納米材料論文范文

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第1篇

純金屬鋅及其氧化物和不同納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物的紫外可見光譜。可以看出，波長為368nm處出現一個比較強的金屬鋅及其氧化物吸收峰。在525nm處出現較寬的納米Au的吸收峰[4]。納米Au的吸收峰隨Au含量的變大而不斷變強，還伴隨顯著的紅移現象[5]。可能是因為Au和金屬鋅及其氧化物之間的相互作用，致使納米Au的吸收峰產生了顯著的紅移現象，可能給金屬鋅及其氧化物材料的氣敏特性有重要作用。圖2是純金屬鋅及其氧化物和不同納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物的XRD譜圖。可以看出，譜線中存在很明顯的六方相特征衍射峰，和金屬鋅及其氧化物的晶面吻合[6]。另外，加入納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物譜線出現新的衍射峰，其峰位與立方相Au的晶面一一對應。納米Au修飾量的衍射峰隨著Au含量的變大而不斷的變強。圖3是純金屬鋅及其氧化物和納米Au修飾量在為10%時的金屬鋅及其氧化物的SEM形貌。可以看出，金屬鋅及其氧化物是由大量向外輻射分布的六棱錐納米分枝構成的復雜的花型結構。金屬鋅及其氧化物的六棱錐分枝的表面比較光滑。金屬鋅及其氧化物的表面上均勻的分布著納米Au粒子，金屬鋅及其氧化物的六棱錐分枝的表面出現了粗化的現象。這種粗化現象會導致表面缺陷的增加，對金屬鋅及其氧化物材料氣敏特性有積極作用。

2金屬鋅及其氧化物的氣敏特性

圖4是純金屬鋅及其氧化物和不同納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物氣敏元件，在不同溫度下對100μg/g丙酮的靈敏度圖線。可以看出，納米Au粒子可以有效地提高金屬鋅及其氧化物材料的靈敏氧化物對丙酮的選擇性非常好，可以滿足實際的丙酮氣體檢測要求。另外，材料各種氣體的響應程度隨氣體濃度的增加基本呈線性逐漸變大。

圖5為金屬鋅及其氧化物對不同氣體的響應恢復動態曲線和靈敏度。可以看出，材料對還原性氣體的靈敏度較高。另外，材料對丙酮的靈敏度比氫氣、甲醛、苯和乙醇高得多，這說明Au修飾后金屬鋅及其氧化物對丙酮的選擇性非常好，可以滿足實際的丙酮氣體檢測要求。另外，材料各種氣體的響應程度隨氣體濃度的增加基本呈線性逐漸變大。

3結論

第2篇

1．1基于稀土上轉換納米材料的檢測稀土上轉換納米材料被近紅外光（980nm）激發發射出可見光，可以消除活體內檢測時細胞和組織中自發熒光的干擾［25，36］．Zijlmans等人在1999年首次利用上轉換熒光材料實現了人類前列腺組織異性抗原的檢測［20］．隨后，基于上轉換納米材料的熒光生物探針被用于各種分析物的生物檢測．例如，Tanke課題組［21］使用上轉換熒光材料來進行生物檢測，將400nmY2O2S：Yb／Er上轉換納米顆粒與DNA偶聯制備出DNA探針，檢出限為1ng／L，比傳統的花青染料探針靈敏度提高了4倍．Nied－bala等人［37］利用側向免疫層析檢測法，同時檢測出唾液中安非他明、脫氧麻黃堿、苯環己哌啶和麻醉劑等物質．之后，Wang等人提出一種基于上轉換納米材料的夾心雜交檢測方法并實現了對DNA的超靈敏檢測［38］．2013年，陳學元課題組［39］報道了一種新穎的上轉換生物檢測方法，用Yb3＋，Er3＋共同摻雜到上轉換納米顆粒作為生物探針進行溶液中痕量分析物（如抗生物素蛋白和腫瘤標記物等）的檢測．多功能酶標儀可以收集上轉換納米顆粒近紅外光激發發射出的可見光信號，量化分析物中的生物分子濃度．例如，利用Ln3＋摻雜的上轉換納米顆粒的發光強度和抗生物素蛋白濃度成正比例關系檢測抗生物素蛋白，檢出限為90pmol•L－1．相同的結果也從尿激酶纖維蛋白溶酶原激活劑受體、癌胚抗原和α－胎蛋白中獲得，其檢出限范圍為40～100pmol•L－1．本課題組［40］將核酸適配體與上轉換納米材料相結合，利用分子識別引入了一種檢測潛指紋的新方法，如圖1所示．通過水熱法合成的上轉換納米顆粒表面包裹著一層油酸，油酸不僅起到表面活性劑的作用，還能夠通過配體交換將聚丙烯酸連接到上轉換納米顆粒上，得到的上轉換納米顆粒既可溶于水又能夠通過羧基將生物活性分子修飾到顆粒表面．將經氨基修飾的溶菌酶核酸適配體（lysozyme－bindingaptamer，LBA）連接到修飾了羧基的上轉換顆粒（upconversionnanoparticles，UCNPs）的表面，形成核酸適配體功能化的稀土上轉換納米顆粒（簡稱UCNPs－LBA）．UCNPs－LBA通過核酸適配體高效地與指紋中溶菌酶特異性結合并在近紅外光的激發下發出可見光，指紋圖像清晰呈現并被配有微焦鏡頭的單反相機記錄．這種通過分子識別的潛指紋檢測方法可以實現不同表面和不同人的潛指紋檢測．潛指紋中除了包含有本身的分泌物外，還包含一些外源化學物質，如可卡因．將核酸適配體換成可卡因的適配體同樣可以實現潛指紋的檢測，該方法對可卡因的檢出限可達0．5μg．該檢測方法有望為刑事偵查提供有力的信息。

