园艺学报 2013，40（10）：2067–2078 http: // www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@https://www.doczj.com/doc/3216242212.html, 纳米技术在果蔬产品中的应用及其安全风险
张文林1，席万鹏1,2，赵希娟1，于杰1,2，焦必宁3，周志钦1,2,*
（1西南大学园艺园林学院，重庆 400716；2南方山地园艺学教育部重点实验室，重庆 400715；3中国农业科学院—西南大学柑橘研究所，重庆 400712）
摘 要：总结了纳米技术在果蔬生产中的应用，综述了纳米技术在果蔬产品包括贮藏保鲜、加工和有害物质快速检测等方面的研究进展，并对其安全风险做了初步分析和探讨，旨在为纳米技术在果蔬产
品中的应用提供参考。
关键词：纳米技术；果蔬产品；应用；安全风险
中图分类号：S 66 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2013）10-2067-12
The Application of Nanotechnology in Fruits and Vegetables Products and Its Safety and Risk
ZHANG Wen-lin1，XI Wan-peng1,2，ZHAO Xi-juan1，YU Jie1,2，JIAO Bi-ning3，and ZHOU Zhi-qin1,2,*（1College of Horticulture and Landscape Architecture，Southwest University，Chongqing 400716，China；2Key Laboratory of Horticulture Science for Southern Mountainous Regions，Ministry of Education，Chongqing 400715，China；3Citrus Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences-Southwest University，Chongqing400712，China）
Abstract：This article reviewed the application of nanotechnology in fruits and vegetables production，summarized the research progress of nanotechnology in the field of fruits and vegetables products including fruit and vegetable storage，preservation，processing，and the rapid detection of harmful substances. The safety and risk of nanotechnology were also analyzed and discussed in an attempt to provide information for the future application of nanotechnology in the fruits and vegetables products.
Key words：nanotechnology；fruits and vegetables products；application；safety and risk
纳米（nanometer，nm）是一种几何尺寸的度量单位，1纳米等于十亿分之一米的长度，即10-9 m。纳米技术兴起于20世纪80年代末，是指在纳米尺度（0.1 ~ 100 nm）上研究原子、分子结构特性及其相互作用原理，并根据需要在纳米尺度上直接操纵分子、原子乃至电子来制造各种特定产品或创造纳米级加工工艺的一门新兴综合性技术。在结构中至少有一个相在一个维度上呈纳米级大小的材料被称为纳米材料（Chaudhry et al.，2010）。由于其尺寸上的微观性，纳米材料具有与传统材料不同的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，被广泛应用于原料化工、食品、农业、纺织、电子电器、机械、医学等众多领域。
本文综述了纳米技术在果蔬产品包括贮藏保鲜、加工和有害物质快速检测等方面的研究进展，
收稿日期：2013–05–25；修回日期：2013–08–26
基金项目：国家自然科学基金项目（31171930）；中央高校基本科研业务费专项（XDJK2013A014）；重庆高校创新团队建设计划项目（KJTD201333）
* 通信作者Author for correspondence（E-mail：zzqswu@https://www.doczj.com/doc/3216242212.html,）
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对其可能存在的安全风险做了初步的评估、分析和探讨，旨在为纳米技术在果蔬产品质量控制中的应用提供参考。
1 纳米技术在果蔬生产中的应用
纳米技术在果蔬生产中主要应用于纳米肥料制作、土壤改良、纳米农药、纳米助长器的研发等方面。
纳米肥料是利用纳米技术、化工微乳化技术和医药微胶囊技术研发的肥料。由蒙脱土（MMT）制成的纳米肥具有较强的吸水性，可形成原纳米MMT颗粒体积的10 ~ 15倍的凝胶体，从而降低水分的释放速度供作物吸收利用，有很好的抗旱和促进生长作用（刘群等，2012）。采用田间试验的方法对紫花苜蓿、黑麦草、白三叶3种草施用不同剂量的纳米蒙脱土，可增加3种草的地上部总生物量，利于果园生草（刘群等，2012）。Kottegoda等（2011）基于改性的羟基磷灰石纳米粒吸附尿素而制成的纳米肥料，能持续缓慢的释放氮素达60 d，而传统商业肥料释放氮素量不均匀且持续时间短（约30 d）。王署娟等（2011）采用土培试验将纳米氢醌和纳米茶多酚添加到氮肥中，研究其对小白菜生长及氮肥利用的情况，结果表明，小白菜产量和叶片中叶绿素含量提高、氮磷钾养分吸收量增加、氮肥利用率提高。
通过纳米插层等技术制成的纳米土墒材料具有吸水、固肥、水肥缓释、改善土壤团粒结构等性能。近年来中国多个省区对粮食、油料、经济、生物质能源原料、水果、蔬菜，6大类30种作物60多个品种使用了纳米土墒材料，进行了几千公顷的种植试验示范，实践证明在不用或少用化肥的情况下使用纳米土墒材料可增产10%以上（薛合伦，2012）。
将纳米技术与农药相结合研制的纳米农药具有用量少、药效高、杀虫防病广谱、对人畜低毒等优点。陶希芹等（2010）以壳聚糖和月桂酸钠改性的纳米二氧化钛（TiO2）为材料，通过溶液共混法制得纳米TiO2/壳聚糖复合膜，并与农药反应制得纳米TiO2/壳聚糖复合膜/农药复合膜药剂，该药剂能够在作物表面形成一层薄膜，体现了长效、经济、安全等优点。运用纳米技术将生物农药纳米化，制成纳米生物农药，可以克服传统生物农药药效慢、稳定性差、防治效果差等缺点。运用纳米工艺制成的纳米生物农药18%烟 · 阿AS（烟碱和阿维菌素混剂），易溶于水、高分散的稳定均相体系、脂溶性和水溶性好，具有高效、低毒等优点，杀虫效果良好（夏先全等，2007）。Bhagat等（2013）制备一种含有信息素和诱虫醚的纳米凝胶，该凝胶非常稳定，在开放的环境条件下能明显延缓信息素的蒸发，用于引诱橘小实蝇（Bactrocera dorsalis Hendel）并通过陷阱捕杀，对果园害虫管理效果良好。
强的纳米863生物助长器是由南昌高新技术有限公司研制并应用于农业的纳米技术产品，它是利用其核心材料的光热转换性能来提高水肥农药的能量、活化作物组织、促进新陈代谢、改善生理机能和提高抗逆性。江西省南昌市蔬菜科研所用该助长器用于蔬菜栽培，蔬菜种子发芽率比对照组高41.40%，平均增产35.90%。利用助长器对黄瓜、茄子、辣椒等蔬菜种子进行浸种催芽，可提高种子发芽率和芽势；用其处理的水适时浇喷蔬菜作物，可提高幼苗抗病性，减少倒伏和溢缩等病害突发率；用加入助长器的农药喷施蔬菜，可显著提高对锈病、炭疽病、小菜娥、蚜虫等病虫害的防治效果（张明海，2005）。
2 纳米技术与果蔬产品贮藏保鲜
聚合物基纳米复合材料是按照一定比例将分散均匀的纳米颗粒与高分子聚合物通过合成、添
