（无机化学专业论文）纳米材料在生物传感器中的应用及化学修饰电极的研究.pdf

两南大学硕士学位论文摘要 纳米材料在生物传感器中的应用及化学 修饰电极的研究 无机化学专业硕士研究生苗向敏 指导教师 摘 柴雅琴教授 要 纳米材料自出现之日起有着及其迅速的发展，不仅在其制备、表征、性能测试和加工方 面取得了许多成果，而且其应用领域也在不断扩大。其中，纳米材料作为新颖的催化剂在化 学化工领域方面起着举足轻重的作用。由于其表面活性多，作为催化剂，可大大提高反应速 率，甚至使原来难以进行的反应得以顺利进行。目前，制备的多种纳米生物材料冈为具有良 好的生物相容性、可吸收性、无毒性和可蓄积性，在生物传感器方面有着广泛的应用。 电化学生物传感器作为生物传感器的一种，由丁其具有制造简单、灵敏度高、价格低廉 和选择性好等优点，在食品工业、环境检测和临床医学等领域得到了广泛的应用。而探索先 进的固定化技术和优良的固定材料是电化学生物传感器的研究和开发中最为重要和关键的工 作。基于此，本论文发展了一些新颖的纳米材料来同载生物分子，并结合多种电化学方法， 构建了几种新型的电化学生物传感器。 化学修饰电极是当前电化学、电分析化学十分活跃的研究领域。在分析测定方面，化学 修饰电极可利用电催化反应来提高测定的选择性和灵敏度。因此，化学修饰电极在过氧化氢、 酚类物质等小分子的测定中也有着广泛的应用。 本论文主要进行了以下两部分的研究t 作： 第一部分研究了纳米材料在生物传感器中的应用，分别描述了纳米金和纳米硫化镉在生 物传感器中的应用。根据纳米材料大的比表面积、良好的导电能力和生物相容性，在生物传 感器制备的改进方面起了很大的作用，也使生物传感器的性能有了很大的提高。第二部分研 究了纳米材料应用在屯极表面对过氧化氢( h ：o ：) 的直接催化还原，克服了生物传感器由于修 饰在电极表面的酶容易变质而使得电极寿命短的缺点，并且该方法较以前的报道来说传感器 的灵敏度有了很大的提高。 第一部分：研究了纳米材料在生物传感器中的应用 1 利用纳米金溶胶( n o - a u ) ，戊二醛( g a ) 及牛血清白蛋质( b s a ) 构成新型生物复合固 酶基质，将辣根过氧化物酶( h r p ) 固定于聚天青i ( p a i ) 修饰的玻碳电极( g c e ) 表面，制得灵敏 的过氧化氢( h 2 0 2 ) 生物传感器。同时，采用循环伏安法( c v ) 和计时电流法对该传感器的性能 西南大学硕士学位论文摘要 进行了研究。结果表明，该新型复台固酶基质可很好的保持固定化酶的催化活性，对h z o z 的 响应范围为3 0 1 0 。6 8 o x l o 3m 0 1 l 1 ，检测限为1 2 l o m 0 1 l _ 1 ，该传感器将纳米金应用在电 极表面，相比以前仅用聚合物修饰电极制备的生物传感器来说灵敏度有了很大的提高，并且 该传感器具有良好的稳定性和选择性。 2 采用层层自组装技术将带正电荷的硫堇( t h i ) 与带负电荷的纳米硫化镉( r l m c d s ) 固 定在聚刚果红( p c r ) 修饰的玻碳电极( g c e ) 表面，然后利用纳米硫化镉( n a l l o c d s ) 人的比表面 积来固定甲胎蚩白抗体，制得性能优良的新型免疫传感器。同时，利用循环伏安技术( c v ) 和 交流阻抗技术( e i s ) 表征了电极整个自组装过程。也作了硫堇( t h i ) 吸附时间、吸附层数、抗原 孵育时间和孵育温度对传感器响应的影响。研究测得峰电流与甲胎蛋白抗原在o 3 2 5 0 o o n g m l 1 范围内呈良好的线性关系，检出限为o 1 2n g i l _ 1 。经实验研究证明，该方法具有高的 灵敏度和优良的稳定性。 3 首先采用电化学还原h a u c l 4 的方法在电极表面沉积一层均匀的带正电的纳米金 ( n a l l o a u ) ，从而增人电极的比表面积和响应信号，然后利用静电吸附的方法分别白组装负电 性的纳米硫化镉( n a n o c d s ) 和正电性的硫堇仃1 l i ) ，再通过t 1 1 i 的氨基吸附一层n o c d s 来固 定癌胚抗体，从而制得癌胚抗原免疫传感器。同时通过循环伏安法( c v ) 和交流阻抗技术( e i s ) 考察了电极表面的电化学特性，并对该免疫传感器的性能进行了详细的研究。该免疫传感器 线性范罔为0 1 帖8 0 0 0n g r r l l 一，检测限为o 0 3n g r r 以，并且该电极制作简单，响应灵敏，用 于实际样品的测定中令人满意。 