将功能设计与组装方法有机地结合起来。
(3)目前的磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究才刚刚起步,但随着磁性纳米材料的产业化和商业化的推进,如何大批量的生产质量可靠稳定的磁性纳米材料,如何在生产过程中简化生产步骤,降低成本,以期大规模临床应用。
第8篇：等离子纳米技术范文
关键词：物理技术；农业；增产；优质
农药化肥虽然能够在最短时间内提高农作物的产量，但是长期使用会导致土地对农药化肥的过分依赖，甚至导致土地本身的营养不断下降。大量实践证明，近年来自然环境被污染、农作物的品质指标在不断下降，直接影响了人们生活品质，同时也阻碍了我国现代农业的可持续发展[1]。为此，笔者结合实际，提出尽可能地将更多的物理技术应用在农业生产过程中。
1电磁场效应在农业中的应用
1.1提高种子发芽率
利用电磁场处理农作物的种子能够增强种子的呼吸度，增加种子的根系活力，提高种子的发芽率以及发芽效果。同时还能够净化环境，但是将电磁场效应应用在农业中，还需要考虑到不同类型种子其自身的品质、成熟程度等有着一定区别，种子中所蕴含的化学成分也会有所差异。因此在对种子进行电磁场效应时，一定要了解种子自身的导电率、电阻率、电容等一系列特征，明确在同一静电场运动过程中，种子的运动轨迹会有所差异。结合上述参数对该品类种子的电磁场能够去除破碎的种子，并且清除杂质，获取更多高品质的种子，使得种子的纯度得到提升。与此同时，利用磁化水浇灌农作物，也能够增强矿物质在水中的溶解度效果，提高营养物质和水分的吸收速率，对于农作物在生长发育以及增产抗逆能力中都有着极为重要的促进作用[2]。实践证明，对小麦进行电磁场处理，能够增加小麦的产量，同时也能够去除小麦种子中品质低劣的种子。利用电磁场对农作物或种子进行处理的过程中，在使用时利用磁场处理水，将种子放在磁场中进行磁化作用，由于微弱的磁场可以在最短时间内激发种子中各种不同酶的活力，进而提高种子的发芽效果，种子的幼苗也会不断地茁壮成长，其整体根系会十分发达。磁化水不仅能够增强小麦的处理效果，同时也能够帮助种子进行有丝分裂，确保细胞体积增大，增强了作物在水肥吸收过程中的效果。在植物生长过程中，电磁场一直以来都是不可或缺的条件，更是整个植物生产过程中的最重要物理环境因素之一。如果直接把植物与接地用的细金属网连接起来，会导致该金属网直接屏蔽了大气电场，植株就无法实现正常的生长和发育，但是如果在植物中添加适宜的电场，则可以促进植物生长和发育。一直以来在植物生长过程中，电磁场对其的作用都是毋庸置疑的，但是电磁场对于植株生长而言，其所带来的作用需要进行进一步的分析，由于物理环境因素多样且复杂不同，因此在利用电磁场增加植株的生长质量时，不仅要考虑到电磁场的作用效果，还需要考虑其他的综合因素。
1.2减少病虫害
很多研究人员都在利用电磁场本身的作用使得电场发生定向移动，可以将电场直接附着在作物表面或者是地面、墙壁等等，起到的作用就是在第一时间阻碍病虫害的传播，降低病虫害对农作物带来的负面影响[3]。无论是水肥的吸收或者是光合作用能力均会在此得到增强，能够有效地提高种子抗病虫害的处理能力，使得农作物在生长过程中更加健壮，进而实现农作物的增产和高产，而适当地利用磁化水浸泡小麦、水稻等一系列作物，能够确保自身具有明显的促进作用。
2声波效应在农业中的应用
在农业发展过程中，声波助长技术也是近几年新兴起来的一种全新的农业高新技术。该技术在科技发展中展现了其独特的效果，声波助长仪可根据不同植物本身所具有的声学特性，提高植物自身的光合效率，提高植物的产量。
2.1促进植物健康成长
利用音箱发出对该种植物所产生的特定的声波，这种声波频率能直接增加植物内活细胞电子流的运动速度，同时也可以通过声波促进植物对各种不同营养元素的吸收、转化以及输入，也可以加快茎叶等营养器官的生化反应速度，促进植物健康成长发育。并且可以针对同一营养物质增加植物的吸收量，使得植物的果实或者是营养体在形成的过程中合成数量不断增多，促进在植物体内出现大量的有机物质。例如蛋白质和糖的合成，使得植物本身的细胞一直以来都处在较高的氧化水平，而如果出现了毒素则具有极强的破坏作用，能够确保植物自身的能量供给以及中间产物的产量。声波的存在如同电磁场一样，能够发挥出极强的作用，并且增强植物在进行代谢时的代谢质量，提高植物的活性。事实上，声波作为一种物理技术，应用在农业生产过程中时间较早。
