纳米气泡是氢气医学的最佳技术
氢水是一种理想的给氢方法，但是氢气难溶于水是制约氢水的最大障碍，庆幸的是，纳米气泡被证明是克服难溶气体溶解的最理想技术，理论上纳米气泡不可能稳定存在，但是事实证明这种气泡不仅能稳定存在，而且由于天生的优点让这种气泡称为氢气溶解的最大神器。不得不说，氢气医学来的时机正好，有纳米气泡相助，氢水不走向辉煌，氢气都不好意思。
氢气医学给纳米气泡提供了理想舞台，纳米气泡给氢气医学提供了理想技术，氢医学纳米气泡是珠联璧合的技术。
一般情况下，气液混合主要通过两种形式实现：一种是液体以液体的形式自动进入气体中，另一种是气体向液体中鼓气。纳米气泡作为一种气体溶解新技术，是氢气医学的最佳最理想技术，这已经受到氢气医学产业和学术界的广泛接受和认可。我们从事医学和健康产业的学者和技术人员，对纳米气泡仍然存在隔行问题，有必要认真学习。相变技术应用范围广泛，如环境、农业、医疗、化工和能源等领域。气／液相变技术通常用于废水和水处理技术、水生态系统恢复、食品加工、水产农业、石化等行业。大多数气液相变过程效率受到多种操作和介质性质的影响。从传质理论角度，首先考虑的优化策略是增加接触表面面积。重要影响因素包括混
合器的设计、柱包裹材料、挡板结构、喷淋方法、注射喷嘴、分布器设计等，次要影响因素包括接触相之间的热传质或反应表面。一、什么是纳米气泡气泡是指液体内充满气体的空穴，产生气泡的基本条件是液体内气泡内压不小于环境压力。气泡表面拥有不同于气泡所在液体性质的成分。表面活性剂对气泡的形成十分重要但并不是必须条件。由于浮力比较大，大气泡一般会迅速上升到表面崩解，直径小于1微米的气泡也就是微纳米气泡因存在目前不了解的机制，能在液体中长时间稳定存在。纳米技术领域，一般习惯把100纳米以下作为纳米颗粒的最大尺度，但是纳米气泡直径一般是大于100纳米，气泡研究领域一般把1000纳米以下作为纳米气泡或微纳米气泡，100微米以下为细小气泡。纳米气泡有两种基本类型，一种是非球形界面纳米气泡，是固定分布在液体和固体界面上的气泡，这种气泡在学术界被研究相对充分，但应用相对少。另一种就是我们比较熟悉的体相纳米气泡，就是悬浮在液体中的球形纳米气泡。本文主要指体相纳米气泡。虽然气泡的研究历史已经超过半个世纪，但是气泡的类型和分类一直存在争议。学术上对气泡分类主要根据气泡性质的不同，最常用的指标是气泡大小、表面特征和气泡寿命。这些特征主要决定于气泡大小，因此许多学者把气泡大小作为唯一分类标准。按照这个标准，气泡被分为大气泡、微米气泡、亚微米气泡或纳米气泡，也有采用更通俗分类为
大气泡、小气泡和超小气泡。虽然学者们对气泡的大小范围具体有不同看法，但大多数同意微气泡直径应该在10－100微米的范围，1-10微米为亚微米气泡，10-1000纳米为纳米气泡。经典理论认为气泡越小表面张力越大，纳米气泡表面张力大造成内压非常高，因此纳米气泡存在性和稳定性一直是有争议的话题。许多学者使用不同技术探测纳米气泡。与大气泡研究一样，学者们没有纠结于纳米气泡的定义。有学者甚至忽视纳米气泡和微米气泡存在被忽视的直径范围，认为直径小于200纳米的气泡为纳米气泡，10微米以上的为微米气泡，对200纳米到10微米之间的气泡不去理会，也有学者把200纳米－10微米气泡定义为微纳米气泡，这说明对超细小气泡的分类缺乏清晰的标准。2012年，吴等定义纳米和亚微米气泡，认为500纳米以下为纳米和亚微米气泡。最近有学者认为直径小于数百纳米的气泡为纳米气泡，这不仅含糊而且存在矛盾。总之，纳米气泡直径的最大尺度存在不同看法，直径小于1微米的气泡因为尺度和特征类似可分类为超细气泡或纳米气泡。气泡分类不仅根据大小，而且根据其特征和在液体中的行为。图1对不同气泡大小的分类进行了汇总。1－10微米气泡其大小和特征都介于微米气泡和纳米气泡之间，被归类到亚微米气泡。虽然学术界对微米气泡的特征有一致看法，但是对气泡的大小范围没有统一标准。图1. 气泡大小和特征TemesgenT, Bui TT, Han M, Kim TI,
Park H. Micro and nanobubble technologies as a newhorizon for water-treatment techniques: A review. Adv Colloid Interface Sci.2017 Aug;246:40-51. doi: 10.1016/j.cis.2017.06.011. Epub 2017 Jun 27.二、纳米气泡特征符合纳米材料规律，纳米气泡也具有比表面积大的特点，这也是纳米气泡作为气液技术应该的重要基础。另外，纳米气泡还具有刚性大，表面有负电荷，浮力小，稳定性极好，长寿命等特点，决定了纳米气泡的特殊用途。纳米气泡内压和稳定性方面，存在理论计算和事实不符的情况，目前并没有明确的结论。气泡表面积和气泡直径呈负相关关系，（表面积A和直径D的数学关系A＝6/D）。因此同样体积的气泡，100纳米直径气泡表面积是10微米直径面积的100倍。理论上气泡形成消耗能量依赖于界面面积，界面面积决定于气泡表面张力。直径小于25微米的小气泡表面刚性强，类似于高压气球，不容易破裂。数毫米直径的大气泡表面比较柔软，很容易变形破裂。大气泡的浮力比较大很容易上升到液面。Stokes公式R =ρgd2/18μ（ρ= 密度，g = 重力加速度，d =气泡直径，μ=粘滞度）可计算气泡上浮速度。气泡上漂浮速度和气泡直径的平方成正比，这种关系只使用于小气泡。直径大于2毫米的大气泡由于外形发生变化，上升速度并不会受直径影响。低于1微米的纳米气泡上升速度非常慢，远低于布朗运动，整体上表现为不上升。除了浮力外，直径小于25-50微米的小气泡有
