纳米生物技术与材料第1章绪论

纳米生物技术和材料，第一章概论第二章纳米生物技术前沿第三章纳米生物材料第四章纳米药物载体第五章纳米生物传感器和诊断技术第七章纳米技术在分子生物学中的应用，内容，1.1基本概念1.2纳米技术开发历史1.3国内外研究概述和国家发展战略1.4医学领域中的应用1.5农药领域，第一章概论，纳米红细胞直径约为68m。细菌是200-600nm。病毒只有101纳米，纳米技术(Nanotechnology)是在纳米尺度空间操作原子和分子，加工物质，制造具有特定功能的产品，或研究物质及其结构，了解其原子、分子运动规律和特性的综合技术体系。与纳米级空间为0.1至100纳米相关的个物质级别(mesoscopy)，researchandtechnologydevelopmenttimeounderstandandcontrolmattertdimensions1991年，国际纳米技术指导委员会将纳米技术分为纳米电子、纳米物理学、纳米化学、纳米加工学、纳米生物学、纳米仪器等六个领域。纳米技术开发的三个主要方向：纳米材料学、纳米电子和纳米生物学、纳米材料纳米水平的超粒子组成的固体材料，其结构单位或特性维度大小在纳米水平上各纳米单位之间有一定的相互作用。从化学角度来看，纳米材料是原子数在103到109之间的原子或分子的一种集合体。微物质和其他纳米材料的奇点现象：低熔点、高比热容、高膨胀系数高反应活性、高扩散率高强度、高韧性特异磁性强吸收力、F-117A隐形战斗机、熔点降低au 10642 nmau 327Cu 32720nm Cu 337 表面(界面)效果：表面原子比表面大，表面原子分数大的表面原子缺少相邻原子，不饱和(化学活性增加)表面能量高，吸附作用强，体积容易积累的效果(小尺寸效果):与光、电、磁、化学特性和块状材料相比，熔点发生了很大变化，体积材料的相应值(冷压) *粒子大小与表面原子数的关系，*原子间距为0.3纳米时，表面原子只有一层，表面原子所占的比例粗略估计见上表。量子大小效应粒子大小下降到一定值时，金属费米水平附近的电子水平从准连续转变为离散能量的现象，纳米半导体粒子的离散最高水平与分子轨道的比重最低的分子轨道能量水平的能量差距扩大的现象称为量子大小效应，形中是相邻的电子水平间隔。n是金属纳米粒子的导电电子总数。EF是费米能级，kubo理论，纳米粒子趋向于电中性，Ag粒子在温度1K时量子尺寸效应(导体到绝缘体)，临界粒子大小为20nm。电子能隙，d更大，d更大，2维材料(量子阱)，如纳米材料分类，0维材料(量子点)纳米粒子，原子簇等一维材料(量子线)3354纳米线，纳米棒，纳米管，纳米带，纳米环根据纳米阵列、纳米复合等维度，大致可以分为3个阶段。第一阶段(1990年以前)主要是进行纳米材料合成方法和材料特性研究。研究对象通常仅限于单单相材质。在第二阶段(1994年以前)，利用纳米材料的奇特物理、化学和机械特性设计了纳米复合材料。第三阶段(从1994年到现在)功能性纳米结构的组装，是纳米材料领域的尖端。生物技术(Biotechnology)是应用有机体(包括微生物、动物细胞和植物细胞)或其组成部分(细胞器官和酶)，在最佳条件下生产宝贵产物或进行有益过程的技术。现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程、生化工程、蛋白质工程、抗体工程等。纳米生物技术(nano biotech)，纳米结构是生命现象的基本物质蛋白质，DNA，RNA，病毒，在1-100nm范围内的光合作用，在“纳米车间”，细胞的部分结构单元是执行某种功能的“纳米机器”，细胞是“纳米工厂”生物分子在新的功能材料、生物传感器、生物电子和医学领域得到广泛应用，纳米生物技术使这些应用成为可能，同时纳米生物技术也使探索这些生物分子的结构和作用过程成为可能，促进了纳米生物技术的快速发展。