2.2减少病虫害
声波助长仪的作用是让植物在短时间内快速地生长，提高农作物的产量，增加各类不同的营养物质，增强植物本身的抗病能力，有效地去除植物中的敏感虫害，实现提早开花、提早结果，延长植物的储藏时间[4]。对某一些植物而言，还能形成隔离区，能够确保出现植物病虫害时，病虫害得到有效的控制。这些植物声波也可以让一些本身相对敏感的害虫在听到植物声波后产生厌恶感和恐惧感，不会出现在植物上繁殖的状态，甚至有一些害虫会主动离开，以此达到有效去除敏感害虫的功效。根据植物本身的发生状态，实现自发声，这种自发声具备极强特殊的声波，利用声波共振技术让声波仪模拟出与植物自发声相同的声波，提高植物自身的光合效率，提高植物的产量[5]。在农业生产过程中，声波助长物理技术的实施能够进一步完善当前的农业生产技术，提高农业生产科技水平，促进农业发展。
3纳米能量效应在农业中的应用
近年来，我国的纳米肥料研究呈现出蓬勃发展的趋势，纳米技术的出现也能够有效地改变种子中存在的微小裂口和破损，纳米包装可以更快速地适应不同环境的发展需求、不同环境的状态，在食品变质时第一时间提醒消费者。纳米技术也可以改善包装的渗透，能够提高阻隔性，改善耐热和抗损技术，阻止食物变质。在纳米技术应用过程中，其应用在包装技术上，对功能产品以及互动食品的发展带来了积极的促进作用，利用纳米包装能够促使这些食品为人体提供更加有效、更加科学的营养[6]。在分析农业技术中应用纳米技术时，我们发现其具有以下优点。
3.1提高种子的出苗率
出苗率一直以来都是农产品提高产量和质量的重中之重，利用纳米技术处理后的种子可以直接吸收自然界的光波，将光波直接转化成为电磁波接入，使得种子体内的大分子团渐渐分离，成为小分子团。如果在空间没有出现改变的情况下不断增加这一条件，能够使得分子团的运动速度更加剧烈，并且分子团与分子团相互碰撞时，其概率更大，活性也会随之增加，能量也会不断地增强，其对种子的破土能力而言，会带来积极的影响。
3.2促进植物的新陈代谢
通过纳米处理后，幼苗的长势飞快，并且幼苗本身的根系发达，利用纳米处理技术能够对种子进行有效的调节，加快植物体内的新陈代谢，提高植物的抗逆性，促进植物的生长，根系活力得到显著的提升。通过大量的实验分析，发现植物的根系活力甚至可以达到82.3%。在农业上利用纳米生物农药也能够使得植物的生长速度得到提升，而这一种农药不溶于水的复杂体系属于非均相体系，其物理化学和生物学也会在第一时间内出现改变。
3.3减少病虫害
利用纳米技术可以让植物的细胞壁出现破壁的情况，脂溶性和水溶性的杀虫物质也能够释放，直接作用于害虫，提高了农药在使用时的药效。纳米物质的表面效应十分明显，这是由于粒度越小，表面就越大，减少农药使用量[7]。随着纳米技术发展，促进农业系统环境的监控能力得到提升，确保农业实现精准生产，可以有效地挖掘植物中存在的潜在营养物质，进一步提高农产品的产量以及农产品的附加值，而使用纳米农药精准改变杀虫剂，有效地减少农药使用量，降低农药的残留，最终能够实现绿色农业发展，提高农业发展的整体质量。同时，去除土壤中存在的有害物质，清洁水质，保护我国农业生态属于生态健康状态。
4等离子处理技术在农业中应用