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加、改性等方式加工混合而形成复合包装材料（尹国平和陈志周，2012），已应用于果蔬产品贮藏保鲜。
2.1 纳米银系复合材料
纳米Ag系复合材料的制作工艺是把纳米Ag按照一定的剂量添加到聚酰胺6（PA6）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、低密度聚乙烯（LDPE）、海藻酸钙等聚合物中制成果蔬保鲜膜、保鲜剂等。另外纳米Ag还可与其它纳米颗粒，如纳米氧化锌（ZnO）、纳米MMT、纳米TiO2等共同添加到聚合物中制成的抗菌保鲜材料，通过释放Ag+在短时间内杀死细菌（Damm et al.，2008），抗菌效果好且抗菌时间长。另外它还可以加速氧化果蔬中释放的乙烯，从而减少包装中乙烯的含量，以达到良好的保鲜效果。
目前纳米Ag系复合材料在食品工业中已有广泛的应用，在果蔬产品如芦笋、莴苣、胡萝卜、橙汁、水果沙拉等上已有相关的研究和应用（An et al.，2008；Emamifa et al.，2010；Costa et al.，2011，2012；马宁等，2012）。纳米Ag在聚酰胺6（PA6）中添加量为0.06%时，纳米Ag/PA6复合材料对大肠杆菌具有很好的抑制作用（Damm et al.，2008）。用纳米Ag和PVP混合物在一定条件下对绿芦笋进行涂膜处理，并分别置于2 ℃和10 ℃、90% ~ 95%相对湿度下贮藏25 d时发现，涂膜处理的绿芦笋在失重、色泽、质构等方面均好于对照组且对微生物有良好的控制作用（An et al.，2008）。含有纳米Ag和纳米ZnO的LDPE膜可将新鲜橙汁的货架期延长至28 d（Emamifa et al.，2010）。一定量的Ag/MMT纳米粒置于聚丙烯（PP）包装盒底部，然后对鲜切水果沙拉进行包装，在5 ℃和黑暗条件下贮藏3周，沙拉的感官品质（颜色、气味纹理、坚固度等）有很大改善，保质期显著延长；该纳米粒具有极强的抗菌性，能严格控制微生物的增殖（Costa et al.，2011）。载有纳米Ag、纳米MMT的海藻酸钙涂膜，能严格控制胡萝卜储藏过程中微生物的生长以及失水，胡萝卜储藏寿命可延长到大约70 d，对照组只有4 d（Costa et al.，2012）。含纳米Ag、纳米TiO2和高岭土的包装材料，能较好地保持莴苣在贮藏过程中的感官品质和营养成分，从而延长其贮藏时间；用该材料包装的莴苣，维生素C、叶绿素含量显著高于对照组，质量损失率、丙二醛（MDA）含量、多酚氧化酶（PPO）比活力显著低于普通包装（马宁等，2012）。
2.2纳米二氧化钛复合材料
纳米TiO2具有抗菌杀毒、吸收紫外线、自清洁、阻隔性良好等优良特性（孙新等，2012），是目前研究最多的纳米材料之一。纳米TiO2复合材料加工工艺是将纳米TiO2或与其它纳米颗粒（纳米Ag、纳米MMT等）共同添加到LDPE、淀粉、聚乙烯（PE）、壳聚糖等高分子聚合物中而制成保鲜膜、涂膜剂等。其保鲜机理是纳米TiO2的光催化特性能够将果蔬贮藏中释放的乙烯氧化分解成CO2和H2O，另外纳米TiO2在光照射下能产生强氧化性的自由基，使微生物蛋白质变性，从而抑制和杀死微生物，起到良好的抗菌保鲜效果。
已有研究报道，纳米TiO2复合材料可应用于梨、樱桃番茄、猕猴桃等果蔬产品的贮藏保鲜（宋贤良等，2010；Hu et al.，2011；Bodaghi et al.，2013）。利用熔融共混法制得的纳米TiO2/LDPE复合物薄膜，对假单胞菌、粘质红酵母等具有极好的抗菌效果，在3 h的紫外光照射下分别减少了104 cfu · mL-1、102 cfu · mL-1，相比之下LDPE薄膜却只减少了约22 cfu · mL-1、4 cfu · mL-1；用该薄膜对鲜梨进行包装，在5 ℃荧光灯照射下储藏17 d，与LDPE薄膜相比，嗜温细菌和酵母菌数量显著减少（Bodaghi et al.，2013）。当纳米TiO2的质量分数为0.025%时，纳米TiO2/玉米淀粉复合涂膜处理对樱桃番茄的保鲜效果最佳，在20 ℃贮藏11 d时，樱桃番茄的硬度、维生素C含量、总酸含量分别为对照组的1.33倍、1.12倍、1.34倍，其失重率、可溶性固形物含量和腐烂率分别比对照组降
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低了28.6%、12.7%、78.8%（宋贤良等，2010）。纳米TiO2、纳米Ag、MMT混入PE制备的纳米复合物包装材料对猕猴桃保鲜效果良好，在4 ℃贮藏42 d时，该材料能显著降低氧气、水蒸气的渗透率以及抑制孢子的萌发；猕猴桃的抗坏血酸、总多酚含量与对照组相比有所增加，失重率、软化程度、色度、可溶性固形物含量分别比对照组降低了22.67%、124.84%、23.46% 、14.42%，延迟了猕猴桃的成熟（Hu et al.，2011），此材料可用来减少果实腐烂和保持采后猕猴桃的品质。有研究显示，纳米TiO2/壳聚糖复合材料能有效抑制沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌的增殖生长（Díaz-Visurraga et al.，2010）。
2.3纳米硅氧化物复合材料
纳米硅氧化物（SiO x）是一种具有纳米特性的无味、无污染、具一定抗菌性的非金属材料，已广泛应用于化工、食品、医学等领域。纳米SiO x复合材料制作工艺一般是将纳米SiO x添加到一定浓度的壳聚糖溶液中，通过匀质分散制成果蔬涂膜剂或者吹干成膜用于果蔬包装。纳米SiO x复合材料用于贮藏保鲜的机理是该复合物材料的硅氧键对CO2和O2具有吸附、溶解、扩散和释放作用，可以调节膜内外这两种气体的交换量，这样在一定程度上抑制了果蔬的呼吸强度，起到良好的保鲜作用。壳聚糖是一种具有良好成膜性、生物降解性、生物相容性、广谱抗菌性、无毒性和独特理化性质的氨基类多糖（Aider，2010）。壳聚糖和其它材料复合而形成的材料可有效的控制果蔬的腐烂率、失水率和呼吸强度。通过纳米SiO x对壳聚糖的修饰，来提高纳米SiO x/壳聚糖涂膜的力学性能和持水率，从而达到较为理想的贮藏保鲜效果（Azeredo，2009）。
目前纳米SiO x复合材料已成功应用于枣、龙眼、荸荠等果蔬产品的贮藏保鲜（徐庭巧等，2011；Yu et al.，2012；Shi et al.，2013）。用0.04%纳米SiO2和1%壳聚糖混合液对大枣进行涂膜，在室温保存32 d时，大枣的色度、腐烂率、呼吸速率均低于对照组，苯丙氨酸解氨酶（PLA）的活性降低，抗氧化酶（AOEs）的活性升高，丙二醛（MDA）的增加受到抑制，大枣总类黄酮含量显著升高（Yu et al.，2012）。利用原位溶胶—凝胶法制备的纳米SiO2/壳聚糖杂化膜可显著延长龙眼的保质期，减少褐变指数，延迟质量损失和抑制丙二醛（MDA）含量和多酚氧化酶（PPO）活性的增加，显著抑制总可溶性固形物、可滴定酸和抗坏血酸含量的减少（Shi et al.，2013）。徐庭巧等（2011）研究了10 ℃下纳米SiO x/壳聚糖复合物涂膜处理对鲜切荸荠品质的影响，结果发现，该涂膜可有效延缓荸荠在贮藏过程中失水率的增加和切割亮度L值的下降，且延缓总酚含量和褐变指数的增加，抑制苯丙氨酸解氨酶（PLA）、多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）的活性，从而达到了较好的保鲜效果，延长鲜切荸荠的货架期。
3 纳米技术与果蔬汁加工
3.1纳米果蔬汁生产
为了保持果蔬汁独特的色香味，防止褐变而将果蔬汁制成纳米胶囊，稳定性好，加到饮料中而得到的产品品质与新鲜果蔬汁相似。利用纳米技术可对果汁进行分子、原子级的修饰，使得某些物质结构发生改变，从而加快营养成分在体内的运输，提高人体对营养成分的吸收利用率。有报道，用天然脂类把苹果汁包装成纳米微粒，制成的纳米苹果汁进入人体后具有缓慢释放功能，比传统技术生产的苹果汁在体内滞留时间延长2 ~ 3倍；另外，纳米苹果汁容易吸附在胃肠道上且不受酶等生物因子的破坏，易被有机体吸收且其生物利用率是普通苹果汁的1.8 ~ 2.2倍（刘彩云等，2005）。德国的巴斯夫（Badische Anilin und SodaFabrik，简称BASF）公司生产的一种食品添加剂——纳米
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级类胡萝卜素，既能促进人体吸收，又能延长食品货架期，该技术申请了专利后将产品供应给全球知名的食品与饮料公司用于制作柠檬汁等果汁产品。