自动收缩特性。根据Henry定律，溶液中溶解气体的分压与气泡内气体分压一致时，气泡内气体溶解和溶液中气体向气泡内释放达到平衡。小气泡由于表面张力作用内压增加，造成气泡内气体分压超过气泡周围溶解气体分压，气泡内气体超周围静溶解，这会导致气泡进一步缩小，体积缩小导致表面张力效应增强，导致正反馈效应，气泡会迅速崩溃。相反大气泡因为上升周围静水压下降导致内压降低，减压导致气泡体积增大，气泡内气体分压降低，导致溶液中气体向气泡内静释放，这会导致气泡体积增大，表面张力效应降低，气泡内压进一步降低。所以，在某气体饱和溶液中，这种气体的气泡有大者增大，小者缩小的趋势。看来气泡也恰好符合马太效应。这种情况非常符合潜水员减压病发生的过程，潜水员在水下停留一定时间后，体液中气体达到一定饱和度，一旦返回水面速度过快，身体内一些气泡会因为环境压下降而增大，这种趋势过于严重就导致气体阻断血流压迫组织等后果，就是典型的减压病。治疗减压病的原理也很容易，就是把潜水员进行重新加压，加压的结果就是把大气泡变成小气泡，小气泡有变小消失的趋势，解决了气泡就解除了病因。图2. 经典气泡的马太效应纳米气泡也存在比较强的静电场，能避免气泡发生融合，对抗浮力作用。在水平电场中，气泡电荷决定于水平速度v = ζε/μ（v=水平速度，ζ= zeta 电位(V), ε=水的介电常数(s2×C2×kg-1×m-3)，μ=粘滞
度(Pa×s).）zeta电位一般是负值，但大多数与气泡直径无关。zeta电位受水的pH值影响非常大，也受到离子强度影响（离子浓度越大，zeta电位越低）。所有气泡都具有负电位，相互之间的静电排斥力能限制气泡融合。因为气泡越小，需要的能量越大，因此小气泡分裂也不容易发生。所以，小气泡可以增大或缩小，但不容易发生融合和破裂。不可溶性气体可以形成超长寿命的纳米气泡。根据Laplace公式，Pi＝Po＋4γ/d，气泡内压等于环境压与4γ/d的和（γ是表面张力(N m-1) ，d 是气泡直径(m)），气泡直径越小，内压越大。10微米气泡内压约1.3个大气压，100微米气泡约1.03个大气压。根据计算，纳米气泡内压会达到非常高水平，足以让内部气体迅速溶解消失。这和纳米气泡具有长寿命的事实不符，说明这种理论本身存在缺陷。现在还不能确定Laplace 公式是否适合于纳米气泡，但是在没有电荷等其它影响因素存在的情况下，150纳米液滴（类似气泡）表面张力确实能提高20倍。修改理论或寻找原因都有可能。有人提出可能是表面材料对表面张力产生的影响，也有人认为是过饱和溶液能降低纳米气泡表面张力，也是纳米气泡长寿命的原因。如气泡气液界面包含表面活性剂（故意或偶然）如蛋白质或去垢剂，表面活性剂能降低表面张力，降低气泡内压，增加气泡稳定性。超声气泡造影剂和药物输送气泡就是利用这样的原理。纳米气泡是有效的气液相处理过程，过去20年，
这一技术受到大量研究人员的关注。多数研究集中在微纳米气泡制备、测定和超细微气泡特性分类等方面。最近有研究探索了微纳米气泡工业化应用的可能性。根据初步研究结果，许多学者提出，水处理技术是微纳米气泡最有前景的领域。即使最有前景的水处理领域，纳米气泡的研究仍然不充分，如现有研究对气泡大小的定义和分类方面都没有统一认识。三、纳米气泡制备方法气泡产生是静态或准静态过程，然后进入融合和破裂的动态过程，气泡的形成、增大和崩溃空化过程。根据气泡内容的不同，空化分为雾空化和气空化。气泡形成主要是在特定温度情况下压强下降到某一个阈值，这类似于沸腾，区别是压强降低而不是温度增加。气泡融合和气泡崩溃是小气泡的两种相反状态，小气泡结合起来可以变成大气泡，也能通过崩溃变成更小的气泡。学者根据不同需要使用不同技术制备小气泡，气泡制备方法主要包括水力空化和颗粒空化、声学或声波降解法、电化学气蚀和机械搅拌等。所有这些技术背后的物理学基础都是利益表面张力和能量消耗降低压强。降压强空化有两种技术，一是利用水流湍流造成压强改变的水力空化，另一个是使用声波的空化作用。局部能量耗竭空化可以用光源光子或其他基本粒子诱导。在水处理技术中，水力空化是最常用的气泡制造技术，可以通过加压饱和、气泡剪切、分裂和机械搅拌等。声或声波系统使用超声波，超声波探头有的放在液体内，也有放在
液体外的。声波空化是利用声波在液体中产生的高负压超过周围静水压产生空化作用。声波空化有两种情况，第一种情况是均匀成核。是液体在破裂时声波引起的拉应力超过分子间作用力。实现这一目标所需的能量远远大于理论计算值。因为液体本身具有非均匀性，气泡出现具有不确定性。第二种类型的空泡是异相成核。空化在液体最薄弱的区域出现。例如液体中本来存在不容易扩散的气体。电化学系统是用表面产生电流形成气泡的方法。机械空化是利用高速搅拌的方法将有限体积的气体和液体进行混合，其原理和水力空化类似。纳米气泡的基本制造方法有四类，一是加减压法，二是机械旋切法，三是超声空化法，四是湍流管法。一般是将多种方法联合起来使用，可以获得比较好的效果。四、纳米气泡超长寿命原因分析纳米气泡的稳定性一直存在争议，按照经典的Young–Laplace公式，当气泡体积越小，表面张力越大，内部压力越大，内部压力大会驱动气泡内气体向液体扩散溶解，表面张力和气体丢失的结果使气泡快速趋向缩小甚至崩溃消失。例如，当气泡直径为159纳米时候，其表面张力为13.93mN/m，可产生大约452kPa的压力，相当于4.5个大气压。这样高的内压已经达到气泡快速崩溃的情况。理论上纳米气泡不可能长时间存在，但许多研究发现纳米气泡的寿命非常长。也就是说，理论上液体中纳米气泡几乎不存在，但研究证据表明液体中纳米气泡能大量长时间存在。需要强
调的是，纳米气泡长寿命一个重要特点是有一个尺度范围，大约在150纳米附近，从50纳米到500纳米（图3），条件如温度、液体和气体成分不同这个范围有一定变化。超过这个范围，如极小纳米气泡，仍然符合快速崩溃的特点，超过这个范围，正好处于经典气泡具有收缩趋势的范围。