等离子技术也是农业发展过程中常见的技术之一，而使用等离子技术能够通过物理方法提高种子在使用时的活力，激发种子自身的潜能，实现提高种子发芽率，达到增产的效果。通过大量的实验分析可知，将等离子技术应用在农业发展过程中，大豆平均增产12.2%，玉米平均增产11.3%，而水稻则能够增产11.5%，这是一种以单项的技术就能够提高农作物产量和品质的农业技术[8]。等离子技术为我国粮食安全、粮食品质保障带来了极为正向的影响，而物体的存在状态与物体的温度有着直接密切的关系，温度的变化能够直接改变物体存在的状态，而物体存在的状态也会改变物质本身的特性。通过等离子技术能够让种子具有极强的抗逆性以及生命力，将使得农作物的产量得到提升，有效改善农作物品质，但是在使用等离子技术处理种子时需要考虑已经萌动的种子一定不可以利用等离子处理技术，等离子处理种子的目的和意义是打破原本种子的休眠状态，使得种子自身的活力得到增强。已经萌动的种子不再是真正意义上的种子，其内部物质已经出现了改变，种子已经变成了一个生命体，正在进行生命发展，而在这一阶段应用等离子体对其进行刺激，并不会对种子的生长、发芽带来正面影响，反而会带来负面影响，甚至会直接影响到种子的出苗。利用等离子处理技术不能处理有杂物的种子，这是由于等离子机在处理种子时，是根据种子的粒度处理，即能够流畅地确定各种尺寸，机器结构在满足最大力度通过的情况下间隙最小，只有保证种子在机器内部能够实现多次有效的翻转，并且获得充分的照射，才能提高处理效果[9]。但是如果在处理种子过程中存在杂物则有可能会导致杂物直接进入到机器内，使得机器内部出现堵塞的状况，等离子技术在处理种子过程中要保证种子的流通状态顺畅，按照正常的流动速度进行设计，才能够获取最佳状况，如果流速处理不当，会影响到在后续处理时的处理效果[10]。等离子处理技术自身的科技含量高，实用性强，具有非常多的综合优势，能够满足我国农业发展需求，既能保护环境，也可以增加社会效益以及经济效益。
5小结
第9篇：等离子纳米技术范文
【摘要】
氧化铁纳米粒子是一种新型的磁功能材料，被广泛应用于生物、材料以及环境等众多领域。本文介绍了超顺磁氧化铁纳米粒子的制备方法，比较了各种方法的优缺点；评述了磁性氧化铁纳米粒子在细胞、蛋白质和核酸分离及生物检测中的应用，对多功能复合磁性氧化铁纳米粒子的构建， 在生物医学领域中的应用具有的指导意义。
【关键词】 超顺磁性氧化铁纳米粒子； 制备； 生物分离； 生物检测； 评述
abstract superparamagnetic iron oxide nanomaterials have been widely used in the biotechnology, materials and environmental chemistry, etc. in this review, the synthesis methods of superparamagnetic iron oxide, the merits and defects of these methods, and their application in cell, protein, nucleic acid separation and bioassay were reviewed.
keywords superparamagnetic iron oxide nanoparticles; synthesis; bioseparation； bioassay; review
1 引 言
磁性纳米粒子是近年来发展起来的一种新型材料，因其具有独特的磁学特性，如超顺磁性和高矫顽力，在生物分离和检测领域展现了广阔的应用前景[1]。同时，因磁性氧化铁纳米粒子具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点[2～4]， 在核磁共振成像、靶向药物、酶的固定、免疫测定等生物医学领域表现出潜在的应用前景[5～7]。但由于其较高的比表面积，强烈的聚集倾向，所以通常对其表面进行修饰，降低粒子的表面，能得到分散性好、多功能的磁性纳米粒子。对磁性纳米粒子的表面进行特定修饰，如果在修饰后的粒子上引入靶向剂、药物分子、抗体、荧光素等多种生物分子，可以改善其分散稳定性和生物相容性， 以实现特定的生物医学应用。此外，适当的表面修饰或表面功能化还可以调节磁性纳米粒子表面的反应活性[8]，从而使其应用在细胞分离、蛋白质纯化、核酸分离和生物检测等领域。本文介绍了磁性氧化铁纳米粒子的制备方法， 比较了各种制备方法的优缺点，并对其在生物分离及检测中应用的最新进展进行了评述。