3.2果蔬汁浓缩和脱盐
果蔬汁浓缩可以减少果蔬汁体积，提高其储藏运输的稳定性。理想的果蔬汁浓缩工艺应保持新鲜果蔬的风味品质及营养价值，纳滤技术应用于果蔬汁浓缩具有很大优势。纳滤技术是介于超滤与反渗透之间的一种截留分子量在100 ~ l 000 D范围内的膜分离技术，其滤膜可以去除纳米级的溶质粒子（杨安树和陈红兵，2007）。果蔬汁纳滤主要目的是浓缩、脱盐、调味和脱色等。纳滤技术可常温操作，既不发生相变化，又减少了营养成分损失，且可除去酸和不良气味的成分以及调节各种组分的含量，避免出现过高或过低的现象，从而提高了果蔬汁品质（杨安树和陈红兵，2007）。利用纳滤膜的耐盐性可将橘子汁和洋李酸浸液进行浓缩和脱盐，可将浸液浓缩至原体积1/10以下，洋李酸浸液的脱盐率达54.5%，有机酸脱除率可达80%（Guu，1996）。利用纳滤、反渗透、渗透蒸馏集成膜来浓缩血橙汁和胡萝卜汁，首先用纳滤膜去除果胶、纤维素等大分子物质，再经反渗透、渗透蒸馏工艺，最终得到的良好品质的果蔬汁（Cassano et a1.，2003）。松散纳滤膜可以用来浓缩和澄清梨汁，提高梨汁的稳定性和延长其贮藏时间（Vivekanand et a1.，2012）。Warczok等（2004）利用管状膜（AFT80）和平板膜（MPT-34）对梨汁和苹果汁进行浓缩工艺研究，发现纳滤膜可以用于果汁浓缩，效果较好。
4 纳米技术与果蔬产品安全快速检测
4.1 重金属检测
比重大于5的金属被称为重金属，包括汞、铜、铅、镉、铁、锌等。果蔬产品中含量超标的重金属，可通过食物链对人体造成潜在的危害，引发癌症和畸形等慢性疾病。以纳米技术为基础的检测技术可以对重金属进行快速检测。Behbahani等（2012）用双硫腙功能化修饰纳米多孔SiO2（SBA–15）制备了一种新的吸附剂，结合固相萃取来分离和测定食品和农产品中微量的镉、铜、镍、铅离子，萃取效率均大于97%，检测限分别为0.09、0.16、0.21、0.45 μg · L-1，提供了一种简单、快速、重复性好、选择性高的检测方法。Tan等（2012）研制了一种基于2–巯基异烟酸功能化的金纳米粒子表面增强拉曼散射（SERS）的纳米传感器，用于检测水溶液中的重金属离子Hg2+和Pb2+，检测限分别为3.4 × 10-8 mol · L-1和1.0 × 10-7 mol · L-1，具有很高的选择性和灵敏度。Wu等（2010）用量子点标记脱氧核酶制备了一种检测重金属离子的高敏感性和特异性的纳米传感器，对Pb2+和Cu2+的检测限分别为2 × 10-10 mol · L-1和5 × 10-10 mol · L-1，且检测可以在25 min之内完成，大大缩短了检测所需要的时间。
4.2农药残留检测
Alizadeh（2012）制备了一种基于分子印迹聚合物（MIP）纳米粒子的电化学传感器，用于番茄、葡萄、苹果和白菜样品中超痕量对硫磷的检测，结果表明，在对硫磷浓度为5 × 10-11 ~ 1.5 × 10-7 mol · L-1范围内，该传感器的响应是线性的，检测限低（2 × 10-11 mol · L-1），具有较高的选择性和精度。Zheng等（2011）用碲化镉（CdTe）量子点和乙酰胆碱酯酶（AChE）通过层层组装技术集成的一种光学生物传感器，用于检测果蔬中有机磷农药残留，检测限低至1.05 × 10-11 mol · L-1（对氧磷）和4.47 × 10-12 mol · L-1（对硫磷），与传统的检测方法相比，具有灵敏度高、稳定性好、准确度高、重复性好等特点。Liu等（2012）报道了一种高灵敏度的用罗丹明B覆盖的金纳米粒子为基础的试
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验，结合荧光和比色双重显示方法，检测混合溶液中的有机磷和氨基甲酸酯类农药，西维因、二嗪农、马拉硫磷、甲拌磷的最低检测浓度分别为0.1、0.1、0.3、1.0 μg · L-1，均低于欧盟农药数据库和美国农业部（USDA）报告的最大残留限量。
4.3致病微生物检测
以纳米技术为基础的致病微生物的检测目前已涉及大肠杆菌、沙门氏菌、李斯特氏菌、黄曲霉等。Oaew等（2012）研制一种由聚苯乙烯磺酸钠（PSS）封装纳米金和辣根过氧化物酶（HRP）的纳米胶囊，纳米胶囊PSS壳上连有抗体，通过酶联免疫吸附法（ELISA）检测食物传染的病原体单核细胞增生李斯特氏菌，在一定数量抗体的情况下，与常规使用HRP标记抗体的ELISA相比，纳米胶囊表现出30倍的灵敏度和更短的检测时间（5 min），大大增强了免疫测定中的信号。Yang等（2013）研发了一种纳米磁珠分离结合单叠氮丙啶处理和多重PCR同时检测食品中的鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌O157：H7和单核细胞增生李斯特氏菌的方法。该方法的检测限约为102 cfu · mL-1（纯培养）和103 cfu · g-1（加标的莴苣、西红柿、牛肉样品），提供了一种快速可靠的可同时检测以上3种微生物的新方法。Zhang等（2011）用新方法筛选纳米金标记的单克隆抗体，通过免疫层析，用于花生基质中总黄曲霉毒素的快速检测，结果显示，花生基质中黄曲霉毒素B1，B2，G1和 G2的视觉检测上限分别为0.03、0.06、0.12和0.25 μg · L-1，具有很高的灵敏度。虽然此方法是定性检测，但为总黄曲霉毒素的现场检测提供了一种灵敏、快速、低廉、简便的新方法。
5 纳米技术在果蔬产品中应用的安全风险
近年来，纳米技术在国内外的迅速发展和应用，该技术对生物和环境造成的安全风险已经引起世界各国的广泛关注。2003年Service（2003）和Brumfiel（2003）相继撰文讨论了纳米尺度物质的生物效应以及对环境和健康的影响。2009年由美国、欧盟、日本、韩国和中国等共同提出的科学报告表明，纳米材料对健康和环境的毒性是由其物理化学性质，比如尺寸、形态和表面效应等引起的。
5.1环境安全
许多材料或产品中的纳米尺度物质会不同程度地进入大气、水体和土壤中，对环境造成一定的潜在影响。
Song等（2009）报道了一些曾在印刷厂工作5 ~ 13个月的年轻女工，暴露于含有纳米聚丙烯酸酯的工作环境，均表现出气短、心包积液、胸腔积液等临床症状，检查发现在这些女工的支气管肺泡灌洗液、肺和胸水组织以及工作场所均能找到直径为30 nm的纳米颗粒。
对进入水环境的污染物通常用藻类等水生生物作为受试对象，进行生物毒性的监测，以此来评价环境安全效应（Farré et a1.，2009）。纳米TiO2悬浮液对普生轮藻（Chara vulgaris L）具有一定毒性效应，随着其浓度增加和时间的延长，叶绿素a含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性呈下降趋势，脂质过氧化物（LPO）、丙二醛（MDA）含量呈上升趋势，并呈现剂量效应（侯东颖等，2012）。另外纳米粒子很容易以极快的速度扩散到地下水中，从而造成严重的水污染且难以净化（Lecoanet et a1.，2004）。
进入土壤中的纳米粒子对土壤中微生物产生毒性影响（Dinesh et a1.，2012），威胁土壤中微生物的生物量，另外氧化物纳米粒子在土壤中有较低的溶解度，并聚集在土壤空隙间（Antisari et a1.，2013）。
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5.2 生态安全
纳米材料在生产、运输和使用等过程中，不可避免地进入由生物群落和无机环境组成的生态系统中。Ag、CuO、ZnO等纳米粒会产生一定程度的生态毒理（Roh et a1.，2009；Blinova et a1.，2010）。纳米粒子可以在多种基质中扩散和迁移，通过多种暴露途径进入生物体并在体内蓄积，产生毒理效应（Aschberge et a1.，2011；Cockburn et a1.，2012）。微生物、动植物体内积累的纳米粒子，很可能会通过食物链传递给下一个营养级并造成危害，从而对整个生态系统造成一定的负面影响，对生态安全造成威胁。