图3.不同尺度气泡的特点纳米气泡超长寿命的原因有三个假说。一种观点认为，纳米气泡没有达到稳定平衡状态，而是处于亚稳定状态，这种状态平衡速度非常缓慢。第二种观点认为，纳米气泡是一种动态平衡状态，但是需要在过饱和溶液中。这种条件下，新的纳米气泡不断形成和旧的气泡不断消失，两者达到平衡状态。第三种观点认为，Young–Laplace 公式对纳米气泡不适用，因为纳米气泡表面张力受到界面曲度和内部气体压力影响非常大。如纳米气泡内压力只有1.4个大气压，远小于根据Young–Laplace公式的理论计算值。纳米气泡浮力非常小，而周围溶液分子运动影响相对很大，导致纳米气泡长时间悬浮在液体中。理论上5微米气泡就不会上升，因为这种气泡的浮力小于液体流动产生的影响，受到气泡之间和气泡和液体分子之间影响也相对比较大。关于纳米气泡内压，一些科学界不同意根据Young–Laplace公式的理论计算值。Tolman计算了液滴的表面张力，提出随着体积缩小表面张力相对降低。纳米气泡内压力也可能低于Young–Laplace公式的理论计算值。Nagayama等进行的分
子动力学模拟也发现，纳米气泡内压力远低于Young–Laplace公式的理论计算值。Seung Hoon Oh等进行的氢气汽油内纳米气泡的分析发现，氢气纳米气泡寿命可以稳定121天。纳米气泡稳定的关键因素是zeta电位。纳米气泡具有zeta 电位，其特征就是气泡界面外侧呈负电，内侧呈正电。弯曲液体表面能产生电荷是因为水分子结构或离散性。电荷排斥和表面张力作用方向相反，具有降低内压和表面张力的作用。任何能增加负电荷的物质都有利于气液界面，如氢氧根离子或用防静电枪增加阴离子能缩小纳米气泡直径。普通纳米气泡直径约150纳米，二氧化碳纳米气泡混合1小时后直径只有73纳米，是因为二氧化碳气泡界面有高浓度碳酸根离子。与表面电荷类似，纳米气泡之间缺乏分子间范德瓦作用力（气泡内电子密度接近为零），也能避免气泡融合。分析发现，纳米气泡表面电荷能对抗表面张力，避免纳米气泡内形成过高压，能减少气体因高压向液体中溶解，避免气泡发生崩解。气泡达到平衡是稳定的基础，那么表面电荷密度对稳定性是需要的。当纳米气泡发生收缩时，电荷密度随之增加，在这个过程中，电荷密度，电荷是使气泡扩张的作用。即使在平衡状态，气泡内气体仍然可以向未饱和的液体中溶解，除非这种液体表面也充满该气体。盐离子浓度是影响纳米气泡稳定性的负面因素。研究发现，高盐离子能促进纳米气泡聚集和融合，聚集是粒子电荷受离子强度破坏导致的盐
析现象，融合是由于气水界面发生了变化。纳米气泡稳定性也会受到溶液性质如酸碱度的影响，理论上碱性约大，气泡体积越大。除界面电荷是气泡稳定性增加的重要因素外，气泡和溶液之间气体双向扩散速率下降也是一种关键因素。主要原因是气泡周围存在一层壳体样结构，这层结构内气体溶解度远高于周围自由度高的液体环境，这种现象在界面纳米气泡已经被证实，估计在体相纳米气泡也存在类似结构（图4）。Ohgaki等发现，纳米气泡表面的氢键更强，限制了气体从气泡表面向溶液中释放。这层结构感觉很类似生物大分子表面的结合水，这种水因为和生物分子形成稳定的氢键，类似于晶体状态，活动度非常小，可能是导致气体溶解度增加的一个原因。这也类似于当前比较热门的界面水效应的概念，纳米气泡大概可能算一种最安全的界面水溶液制备方法。上海生物物理所张立娟教授曾经用同步辐射软X线对纳米气泡表面这种水结构进行了研究，证明是一种非常特殊的水结构。图4. 纳米气泡外壳与普通纳米颗粒、胶体和油水乳液类似，纳米气泡也具有自组织趋势。可能是由于界面电荷、长范围吸引、扩散缓慢和界面高渗透压梯度等因素的联合作用。体相纳米气泡刚性大，不容易被压缩，但是拉伸容易扩张。体相纳米气泡数量多的情况如电解水纳米气泡，表面水比较多，能形成更多氢键，水合作用更明显。纳米气泡能提高水分子流动性，这种现象可以用T2加权NMR质子弛
豫时间延长来分析。S. Liu, et al. Chem. Eng.Sci. 93 (2013) 250-256. 260纳米激发波长，纳米气泡可以在345纳米和425纳米释放出两个微弱宽弱荧光带，可能是气泡界面水合离子化合物诱导的电荷密度产生。P. Vallée,et al. J. Chem.Phys. 122 (2005) 114513.矿物水中纳米气泡能被磁化，这种磁化能保持1天以上。K. Uehara et al.Magnetics, 47 (2011) 2604-2607.五、纳米气泡检测方法尽管纳米气泡非常稳定，但是气泡大小分布、气泡数量和平均大小都会随着时间发生改变。界面纳米气泡检测常用原子力显微镜。体相纳米气泡常用光散射、冷冻电子显微镜和共振质量测量，共振质量测量对区分固体颗粒是简单方便的技术。纳米气泡溶液特点会随着纳米气泡等效直径、数量和大小分布的影响。不同方法可能会有不同的测定结果。纳米气泡受到布朗运动影响大，表面有硬壳，其行为接近固体纳米颗粒。因此纳米气泡可以用动态光散射方法进行测量，动态光散射是利用经过通过样品的反射波形改变进行分析。波形受颗粒布朗运动影响，大气泡产生的散射作用强，但波动比较慢。用Stokes-Einstein公式计算扩散常数确定颗粒半径。D = kT/(3ηπd) （D =扩散系数，k = 波尔兹曼常数，T = 绝对温度，η=粘度，d=颗粒直径）。这种方法最多能测量每毫升10亿纳米气泡。分析总体信号可以获得气泡数量和大小分布，但不能获得每个气泡的运动情况。纳米气泡运动需要用纳米颗粒跟踪分析方法。图5 光散
射方法
纳米颗粒跟踪分析如NanoSight是相对分析方法，这种方法利用光散射跟踪小体积（80 pL）中的每个气泡，能确定特定时间纳米气泡在X或Y轴上的运动。颗粒运动速度决定于颗粒大小，体积越大速度越小。相对于动态光散射每毫升至少107个纳米气泡，纳米颗粒跟踪分析能分析更低浓度纳米气泡。共振质量测量是对流过一个共振跳板纳米气泡进行的测量，这是一种比较新的技术，能清楚区分固体和气体纳米颗粒。1微升纳米气泡溶液通过共振器每分钟约12纳升，理想状况是每秒通过一个纳米气泡，改变有效质量并被转换为共振频率。图6 计数器示意图
库尔特氏计数器是病毒和细菌等微生物的计数装置，主要由两个小室组成，中间以不导电的薄隔板隔开，隔板带有大小与待计数的颗粒类似的单一小孔，每个小室都有电极。当纳米气泡等颗粒进入微管时，因为管内液体被气泡代替，电阻发生改变，其变化和颗粒体积有关系，利用这个特征可对通过微管的纳米气泡进行计数和体积计算。直径超过500纳米的大纳米气泡能用高分辨光学显微镜进行图像分析，观察时需要用亚甲蓝进行染色。也有利用气泡内气体成分的性质进行检测的方法，例如用红外探测二氧化碳纳米气泡。Zeta电位也经常作为纳米气泡探测指标，研究显示当zeta电位比较大时也是纳米气泡稳定性的原因，但是这种电位不能提供气