纳米生物技术(Nanobiotechnology)，译者的话 marhonorogy，2007，纳米生物技术是指用于研究生命现象的纳米技术，其目的是利用分子水平(纳米)的有机或无机物操纵技术解决当前的生物学问题。不仅仅是使产品变得精细，而是通过控制分子的行为，控制组织和细胞，有效控制纳米材料或复合物本身的多样性和与生物系统的相互作用。使用纳米生物技术，新的纳米技术来解决和研究生物学问题。利用生物大分子制造分子装置，模仿和制造类似生物大分子的分子机器。纳米技术的最终目的是制造分子机器。分子机器的灵感来自费曼等认为是自然分子机器的生物界存在的众多生物分子。从这个意义上说，纳米生物技术应该是纳米技术的核心领域。纳米生物技术的研究范围，纳米生物材料药物和转基因纳米载体纳米生物相容性人工器官纳米生物传感器和成像技术利用SEM分析蛋白质和DNA的结构和功能.以提高疾病的早期诊断和治疗效果为目的，纳米生物学技术目前正在研究的热点集中在分子马达、硅-神经细胞系统及与DNA相关的纳米系统和设备上。与此同时，利用纳米技术直接观察和研究细胞，可以更有效地研究物质代谢、能量代谢或一些不治之症的发病机制等生理现象。第一阶段开发的重点是精确控制具有100个或100个以下原子数的纳米结构物质。(5亿美元)第二阶段纳米结构材料生产(50-200亿美元)第三阶段复杂纳米结构材料的批量制造(100-1000亿美元)第四阶段纳米计算机制造(2000-10000亿美元)1984年德国科学家用纳米块压制了6纳米金属粉末。世界上第一个纳米材料制造的“IBM”，1990年7月第一次国际纳米技术会议，在镍表面刻有35个氙原子，在美国巴尔的摩正式诞生了纳米科学技术，1.2纳米技术的历史，物理学家RichardFeynman1959年底层还有很大空间如果我们用某种方法控制物体的小规模排列，我们将看到物体具有巨大的异乎寻常的特性，物质性能丰富的变化。1982年，美国IBM成功开发了原子分辨率扫描隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscope，STM)。STM的出现使人类首次能够实时观察单原子物质表面的排列状态和与表面电子行为相关的物理、化学性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中具有重要意义和广泛的应用前景，被国际公认为20世纪80年代世界十大科学成果之一。扫描显微镜(ScanningTunnelingMicroscope，STM)、贝内西博士(GerdK)。Binnig)和劳雷尔博士因STM的发明共同荣获1986年诺贝尔物理学奖。赫林里奇罗赫尔，格德克。bin nig、unstrucka(德国)、SPM用极其微小的探针(最尖端只有一个原子大小)对物质表面进行排队扫描(利用隧道电流或高度的变化)，得出扩大了数亿倍的表面形态。如果探针和样品表面的间距小于纳米，那么从现代量子力学的角度来看，探针末端的原子和样品表面的原子具有特殊的作用力，其力随着距离的变化很明显。探针前后扫描采样曲面时，沿采样曲面的外观上下移动。独特的反馈系统总是保持探针的力和高度不变，一束激光在悬臂梁上以性能反射，可以实时提供高度偏移值。可以记录采样曲面，最终生成三维曲面地图。扫描探针显微镜(scanningprobe microscope，SPM)、SPM可以测量非导电样品，也可以测量分子间作用力的大小。在对DNA、某些酶和特殊蛋白质分子的观察研究中，发现了一些生物大分子的新特性。使用了人体内各种正常组织和细胞的微观形态观察，可以揭示纳米水平上肿瘤细胞的形态特征。1984年德国萨尔大学Gleiter等公司首次利用惰性气体蒸发冷凝液制造了具有干净表面的纳米Fe、Cu、Pd等金属粉末。然后在真空中原施加压力，得到纳米固体。之后，在室温下，纳米TiO 2陶瓷表现出良好的韧性，改善陶瓷脆性的希望引人注目。1991年，日本NEC的物理学家鲍瑟姆程先生发现了碳纳米管。1996年，美国莱斯大学化学家R.Sm