纳米医药1-绪论

纳米医药参考书目《纳米医药》，徐辉碧主编，清华大学出版社，2004年《纳米技术与应用》，顾宁、付德刚、张海黔主编，人民邮电出版社，2002年《纳米生物医药材料》，李玉宝主编，化学工业出版社，2004年自然界中的纳米现象蛋白质、DNA、RNA、原子、病毒，都在纳米尺寸.Explorer3-Dimageshowingtheommatidiastructuresofamotheye(top)andhigherresolutionimage(bottom)showingananti-reflectivearray.STMimageshowingsingle-atomdefectiniodineadsorbatelatticeonplatinum.2.5nmscan

40x40nmscan禽流感病毒莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应”观音土——天然的纳米材料徽墨蜜蜂体内、海龟头部存在磁性纳米粒子——罗盘作用人体和兽类的牙齿是由纳米颗粒构成的第一讲绪论何谓纳米??纳米材料??纳米技术?为什么要了解纳米??学什么??怎么学??纳米——Nanometer纳米（nm），又称毫微米，如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位1nm=10-9m，也就是1毫米(mm)的百万分之一1nm相当于4倍原子大小头发直径（0.05-0.15mm）的十万分之一空间尺度的划分宏观(Macroscopic)微观(Microscopic)妙观(Picosopic)介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic):1~100nm

宇观(Cosmoscopic)当代科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上存在着裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主体的微观世界，另一边是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结，存在一个过渡区--纳米世界。纳米的两个含意空间尺度的单位思考问题的方式纳米材料纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。对于金属与无机物，通常将粒径在1-100nm范围内的颗粒称为纳米粒。铜纳米线“巢”(铝阳极氧化膜)

聚乙炔高分子聚合物5μm苯乙烯-丁二烯聚合物2μmC242H486400nm对于有机物与聚合物，习惯上将粒径小于1000nm的颗粒称为纳米粒。纳米材料处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统。solidstatemolecular纳米技术纳米技术------“在原子和分子水平上操纵物质”使其重新排列组合，形成新的具有纳米尺度的物质或者结构，研究其特性，并由此制造具有新功能的器件、材料以及其它各个方面应用的科学与技术。

真正的纳米技术需具备如下条件：材料的纳米尺度新的物性和功能这些是纳米技术么?纳米冰箱＼洗衣机纳米涂料小鸭纳米洗衣机美菱纳米冰箱星冠纳米哑光内墙漆

纳米鞋垫纳米水、纳米油、纳米服装．．．为何要了解纳米？特异性质纳米技术研究的重大意义特异性质 当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。其本质是因为它具有表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应。纳米材料的特异性质光学结构磁学力学化学。。。生物学热学表面效应小尺寸效应量子尺寸效应表面效应球状颗粒的表面积与直径的平方成正比，体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。表面积:S球＝4πR2体积：V球=（4/3）πR3比表面积＝S球/V球＝3/R随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。例如当粒径为10nm时，表面原子数为完整晶粒原子数的20%，而当粒径为1nm时，其表面原子百分数增大到99%。这时的表面效应将不容忽略。

颗粒粒径（nm）单个颗粒所包含原子数（个）表面原子数所占比例（%）10300002054000402250801309988N=4096n=1352N=4096n=3584N=4096n=2368N=totalatoms;n=surfaceatoms表面效应表面效应表面效应就是指纳米晶粒表面原子数目与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表面原子数目增多表面能增加表面原子配位不足熔点下降、相变临界点变化和烧结能力增强（纳米金属粒子室温下空气中可燃）增强粒子的活性（强催化能力）。。。。。。量子尺寸效应各种元素的原子具有特定的光谱线，由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的。对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。导体－－半导体\绝缘体；绝缘体－－导体小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，会产生一系列新奇的性质。

特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l%，大约几微米的厚度就能完全消光。可见光颜色的本质？光吸收特性防晒化妆品抗紫外纤维织布抗紫外玻璃作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。红外隐身技术等ZnO纳米粒与普通ZnO的紫外－可见光吸收曲线特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如：金属熔点块状金属的熔点固定

低熔点的金属？

高熔点的金属？超微金属熔点的变化

Themeltingpointdecreasesdramaticallyastheparticlesizegetsbelow5nm超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。日本川崎制铁公司采用0.1～1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。应用纳米粒的磁学特性趋磁细菌(magnetotacticbacteria,MTB).趋磁细菌在不同氧分的条件下的分布情况趋磁细菌的用途在信息存储中的应用：磁小体具有超微性（纳米级）、均匀性和无毒性，可生产品位高的磁性生物材料，国外已开始了高清晰、高保真的大容量超高密度磁记录材料的开发。在传感技术中的应用：日本研究人员已成功地将磁小体用于新型生物传感器的研究开发中。将抗体固定在磁小体微粒上，可定性或定量地检测多种蛋白抗原。在医疗卫生上的应用：作为酶、药物或核酸（DNA、RNA）的载体：把药物或抗体等固定在磁小体上，在外磁场的作用下，变成“运载火箭”直接轰击靶区-病灶，从而提高对癌细胞等的杀伤力。制备磁化细胞：日本学者Matsunaga等成功地将羊红细胞与趋磁细菌的细胞利用原生质体融合技术，获得具有磁敏感性的融合子-磁性红细胞，在磁场的作用下，磁性红细胞仍保持原来形态。趋磁细菌还可望用于废水处理、发酵工业、人体内废物“透析”，加工含铁食品和饮料等领域，因此具有巨大的不可估量的应用价值和市场开发前景。磁学特性矫顽力

永磁材料抵抗磁的和非磁的干扰而保持其永磁性的量度。纳米粒的矫顽力变化

小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为80安／米，而当颗粒尺寸减小到20纳米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6纳米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。应用利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。

磁性液体（又简称磁流体、磁液）是纳米尺寸的磁性微粒均匀分散、悬浮在某种液体之中构成的超顺磁性材料。它在重力场、磁场、离心力场中都很稳定、固液不分离,同时具有磁体的磁性和液体的流动性。磁性液体在生物医学方面的应用。一是将药物混在磁性液体中制成乳剂注入到血管中。在外加磁场的作用下将该乳剂移送到病灶部位进行治疗。二是用磁性液体做胃肠的X射线造影时的造影剂，然后在外加磁场的作用下进行胃肠检查。

特殊的力学性质陶瓷材料在通常情况下呈 脆性，然而由纳米超微颗 粒压制成的纳米陶瓷材料 却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明