泡数量和体积的信息。有人说，纳米气泡表面有负电位，其实就是这种Zeta 电位。纳米气泡和胶体颗粒的性质类似，在表面都会形成一层电位，这种电位在物理学上有专门的名称，叫Zeta 电位。Zeta 电位高峰是气泡直经在10-30微米时。在气泡直经减小小时有电位减少的倾向。由于分散粒子表面带有电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。测量Zeta 电位的方法主要有电泳法、电渗法、流动电位法和超声法，其中电泳法应用最广。测量纳米气泡Zeta 电位可使用Zeta 电位分析仪。不了解纳米气泡的氢医学者，不是好司机！
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
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
微纳米气泡处理污水小系统开题报告_图文安徽工程大学 本科毕业设计(论文)开题报告 题目: 微纳米气泡处理污水小系统设计 指导老师: 徐建平 (教授) 院系: 生物与化学工程学院 专业: 环境工程(102班) 学号: 3100406226 姓名: 张琴弦 日期: 2014年3月5日 选题依据: (包括选题的目的、意义、国内外研究现状分析等，并附主要参考文献及出处) 一、选题的目的和意义 中国是个水资源严重短缺的国家，水环境问题极为突出。目前，对于日益严重的河湖污染问题，我国通常采用的处理设备，难以产生微纳米级的细小气泡，溶氧率低、能耗高。而微纳米气泡发生装置能够生产直径在50μm和数十纳米(nm)之间的微小气泡，可快速地溶解于水体中，溶氧效率大大提高。该技术作为一种新型污水处理技术，在水环境治理中的市场前景极为广阔。 微纳米气泡:就是气泡发生时,其大小在十微米(um)以下至数百纳米(nm)之间的气泡混合状态,称为微纳米气泡。水处理领域离不开曝气环节,气泡越小容氧性越强，而气泡小到十微米以下，其物理、化学性质都将发生根本性变化。
微气泡由于尺寸小，可表现出一些特殊的行为特性，如存在时间长、传质效率高、表面电荷形成的ζ 电位高以及可释放出自由基等特性。微气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子 [5]释放出来，此时可激发产生大量的羟基自由基。本次试验研究将基于微纳 米气泡的一些特殊行为特性，进行微纳米气泡法处理工业废水的探讨。。 本课题拟开展微纳米气泡强化处理污水中的有机物、氨氮、铁锰离子、酚类的 机理与效果研究。探讨一种新型、高效、无二次污染的高级氧化处理方法，对微纳米气泡法在污水处理中的推广应用有重要意义。 二、国内外研究现状分析 2.1微纳米气泡强化氧化法处理污水的现状 利用羟基自由基的强氧化性可以对工业废水中大量污染物进行处理。有研究结 果证实，使用臭氧作为微气泡承载气体更容易产生大量羟基自由基，而且值得注意的是，尽管臭氧具有强氧化性，但自身却不能氧化分解某些有机物，如聚乙烯醇等，但将臭氧与微气泡技术联用后，却可以在短时间内有效地将这些不能降解的有机物氧化为无机物[6]。 Takahashi 等[7]证实强酸条件下空气微气泡破裂产生自由基可以去除酚;Li 等[8]发现酸性条件下铜可以催化氧气气泡破裂产生自由基，以去除聚乙烯醇; Chu 等[9,10]发现臭氧微气泡能够提高臭氧传质效率，并强化溶解性污染物的氧化去除; Liu等[11]在染料废水混凝气浮处理中，发现微气泡可以提高氧传质速率及污染物去除效率。 2.2微纳米气泡强化氧化法处理污水的机理 微气泡由于尺寸小，可表现出一些特殊的行为特性，如存在时间长、传质效率高、表面电荷形成的ζ 电位高以及可释放出自由基等特性。 1. 延长停留时间
无机纳米材料在生物医学的应用 班级：材料科学与工程（1）班 姓名：何丽莉 学号：201473030107
摘要：主要介绍了几种介绍了介孔二氧化硅、纳米碳等非金属类纳米材料，以及磁性铁、氧化铈、银纳米粒子、金纳米粒子、镍等金属类纳米材料，比较了不同来源无机纳米材料的发展、特点、优势，明确了无机纳米材料具有环境友好、成本低、生物相容性好及低毒性等特点，综述了无机纳米材料在生物医药、临床诊断、疾病预防等生物医学方面的研究与应用。 关键词：无机纳米材料生物医学 Abstract: This paper mainly introduces several kinds of the mesoporous silica, nano carbon and other non metal nano materials, and magnetic iron, cerium oxide, silver nanoparticles, gold nanoparticles, nickel and other metal nano materials, compared the development of different sources of inorganic nano materials, features, advantages, the inorganic nano material is environmentally friendly low cost, good biocompatibility and low toxicity characteristics, the application of inorganic nano materials in the biomedical, clinical diagnosis, disease prevention research and application in biomedicine. Keywords: inorganic nano materials biomedicine