有研究显示，食品包装材料中的纳米粒子会向食品中迁移，从而对人产生健康方面的问题。Avella等（2005）研究了纳米MMT/马铃薯淀粉复合薄膜向莴苣和菠菜进行迁移的矿质元素水平，40 ℃下进行10 d的试验表明，Mg和Fe的迁移水平很低，而Si表现出3 ~ 5倍较高的迁移量（MMT 主要成分是SiO2），符合欧盟规定的迁移量。Cushen等（2013）通过用纳米Ag/PVC复合材料包装储藏鸡肉，从复合材料中纳米Ag的直径、含量以及包装储藏时间、温度4个方面研究了该材料中Ag的迁移量，发现均有Ag的迁移，其中Ag的含量是决定Ag迁移量的关键因素，并以此评估了人体摄入迁移有Ag的鸡肉而产生的危害。
5.3生物安全
生物安全是指对微生物、植物、动物和人体等生物体构成的可能危害。Baek和An（2011）研究了纳米氧化铜（CuO）、氧化镍（NiO）、ZnO和三氧化二锑（Sb2O3）对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌的毒性，结果显示培养基中细菌的cfu数值减小与粒子浓度成剂量关系。有学者研究碳纳米管、Al、Zn、Al2O3、ZnO纳米粒对6种植物莴苣、萝卜、甘蓝型油菜、黑麦草、玉米、黄瓜的毒性，结果发现Zn和ZnO抑制种子萌发和根系生长，表现出最高毒性（Lin & Xing，2007）。纳米CuO颗粒能够诱导农作物和草地植物的DNA损伤，并强烈抑制萝卜、多年生和一年生黑麦草的生长（Atha et a1.，2012）。纳米ZnO粒子会对洋葱的根尖细胞造成细胞毒性和遗传毒性，引起脂质过氧化，减少有丝分裂指数，增加微核及染色体畸变指数（Kumari et a1.，2011）。
Sharma等（2012）连续14 d对小鼠亚急性口服纳米ZnO（300 mg · kg-1），发现纳米ZnO在肝脏中大量沉积，丙氨酸氨基转移酶（ALT）和碱性磷酸酶（ALP）含量显著升高，引起肝脏病变，诱导小鼠氧化应激反应，导致DNA损伤和肝脏细胞凋亡。对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）（F0）饲喂含金纳米粒的食物，发现在F0的随后几代均有明显的表型修饰，表明金纳米粒子可诱导果蝇的致突变效应，可能会遗传给后代（Vecchio et a1.，2012）。纳米CuO粒子能诱导皮肤炎症细胞因子的分泌和细胞坏死，使皮肤失去保护性的角膜（Cohen et a1.，2013）。有文献报道，纳米颗粒可能通过简单扩散或渗透作用经皮肤和肺血屏障进入体内，导致体内一些重要酶活性丧失和激素的分泌紊乱；可能透过血脑和血睾屏障，对中枢神经系统、精子产生不良影响；还可能使遗传物质突变，促进细胞老化，增高肿瘤发病率等（于燕等，2006）。
人体食用迁移有纳米粒子的食物，可能会导致纳米粒子在胃肠部位积累，并通过胃肠壁的吸收进入其它器官和组织中而造成危害。一般研究纳米粒子对人体的影响是以动物（小鼠）模型试验来评估的。Awasthi等（2013）对瑞士小白鼠口服单一剂量60和100 mg · kg-1多碳纳米管，7、14、21和28 d分别对小鼠尸检，发现小鼠肝脏病变，包括巨噬细胞损伤，细胞肿胀、非特异性炎症、细胞坏死及血液凝固，过氧化物酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性显著下降。Esmaeillou等（2013）研究了纳米ZnO粒子对健康成年小鼠的口服毒性，结果显示，小鼠表现出呕吐、食欲不振、严重嗜睡等症状，小鼠血清中高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平降低，病理组织学检查发现小鼠的肺、肝和肾有严重的损伤。
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目前对纳米粒子从复合包装材料迁移到食品中的研究很少，缺乏试验方法和模型，以致很难评价其安全性。可以用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及原子力显微镜（AFM）对复合材料中的纳米粒子进行形貌表征和监测，这对研究纳米粒子的迁移很重要。此外，在使用含有纳米粒的复合材料作为果蔬产品包装材料时，除了考虑其中的纳米粒迁移带来的危害，还要考虑该纳米材料在发挥抗菌保鲜作用时释放的重金属离子对人体的伤害。有文献报道（Xiu et al.，2012），纳米Ag在抗菌时通常会释放出Ag+，Ag+为人体的非必需元素离子，虽然人体内允许存在一定量的Ag，但是如果长期使用纳米Ag材料，就需要考虑是否会有Ag引起慢性中毒的问题。
6 问题与展望
首先，在纳米材料工艺方面。大部分研究都是基于重金属合成的纳米材料，重金属在人体超过一定的量就会产生毒性，另外大部分聚合物生物可降解性差，可能造成一定的环境安全问题。应该用一些果蔬类提取物合成银纳米粒子或用人体必需金属合成纳米粒子，开发有机绿色材料构成的纳米复合材料。也可从天然产物中提取相关生物活性物质来代替金属或金属氧化物材料，选择生物降解性好的淀粉、壳聚糖、天然纤维等作为合成复合纳米材料的聚合物。未来的研究可以柑橘提取物（香精油、果胶等）为原料合成纳米材料，用作抗菌保鲜剂或包装材料，应用于果蔬产品的贮藏保鲜。
其次，在应用领域与应用技术方面。纳米技术在果蔬生产方面应用较少。应该重点研发果蔬纳米专用肥和纳米专用农药等。由于每种果蔬采后生理特点不同，同一种纳米复合材料对大部分果蔬的保鲜效果不同，可针对每一种果蔬采后生理特征研发保鲜效果最好的专用纳米复合材料。此外，目前果蔬加工技术主要注重常规品质的提高，对产品在人体内的吸收效果关注较少，人体对产品营养吸收利用率不高。运用纳米胶囊技术将果蔬营养物质包覆，可以明显促进人体对营养物质的吸收，通过纳米修饰提高果蔬产品吸收效果是未来主要的研究方向之一。传统的果蔬安全检测的方法，如化学分析法、色谱法等存在灵敏度低、检测限高、检测时间长等缺点，以纳米技术为基础的检测技术可以有效克服这些缺点。未来的研究可加强与生物学技术、电化学技术等相结合，研发一些高灵敏度、高通量、高特异性、快速的实时在线检测技术，开发能同时检测多种重金属或农药残留以及致病微生物的专用纳米检测技术和产品。为减轻对环境的危害，开发的产品最好能重复使用。
第三，在安全风险方面。对纳米粒子从复合包装材料迁移到食品中的研究很少，缺乏有效的安全评估模型和试验方法，以致很难评价纳米复合材料的安全性。用SEM、TEM和AFM对复合材料中的纳米粒子进行形貌表征和监测，弄清其向食物中迁移的原理，建立定量的方法和模型。另外对使用过的纳米复合材料要进行统一的处理，可以通过酸溶液的腐蚀，使纳米粒子反应生成相应的离子并进行回收处理，以防止纳米粒子释放到环境中造成危害。由于不同的纳米材料可能会具有不同环境和生物效应，其效应可能与其粒子大小、结构、环境介质、浓度等相关，相关的毒性机理研究不够深入，大多只是对一些现象做的一些描述。应对每一种应用于果蔬产品的纳米材料的毒性进行监测，综合多方面的因素和结合多学科（医学、生物学等）进行评价，开发毒理监测的新方法和仪器，弄清其毒性作用的原理，开发一些切实有效的减少其毒性，同时增强其防腐保鲜效果的方法，为其安全应用提供保障。
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第29届国际园艺大会将于2014年在澳大利亚召开
时间：2014年8月17—22日地点：澳大利亚布里斯班
会议主题：可持续生活、生计与环境美化副主题：可持续生活、可持续生计、可持续环境美化、热带园艺
会议内容：水果蔬菜对人类健康的影响、园艺与人类、园艺在发展中国家和世界农产品生产中的地位、园艺提高发展中国家人民的生活水平、多年生果树生理与全球环境变化中的果树生产体系、推动本土蔬菜的科研与生产，高附加值蔬菜、块根块茎类作物及食用菌的生产、销售与需求，温室观赏园艺、机械化、精准园艺与机器人，水果无损伤检测、植物保护新技术、未来采后技术，园艺教育、研究、培训及咨询，保护地栽培新技术、园艺作物育种、园艺作物分子生物学、园艺作物脱毒快繁及组织培养技术、植物遗传资源、园林及城郊型园艺、运动场草皮管理、园艺资源的有机废物处理，生物安全、害虫检疫及市场进入，城市树木的可持续管理、热带水果及观赏植物等。
会议形式：大会、分组会、专题讨论会。
提交论文摘要时间：2013年4月1日提交论文摘要截止时间：2013年11月1日
通知论文摘要接收时间：2014年1月14日
会议报告人（包括墙报）注册截止时间：2014年2月17日
注册开放时间：2013年9月30日
提前注册截止时间：2014年2月17日
注册方式：网上注册或从网上下载注册表填写后寄至大会秘书处
注册联系方式：IHC2014 Secretariat
PO. Box 3599