2 磁性氧化铁纳米粒子的合成方法
磁性纳米粒子的制备是其应用的基础。目前已发展了多种合成和制备方法，如共沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法和微乳液法等，上述方法均可制备高分散、粒度分布均匀的纳米粒子，并能方便地对其表面进行化学修饰，这些方法的优点和缺点见表1。
在这些合成方法当中，共沉淀法是水相合成氧化铁纳米粒子最常用的方法。该方法制备的磁性纳米颗粒具有粒径小，分散均匀，高度生物相容性等优点，但制得的颗粒存在形状不规则，结晶差等缺点。通过在反应体系中加入柠檬酸，可得到形状规则、分散性好的纳米粒子。利用这种方法合成的磁性纳米材料被广泛应用在生物化学及生物医学等领域[9]。微乳液法制备纳米粒子，产物均匀、单分散，可长期保持稳定，通过控制胶束、结构、极性等，可望从分子规模来控制粒子的大小、结构、特异性等。微乳液合成的磁性纳米粒子仅溶于有机溶剂，其应用受到限制。通常需要在磁性纳米粒子的表面修饰上亲水分子，使其溶于水，从而能应用于生物、医学等领域。
热分解法是有机相合成氧化铁纳米粒子最多也是最稳定的方法。利用热分解法制备的纳米fe3o4颗粒产物具有好的单分散性，且呈疏水性，可以长期稳定地分散于非极性有机溶剂中。该方法合成的氧化铁纳米粒子虽然具有粒径均一的特点，但必须在其表面偶联亲水性及生物相容性好的生物分子或制备成核壳结构，才可用于生物医学领域。表1 磁性氧化铁纳米粒子的制备方法（略）
此外，绿色化学和生物方法合成氧化铁纳米粒子也备受关注[28,29]。磁性氧化铁纳米粒子除具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应等纳米粒子基本特性外，它同时还具有超顺磁特性、类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，因此在医学和生物技术领域中的应用引起了人们的广泛兴趣。
3 磁性氧化铁纳米材料在生物分离与生物检测的应用
3.1 磁性氧化铁纳米材料在生物分离的应用
磁性氧化铁纳米粒子可以通过外界磁场来控制纳米粒子的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离[30，31]、蛋白分离[32] 和核酸分离[33]等。此外磁性氧化铁纳米粒子由于兼有纳米、磁学和类酶催化活性等性能，不仅能够实现被检测物的分离和富集，而且能够使检测信号放大，在生物分析领域也都具有很好的应用前景[34，35]。磁性纳米粒子（mnp）能够应用于这些领域主要基于它的表面化学修饰，包括非聚合物有机固定、聚合物有机固定、无机分子固定及靶向配体修饰等[36]（图1）。纳米粒子表面功能化修饰是目前研究的热点。
3.1.1 磁性氧化铁纳米材料在细胞分离方面的应用
细胞分离技术的目的是快速获得所需目标细胞。传统细胞分离技术主要根据细胞的大小、形态以及密度的差异进行分离，如采用微滤、超滤以及超离心等方法。这些方法操作简单，但是特异性差，而且存在纯度不高、制备量偏小、影响细胞活性等缺点，因此未能被广泛地用于细胞的纯化研究[37]。近年来，随着对磁性纳米粒子研究的深入，人们开始利用磁性纳米粒子来分离细胞[38,39]。如磁性氧化铁纳米粒子在其表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质、外源凝结素等），利用它们与目标细胞的特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对其种类、数量分布进行研究。张春明等[40]运用化学连接方法将单克隆抗体cd133连接到sio2/fe3o4复合粒子的表面得到免疫磁性fe3o4纳米粒子，利用它分离出单核细胞和cd133细胞。经培养后可以看出，分离出来的cd133细胞与单核细胞一样，具有很好的活性，能够正常增殖形成集落，并且在整个分离过程中对细胞的形态以及活性没有明显的毒副作用，这与kuhara等[30]]报道的采用磁分离技术分离cd19+和cd20+细胞的结果一致。chatterjee等[39]采用外源凝结素分别修饰聚苯乙烯包被的磁性fe3o4微球和白蛋白磁性微球，利用凝结素与红细胞良好的结合能力，快速、高效的分离了红细胞。此外，磁性粒子在分离癌细胞和正常细胞方面的动物实验也已获得成功。