纳米技术在医学上的应用 1.关键词：纳米技术医学 2.Keywords：nanotechnology medicine 3.ISI检索结果 表1-1每年出版的文献数 表1-2每年的引文柱状图 从以上两个柱状图可以看出21世纪之前关于纳米技术在医学上的应用的研究几乎为零，但是一进入21世纪国内外关于纳米技术在医学上的应用逐年增加，每年的引文数更是呈指数倍增长，在2013年更是达到了最大出版量。虽然出版 作者记录数占总记录数的百分比FERRARI M 12 1.064% SEIFALIAN AM 11 0.975% LANGER R 10 0.887% DYGAI AM 9 0.798% JAIN KK 9 0.798% MIROSHNICHENKO LA 9 0.798% SIMANINA EV 9 0.798%
表1-3主要研究成员分析 从上表的数据可以看出，就算是发表文献最多的研究者也只发表了12篇，说明专攻纳米技术在医学上应用的人很少，都是从事相关研究的，说明此项目与 表1-4主要研究机构分析 从上表可以看出，关于纳米技术在医学上的应用的研究比较分散，因为取了前17个机构的数据，而其发表的文献数只占了总记录数的21.543%，而绝大部
SPAIN 49 4.344% SWITZERLAND 39 3.457% CANADA 36 3.191% JAPAN 33 2.936% AUSTRALIA 26 2.305% FRANCE 25 2.216% 总合1002 88.838% 表1-5主要国家地区分析（选取发表数占2%以上） 从上表中可以看出，美国、中国和英国占总发表数的53.635%，其中美国就占了38.475%，说明美国研究纳米技术在医学上应用的水平站在世界的顶端，其次就是中国，说明中国在这方面的研究也比较先进。从另一方面来说，纳米技术在医学上的应用将会被广泛的应用，我们的健康水平也能相应的提高。 4.合成路线 ①With tetrabutylammomium bromide,dihydrogen peroxide,bromine in water,Time= 8h,T=65℃,92% ②With copper(l) iodide,potassium iodide,Time= 5h,T= 200℃ , Inert atmosphere,Finkelstein reaction,100%. ③With potassium fluoride,Pd(3wt)/C in N,N-dimethyl-formamide,Time=7h,T=130℃, p= 1500.15Torr, Inert atmosphere,Hiyama Coupling,92%. ④With hydrogen bromide,tri-n-butylhexadecylphosphonium bromide,Time=0.2h,T=115℃,93%.
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
微纳米气泡机编制说明 一、工作简况 (一)任务来源 依据《中华人民共和国标准化法》、国家标准化管理委员会、民政部《团体标准管理规定》(国标委联(2019)1号)等有关规定，结合行业发展需要，根据《中国合作贸易企业协会团体标准制定管理办法》(中贸企协字(2018)9号)，经预案调研，专家论证审核，《中国合作贸易企业协会2019年第一批团体标准项目计划》，宁波海伯集团有限公司、标准联合咨询中心等单位共同制定《微纳米气泡机》团体标准（标准计划号为：T/CC-JH201901）。 (二)目的和意义 1、微纳米气泡机是通过负压自吸的方式把尽量多的空气吸入混入水中，通过压力使空气超饱和的混入水中，再通过释气装置，把混在水中的空气完全释放出来，形成很小直径的微纳米气泡。释放过程中要尽可能的全部释放出混入水中的空气，形成更多细小的微纳米气泡使出水颜色更白，气泡保持时间更长。 2、随着技术进步和市场对微纳米气泡机的需求逐年增大，产品规格多样，目前国内主要生产厂家达到10多家，年产量60万台，年销售达到1亿多。生产批量也在逐年增大，30%的产品出口到世界各地。微纳米气泡机生产涉及金属材料加工、塑料注塑成型工艺┄等等，生产环节多，工艺复杂，随着市场需求的扩大，由于没有统一的标准，产品质量良莠不齐，给消费者选择产品和技术监督部门监督抽查带来一定的难度，因此制定满足我国现行技术水平的团体标准规范微纳米气泡机，对提高微纳米气泡机产品的质量，促进品牌培育，增强我国产品在国内和国际市场的竞争力等方面都有着重要意义。 (三)主要工作过程 1．准备阶段 ●2019年2月，项目立项并筹备组织开展标准的制定工作； ●2019年3月，召开工作组启动会议，标准工作组提交工作计划及 人员组成等方案；
纳米材料在生物医学上的应用论文 纳米材料在癌症治疗方面的应用现状及展望 纳米材料在癌症治疗方面的应用现状及展望 前言：尽管我们现在生活在高科技时代，科技很发达，人类的平均寿命比七、八十年代高了很多，但是癌症仍然是人类健康的头号杀手。即使在发达国家，也是如此。目前癌症在临床上可以进行手术、放疗、化疗等方法，但是大多只能杀死或转移癌细胞，但不能完全清除癌细胞，随时有可能复发。归根到底，癌症还是因发现晚、治愈难而成为致死的重要原因。到目前为止，癌症的有效治疗和诊断仍然是现代医学面临的严峻考验。纳米材料的出现为癌症的及早诊断、治疗带来了希望。 一、纳米材料在癌症早期检测和诊断方面的应用 （1）纳米粒子作为一种多功能的击靶对照反差试剂的候选物作为所有的临床成像。例如，Emory大学 聂书明教授的研究小组首次用聚合物纳米颗粒层 和聚乙二醇包裹的量子点在活体内同时对肿瘤进 行定位和成像。还有，中国医科大学陈丽英教授 将超顺磁性氧化铁纳米粒子进行相应的包裹或与 靶特异性分子联结后作为造影剂使用，可以发现