South Brisbane QLD 4101
Telephone：+61（0）7 3255 1002
Facsimile：+61(0) 7 3255 1004
E-mail：registration@https://www.doczj.com/doc/3216242212.html,
大会网站：https://www.doczj.com/doc/3216242212.html,
纳米生物医学材料的应用 摘要：纳米材料和纳米技术是八十年代以来兴起的一个崭新的领域,随着研究的深入和技术的发展,纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透,显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在生物医学领域中的研究进展和应用。 关键字：纳米材料；生物医学；进展；应用 1. 前言 纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1~100nm),(2)有大量的界面或自由表面,(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,包括小尺寸效应和表面或界面效应等,因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,已在许多领域展示出广阔的应用前景,引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。 “纳米材料”的概念是80年代初形成的。1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。1987年美国和西德同时报道,成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。从那时以来,用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种。人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景,取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点,是当前国际上的前沿研究课题之一[1]。 2. 纳米陶瓷材料 纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于100nm量级的水平[2]。纳米微粒所具有的小尺寸效应、表面与界面效应使纳米陶瓷呈现出与传统陶瓷显著不同的独特性能。纳米陶瓷已成为当前材料科学、凝聚态物理研究的前沿热点领域,是纳米科学技术的重要组成部分[3]。 陶瓷是一种多晶材料,它是由晶粒和晶界所组成的烧结体。由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和微小裂纹。决定陶瓷性能的主要因素是组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响,使材料的强度、韧性和超塑性大大
浅谈纳米技术的研究与应用 1.引言 当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年美国诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman)，在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这在当时只是一个美好的梦想。 如今，这个预言和梦想终于实现了。费曼所预言的材料就是现在的纳米。 今天，不少科学家又在预言，纳米科技将在新世纪里得到惊人的发展，纳米科技将给人类的科学技术和生活带来革命性的变化。科学家认为，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机，并成为未来信息时代的核心。 我国著名科学家钱学森早在1991年就指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。” 英国理论物理学家斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：“未来一千年人类有可能对DNA基因重新设计。而生化纳米材料则是设计DNA基因所必须具备的医药材料基础。” 近年来，科学家勾画了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子备件，巨型计算机可装入口袋；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的；世界还将出现1μm以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。 海内外科技界广泛认为，纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，并已得到不同程度的应用。 1998年8月20日，《美国商业周刊》发表文章指出，21世纪有三个领域可能取得重大突破：生命科学和生物技术；纳米材料和纳米技术；从外星球获得能源。并指出这是人类跨入21世纪所面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：“70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为21世纪先进国家。” 1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(Nanotechnology)一词描述精细机械加工。1977年美国麻省理工学院的德雷克斯勒也提倡纳米科技的研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。1982年发明了扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率揭示了一个“可见的”原子、分子世界。到80年代末，STM已不仅是一个可观察的手段，而且已成为可以排布原子的工具。STM与AFM(原子力显微镜)
浅谈纳米技术及其应用 1 概述 1.1 引言 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。纳米技术兴起于20世纪80年代，随着它的逐步发展和完善，人类将必然在认识和改造自然方面进入一个前所未有的新阶段。 1.2 纳米技术的发展 最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授[1]。1959年他在一次题为《在底部还有很大空间》的演讲中提出：物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说，人类能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态，最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。这正是关于纳米技术最早的构想。 20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist和Buhrman[2]利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒，提出了纳米晶体材料的概念，成为纳米材料的创始者。之后，麻省理工学院教授德雷克斯勒[3]积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。 纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代末、90年代初。1981年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——扫描隧道显微镜（STM)、原子力显微镜（AFM)，为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984年德国学者格莱特[4]把粒径6nm的金属粉末压成纳米块，经研究其内部结构，指出了它界面奇异结构和特异功能。1987年，美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO 多晶体。 2