1．2基于熒光共振能量轉移的檢測Kuningas等人［23］首次提出了基于上轉換納米材料的熒光共振能量轉移分析技術（upconversionFRETAssay，UC－FRET或UC－LRET），并通過使用抗生蛋白鏈菌素修飾的上轉換納米材料作為能量供體，生物素化的藻膽蛋白作為能量受體實現了生物素的高靈敏檢測．此后，基于UC－FRET的分析方法得到了快速發展，例如：李富友課題組［41］構建了一種高靈敏度的DNA納米傳感器：用表面修飾有DNA捕獲探針的NaYF4：Yb／Er上轉換納米顆粒作為能量供體，用標記有羅丹明的短鏈互補DNA序列作為能量受體構建UC－FRET結構，目標DNA通過鏈置換反應與DNA捕獲探針進行互補配對從而破壞UC－FRET結構實現對目標DNA的檢測，目標DNA的濃度與發射光的強度比存在線性關系，測量的目標DNA濃度極低，檢測范圍為10～60nmol•L－1．同樣，Zhang等人［42］也報道了基于寡核苷酸修飾上轉換納米顆粒的生物傳感器用來檢測DNA，檢出限低至到1．3nmol•L－1．貴金屬納米顆粒如納米金等具有表面等離子體共振性質和較大的消光系數，將這些材料與上轉換納米材料相結合可以降低檢測時的背景熒光干擾并提高檢測靈敏度，因此貴金屬納米顆粒也常常被作為能量受體用于UC－FRET生物檢測中［43］．例如，Wang等人［44］報道了基于NaYF4：Yb／Er和金納米顆粒的UC－FRET生物傳感器用來檢測抗生物素蛋白，檢出限低至0．5nmol•L－1．最近，Deng等人［45］提出一種在溶液和活細胞中快速檢測谷胱甘肽的新方法，該方法的基本原理是，谷胱甘肽能抑制上轉換納米顆粒表面的二氧化錳納米片對上轉換發光的猝滅作用．根據材料本身獨特的電學和熱學性能，石墨烯、氧化石墨烯和碳納米顆粒也在基于UC－FRET的生物檢測中被廣泛用作能量猝滅劑。

