生物材料学PPT课件

.,1,纳米生物材料的概述,纳米生物材料是指在三维方向上至少有一维处于纳米尺度范围（1100nm）的生物用材料。,.,2,纳米生物材料的概述,与一般的纳米材料一样，纳米生物材料也具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等基本效应。,在血管中运动的纳米机器人，它正在使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物。,.,3,纳米材料的发展历史,纳米材料的应用其实很早就有了，只是没有上升成纳米材料的概念。早在一千多年前，我国古代利用燃烧蜡烛收集的碳墨作为墨的原料及染料。这是应用最早的纳米材料。,我国古代的铜镜表面长久不发生锈钝，经检验发现其表面有一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜。以及十八世纪中叶，胶体化学的建立，科学家们开始研究直径为1-100nm的粒子系统。这种液态的胶体体系就是现在所说的纳米溶胶。,.,4,纳米材料的发展历史,1990年7月在美国巴尔的摩召开的国际第一届纳米科学技术学术会议上确定把纳米材料正式作为材料科学的一个新的分支。1990年七月以前作为纳米材料发展的第一阶段，在这之前，从20世纪60年代末开始，人们主要在实验室探索用各种手段制备不同材料的纳米粉末，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性，但研究大部分局限在同一材料。在这一阶段中最值得一提的是1985年发现的碳纳米原子团簇-C60。这种材料的研制成功使人们看到它具有普通尺寸碳材料不具备的特殊性能。这种材料的碳原子数目是稳定的。纯的C60固体是绝缘体，但是采用碱金属掺杂后就成为导电性很好的材料，可以与金属相比。甚至成为超导体。同时发现C60在低温下呈现铁磁性。,.,5,纳米材料的发展历史,1981年科学家发明研究纳米的重要工具扫描隧道显微镜，原子、分子世界从此可见。1991年碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是铁的10倍，成为纳米技术研究的热点。,.,6,纳米材料的发展历史,美国戴顿大学教授戴黎明和佐治亚理工学院教授王中林、曲良体博士等合作，用纳米材料研制出一种仿生壁虎脚，它们既能在垂直的表面上轻松吸附重物，也能从不同角度轻松取下。这一最新成果发表在10月10日出版的科学杂志上。,.,7,纳米材料的发展历史,美国加州大学圣地亚哥分校和圣巴巴拉分校以及麻省理工大学的科学家们联合开发出一种可在血管中自由游动的纳米虫，它能像导弹一样寻找并直击肿瘤细胞而不会短时间就被身体免疫系统驱逐出血液。,.,8,纳米材料的发展历史,纳米机器人在清理血管中的有害堆积物-中国科学院合肥研究院的研究,中国科学院沈阳自动化所研制研制的纳米微操作机器人在1010微米的基片上刻出的字样,.,9,纳米材料的发展历史,重庆科研人员开发的“OMOM胶囊内镜系统”估计三年内可以上市。该药物像一颗胶囊，把它吞进肚里，消化道内的情景就可以像放电影一样在电脑屏幕上一目了然,.,10,纳米生物材料的分类,1、高分子纳米生物材料。2、陶瓷纳米生物材料。3、纳米生物复合材料。4、纳米组织工程支架材料。,.,11,纳米生物材料的前景,随着纳米材料和纳米技术在生物材料研究领域的不断发展，不同学科间的交叉和融合趋势也越来越明显，目前已经成为整个生物医用材料研究的热点，不断有新材料和新技术涌现出来。,虽然对纳米技术还存在争议，纳米研究还存在一些已知或未知的问题，我们毫不怀疑纳米改变这个世界的能力。只要合理使用，纳米会把我们的世界变得更美好！,.,12,谢谢观看。,制作者：苏勇、胡甜、许旺贵、张家玺。,班级：11111001,.,13,纳米组织工程支架材料,组织工程是运用工程科学与生命科学的基本原理和方法，研究与开发生物体替代物来恢复、维持和改进组织功能的一个学科。其基本思路是首先在体外分离、培养细胞，然后将一定量的细胞种植到具有一定形状的三维生物材料支架上，并加以持续培养，最终形成具有一定结构的组织和器官。,.,14,纳米复合材料,纳米复合材料是由各种纳米单元之间或与基体材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料。纳米复合材料包括三种形式,即由两种以上纳米尺寸的粒子进行复合或两种以上厚薄不同的薄膜交替叠迭或纳米粒子和薄膜复合的复合材料。从材料学观点来讲,生物体内多数组织均可视为由各种基质材料构成的复合材料,尤以无机-有机纳米生物复合材料最为常见,如骨骼、牙齿等就是由羟基磷灰石纳米晶体和有机高分子基质等构成的纳米生物复合材料。,.,15,陶瓷纳米生物材料,生物陶瓷无毒副作用，具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在生物医用材料的研究和临床应用中占有十分重要的地位。但是由于常规陶瓷材料中气孔、缺陷的影响，使得材料低温性能较差；弹性模量远高于人骨，力学性能与人骨不匹配，易发生断裂破坏；强度和韧性也不能完全满足临床上的要求，致使其应用受到很大的限制。纳米材料的出现和蓬勃发展，有助于提高生物陶瓷材料的力学性能和生物学性能。,.,16,高分子纳米生物材料,高分子纳米生物材料也称为高分子纳米微粒或者高分子超微粒，主要通过微乳液聚合的方法得到。由于高分子纳米生物材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，已经成为非常重要的纳米生物医学材料，在靶向药物、控释剂以及疑难病的介入诊断方面有着广阔的应用前景。,.,17,宏观量子隧道效应,宏观量子隧道效应是指纳米粒子的一些宏观量（如磁化强度）具有贯穿势垒的能力。这一效应限定了磁盘、磁带等存储介质的存储时间极限，因为它不但是未来微电子器件的发展基础，也是其进一步微型化的极限。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子将通过隧道效应而穿透绝缘层，使器件无法正常工作。因此，宏观量子隧道效应已成为微电子学、光电子学中的重要理论。,.,18,纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径减小而急剧增大所引起的性质变化称为表面效应。如图7-1所示随着粒子粒径的减小，表面原子数急剧增大。当纳米粒子的粒径为10nm时，表面原子数占总原子数的20%；当粒径减小到1nm时，99%的原子都集中到了粒子的表面。,表面效应,.,19,量子尺寸效应,当粒子尺寸下降到波尔量子半径附近时，金属费米能级附近的电子能级由准连续转变为离散能级，并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级而使能隙变宽的现象称为量子尺寸效应。当能级间距大于热能、磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，量子尺寸效应将会导致纳米微粒的电、磁、声、光、热性能发生显著变化，例如导电性能的转变以及光谱线频移。,.,20,小尺寸效应,当颗粒尺寸处于纳米尺度时，由于粒子包含的原子数很少，使得材料的声、光、电、磁、热等物理性质