直径3毫米以下的肝肿瘤，结果清晰可靠。【1】（2）哈佛大学查尔斯.利伯尔领导的研究小组阐述了采用硅纳米导线陈列装置来检测血浆中癌细胞内过 度表达的微量标记蛋白质。【2】 （3）血管栓塞术可用于晚期肝、肾恶性肿瘤的治疗。 磁性纳米微球可以做得更小，且易于进入末梢血 管，在磁场作用下具有磁控导向、靶位栓塞等优 点。例如，多柔比星纳米微粒—碘油乳剂肝动脉 栓塞治疗肝癌。【3】 （4）美国弗拉迪米尔.托洛伊林为首的研究小组，把含有纳米微粒的化疗剂和称为2c5的抗体连接，在 轰击人体癌细胞，通过这种方法可以减缓不同肿 瘤的生长速度。【4】 二、纳米材料在癌症临床上的应用 （1）加拿大多伦多大学马格瑞特公主医院的科学家们研制了一种无毒、可生物降解和具有高灵敏度的 有机纳米颗粒。可广泛适用于癌症治疗和药物传 递通过它将装载的药物导入到肿瘤中进行靶向性 治疗。【4】 （2）通过对纳米粒子的修饰，可以增加其对肿瘤组织的靶向特性，实现对恶性肿瘤的靶向治疗，避免 抗肿瘤药物对正常细胞的损伤。【3】
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、
微纳米气泡发生器是产生微纳米气泡的主要部件。人们通常把存在于水里的大小在10到几十微米的气泡叫做微米气泡；把大小在数百纳米以下的气泡叫做纳米气泡，而存于双方中间的气泡混合状态称微纳米气泡 微纳米气泡发生器技术简介： 人们通常把存在于水里的大小在10到几十微米的气泡叫做微米气泡；把大小在数百纳米以下的气泡叫做纳米气泡，而存于双方中间的气泡混合状态称微纳米气泡。 微纳米气泡发生器特点： （1）水中停留时间长一般的气泡在水中产生后，会很快上升到水面并破裂消失，即存在时间短。而微米气泡在水中由产生到最终破裂消失会有几十秒钟甚至达到几分钟。有研究数据标明，直径为1mm的气泡在水中的上升速度为 6m/min，而直径为10um的气泡在水中的上升速度为3mm/min。可以看出，
微米气泡在水中的上升速度非常缓慢，所以可在水中停留较长时间。 （2）带电性微米气泡表面带负电荷，而且相对于普通气泡，其所带负电荷比较高，一般30um以下的气泡的表面负荷在-40mV左右，这也是微米气泡能大量聚集在一起时间较长而不破裂的原因之一。利用微米气泡的带负电性，可以吸附水中带正电的物质，对去除水中悬浮物或污染物的吸附和分离起到很好的效果。 （3）自我增压和溶解气泡内部的压力和表面张力有关，气泡的直径约小，内部压力越大。由于微米气泡的直径很小，比表面积很大，所以它内部的压力要比外界液体的压力大很多，而正式由于由于微米气泡的这种内部增压和比表面积大的优势，它的气体溶解能力是毫米级气泡的几百倍之多。因为溶解度与压力有很大关系，所以微米气泡内部压力增大到一定阙值时，会使界面达到过饱和状态，在将更多气泡内的气体溶解到水中的同时，自身也会慢慢溶解消失。 （4）收缩性微米气泡在水中产生后因为自身增压，会不断的收缩或膨胀，其直径是一直变化的。据最新研究标明，20um~40um的气泡会以1.3um/s的速度搜索到8um左右，然后收缩速度会土壤急剧增加，此后可能进一步分裂成纳米级气泡或者完全溶解于水中。（5）界面动电势高微米气泡的表面会吸附带电荷的离子如OH-，而在这OH-离子层周围，又会分布反电荷离子层如H+，这样微米气泡的表面就形成了双电层，双电层界面的电位又称为界面动电势，界面动电势的高低在很大程度上决定了微米气泡界面的吸附性能。因为微米气泡的收缩性，使得电荷离子在段时间内大量聚集在气泡的界面，一直到气泡完全破裂溶解之前，界面动电势一直都会增高，表现出对水中带电粒子的吸附性能越好。
纳米技术在医学上得应用 1、关键词:纳米技术医学 2、K eywords:nanotechnology medicine 3、I SI检索结果 表1-2每年得引文柱状图 从以上两个柱状图可以瞧出21世纪之前关于纳米技术在医学上得应用得研究儿乎为零,但就是一进入21世纪国内外关于纳米技术在医学上得应用逐年增加,每年得引文数更就是呈指数倍增长，在2013年更就是达到了最大出版量。虽然岀版数在2013年有所下降，但就是从总体上瞧来,2014年得相关研究数也会持 续升高。
3 从上表得数据可以瞧出，就算就是发表文献最多得研究者也只发表了12篇, 说明专攻纳米技术在医学上应用得人很少，都就是从事相关硏究得，说明此项LI 与其她项U比如说医学上得相关性很大。 4 从上表可以瞧出，关于纳米技术在医学上得应用得研究比较分散，因为取了前17个机构得数据，而其发表得文献数只占了总记录数得21、543%,而绝大部分得文献发表自大学机构，因为大学一般具有更好地设备，与充裕得资金。
INDIA 59 5、 230% SPAIN 49 4、344% SWITZERLAND 39 3、457% CANADA 36 S、191% JAPAN 33 2、936% AUSTRALIA 26 2、305% FRANCE 25 2、216% 总合1002 88、838% 1-5 从上表中可以瞧出，美国、中国与英国占总发表数得53、635%,其中美国就占了38、475%,说明美国研究纳米技术在医学上应用得水平站在世界得顶端，其次就就是中国，说明中国在这方面得研究也比较先进。从另一方面来说，纳米技术在医学上得应用将会被广泛得应用，我们得健康水平也能相应得提高。 4、合成路线 ①With tetrabutylammomium bromide, dihydrogen peroxide, bromine in water, Time= 8h, T=65°C, 92% ②With copper(1) iodide, potassium iodide, Time= 5h, T= 200°C , Inert atmosphere, Finkelstein reaction, 100%、 ③With potassium fluoride, Pd(3wt)/C in N, N-dimethyl-formamide, Time=7h, T=130°C, p= 1500> 15Torr, Inert atmosphere, Hiyama Coupling, 92%、 ?With hydrogen bromide, tri-n-butylhexadecylphosphonium bromide, Time二0、2h, T=115°C, 93%> &r P t Cr