2生物成像領域內的應用

2．1體內深層組織的熒光成像稀土上轉換納米材料所用到的激發光源（980nm）在生物組織中有很強的穿透能力、不會引起生物體自發熒光干擾而且對生物組織幾乎無損傷，所以稀土上轉換納米材料是各種生物組織或生物體成像分析的理想熒光標記材料．Zhang課題組［49］使用PEI包裹的NaYF4：Yb／Er納米顆粒首次實現了動物體成像，證明了稀土上轉換納米材料相比于量子點在體內深層組織成像中的優勢．為了進一步增加稀土上轉換發射光的組織穿透深度從而提高成像靈敏度，需要調節上轉換發射光譜到紅光區（600～700nm）．這一波長范圍內生物組織對發射光的散射和吸收均較小，且自發熒光干擾也很小，對深層組織成像至關重要．趙宇亮課題組［22］報道了Mn摻雜的發單色紅光的NaYF4：Yb／Er上轉換納米材料用于活體成像，成像深度可延伸至15mm．Prasad課題組［50］也報道了一種新的體內成像方法，該方法利用NaYF4：Yb／Tm上轉換納米材料發出的近紅外光（800nm）作為檢測信號，在小鼠體內成像實驗中獲得了高對比度的熒光圖像．在隨后用Yb／Tm共摻雜的上轉換顆粒進行小鼠全身熒光成像的實驗中，實現了20mm的光穿透深度［51，52］．此外，聚丙烯酸修飾的上轉換納米顆粒（PAA－NaLuF4：Yb／Tm）也被報道作為光學生物學探針用于正常黑鼠的體內熒光成像，而且該探針在兔子體內成像實驗中也能獲得很高的信噪比［53］．多路復用成像是識別不同生物體最有效的方法之一，隨著稀土上轉換納米材料合成方法的不斷發展，可以通過調節摻雜元素的種類和含量在紫外到近紅外光譜區內對稀土上轉換納米顆粒的發射光譜進行精確調節，并可以使其呈現多個發射峰．Yu等人［54］首次使用NaYF4：Yb／Er／La納米棒實現了活體內多色成像．Cheng等人［55］將具有不同發射光譜的3種上轉換納米顆粒經皮下注射進入到小鼠體內，通過區分光譜反褶積實現小鼠的多色成像．熒光共振能量轉移是另一種調節上轉換納米顆粒發射多色光的方法，基于該方法的基本成像原理是，利用近紅外光激發上轉換納米顆粒并利用其發射光來激發顆粒表面的有機染料或量子點，使其發射出不同波長的熒光從而實現生物成像．劉莊課題組［56］利用有機染料和聚乙二醇（PEG）包覆的上轉換納米顆粒之間的疏水作用力將染料吸附在顆粒表面來調節復合材料在可見光區的發射光譜，并將該復合材料用于生物體多色成像體系中．

2．2多模態成像單模態成像技術通常只能反映生物體內單一的信息，因此，為了獲得更多的生物體內相關信息，多模態成像技術應運而生．近年來，以稀土上轉換納米材料為基礎的多模態成像技術得到了快速發展，例如，上轉換熒光成像（upconversionimaging，UCL）與磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）、電子計算機X射線斷層掃描（computedtomography，CT）、正電子發射斷層成像（positronemissioncomputedtomography，PET）和單光子發射計算機斷層成像（single－photonemissioncompu－tedtomography，SPECT）等其他模態成像技術相結合的多模態成像技術已經取得了長足發展并在生物成像中發揮著越來越重要的作用［57，58］．

