纳米材料与纳米技术rr.docx

纳米材料与纳米技术论文纳米材料在医疗器械中的应用及常见制备方法学号：205080120 姓名：郭鑫0 引言随着纳米技术研究的不断深入,各种各样的纳米材料被赋予了更多更好的性能,已被广泛应用到建筑涂料、环境净化、医疗、医药、陶瓷、塑料、纺织品、纸制品、化妆品等领域，伴随着医疗器械行业的迅猛发展,各种各样的纳米医疗器械也越来越多地应用于临床，我国尽管对纳米技术的研究起步较晚,但近几年纳米技术产品层出不穷,尤其在医疗器械行业。本文简单综述了纳米材料在医疗器械中的应用、合成与制备中常用的几种方法。1 纳米材料在医疗器械中的应用1.1 纳米银在医疗器械中的医用在多种使用了纳米技术的医疗器械中，目前应用最广泛的是纳米抗菌剂，如纳米ZnO、TiO2、SiO2、纳米银以及SiO2与纳米银的复合抗菌剂等，其中又以纳米银作为抗菌剂最为普遍。我国已经发放的国内企业生产的涉及纳米技术的医疗器械产品有医用绷带、敷料、贴剂、凝胶剂、栓剂、洗液、泡腾片、喷雾剂、冲洗器、避孕套等多种不同的规格型号，但所有产品都基于纳米银的抗菌机理。纳米银抗菌敷料主要是将含纳米银的抗菌剂与医用纱布或非织造布进行有效复合，由于纳米银粉体对各种纤维材质无亲和力，因此需借助无毒、对皮肤无刺激性过敏反应，一次性牢固好的粘合剂1，纳米银敷料较之传统灭菌纱布在抗感染促进伤口愈合方面有明显优势，并能延长换药时间间隔，有效缩短治疗时间。关于纳米银的杀菌作用原理，多数学者认为超细状态银由于其比表面积极大，遇水或在水溶液中产生银离子2，银离子扩散到微生物的细胞内，破坏细胞内的蛋白质结构，引起细胞代谢障碍。也有人认为纳米银颗粒利用其小尺寸效应和表面效应，可直接进入菌体与氧代谢酶(SH)结合，使菌体窒息而死；能和细菌细胞壁上暴露的肽聚糖反应，产生可塑性化合物，阻止病菌活动，杀死病菌；银可以和病原体的DNA结合，导致细菌DNA结构变异,抑制了DNA复制，导致病菌失去了活力。纳米银粒子通常在低浓度下可显示抗菌效能，其抗菌性与纳米粒子的总表面积有关3,与目前使用的所有抗生素不同，细菌对银离子不产生耐药性4。1.2 纳米陶瓷在医疗器械中的应用纳米陶瓷是20世纪80年代中期发展起来的一种新型纳米材料，纳米陶瓷的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平，决定陶瓷性能的主要因素是晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状，其中最主要的是晶粒尺寸问题5。由于晶粒等的小尺寸效应和表面效应，使纳米陶瓷的强度、硬度、韧性和超塑性都大为提高，在室温下就可以发生弯曲变形和塑性变形，TiO2( 晶粒8nm)和CaF2这两种纳米陶瓷在180C时，在外力作用下出现正弦型塑性弯曲变形，即使是已经有裂纹的TiO2 纳米陶瓷也还能承受一定程度的塑性弯曲而不会造成裂纹扩展。传统的氧化物陶瓷已经是生物医学的一种重要材料，如人工骨骼、人工关节、骨螺钉、人工齿、耳听骨修复体等，利用纳米陶瓷的优越性能,人工器官的制造和临床应用的范围得到了进一步扩大。1.3 纳米碳管在医疗器械中的应用纳米碳管是1991年在实验室里发现的，是一种新型纳米材料。纳米碳管是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取SP2杂化，相互之间以碳- 碳 键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架，它是碳的一种同素异形体，由几十到几百个碳原子所构成。纳米碳管有各种形态，其中最简单的纳米碳管为“单壁碳管”，其直径约为0.4nm，最长不超过100nm；更常见的纳米碳管为多层碳管，称为“多壁碳管”，由多个同心圆筒状碳原子所组成，其直径最大可达100nm，长度可达数百微米。在形形色色的纳米材料中，纳米碳管这一全新材料的未来，最为医疗器械业人士看好，所以，纳米碳管一经发现，就引起了各国科学家的广泛关注，积极致力于各种相关新产品的开发和研究，德国巴斯夫公司和拜耳公司均为国际纳米碳管开发商中的佼佼者。当然，目前纳米碳管在医疗器械中的应用大多处于研究试验阶段，还没有真正使用于临床。