3.1.2 磁性氧化铁纳米材料在蛋白质和核酸分离中的应用
利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术等）来分离蛋白质和核酸程序非常繁杂，而磁分离技术是分离蛋白、核酸及其他生物分子便捷而有效的方法。目前在外磁场作用下，超顺磁性氧化铁纳米粒子已广泛应用于蛋白质和核酸的分离。
liu等[41]利用聚乙烯醇等表面活性剂存在下制备出共聚磁性高分子微球，表面用乙二胺修饰后用于分离鼠腹水抗体，得到很好的分离效果。xu等[42]在磁性氧化铁纳米粒子表面偶联多巴胺分子，用于多种蛋白质的分离纯化。多巴胺分子具有二齿烯二醇配体，它可以与氧化铁纳米粒子表面配位不饱和的fe原子配位，形成纳米颗粒多巴胺复合物，此复合物可以进一步偶联次氨基三乙酸分子（nta），nta分子可特异螯合ni＋，对于具有6×his标签的蛋白质的分离纯化方面表现出很高的专一性。liu等[43]用硅烷偶联剂（aeaps）对核壳结构的sio2/fe2o3复合粒子的表面进行处理，研究复合磁性粒子对牛血清白蛋白（bsa）的吸附情况，结果表明bsa与磁性复合粒子之间是通过化学键作用被吸附的，复合粒子对bsa的最大吸附量达86 mg/g，显示出在白蛋白的分离和固定上有很大的应用潜力。herdt等[44]利用羧基修饰的吸附/解离速度快的核壳型（fe3o4/paa）磁性纳米颗粒与cu2+亚氨基二乙酸（ida）共价交联，通过cu2+与组氨酸较强的亲和能力实现了组氨酸标记蛋白的选择性分离，分离过程如图2所示。
磁性纳米粒子也是核酸分子分离的理想载体[45]。dna/mrna含有单一碱基错位，它们的富集和分离在人类疾病诊断学、基因表达研究方面有着至关重要的作用。zhao等[46]合成了一种磁性纳米基因捕获器，用于富集、分离、检测痕量的dna/mrna分子。这种材料以磁性纳米粒子为核，包覆一层具有生物相容性的sio2保护层，表面再偶联抗生素蛋白维生素h分子作为dna分子的探针，可以将10－15 mol/l dna/mrna有效地富集，并能实时监控产物。tayor等[47]用硅酸钠水解法、正硅酸乙酯水解法制备sio2/fe2o3磁性纳米粒子并对dna进行了分离。结果表明，sio2功能化的fe2o3磁性纳米粒子对dna的吸附分离效果明显好于单独fe2o3磁性纳米粒子的分离效果，但是其吸附机理有待进一步研究。
3.2 磁性氧化铁纳米材料在生物检测中的应用
3.2.1 基于磁学性能的生物检测
磁性氧化铁纳米粒子因其特有的磁导向性、小尺寸效应及其偶联基团的活性，兼有分离和富集地作用，使其在生物检测领域有广泛的应用。当检测目标为低含量的蛋白分子时，不能通过聚合酶链反应（pcr）对其信号进行放大，而磁微球与有机染料或量子点荧光微球结合可以对某些特异性蛋白、细胞因子、抗原和核酸等进行多元化检测，实现信号放大的作用。yang等[48]采用一对分子探针分别连接荧光光学条码（彩色）和磁珠（棕色），对dna（顶端镶板）和蛋白质（底截镶板）生物分子进行目标分析（图3）。如果目标dna序列或蛋白存在，它将与两个磁珠结合一起，形成了一个三明治结构，经过磁选，光学条码可以在单磁珠识别目标水平下，通过分光光度计或是在流式细胞仪读出。通过此方法检测目标分子是基于数百万个荧光基团组成的微米尺寸光学条码信号的扩增而检测出来，其基因和蛋白的检出限可达到amol/l量级，甚至更低。
nam等［49］利用多孔微粒法（每个微粒可填充大量条形码dna）和金纳米微粒为基础的比色法生物条形码检测技术检测了人白细胞介素2（il2），检出限可达到30 amol/l，比普通的酶联免疫分析技术的灵敏度高3个数量级。oh等 [50]利用荧光为基础的生物条形码放大方法检测了前列腺特异性抗原（psa）的水平，其检出限也低于300 amol/l，而且实现了快速检测。