2．2．1雙模態成像當前的研究熱點之一是將上轉換熒光成像與MRI相結合構建雙模態成像探針并探究其在生物醫學領域內的應用．眾所周知，熒光成像為生物體內成像提供了高的靈敏度，但它的激發光對生物組織的穿透深度較淺．相比于熒光成像，MRI為體內成像提供了良好的空間分辨率．但由于其靈敏度有限，所以通過結合上轉換熒光成像和磁共振成像的優勢，可以獲得同時具備高靈敏度、高空間分辨率和較強激發光組織穿透深度的雙模態成像探針．近年來，一些基于稀土上轉換納米材料的雙模態成像探針制備方法已有報道．第一種制備方法是分子的功能化，即將Gd配合物等磁共振成像造影劑修飾在上轉換納米顆粒表面來構建UCL／MRI雙模態成像復合探針．例如，Li等人［57］報報道了一種核殼結構的UCL／MRI納米顆粒探針，該探針以上轉換納米顆粒為核并將Gd配合物擔載在二氧化硅殼層中．第二種制備方法是通過連續生長或者包覆的方法實現其他磁性材料與上轉換納米材料的復合．超順磁性氧化鐵納米粒子（SPIONS）由于其良好的磁性和生物相容性獲美國FDA批準為商用磁共振成像造影劑；目前，SPIONS包覆的上轉換納米顆粒作為雙模態成像探針的雛形技術已有報道．Xia等人［58］制備了NaYF4：Yb／Tm＠FexOy納米核殼結構的復合材料，并將其用于生物體T2加權MRI和UCL雙模態淋巴管成像的造影劑．然而，上轉換納米顆粒的發光強度在這個核殼結構中將會逐漸減小，這是因為Fe3O4殼層既吸收發射光也吸收近紅外激發光．為解決這一問題需要進一步制備反相的核殼納米結構，所以Zhu等人又合成Fe3O4納米顆粒為核而上轉換納米顆粒為殼層的納米結構來避免Fe3O4對發射光和激發光的吸收［59］．劉莊課題組［60，61］用層層自組裝的方法制備了UCNPs－SIONPs納米復合材料成像探針．該探針以上轉換納米顆粒為核，顆粒外包覆一層超薄氧化鐵納米顆粒，然后在最外層包裹一層金顆粒．該納米復合材料可用于UCL／MRI雙模態生物成像并在體內和體外進行定向的癌癥光熱治療，還可用于干細胞的示蹤和操控．這些結果表明UCNPs－SIONPs作為新型的多功能成像探針有潛力應用于體內轉移性細胞的示蹤和操控［62］．然而，實現稀土上轉換納米材料與其他磁性材料結構和功能的復合非常困難并且會導致一些副作用（例如Fe3O4可能會猝滅稀土上轉換材料的發射光）．就這一點而言，含有Gd的材料（Gd2O3，GdPO4，GdF3，NaGdF4等）與稀土上轉換材料有良好的相容性．將含有Gd的納米殼層包裹在稀土上轉換納米顆粒表面來制備的復合納米材料同時具有光學和磁學兩種性質，可以用于多功能生物體系中［27～35］．例如，趙宇亮課題組［32］成功合成了形貌可調的Ln摻雜的Gd2O3納米顆粒，該顆粒具有多種顏色的上轉換熒光成像和磁共振成像能力．Zhou等人［63］報道了基于Yb／Er（Tm）共摻雜NaGdF4納米顆粒的小動物UCL／MRI雙模態成像體系．第三種制備方法是將有磁性的離子摻雜到稀土上轉換納米顆粒中．例如，趙宇亮課題組［22］報道了NaYF4：Yb／Er納米晶體摻雜Mn離子后表現出上轉換熒光發射和磁性雙重性質．Zeng等人［64］報道了NaLuF4納米晶體摻雜Gd／Yb／Er三種元素離子的體系，該納米晶體不僅具有近紅外發射的性質還在室溫下具有順磁性，經生物分子功能化的NaLuF4上轉換納米顆粒有望應用于體內和體外的雙模成像中（UCL／MRI）．將UCL和SPECT相結合也是一種備受關注的雙模態成像技術，SPECT成像在臨床診斷中常用18F作為放射性同位素標記物，由于常用的上轉換納米顆粒的組成元素中含有氟，所以可以在合成上轉換納米顆粒時將F元素換成其帶有放射性的同位素18F來獲得UCL／SPECT雙模成像性質．最近，Sun等人［65］報道了用含有18F的NaYF4：Yb／Tm納米顆粒進行小動物全身UCL／SPECT雙模成像，該納米顆粒不僅可以在老鼠體內獲得高靈敏度的圖像，而且在大型動物體內也可以獲得．然而，18F較短的半衰期（1．829h）限制了其在生物體內長時間成像中的應用，所以研究者們又進一步合成了長半衰期153Sm（46．3h）摻雜的NaLuF4：Yb／Tm納米顆粒并將其用于生物體長周期UCL／SPECT雙模成像［66］；而且由于153Sm發射出中等能量的β射線，對生物體損傷較小，因此該成像探針更加適合用于長時間的生物成像．

