国家大学生创新性计划典型案例

-PAGE4-资源加工与生物工程学院国家大学生创新实验计划项目典型案例（1）磁性核/壳结构纳米材料的控制合成、结构及性能研究项目负责人：无机0502班李伟“磁性核/壳结构纳米材料的控制合成、结构及性能研究”课题是由中南大学资源加工与生物工程学院无机非金属材料科学与工程专业0502班的李伟同学主持另有4位同班同学参与申请并受国家资助的国家大学生创新性实验计划项目。指导老师刘小鹤副教授主要从事纳米材料、生物材料、吸波材料及电源材料方面的研究工作。近年来，先后主持国家自然科学基金青年科学基金、湖南省科技计划重点项目、湖南省自然科学基金等6项科研课题，在《JournalofPhysicalChemistryC》、《Chemistry-AnAsianJournal》以及《Nanotechnology》等国际重要学术期刊上发表研究论文20余篇（SCI），申请国家发明专利2项。纳米磁性材料以其独特的物理化学性质及在电子器件、吸波材料、信息存储、生物医学等领域内的巨大应用潜力而备受瞩目。目前在单分散磁性纳米材料的合成、结构、性能与应用研究领域，正孕育着重大的突破与科学发现。癌症已经成为威胁人类健康的重大疾病之一，有效地医治癌症已成为科学研究中的当务之急。纳米尺度的磁性材料在癌症治疗中的潜在应用，为磁性材料开辟了崭新的研究领域。选择此课题主要是以肿瘤治疗为目的来制备具有核/壳结构的生物载体。目前，我们已经合成了粒径小于10nm的单分散磁性纳米粒子，并完成在表面包覆改性，现在正与中南大学湘雅二医院陈军教授合作进行肿瘤治疗方面的实验研究。距离合成有效的肿瘤治疗用药剂还有很长的一段路要走，但我们一直努力着。项目选题的背景现代科技迅猛发展，使过去只能幻想的事物成为现实。在谈癌色变的今天，科学家们一直坚持不懈的努力探索，期望能早日攻克癌症。初次接触到这个课题，便激起了我们很大的兴趣，没有想到纳米磁性粒子在生物医药上有这么大用途。兴奋的小组成员查阅了大量的有关文献，并认真的整理和总结。通过学习，我们了解到纳米尺度的磁性材料由于具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点，以及良好的生物相容性和一定生物医学功能，可结合各种功能分子，如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等，因而在靶向药物、酶的固定化、免疫测定、细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。大二期间，课题组长李伟在刘老师的指导下能够运用液相化学反应控制合成技术，制备一些粒径均匀分布的不同形貌的铁氧体纳米材料，如球形和圆饼形四氧化三铁纳米粒子，粒径在10-200nm范围内调控。另外，在粒子的表面处理方面也取得了突破性进展，能够使四氧化三铁纳米粒子稳定地分散在某一溶剂中，不发生团聚。项目成员组成、分工及老师指导课题小组由无机0502班的5名同学组成。组长李伟和组员程莹莹具有实践基础，所以主要负责纳米磁性材料的制备；陈跃具有很强的理论分析能力，负责纳米磁性材料的结构及性能的研究；张国庆擅长文献检索及资料的整理总结，负责包覆技术；卢家亿有很强的想象和创造能力，负责包覆结构的测试。每个人各有分工，每个环节相互配合，使得小组的竞争力大大加强。指导老师刘小鹤老师是一个工作认真、学术态度严谨、具有创造性思维的科研工作者。他努力培养学生，对我们寄予很高的期望，同时也向我们提出更高的要求，并对我们的工作给予重点支持和倾心指导。在他的指导下，我们的课题小组工作有条不紊地进行，并有了初步的可喜的成果。项目的创新点与特色该项目的创新之处主要表现在以下三个方面：(一)此项目是以液相合成技术为基础，结合高温高压、溶胶凝胶与模板限制等技术手段，发展一套制备磁性核/壳结构纳米材料的新技术。以液相合成技术为基础，结合高温高压、表面活性剂辅助等技术手段，制备纳米尺度的单分散Co3O4、Fe3O4、γ-Fe2O3，并在此基础上制备其他单分散磁性纳米材料，如MnFe2O4、ZnFe2O4、CoFe2O4以及Mn-ZnFe2O4、Ni-ZnFe2O4等磁性材料。(二)揭示磁性核/壳结构纳米材料的形成机制与规律性，提出新的反应与生长理论模型。通过研究工艺参数对于磁性材料的结构、尺度、形貌和物性分光光度计，气相色谱仪等检测设备，已经具备了实验所需的基本条件。除此之外，我们可充分利用本校分析中心、材料学院以及粉末冶金研究院的大型仪器，如X-射线衍射仪，光电子能谱仪（XPS）、荧光光谱仪、激光Raman光谱仪、透射电镜(TEM)，扫描电镜(SEM)等大型仪器以满足研究的需要。这些资源为我们提供了强有力的支持，我们从中获益很多。在实验过程中，我体会到科学研究是一项辛苦的工作，需要耗费大量时间和精力去学习新的知识和方法，尤其是对于我们这些初涉其中的人来说，只能牺牲大量的个人时间去填补课题知识上的空白。同时实验也需要科学使用和操作仪器，使用不当极有可能会造成对自己或对他人的伤害，这就需要我们持有高度认真严谨的实验态度，保证自己和他人的安全。前期的准备阶段，我们扩充了大量知识，并熟悉了基本操作，确定了目标和方法，为我们以后实验的顺利进行打下了基础。一次实验的成功可能会伴随着一千次的失败，似乎有些夸张，但这就是科学研究的真实写照。但在遇到失败时，是继续坚持走下去，还是此路不通另辟蹊径？很多时候，我们会有这样的困惑和迷茫，突然失去方向，失去希望。我们最初制备的纳米粒子太大，不符合要求，并且由于纳米粒子的小尺寸效应又重新团聚在一起。就在不知所措的时候，刘小鹤老师告诉我们，不要轻易放弃，成功有时就在于灰心时候的再坚持。但不能是盲目的坚持，要及时分析和总结实验数据。认清在实验过程中有哪些重要的影响因素，通过实验设计，改变这些影响因子，选择最优化方案。只有找准方法，不断摸索，才能进步。于是，我们及时调整了方法，实验、实验、再实验，终于实现了尺寸小于10nm的单分散纳米磁性粒子的合成。在绝望中寻找希望，人生终将辉煌。现在正处于和湘雅医学院合作进行肿瘤细胞试验的过程中，但同时又有更多的困难和挑战等着我们。如何包覆均匀的葡聚糖？如何尽可能多的连接药物，提高承载能力？如何实现磁性载体的可控性，使得它具有与多种抗癌药物，如阿霉素、FUDR、放射性元素，甚至基因类药物、活性蛋白、抗体以及