第二部分：化学修饰电极的研究 4 采取自组装方法吸取5u lo 0 2 的n a f i o n 乙醇溶液滴涂于铂电极表面形成一层稳定 的修饰膜，然后将修饰电极浸泡在纳米氧化铜( n o c u o ) 的水溶液中，利用n a f i o n 具有多 孔的网状结构可以将铂，钯等纳米颗粒渗透进去的特点将纳米氧化铜修饰到电极上，制备出 性能优良的h 2 0 2 传感器，实现了对h 2 0 2 的直接电催化。相对于生物传感器来说，该方法克 服了修饰在电极表面的酶容易变质的缺点，并且该方法使得传感器的灵敏度有了很大的提 高。研究结果发现，在优化的实验条件下，该生物传感器在1 5 1 0 一7 9 0 1 o - 3m o l l 1 范围内 对h 2 0 2 有良好的线性响应，检出限为6 o x lo _ 8r n 0 1 - l - 。( s 小= 3 ) 。此外，该传感器具有较高的 灵敏度和良好的重现性，在h ：o ：的测定方面有着很广泛的应用前景。 关键词：生物传感器纳米金纳米硫化镉纳米氧化铜化学修饰电极 i i 两南大学硕士学位论文a b s c t t h ea p p l i c a t i o no fn a n o p a r t i c l e si nt h eb i o s e n s o r sa n d t h es t u d yo fc h e m i c a l l ym o d i f i e de l e c t r o d e s i n o r g 肌i cc h e m i s 仃ym a s t e rp o s t g r a d 似e ：x i 觚g m i nm i a o s u p e i s o r ： p r o f c s s o ry a q i nc h a i a b s t r a ct f m m1 9 9 0 s ，n a n o p a n i c l e sh a v eb e c l lw i d e l yd e v e l o p m e n t ，m 和ys t l l d i e sh a v eb e e nr e p o r c 酣 a b o u tm n o p 枷c l e s p r e p a r e t i o na 1 1 di r 叩r o v e m e m ，a 士l dt h e yh a v eg o t t e nt h eb e s ti n t e r e s ti nt h e a p p l i c a t i o no f m a n y a r c a sb e c a u s eo f m e i rc a t a l y z ed l a r a c t e r i s t i c s 1 沁c e n t l y ，n a i l o p a r t i c l e sh a v eb e c i l t 1 1 ef u n d a m e l l t a l l yc l a s so fm a t e r i a l si nt h ep r e p a f a 石o no fm eb i o s e n s o rd u et om e i rp h y s i c a la n d c h e i l l i c a lp r o p e r t i e s h lr e c e my e a r s ，e l e c 打0 c h e r n i c a lb i o s e n s o rh a sb e e nw i d e l yu di nc l i n i c a ld i a 霉l o s 石c s ， b i o c h e i l l i c a la i l a l y s e s ，c i l v 怕舢e n t a lm o l l i t o 血ga 1 1 df b h o dq u a l 竹c o n 仃0 1 ，b e c a u s eo f i t sm e r i t ss u c h a ss i m p l ep r 印a m t i o n ，h i g hs e n s i t i v i t ya n ds e l e c t i v i t yh o w e v e m es n l d yo fe x c e l l e n tm e t h o d s 锄d n e wm a t e r i a l su s e dt oi m m o b i l i z eb i o m o i e c u i e si so n eo ft h ei “驴o r t a l l tw o r k si nt l cd e v e l o p m e n to f t l l ee l e c 缸d c h e r n i c a lb i o s e l l s o r h lt h 