微纳米气泡（高能氧）在 ---------污水处理和空气净化中的应用
1、前言 任何微小的粒子都具有非常高的能量，只是能量表现的形式不同，对外的性质也各不相同。如磁性材料钕铁硼，在颗粒度为700目时只能制作成普通磁性的磁铁，当颗粒度达到1200目时，则可以制作磁能级高达70高斯以上的永磁体，当颗粒度达到2000目时，则磁能级可以达到150高斯以上。 高能氧是指具有较高能量的活性氧分子团构成的微小活性氧气泡，主要存在于水或空气环境中。 氧气经过电离后，以高速涡旋运动产生切割作用、并随着高速涡旋运动产生的高压作用，把电离的氧气切割并压缩成微小的气泡，并以极高的线速度射入水中，在水中形成初始运动速度较高、具有比较高的移动效率和转移效率的活性氧分子团——高能氧。 高能氧所拥有的能量全部体现在氧的微观粒子对外表现的特性方面，因此可以称这种能量为粒子能量。 在能量的作用下，高能氧可以快速完成对水和空气中污染物的氧化降解，可以迅速溶解在水中成为高浓度溶解氧，从而彻底解决污水处理中提高氧溶解度的难题。
2、能量的产生 高能氧所含有的粒子能量来源如下五个方面： 2.1、电离能： 氧气经过电离后生成部分氧离子，并形成等离子体，当电离作用消失后，氧等离子体消失，转变成活性氧气团，主要包括臭氧离子团（O 32—、O 3—）、臭氧分子团（O 3）、氧离子团（O 22—、O 2—）、氧分子团（O2）等，这些活性氧气团具有非常高的电离能，经过气体切割后，各种离子团和分子团分离，切割动能转变为气泡能级跃迁能量，在各个气泡中表现为电离能提高，达到可以随时产生氧化作用的高能级，可以氧化一切接触到的物质。
《纳米材料导论》 学院：材料与化学工程学院 专业：电化学 姓名：张博 学号：541304060149
纳米技术在生物和医学上的应用 摘要：纳米技术与生物化学、分子生物学整合将对21世纪的生物医学产生深刻的影响。它将利用生物大分子进行物质的组装、分析与检测技术的优化、并将药物靶向性与基因治疗等研究引入微型、微观领域，用纳米生物技术检测是否患有癌症只用几个细胞。 20世纪80年代才开始研究的纳米技术在90年代获得了突破性进展。最近美《业周刊》列出了21世纪可能取得重大突破的三个领域：一是生命科学和生物技术；二是从外星球获取能源；三是纳米技术。所谓纳米技术(Nanotechnology)是指在小于100 nm 的量度范围内对物质和结构进行制造的技术，其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米技术在新世纪将推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展，将极大的影响人类的生活，衣、食、住、行、医疗等方面。本文将围绕纳米技术给21世纪的生物医学可能带来影响作一概述。 1 纳米生物学的研究对象 有人把在纳米尺度(水平)上研究生命现象的生物学叫做纳米生物学。纳米结构通常指尺寸在1 nm～100 nm范围的微小结构。1纳米等于10-9m，即1m的十分之一。我们知道，细胞具有微米(10-6m)量级的空间尺度，生物大分子具有纳米量级的空间尺度。在它们之间的层次是亚细胞结构，具有几十到几百纳米量级的空间尺度。显然在纳米水平上研究生命现象的纳米生物学，它的研究对象就是亚细胞结构和生物大分子体系。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红细胞小得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径即利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。 2 纳米技术在生物医学方面的应用
科技创业 ＰＩＯＮＥＥＲＩＮＧＷＩＴＨＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＭＯＮＴＨＬＹ 月刊 科技创业月刊２００７年第８期 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 癌症是人类死亡率极高的疾病之一， 但以目前的医疗诊断水平，癌症一旦被确诊通常已发展到晚期，即已无药可救或已过最佳治疗时期。科学家设想，可制造出纳米传感器植入体内，监控早期癌变信号分子的产生，通过与外界特定的声信号或其他信号的相互作用，将内部信号转化为外部信号。 另外，近年来科学家正尝试应用纳米技术的新型检测仪器和诊断试剂，只需检测少量血液中蛋白质和ＤＮＡ就可诊断出某人患各种疾病的可能性。国内外研究者正致力于脑肿瘤、肝癌、肺癌、白血病等癌症的早期纳米诊断手段的研究，并取得了一定的成绩。 ２．３多彩的标记物 科学家根据ＣＤ唱机中激光二极管的 发光原理，研制出半导体纳米晶体。这种微型的无机晶体被称作量子点，可通过对其大小的控制，使其经同一光源激发后，发出红、黄、蓝等多种颜色的光。又因量子点比传统有机染色小分子更稳定，目前得到了广泛应用。例如，研究者可用量子点附着在不同基因序列组成的ＤＮＡ分子上，通过比较标记的基因序列与已知序列找出哪些基因在特定细胞或组织中表达较为活跃；当用量子点标记蛋白质或其他物质时，技术人员可动态跟踪标记物在体内的过程，从而使其应用于一些疾病的诊断。 纳米技术在生物医药中的应用 夏 涛 （华中师范大学第一附属中学 湖北 武汉 ４３０２２３） 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 中图分类号 ＴＤ３８３：Ｒ３１９文献标识码 Ａ 收稿日期：２００７－０４－１７ ８６