2．2．2多模態成像最近，PET／MRI／UCL或著CT／MRI／UCL三模態成像受到人們越來越多的關注，將3種成像技術結合不僅可以提高成像的清晰度還可以提高診斷效率．例如，CT是根據人體不同組織對X射線的吸收和透過率不同而獲得被檢查部位的3D高分辨圖像的非侵入性分子成像技術；然而，由于CT和MRI成像不僅平面分辨率有限而且不適用于細胞水平的成像，而UCL成像卻具有極高的靈敏度和空間分辨率可以廣泛地應用于生物醫學研究領域的細胞和組織成像．因此，通過結合UCL，CT和MRI三種成像模式可以實現從細胞到活體超靈敏、多層面的分子成像．Liu等人［67］報道Gd2O3：Yb／Er的多功能探針可以在小動物體內進行UCL，MRI和CT多模態成像來提供診斷，治療以及疾病的相關信息．Xia等人［68］制備了Gd配合物摻雜的NaLuF4上轉換納米顆粒可以在小動物體內進行UCL，MRI和CT多模態成像．比如Fe3O4＠NaLuF4：Yb／Er（Tm）和NaYF4：Yb／Er／Tm＠NaGdF4＠TaOx納米核殼結構也同樣可以作為MRI，CT，UCL三模態成像的生物探針．李富友課題組制備了18F標記的NaYF4：Gd／Yb／Er納米顆粒［69］，該顆粒具有放射性，磁性和熒光性可以作為多功能的納米探針進行體外熒光成像和MRI／PET活體成像．而Os（II）復合體包裹的NaYF4：Yb／Tm納米復合物也已證明可以進行三模態成像［70］．