纳米碳管的伸缩性和灵敏度超过了迄今任何人造材料，具有良好的表面、机械和电学特性，而且随着外加电压的变化，碳管的长度会规律地伸展或收缩，利用这一特性，可制成人造肌肉纤维，用于人类肌纤维的移植和修复6。据2008年4月16日澳大利亚广播公司网站报道，美国的科学家日前称，他们最近以碳纳米管作为电极，取代传统材料中含金属的膜，成功地研制出一种新型的人造肌肉，克服了有些人造肌肉因为体积大而撕裂，产生不平衡的膜厚度和不规则粒子，从而导致肌肉失灵的缺点，它的伸缩性和自我愈合的能力可以和人的肌肉相媲美。纳米碳管在修饰电极、原子显微镜探针、气体传感器等方面的研究正方兴未艾，相信在不久的将来，它们将在临床检验、检测、诊断、对病人的监控等方面，产生更大的作用。1.4 其他纳米医疗器械美国科学家利用纳米技术，正在开发一种能拉近和分析远处目标的电子隐形眼镜,“科学现场”网站2008年1月18日报道，美国桑迪亚国家实验室研究人员哈维何本周宣布,首次成功地把一个电路和照明体植入普通隐形眼镜中，尽管样品尚未能实际应用，但已经证明它的无害性。新华网华盛顿12月2日报道，美国科学家发表的研究报告说，从疑似肿瘤患者身上提取样本，将它们放在纳米级的显微镜下检验，研究人员用探针向样本中的每一个细胞施以微弱电压，探针的另一头与一个机械臂相连，通过对比癌变细胞与正常细胞的弹性差别，能帮助医生提高癌症诊断准确率。另据报导，2007年上海有机所研制成功的纳米功能吸附材料，不仅可以起到明显的过滤作用，且成本相对低廉，为体外净化血液提供了一种有效的方法，若能设计成医疗器械应用于临床,可有效滤除高血脂患者血液中的低密度脂蛋白。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7,从而制备纳米材料。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。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8。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。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。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。3 结论3.1纳米材料在医用与制备方面所得结论（1）纳米材料作为一种新型高性能材料，已越来越受到世界各国科学家的关注，随着人们对纳米材料研究的不断深入，新型的纳米医疗器械产品将层出不穷，医疗器械的性能也会因为纳米材料的介入而不断提高。（2）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。4 展望纳米科技与生物医学的结合和相互渗透，为生物医学技术研究提供了重大的创新机遇和诱人的市场前景，发现新型、高效的纳米颗粒药物、纳米医用器械作为医用设备体系是今后发展的一个重要方向。新型、快速、稳定的纳米成像材料的发现必会为疾病的早期诊断和治疗带来巨大变革。但是新技术出现的同时也面临着新的挑战。如何建立健全评价纳米材料和纳米药物、器械的效用及安全性的标准评价体系和检测方法，以及如何健全纳米生产企业的监督管理办法以保证生物和环境安全也是刻不容缓的。总的来说，进一步发展纳米生物医学需要物理、化学、生物学、医学，数学、计算机等多个学科领域的研究者齐心协力共同合作和努力来完成。5 参考文献1 王鸿博，王锦嫣，王强，纳米银抗菌非织造布研究N，纺织学报，2006年7月，第27卷，第7期：34.2 张媛媛，孙皎，纳米银作为抗菌材料的生物安全性研究进展N，中国医疗器械杂志，2007年31卷第1期：36.3 Baker C, Pradhan A, Pakstis L. et al, Synthesis andantibacterial properties of silver nanoparticlesN. NanosciNanotechnol, 2005, 5(2): 244.4 Demling RH, De Santi L, Effects of sliver on woundmanagementJ. Wounds, 2000, 13(1supplA): 1.5 凌翔,金燕,纳米陶瓷