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e dm ee l e c 仃o c h e m i c a lc h a r a c t e r so f t l l eb i o 1 l s o ru s 吨 1 西南大学硕士学位论文abstract c va n de i s n l ee x p e r i m e n i ss h o w e dt l l a tl l l ec o r 印o s i t ef i l mc o u l ds i 印m c a n t l yr e t a i ni h ec a t a l y t i c 孔6 v 时o f t h ei n n o b i l i z e de 蝎仰e t h ep r o p o s e ds e n 舳rh a da 胁tr e s p o n s et oh 2 0 2 ( 1 0s ) a i l d m ec a t a l y t i cc u 丌e n t sh a dal j n e a rr e l a t i o n s h i pw i t l lt l l e h 2 0 2c o n c e n t r a t i o ni n t h er a n g eo f 3 0 1o 叱8 o x1o - 3m 0 1 l 1 w i mad e t e c t i o nl i m i to f1 2 x1 0 击m o i - l - t h eb i o s e i l s o re x h i b n e d 蠡s t f e s p o n s e ，h i 曲s e n s i t 州t ya l l d9 0 0 ds t a b i l i 砂 ( 2 ) an o v e la n d e f f b c t i v ee l e c t m c h 咖c a li m m l m o s e 璐o rf o rm e 阳p i dd e t e r n l i n a t i o no f q 一1 - f e t o p m t e i l l ( a f p ) ，b 船e do ne l e c 仃o s 协t i ci n t e m c n o no fc d sn a l l o p a n i c l e s ( n a l l o c d s ) a n d “o n i n 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o rg o mn a n o p a 州c i e sc d sn a n o p a n i c i e sc u on a n 叩a r t j c bc h e m i c a l i y m o d i f l e de i e c t i d e s v 独创性声明 学位论文题目：纳苤越料查垒塑焦蹙墨生鳇廑周丞丝堂堡笪皇撵蝗班 塞 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 标注。 学位论文作者：哲向钦签字日期：1 0 0 吾年月尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 学位论文作者签名：萄内坎导师签名： 签字日期：2 阳1 年4 月，p 日签字日期： 些确珍 伊g 年岁rl 甚 西南人学硕士学位论文第一部分第1 章 第一部分纳米材料在生物传感器中的应用 第1 章绪言 1 1 生物传感器 1 1 1 生物传感器的定义 将具有生物功能的分子识别单元引入由导体半导体制作的电极，通过生物物 质来识别测定对象所产生的物理或化学信号，并通过换能器将变化信号转换为电 信号，从而达到测定待测物质的目的的具有特殊功能的生物机制称为生物传感器【l “。最近，国际纯粹与应用化学联合会( i u p a c ) 也对生物传感器制定了一个的定义 【3 】，即：一个生物传感器是一个独立的( s e l f _ c o n t a i n e d ) 集成器件，它能够通过利用 与换能器元件保持有直接接触的生物识别成分( 生化感受器) 产生特定的定量的 或半定量的分析信息。 1 1 2 生物传感器的结构 j 分子识别部分( 感受器) ：将一种或数种相关生物活性材料固 生物传感器 41 ，定在其表面( 也称生物敏感膜) 转换部分( 换能器) ：把生物活性表达的信号转换为电、声 1 1 3 生物传感器的原理和特点 生物传感器是以生物活性单元( 如酶、抗原、抗体、微生物和动植物组织) 作 为敏感元件i “，通过各种物理化学换能器把传感器的敏感层与复杂样品中的特定目 标分析物之间( 如酶与底物、抗体与抗原、外凝集素与糖蛋白、核酸与其互补片段 之间) 识别反应产生的光、热或消耗( 生成) 的化学物质转变为电信号，再经电子仪 器对这些信号进行处理而成为人们可以掌握的信息的一种将生物化学反应能转换 成电信号的分析测试装置【7 引，其工作原理如图1 1 所示。