3疾病治療領域內的應用

稀土上轉換納米顆粒也可以應用到疾病治療領域中，比如可以作為載體來運輸小分子抗癌藥物和治療性多肽等物質，也可以根據其成像性質來實時、簡單、有效地追蹤藥物輸送路徑并了解藥物釋放的效率．下文主要介紹稀土上轉換納米顆粒在作為藥物和基因載體方面的發展現狀并總結稀土上轉換納米顆粒在光動力學治療和光熱治療的應用．3．1藥物和基因輸送近年來，由于中空和介孔結構有巨大的孔容量所以常用作理想的藥物載體．例如，趙宇亮課題小組［33］將布洛芬（IBU）包載到帶有介孔殼的Gd2O3：Yb／Er中空納米顆粒中．另外，Yb（OH）CO3＠Yb－PO4：Er和NaREF4：Yb／Er（RE＝Yb，Lu，Y）納米顆粒也可以通過包載藥物進行藥物釋放誘導癌細胞死亡［71，72］．核殼結構Fe3O4＠nSiO2＠mSiO2＠NaYF4：Yb／Er（Tm）［73］（mSiO2＝介孔硅），NaYF4：Yb／Er＠硅纖維［74］，NaYF4：Yb／Er＠nSiO2＠mSiO2［75］和Gd2O3：Er＠nSiO2＠mSiO2［76］等納米復合物也已證實可以作為藥物載體并且可控制藥物的釋放．但是，由于介孔硅層的厚度很難控制到10nm以內，所以介孔二氧化硅包裹的上轉換納米顆粒由于介孔硅的包裹使得納米顆粒的尺寸增加．除了硅封裝，還可以利用藥物分子與上轉換納米顆粒表面功能分子的相互作用來實現藥物運輸，該方法可以避免增加納米顆粒的尺寸．Wang等人［77］合成了多色光譜的上轉換納米顆粒，并通過靜電吸附作用利用PEG化的上轉換納米顆粒實現抗癌藥物阿霉素（DOX）的包載與釋放的行為研究．首先將PEG與葉酸（FA）共價交聯形成新的化合物，然后表面修飾到油酸包裹的上轉換顆粒表面，這種顆粒能夠對葉酸受體有靶向效果，并進行了KB細胞與HeLa細胞對比，研究發現FA－PEG－UCNPs能夠很快進入KB細胞而不能在相同的時間內進入HeLa細胞．值得注意的是，DOX在低的pH值條件下，具有更好水溶性，低pH值條件加速了DOX中－NH2基團的質子化，從而導致釋放出更多的DOX分子．根據pH值進行藥物釋放的納米復合顆粒對臨床癌癥治療是具有實際意義的，因為腫瘤的細胞外組織、細胞內的溶酶體和核內體的微環境均是酸性的．通過利用稀土上轉換納米顆粒近紅外激發紫外光發射的性質來控制包裹藥物的籠狀化合物進行藥物釋放和基因表達，避免了直接使用紫外光照射的組織穿透能力低和光毒性的缺點．目前，這種近紅外激發紫外光發射的上轉換納米顆粒在智能藥物領域的研究得到發展．Zhang課題組［78］通過包裹可光解的質粒DNA／siRNA分子到介孔氧化硅包覆的NaYF4：Yb／Tm上轉換納米顆粒的多孔硅中，該方法不僅提高了生物相容性且增加了載藥能力．在近紅外光激發下，上轉換納米顆粒發射紫外光刺激質粒DNA或者siRNA進行基因表達調控或者基因下調．Yang等人［79］首次證明通過共價鍵將陽離子可光解連接器與硅包覆的上轉換納米顆粒連接起來，在980nm激光輻射下，上轉換的紫外光可以使光敏連接器分開，因此可以有效地釋放siRNA并控制其在活體細胞中靶基因的表達．同時，這一方法可以應用于其他的籠狀化合物比如說NO［80］，羧酸［81］，二硝基苯［33］和熒光素［82］．另外可光解藥物釋放系統也可以應用于基于上轉換納米顆粒的其他光響應系統，例如，Yan等人［83］通過使用光敏水凝膠包裹的上轉換納米顆粒在近紅外光激發發射紫外光的情況下可以引發溶膠－凝膠轉變并且可以釋放大的、無活性的生物大分子（比如說蛋白質）到溶液系統中．Liu等人［84］報道了基于偶氮苯基團（azo）修飾介孔氧化硅包裹的NaYF4：Yb／Tm＠NaYF4上轉換納米顆粒在近紅外光激發下，發射的紫外光可以引發偶氮分子從反式異構體轉換到順時異構體，以一種可控的反式異構體來引發藥物釋放．3．2光動力治療光動力治療（photodynamictherapy，PDT）采用光激活化學物質（光敏劑），從而產生單線態氧（1O2），最終導致癌細胞死亡．用于激活光敏劑的激發光通常在可見－近紅外波段，由于其穿透能力有限，所以將光敏劑包裹到上轉換納米顆粒上來提高其組織穿透能力．當納米微粒被980nm的近紅外光激發時發出可見光然后可見光激發光敏劑釋放1O2最后殺死癌細胞．Chen等人將光敏劑亞甲基藍（MB）附著到表面包裹有二氧化硅的NaYF4：Er／Yb／Gd上轉換納米顆粒上，發現了顯著的紅光猝滅現象［85］．Zhang課題組將光敏劑酞菁鋅（ZnPc）包裹到NaYF4：Yb／Er－PEI上轉換納米顆粒或者NaYF4：Yb／Er＠mSiO2上轉換納米顆粒［17，86，87］，由于ZnPc的吸收峰（～670nm）與NaYF4：Yb／Er納米顆粒的紅色發射峰相重疊，所以在近紅外光的照射下ZnPc產生了大量的1O2殺死癌細胞，增加了癌癥的治療效果．之后，Idris等人制備了與兩種不同光敏劑即ZnPc和MC540（部花青540）吸收波長相匹配的上轉換納米材料，從而實現利用單一波長光源同時激發兩種光敏劑的治療方法［34］，與單一負載的光敏劑相比，UCNs－ZnPc－MC540產生了大量的單線態氧并且減慢了荷瘤小鼠的腫瘤生長速率．另外，為了提高藥物的靶向能力，將具有靶向作用的葉酸和抗體連接到上轉換納米顆粒上，使其既可以進行靶向光動力學治療又擁有了更多的抗腫瘤效應［17，37，86］．劉莊課題組報道了通過非共價鍵修飾的方式將Ce6光敏劑裝載到NaYF4：Yb／Er＠PEG上轉換納米顆粒上［77，88］，構建了治療和成像雙功能的上轉換納米材料，通過構建4T1乳腺腫瘤Balb／c鼠動物模型，以瘤內注射的方式將UCNP－Ce6給藥到瘤內，再經過980nm的激光照射，首次實現了利用基于上轉換納米粒子的光動力治療在生物體應用，形成的光動力學治療納米復合物顯示了更深的組織穿透深度并且提高了體內腫瘤的抑制效果．其他的光敏劑分子，包括MC540［37］，四苯基卟啉（TPP）［89］和（4－羧基苯基）卟吩（TCPP）［77］也可以包裹到NaYF4：Yb／Er用做光動力學治療藥物．另外，將NaYF4：Yb／Er＠NaGdF4或者NaYF4：Yb／Er／Gd應用于能量轉換材料，可以實現MRI／UCL成像和光動力學療法相結合［85，90］．3．3光熱治療光熱療法（photothermaltherapy，PTT）是通過激光照射（近紅外光）改變癌細胞所處的環境，將光能轉換為熱能，達到一定溫度，可以誘發細胞內蛋白質的變性，破壞細胞膜，導致癌細胞的熱消融．與化學療法和外科手術相比較，PTT具有更少的侵入性，因此在癌癥治療中吸引了人們更多的關注．劉莊課題組制備了NaYF4：Yb／Er＠Fe3O4＠Au－PEG多功能納米顆粒不僅可以用于MRI／UCL來進行成像還可以進行具有磁性的靶向光熱癌癥治［61］．在動物實驗中，通過靜脈注射NaYF4：Yb／Er＠Fe3O4＠Au－PEG納米顆粒到荷瘤小鼠體內，不僅腫瘤成像信號加強而且當使用808nm近紅外光照射腫瘤時可以使腫瘤細胞熱消融．另外，Dong等人將合成的NaYF4：Yb／Er＠Ag納米顆粒與HepG2細胞一起培養［91］，在980nm近紅外光下照射8～20min中，HepG2細胞的存活率從65．05％下降至4．62％，顯示出光熱治療方法的療效．