在免疫检测中，磁性纳米粒子作为抗体的固相载体，粒子上的抗体与特性抗原结合，形成抗原抗体复合物，在磁力作用下，使特异性抗原与其它物质分离，克服了放免和酶联免疫测定方法的缺点。这种分离具有灵敏度高、检测速度快、特异性高、重复性好等优点。yang等[51]通过反相微乳液法制备了粒径很小的sio2包覆的fe3o4磁性纳米粒子，生物分子通过诱导这些高单分散的磁性纳米粒子可用于酶的固定和免疫检测。lange等[52]采用直接或三明治固相免疫法（生物素基化抗igg抗体和共轭连接链霉素的磁性纳米粒子组成三明治结构）和超导量子干涉法（squid），研究它们在确定抗原、抗体相互作用免疫检测中的应用，结果表明特异性键合的磁性纳米颗粒的驰豫信号大小依赖于抗原（人免疫球蛋白g，igg）的用量，这种磁弛豫(magnetic relaxation)免疫检测方法得到的结果与广泛使用的elisa方法的结果相当。
因磁性纳米粒子独特的性能，在生物传感器上也有潜在的应用前景。fan等［53］在磁珠上偶联被检测物的一级抗体，在金纳米颗粒上连接二级抗体，两者反应后，利用hclnaclbr2将au氧化为au3+，催化发光胺（luminol）化学发光，人免疫球蛋白g（igg）的检出限可达2 × 10－10 mol/l ，实现了磁性纳米颗粒化学发光免疫结合的方法对igg进行生物传感分析（图4）。
3.2.2 类酶催化特性在生物检测中的应用
cao等[54]发现fe3o4磁性纳米粒子能够催化h2o2氧化3,3',5,5'四甲基联苯胺（tmb）、3,3'二氨基联苯胺四盐酸盐（dab）和邻苯二胺（opd），使其发生显色反应，具有类辣根过氧化物酶（hrp）活性（图5），而且其催化活性比相同浓度的辣根过氧化物酶高40倍。并且fe3o4磁性纳米粒子可以运用磁分离手段进行重复性利用，显著降低了生物检测的实验成本，利用此特性可进行多种生物分子的检测。
利用葡萄糖氧化酶（gox）与fe3o4磁性纳米粒子催化葡萄糖的反应(见式（1）和(2))，通过比色法检测葡萄糖，其检测的灵敏度达到5×10－5 ～ 1×10－3 mol/l 。由于fe3o4磁性纳米粒子制备简单、稳定性好、活性高，成本低，因而比普通酶更有竞争优势，这也为葡萄糖的检测提供了高灵敏度和选择性的分析方法，在生物传感领域的应用上展现了巨大的潜能，为糖尿病人疾病的诊断提供了快速、灵敏的检测方法。然而要提高检测灵敏度，合成催化效率高的fe3o4磁性纳米粒子及多功能磁性纳米粒子是关键。peng等[56]用电化学方法比较了不同尺寸fe3o4纳米粒子的催化活性发现，随着尺寸的变小，磁性纳米粒子的催化活性变高。wang等[57]制备的单分散哑铃型ptfe3o4纳米粒子，由于本身尺寸和结构特点，可更大限度地提高催化活性。本研究组已经合成了分散性好和磁性高的氧化铁纳米粒子并对其进行了表征，利用其磁学和催化特性，已开展了葡萄糖等生物分子的检测，该方法的检出限达到1 μmol/l，具有灵敏度高、操作简便和成本低等优点[58]。
总之，fe3o4磁性氧化铁纳米粒子不但具有显著的超顺磁性，而且具有类辣根过氧化物酶催化特性，可通过使用过氧化物敏感染料，设计了一系列（如乙肝病毒表面抗原等）的免疫检测模型[59]，因此超顺磁性纳米粒子在生物分离和免疫检测领域具有广阔的应用前景。
4 结 语
随着纳米技术的迅速发展，磁性氧化铁纳米粒子的开发及其在生物医学、生物分析、生物检测等领域的潜在应用已经越来越受到重视，但同时也面临很多挑战和问题。（1）构建并制备尺寸小、粒径均一、分散性和生物相容性好及催化性能高的多功能磁性纳米粒子；（2）根据被检测生物分子的特点设计多功能磁性氧化铁纳米粒子，实现高灵敏度、特异性检测；（3）利用纳米氧化铁颗粒作为分子探针进行实时、在线、原位、活体和细胞内生物分子的检测。这些问题不仅是纳米材料在生物分子检测领域应用需要解决的难点，也是目前其进行生物分子检测研究的热点和重点。
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