纳米光电子技术的发展及应用 摘要:纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术，本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例，随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展，两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。 关键词：纳米技术纳米光电子技术纳米光电子器件应用 一、前言 纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性，交叉性的学科领域，为21世纪三大高新科技之一。而如今，纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展，该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活，成为公众视线中的焦点。[2 纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出，而不同领域对纳米技术的看法大相径庭，就目前发展现状而言大体分为三种：第一种，是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念，可以制造出任何种类的分子结构；第二种概念把纳
米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术；第三种概念是从生物角度出发而提出的，而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构 二、纳米技术及其发展史 1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。 2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等. 3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分
纳米技术在生物医药中的应用(一) 摘要纳米技术是在纳米尺度上研究物质的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。介绍了纳米技术在生物医药中的应用现状和前景，并分析了纳米技术在生物医药领域应用中的纳米材料安全性和成本问题。 关键词纳米技术纳米材料生物医药1990年在美国召开了第一届纳米技术国际学术会议，成为纳米科技发展进步的一个重要标志。1999年，美国的RobertAFreitasJr出版了《纳米医学》，表明了纳米科技的发展已促使人们开始多方面考虑并且探索纳米科技在医学临床诊治、药物学等方面的应用。纳米技术作为一项新兴技术，在生物医药领域具有十分广阔的应用前景。1纳米技术 纳米是英文nanometre的译名，像米、厘米、毫米等一样，是一个长度单位。1纳米（nm）为10-9米，也即百万分之一毫米，相当于一根头发丝直径的五万分之一。更形象地讲，如果把1nm的物体放在乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上。在纳米尺度上，由于物质的量子效应，物质的局域性和巨大的表面、界面效应，形成的材料性能发生了由量变到质变的飞跃，从而突变或产生奇异的新现象。 纳米技术是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。这一基本概念普遍认为由美国著名物理学家、诺贝尔物理奖获得者RichardFeynman在一次题为《在物质底层有很大的空间》的演讲中提出，“为什么我们不可以从另外一个方向出发，从单个的分子甚至原子开始组装，以达到我们的要求……如果有一天能按照人们的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇迹”。 纳米技术涵盖领域广泛，包括纳米材料学、纳米生物学和纳米显微学等方面，它建立了一种崭新的思维方式，使人类能够利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术成品来满足更高层次的要求。目前，由于纳米技术具有的独特优势以及人们对健康和重大疾病防治等问题的日益关注，纳米技术开始广泛应用于生物医药领域。 2纳米技术在生物医药中的应用 方兴未艾的纳米技术把人类对微观世界的认识带入了一个全新的境界，同时也为人类战胜疾病、提高健康水平提供了更为有力的武器。就目前而言，纳米技术在生命领域的应用前景已逐渐展现，并且许多设想已经逐渐实现，可以预见纳米技术将渗透至生物医药研究和应用的方方面面。 2.1万能的机器人 1986年，美国预见研究所的工程师埃里克·德雷克斯勒说：“我们为什么不制造出成群的、肉眼看不见的微型机器人，让它们在地毯或书架上爬行，把灰尘分解成原子，再将这些原子组装成各种物品。这些微型机器人不仅是搬运原子的建筑工人，同时还具有绝妙的自我复制和自我修复能力。” 同时，还有些科学家设想将蛋白质芯片或基因芯片组装成尺寸比人体红细胞还小的纳米机器人，使其具有某些酶的功能，它是纳米机械装置与生物系统的有机结合，在生物医学工程中可充当微型医生，解决传统医生难以解决的问题。将这些纳米机器人注入血管内，可按照预定程序，直接打通脑血栓，清洁心脏动脉脂肪沉积物等，达到预防和治疗心脑血管疾病的目的。 除此以外，不同的组合方案还可组装出其他功能的纳米机器人，例如，有的可以吞噬病菌、杀死癌细胞；有的可以作为人体器官的修复工具，修复损伤的器官和组织等，以完成整容手术或其他器官修复手术；有的可以进行基因装配工作，除去基因中错误或有害的DNA片段，并将正常的DNA片段装配进染色体，使机体正常运作。 2.2灵敏的检测器
纳米科技的发展及未来的发展方向 论文 理学院 08光信息科学与技术 张箐 0836017
纳米科技的发展及未来的发展方向 一：纳米科技的起源： 纳米是长度度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R．Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出：如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置，则将会有许多激动人心的新发现。他还强调：人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说：试想，如果有一天，人们可以按自己的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇怪现象。 与所有的天才假想一样，费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后，许多科学家又尽情发挥想像力，从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。 纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初，宾尼希(C．Binnig)和罗雷尔(H．Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器－－扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM 不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。 与此同时，纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微