相对于其它分析器件，生 物传感器具有体积小、成本低、灵敏度高、选择性及抗干扰能力强、响应快和可 重复使用等优点【9 】。因此，在基础研究、临床化学和诊断、农业和畜牧兽医、生物 化学分析、环境监控与保护等领域有广泛的应用【1 ”。 从上面的介绍，我们可以总结出传感器的三个主要特点： ( 1 ) 简便快速准确，且可重复使用。 ( 2 ) 根据生物反应的特异性和多样性，可用于所有生物物质的测定。 ( 3 ) 可连续分析，联机操作。 - 瑁一目日硼髑 f i g u r e1 2c l a s s i n c a t i o no f t h eb i o 始n s o r ( 2 ) 按换能器的种类分类 按换能器的不同又可将生物传感器分为电化学生物传感器( e l e c t r o c h e m i c a l b i o s e n s o r ) 2 5 。2 7 l 、光生物传感器( o p t i c a lb i o s e n s o r ) 吲、热生物传感器( t h e m a l b i o s e l l s o r ) f 2 9 】、半导体场效应晶体管生物传感器( s e t t l i c o n d u c t i v cb i o s e n s o r 倍i o f e t 2 西南大学硕士学位论文第一部分第1 章 m 3 1 1 和压电晶体生物传感器( p i e z o e l e c t r i cc r y s t a l b i o s c n s o r ) 【3 2 3 3 1 等。目前，由于电 化学生物传感器具有测定选择性好、灵敏度高、可在有色甚至浑浊试液中进行测 量和所需的仪器简单、便宜等优点而广泛的用于传感器的制备。同时，电化学生 物传感器又包括电位式、电流式和电导式三种 3 4 3 6 】。 ( 3 ) 按检测对象的多少分类 按检测对象的多少分为单功能型和多功能型两类。 1 1 5 生物传感器的发展历程和展望 1 9 6 2 年电化学分析专家c l a r k i 】嫁接了酶法和i s e 技术，将酶与各种电化学 技术结合起来，构成了新的分析装置“酶电极( e 1 1 z y m ee l e c t r o d e ) ”，使酶电极的 雏形得以产生。但这类电极所用的酶是溶解性的，难以重复使用。1 9 6 7 年， u p d i k e 37 1 解决了这一问题，采用当时最新的方法，将葡萄糖氧化酶固定在c l a r k 的氧电极表面，制备了测定生物组织和溶液中葡萄糖的第一支酶电极，该电极的 问世标志着生物传感器的诞生。1 9 7 5 年k a r u b e 和j 锄a t a 分别报道了测 b o d 的微生物传感器和测抗原的免疫传感器；1 9 7 7 年r e c h i l i t z 【4 0 】报道了测精氨 酸的微生物传感器。随后，又相继出现了细胞器传感器、细胞传感器和组织切片 传感器，这些研究标志着国际上已开始对生物传感器进行广泛的研究。8 0 年代 初，生物传感器不再仅仅局限于生物反应的电化学过程，而是根据生物反应中产 生的信息来设计更灵敏的探测装置，如：1 9 7 4 年，m o s b a c h 和d 锄i e l s s o nb 发 明了热生物传感器；1 9 8 0 年l u b b e r s d w 和o p t i z n 4 2 1 发明了酶光纤传感器； 1 9 8 3 年g i u l b a u l t 和l i e d b e r gb 等【“1 分别报道了压电晶体酶传感器和表面等离 子共振( s p s u r l c ep l a s m o nr e s o n a n c e ) 方法。在功能方面，生物传感器已经发展 到活体测定、多指标测定和联机在线测定，检测对象包括近百种常见的生物化学 物质，在临床、发酵、食品、化工和环保等方面显示了广泛的应用前景。 1 9 9 0 年5 月初，几百名各国科学家在狮城新加坡举行了生物传感器领域具 有历史意义的“首届世界生物传感学术大会一b i o s e n s o r s 9 0 ”，标志着 生物传感器已经成为一个独立的新兴的高科技领域。 统计发现，自2 0 世纪8 0 年代生物传感器研究全面展开以来，在国际上就得 到了迅速的发展，取得了显著的成绩。但是，如果要求生物传感器象部分物理传 感器那样在各种环境中长期稳定的工作，科学家们将还有漫长的路要走。 