4結論與展望

第3篇

關鍵詞：納米材料應用

納米發展小史

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。

1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

什么是納米材料

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1、納米技術在防腐中的應用

由加拿大萬達科技（無錫）有限公司與全國涂料工業信息中心聯合舉辦的無毒高效防銹顏料及其在防腐蝕涂料中的應用研討會近日在無錫召開。

中國工程院院士、裝甲兵工程學院徐濱士教授，上海交通大學李國萊教授，中化建常州涂料化工研究院錢伯榮總工等業內知名人士分別在會上作了報告，與會者共同探討了納米技術在防銹顏料中及涂料中的應用、無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用以及新型防銹涂料和防銹試驗方法發展等課題。

徐院士就當前納米技術的發展情況作了簡單介紹，他指出：納米技術的研究對人類的發展、世界的進步起著至關重要的作用，誰掌握了納米技術，誰就站在了世界的前列。我國納米技術的研究因起步較早，現基本能與世界保持同步，在某些領域甚至超過世界同行業。

作為國內表面處理這一課題的領頭人，徐院士重點談了納米技術對防銹顏料及涂料發展的促進作用。他說，此前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒防銹顏料，有的性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相比，但均因價格太高，國內尚未引進。我國防銹涂料業亟待一種無毒無害、性能優異而又價格低廉的防銹顏料來提升防銹涂料產品的整體水平，增強行業的國際競爭力。

中化建常州涂料化工研究院高級工程師沈海鷹代表常州涂料院，在題為《無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用》報告中，詳細介紹了復合鐵鈦醇酸防銹漆及復合鐵鈦環氧防銹漆的生產工藝、生產或使用注意事項、防銹漆技術指標及其與鐵紅、紅丹同類防銹漆主要性能的比較。

在紅丹價格一路攀升的今天，這一信息無疑給各涂料生產廠商提供了巨大的參考價值，會場氣氛十分熱烈，與會者紛紛提出各種問題。萬達科技（無錫）有限公司總工程師李家權先生就復合鐵鈦防銹顏料的防銹機理、生產工藝、載體粉的選擇、產品各項性能指標及納米材料的預處理方法等一一做了詳細介紹。

目前產品已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，為此獲得了中國專利技術博覽會金獎.復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用，并已由總裝備部作為重點項目在全軍部分裝備上全面推廣使用。

本次會議的成功召開，標志著我國防銹涂料產業新一輪的變革即將開始，它掀開了我國防銹涂料朝高品質、高技術含量、高效益及全環保型發展的嶄新一頁。其帶來的經濟效益、社會效益不可估量。這是新型防銹顏料向傳統防銹顏料宣戰的開始，也吹響了我國防銹涂料業向高端防銹涂料市場發起沖擊的號角2、納米材料在涂料中應用展前景預測

據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。預期十五期間，各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

我國每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用建筑涂料裝飾則總共需建筑涂料近300萬噸，約200～300億元的市場。目前，我國建筑涂料年產量僅60多萬噸，世界現在涂料年總產量為2500萬噸，每人每年消耗4千克，為發達國家的1／10，中國人年均涂料消費只有1.5千克。因而，建筑涂料具有十分廣闊的發展前景。

納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