纳米技术在医学上的应用 随着科学技术的进步和发展，纳米材料学和生物医学的结合越来越紧密，纳米材料在生物医学领域的应用已取得了很大进展，并展现出良好的发展势头和巨大的发展潜力。纳米技术的兴起，对生物医学领域的变革产生了深远的影响。纳米材料具有许多传统材料所不具备的独特的理化性质，因此在生物医学、传感器等重要技术领域有着广泛的应用前景。纳米材料在生物医药领域的应用主要有纳米药物、抗菌材料、生物传感器等。 纳米药物 纳米药物与传统的分子药物的根本区别在于它是颗粒药物，而广义的纳米药物可分为两类：一类是纳米药物载体，即指溶解或分散有分子药物的各种纳米颗粒，如纳米球、纳米囊、纳米脂质体等；第二类是纳米药物，即指直接将原料药物加工成的纳米颗粒，或利用崭新的纳米结构或纳米特性，发现基于新型纳米颗粒的高效低毒的治疗或诊断药物。前者是对传统药物的改良，而后者强调的是把纳米材料本身作为药物。是否能实现细胞和亚细胞层次上药物的靶向传递和智能控制释放，是降低药物毒副作用、提高治疗效果的共性问题。纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术，在药物输送方面具有许多优越性。目前，用作药物载体的材料是否能实现细胞和亚细胞层次上药物的靶向传递和智能控制释放，是降低药物毒副作用、提高治疗效果的共性问题。纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术，在药物输送方面具有许多优越性。目前，用作药物载体的材料 抗菌材料 抗菌材料是指具有抗菌或杀菌功能的材料，其主要机理为：干扰细胞壁的合成、损伤细胞膜、抑制蛋白质的合成和干扰核酸的合成等4点。目前，抗菌材料使用的方法主要是通过添加抗菌剂或化学改性的方法使材料具有抗菌的效果。 通过表面化学改性方法将抗菌剂接枝到电纺纳米纤维表面，控制接枝反应在纳米纤维的表面进行，不影响纤维膜的本体力学性能。此外，纳米纤维巨大的比表面被具有高密度抗菌基团的聚合物链覆盖，并稳定、牢固地以共价键结合，这不仅大大提高了抗菌效率，小剂量即可产生强的抗菌作用，而且还具有长效及重复使用的优势，可以有效避免抗菌剂污染等问题。 生物传感器 生物传感器是信息科学、生物技术和生物控制论等多学科交叉融合而形成的新兴高科技领域。随着微电子机械系统技术、纳米技术不断整合入传感器技术领域，生物传感器越来越趋向于微型化。在纳米技术中，纳米器件的研究水平和应用程度标志着一个国家纳米科技的总体水平，而纳米传感器又是纳米器件研究中的一个最重要的方向。 由中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究员带领的纳米材料可控制备与应用研究组，在纳米增强的酶生物传感器研究方面取得了重要进展。此研究成果是采用四氧化三铁纳米颗粒构建高灵敏度葡萄糖生物传感器。研究表明，该生物传感器具有良好的抗干扰性，在实际血清的检测中表现出很好的检测效果，与现有临床方法检测结果相比，标准偏差均在3％以内，具有很强的实用性。 纳米技术医学应用的展望 虽然纳米医学刚刚问世，但其发展的巨大潜力已经展示在我们面前。21世纪
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
纳米二氧化钛的现状与发展 作者：未知时间：2007-11-24 15:17:00 国外纳米TiO2的生产现状 20世纪80年代以前，纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等，需求量不大，没有形成大的生产规模。80年代以后，开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂，为纳米TiO2打开了市场，使纳米TiO2的生产和需求大大增加，成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。 由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景，并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门，因此，纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究，并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2，总生产能力估计在(6000～10000)t/a，单线生产能力一般为(400～500)t/a。 根据莎哈里本公司统计，2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右，其消费量与产品应用见表1。 表1 2003年全球纳米TiO2消费量与产品应用 近几年，有关纳米TiO2的新建装置已很少报道，主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量，多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高，技术要点和难点主要表现在以下几个方面：①国际上纳米TiO2的价格为(30～40)万元/t，其成本大致是销售价格的2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；③金红石型纳米TiO2的表面处理技术；④纳米TiO2应用分散技术；⑤纳米TiO2应用功能的提升技
纳米技术在医学领域的应用 和重要影响 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
纳米技术在医学领域的应用和重要影响 摘要：纳米技术与生物医学的结合, 为医学界提供了全新的思路和便利, 纳米材料在医学领域的应用取得了显著效果。随着纳米材料在生物医学领域更广泛的应用, 临床医疗将变得节奏更快、效率更高, 诊断、检查更准确, 治疗更有效, 人们的生命安全将得到更大的保障。 关键词：纳米材料，纳米技术，生物医学，应用，重要影响 “纳米（nm）”是一种度量长度的单位，一个纳米是百万分之一毫米，也就是十亿分之一米，大约相当于45个原子串起来的长度。根据2011年10月18日欧盟委员会通过的纳米材料的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1nm-100nm之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。简单来说就是，一种由具有尺寸在100nm以下的微小结构的固体颗粒组成的材料。纳米技术是指一种在单个原子与分子层次上对物质的数量、种类和结构形态等进行精确的识别、观测和控制的技术，并在纳米尺度（1—100nm）内研究物质的特性和相互作用来达到创制新物质的高新技术。这项技术是在20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科，它具有创造新生产工艺、新物质和新产品的巨大潜能和前景，它将在21世纪掀起一场新的产业革命。 科技快速发展的今天, 科学技术的各个领域相互融合、渗透,其中纳米科技的发展促进了高新技术一体化的进程, 引起了科技界的高度重视。我国著名科学家钱学森曾经预言“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命, 从而将是21世纪的又一次产业革命”。纳米技术的发展正越来越成为世界各国科技界所关注的焦点,谁能在这一领域取得领先,谁就能占据21世纪科学的制高点。 美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域迅猛发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪的应用，医学纳米技术已经被列为美国优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断，2004年，美国国立卫生研究院所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、
纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。 1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容 从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念： 第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。关键突破 1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 纳米技术包含下列四个主要方面：