随着生物传感器在食品、医药和环境等领域应用范围的扩大，对其提出的要 求就会更高，未来传感器将主要在三个方面进一步发展：第一，传感器的功能会 不断发展，在数以千计的生物物质和众多的化学物质中，已能用传感器进行测定 的只不过百十种，潜力很大；第二，将不断出现以新原理和新器件组成的传感器， 西南大学硕十学位论文 第一部分第1 苹 如：导电生物传感器和集成光分子生物传感器等：第三，传感器将在相对稳定的 基础上向微型化、智能化和集成化的方向发展。现在，随着人们对生物体认识的 不断深入和科学技术的不断进步，生物传感器将走进我们的生活。生物传感器不 仅现在是研究的热点，而且也将成为今后发展的主流，它将在药物的发现和筛选、 疾病诊断、生物信息遥测和基因检测分析等方面有广泛的应用前景。 1 2 纳米材料 1 2 1 纳米材料的定义 一般，把粒径在o 1 彻一1 0 0 啪范围的粉末或晶粒定义为纳米材料，其制造技 术称为纳米技术。由于晶粒细小，使其晶界上的原子数多于晶粒内部，即产生高 浓度晶界，因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能，如强度和硬度增 大、高电阻和高电导率等【4 5 ，4 “。事实上，纳米材料是指三维空间尺度至少有一维 处于纳米量级( o 1 l l i i i 1 0 0 岫) 的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间 的纳米粒子所组成的新一代材料【4 7 1 。 1 2 2 纳米材料的分类 纳米材料有不同的分类方法，现分别叙述如下： 纳米材料按其结构可分为四类【4 8 】：晶粒尺寸至少在一个方向上在几个纳米范 围内的称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料：具有纤维结构的 称为一维纳米材料；具有原予簇和原子束结构的称为零维纳米材料。 纳米材料按其化学成分可以分为以下几类：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、 纳米玻璃和纳米高分子等【4 9 】。 纳米材料按材料物性可以分为以下几类：纳米半导体材料、纳米铁磁体材料、 纳米非线性光学材料、纳米超导体材料和纳米热电材料等。 纳米材料按应用目的可以分为以下几类：纳米电子材料、纳米磁性材料、纳 米发光材料、纳米隐身材料和纳米生物材料等5 0 1 。 1 2 3 纳米材料的特性 ( 1 ) 纳米材料的宏观性能 热学性能0 5 1 1 纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规微粒低得 多。由于颗粒小，纳米微粒的表面能高，比表面原子数多，这些表面原子近邻配 位不全，活性大，体积远小于大块材料的纳米微粒，熔化时所需增加的内能要小 的多，这就使得纳米微粒熔点急剧下降。例如，大块p b 的熔点为6 0 0 k ，而2 0 砌 球形p b 微粒降低2 8 8 k 【5 0 】。 4 西南大学硕士学位论文第一部分第l 章 磁学性能纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有 常规磁晶粒材料所不具备的磁特性。主要磁学特性可以归纳如下：超顺磁性、矫 顽力、居罩稳度5 2 1 和磁化率5 ”。 光学性能斟l 纳米粒子的一个重要标志是尺寸与物理特征量相差不多。与此同 时，大的比表面积使处于表面态的原子和电子与处于小颗粒内部的原予和电子的 行为有很大的差别。这种表面效应和量子尺寸效应导致了纳米微粒具有特殊的光 学特性。主要表现在以下几个方面：宽频带强吸收、蓝移和红移现象、量子限域 效应、纳米微粒发光和纳米微粒分散物系光学性质。 光催化性能光催化是纳米半导体独特的性能之一。这种纳米材料在光的照射 下，通过把光能转变为化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的过程称为光 催化陋5 7 1 。 力学性能由于纳米晶体材料有很大的比表面积，杂质在界面的浓度便大大降 低，从而提高了材料的力学性能。 电学性能由于晶界上原子体积分数的增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶体 材料。 ( 2 ) 纳米材料的微观特异性 表面效应固体表面原子与内部原子所处的环境不同。当粒子直径比原子直径 大时，表面原子可以忽略。当粒子直径逐渐接近原子直径时，表面原子的数目及 作用就不能忽略，而且这时粒子的比表面积，表面能和表面结合能都发生很大的 变化，人们把由此引起的种种特殊效应称为表面效应【58 1 。纳米粒子随着粒径的减 小，表面原子数迅速增加，同时比表面能也迅速增加。由于表面原子数的增加， 原子配位不足及高的表面能，使表面原子具有很高的活性。从而产生表面效应。 体积效应由于纳米微粒是由无限个原子或分子组成，当纳米微粒的体积减少 时，改变了原来由无数个原子或分子组成的集体属性。如金属纳米微粒的电子结 构与大块金属皆然不同。这就是纳米粒子的体积效应。 量子尺寸效应当纳米粒子的尺寸下降到一定值时，金属粒子费密能级附近的 电子能级由准连续变为离散能级：并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据 的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，而使得能隙变宽的现象，被称 为纳米材料量子尺寸效应【5 9 l 。 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，如微颗粒的磁化强度和量子相干器件中的磁通量等也具有隧 道效应，称为宏观的量子效应。 西南大学硕士学位论文 第一部分第l 章 1 2 4 纳米材料的制备 目前，纳米材料的种类繁多，结构各异，故纳米材料的制备方法也有很多种。 但每一种制备方法要依据具体的制各对象和要求确定具体工艺路线和工艺参数。 ( 1 ) 化学合成法制备纳米颗粒： 合成超细纳米颗粒是在含有可溶性盐或旋复盐的水溶液或沸水溶液中发生反 应，一旦溶液被产物过饱和，就会由均相成核过程或非均相成核过程形成沉淀。 核一旦形成，便会通过扩散不断长大，而形成分布非常窄的单分散性颗粒。 ( 2 ) 金属与金属间化合物的制备 水溶液法【6 0 1 ：在水溶液法中，利用把具有不同p h 值的金属盐溶液还原的方法 制备超细粉末。所用的还原剂可以是气体或液体，水溶液中的金属离子由氢还原 生成金属粉末。例如，纳米尺寸的铁磁粒子可以由还原金属盐、水化钠及钾硼氢 化物制备。当采用水溶液法制备时，优点是可以在较低的温度下制各非晶纳米铁 磁粒子。 有机溶液法：超细粒子也可用有机或有机金属试剂合成，金属胶体可以用过渡 金属碳化物，此外，化学溶胶一凝胶法是一种可用来制备纳米粉体、膜、纤维和 单体的方法。 复合物的制备1 6 l 】：用化学法合成复合粉体，能够在分子水平上实现化学均匀 性，也能将粒径控制在纳米级的范围。例如，w c ，c o 复合物纳米材料的制备：前 驱体溶液首先要气化，在快速喷雾干燥得到极细的钨盐和钴盐混合物，经h 2 还原， 在流化床中与c 0 反应后即可得到纳米相的w c c o 粉末。 ( 3 ) 溶胶凝胶法制备纳米结构材料 溶胶一凝胶方法用一种或多种醇盐的均匀溶液作原料。醇盐是制备氧化硅、 氧化铝、氧化钙及氧化锆的有机金属l ；i 驱体，可用一种催化剂来启动化学反应并 控制p h 值。首先，反应使溶液活化水解，然后是沉积聚合并伴随进一步的水解， 这些反应增加氧化物聚合物的分子量。水和醇的混合物的p h 值对聚合的方式有一 定的影响，使用酸催化的溶液保持透明，而用碱催化的溶液是不透明的。最后， 反应进行到分子的结构时就不再是可逆的。这一点称为溶胶一凝胶的转变点。凝 胶是一种弹性固体，它的体积等于装有凝胶的容器的体积。 ( 4 ) 由饱和蒸气制各纳米团簇和纳米颗粒 利用饱和蒸气制备纳米团簇和纳米颗粒时，首先要使蒸气相达到过饱和状态， 实现过饱和蒸气的方法有喷射膨胀法、热蒸发法、溅射法、电子束照射法、激光 6 两南大学硕士学位论文第一部分第1 章 烧蚀法、火花腐蚀法和火焰法。纳米团簇的生成法包括有机物的超音速膨胀、激 光蒸发和激光分解等。纳米颗粒的制备方法包括溅射法、热蒸发法和激光法等。 1 2 5 纳米材料的应用 ( 1 ) 在化工产品中的应用吲 利用纳米超微粒子高的比表面积与高的表面活性可以显著地增进催化效率， 国际上已作为第四代催化剂进行研究和开发。它在燃烧化学和催化化学中起着十 分重要的作用。例如在火箭发射的固体燃料推进剂中添加约l ( 质量) 超细的n i 微粒，每克燃料的燃烧热可增加一倍。 ( 2 ) 在环保健康方面的应用 纳米z n o 、f e 2 0 3 、t i 0 2 等半导体纳米粒子的光催化作用在环保健康方面有广 阔的应用。此外，纳米技术在抗茵、防腐、除味、净化空气和优化环境方面有很 大的用途。 ( 3 ) 在医药卫生方面的应用韶】 纳米技术制各的纳米级微粒或有机小分子将更有利于人体吸收，提高药物的 效能。有些纳米金属粒子是嗜菌体，纳米半导体氧化物是抗茵体，二者在健康卫 生领域有广阔的应用前景。 ( 4 ) 在电子功能材料中的应用删 纳米磁记录介质 磁记录是信息储存与处理的重要手段，随着科学的发展，要求记录密度越来 越高。8 0 年代