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性[ 1 ] ,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切[ 2 ] [ 3 ] 。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法 纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶化和蒸发,蒸汽达到周围的气体就会被冷凝或发生化学反应形成超微粒。 2 化学制备方法 化学法是指通过适当的化学反应, 从分子、原子、离子出发制备纳米物质,它包括化学气相沉积法[5][6]、化学气相冷凝法、溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题 21世纪，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术发展的主流。人们普遍认为，纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。 纳米生物技术是国际生物技术领域的前沿和热点问题，在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产业化前景，特别是纳米药物载体、纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器械等，将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用。 目前，国际上纳米生物技术在医药领域的研究已取得一定的进展。美国、日本、德国等国家均已将纳米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展。 纳米技术：于细微之处显神奇 纳米技术是在纳米尺度内，通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、器件和充分利用它们的特殊的性能，并且探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。由于纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，被称为纳米世界，也是物理、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。纳米材料中包含了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。几十个原子、分子或成千个原子、分子"组合"在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质，这种"组合"被称为"超分子"或"人工分子"。"超分子" ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、
的性质，如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。当"超分子"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去。通俗来说，纳米材料一方面可以被当作一种"超分子"，充分地展现出量子效应；而另一方面它也可以被当作一种非常小的"宏观物质"，以至于表现出特性。同时，许多化学和生物反应的过程也发生在纳米尺度的层面上，因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化，将加深对生命科学的理解。对由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合他们，是当今纳米科学技术的主要问题之一。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农业等方面。 在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、
绪论 1：纳米技术是制造和应用具有纳米量级的功能结构的技术，这些功能结构至少在一个方向的几何尺寸小于100nm。 2：微纳米技术包括集成电路技术，微系统技术和纳米技术；而微纳米加工技术可获得微纳米尺度的功能结构和器件。 3：平面集成加工是微纳米加工技术的基础，其基本思想是将微纳米机构通过逐层叠加的方式筑在平面衬底材料上。（类似于3d打印机？） 4：微纳米加工技术由三个部分组成：薄膜沉积，图形成像（必不可少），图形转移。如果加工材料不是衬底本身材料需进行薄膜沉积，成像材料的图形需转化为沉积材料的图形时需进行图形转移。（衬底材料，成像材料，沉积材料的区别和联系） 5：图形成像工艺可分为三种类型：平面图形化工艺，探针图形化工艺，模型图形化工艺。平面图形化工艺的核心是平行成像特性，其主流的方法是光学曝光即“光刻“技术；探针图形化工艺是一种逐点扫描成像技术，探针既有固态的也有非固态的，由于其逐点扫描，故其成像速度远低于平行成像方法；模型图形化工艺是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构，典型工艺是纳米压印技术，还包括模压和模铸技术。 6：微米加工和纳米加工的主要区别体现在被加工结构的尺度上，一般以100nm 作为分界点。 光学曝光技术 1：光学曝光方式和原理 可分为掩模对准式曝光和投影式曝光。其中，掩模对准式曝光又可分为接触式曝光和邻近式曝光，投影式曝光又可分为1∶1投影和缩小投影（一般为1∶4和1∶5）。 接触式曝光可分为硬接触和软接触。其特点是：图形保真度高，图形质量高，但由于掩模与光刻胶直接接触，掩模会受到损伤，使得掩模的使用寿命较低。采用邻近式曝光可以克服以上的缺点，提高掩模寿命，但由于间隙的存在，使得曝光的分辨率低，均匀性差。 掩模间隙与图形保真度之间的关系 W=k√ 其中w为模糊区的宽度。 掩模对准式曝光机基本组成包括：光源（通常为汞灯），掩模架，硅片台。 适用范围：掩模对准式曝光已不再适用于大规模集成电路的生产，但却广泛应用于小批量，科研性质的以及分辨率要求不高的微细加工中。 投影式曝光：投影式曝光广泛应用于大批量大规模集成电路的生产。 评价曝光质量的两个参数：分辨率和焦深。
纳米材料综述 一、基本定义 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着 纳米科学技术的正式诞生。 1、纳米 纳米是一种长度单位，1纳米=1×10-9米，即1米的十亿分之一，单位符 号为 nm。 2、纳米技术 纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行 精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和 相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技 术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出 具有特定功能的产品。 纳米技术的发展大致可以划分为3个阶段： 第一阶段(1990年即在召开“Nano 1”以前主要是在实验室探索各种纳米粉体的制备手段，合成纳米块体(包括薄膜，研究评估表征的方法，探索纳米材料的特殊性能。研究对象一般局限于纳米晶或纳米相材料。 第二阶段 (1990年～1994年人们关注的热点是设计纳米复合材料： ?纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合， ?纳米微粒与常规块体复合(0-3复合， ?纳米复合薄膜(0-2复合。 第三阶段(从1994年至今纳米组装体系研究。它的基本内涵是以纳米颗粒 以及纳米丝、管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。 3、纳米材料 材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料就称为纳米 材料。纳米材料和宏观材料迥然不同，它具有奇特的光学、电学、磁学、热学和力学等方面的性质。
图1 纳米颗粒材料SEM图 二、纳米材料的基本性质 由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成