纳米技术医学运用前景 一、在诊断技术方面的应用 扫描探针显微镜,其探针可以沿样品表面逐点扫描,针尖能随样品的高低起伏作上下运动,用光学方法测量针尖的运动,就可以得到分子的图像。目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察,而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结 构改变,以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具———光学相干层析术(OCT)已研制成功,OCT的分辨率可达纳米级,较CT 和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X线、CT、磁共振那样杀 死活细胞。通过应用纳米技术,在DNA检测时,可免去传统的PCR扩增 步骤,快速、准确。美国NASAAmesCen-terforNanotechnology与中南 大学卫生部纳米生物技术重点实验室合作,将碳纳米管用于基因芯片, 可以在单位面积上连接更多的更高,样本需要量低于1000个NDA分子(传统DNA检测的样本需要量超过106个DNA分子);需要的样品量更少,可以免去传统的PCR扩增步骤;结果可靠,重复性好;操作简单,易实现 检测自动化。其基本原理是：连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交 捕获特异性的靶DNA或RNA,靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极,电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。国外在80年代末开始着手研究超顺磁性氧化铁超微颗粒的研究,90年代把这种造影剂应用于临床。 其技术要点是：制备出高顺磁性氧化铁纳米颗粒,在其表面耦连肝癌 组织靶向性物质(如肝肿瘤特异性单克隆抗体、肝肿瘤细胞表面特异性受体的配体)制成特异性的MRI造影剂。我国科学家也成功开发了应用超顺磁氧化铁脂质体纳米粒进行肝癌诊断的技术,可以发现直径3mm以下的肝肿瘤,还能发现更小的肝转移癌病灶。目前不加造影剂的磁共振检查能发现直径1.0cm的肝癌病灶,因此该成果大大提升了肝癌早期诊断的敏感性。国家863资助课题“纳米复合包裹生物微系统制备、超 声造影和控制释药”,研制了纳米包膜微米微泡超声造影剂与包裹药物和气体的微球,造影后对比效果明显增强,有利于疾病的早期诊断和鉴
纳米技术在生物医学中的应用(一) 摘要纳米技术与生物化学、分子生物学整合将对21世纪的生物医学产生深刻的影响。它将利用生物大分子进行物质的组装、分析与检测技术的优化、并将药物靶向性与基因治疗等研究引入微型、微观领域，用纳米生物技术检测是否患有癌症只用几个细胞。 关键词纳米技术；纳米生物学；DNA纳米技术 20世纪80年代才开始研究的纳米技术在90年代获得了突破性进展。最近美国《商业周刊》列出了21世纪可能取得重大突破的三个领域：一是生命科学和生物技术；二是从外星球获取能源；三是纳米技术。所谓纳米技术(Nanotechnology)是指在小于100nm的量度范围内对物质和结构进行制造的技术，其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术〔1〕。纳米技术在新世纪将推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展，将极大的影响人类的生活，衣、食、住、行、医疗等方面。本文将围绕纳米技术给21世纪的生物医学可能带来影响作一概述。 1纳米生物学的研究对象 有人把在纳米尺度(水平)上研究生命现象的生物学叫做纳米生物学。纳米结构通常指尺寸在1nm～100nm范围的微小结构。1纳米等于10-9m，即1m的十亿分之一。我们知道，细胞具有微米(10-6m)量级的空间尺度，生物大分子具有纳米量级的空间尺度。在它们之间的层次是亚细胞结构，具有几十到几百纳米量级的空间尺度。显然在纳米水平上研究生命现象的纳米生物学，它的研究对象就是亚细胞结构和生物大分子体系。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红细胞小得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径即利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。2纳米技术在生物医学方面的应用 2.1测量和控制生物大分子 纳米技术与扫描探针显微镜(Scanningprobemicroscopes,SPMs)相结合，便具有了观察、制造原子水平物质结构的能力，为生物医学工作者提供了直接在亚细胞水平或分子水平研究生命现象的应用前景〔2，3〕。扫描探针显微镜是指利用扫描探针的显微技术，常用的有扫描隧道显微镜(STM,它是ScanningTunnelingMicroscope的简称)和原子力显微镜(AFM,它是AtomicForceMicroscope的简称)。STM的原理是利用电子隧道效应测量探针和样品间微小的距离，又将探针沿样品表面逐点扫描，从而得到样品表面各点高低起伏的形貌。当探针和样品表面间的距离非常近达到一个纳米时，同时在它们之间施加适当电压，在它们之间会形成隧道电流，这就是电子隧道效应。这时探针尖端便吸引材料的一个原子过来，然后将探针移至预定位置，去除电压，使原子从探针上脱落。如此反复进行，最后便按设计要求“堆砌”出各种微型构件。 Hafner(1999)等〔4〕报道了碳纳米管的制备方法，整个过程如同用砖头盖房子一样。隧道电流的大小和探针与表面间的距离有关，因此通过隧道电流的测量可以确定这距离的值。STM 观测的样品要有导电性，用AFM就没有这种要求。AFM的原理是用探针的针尖去“触摸”样品表面，将探针沿表面逐点扫描，针尖随着样品表面的高低起伏作上下运动。用光学方法精确测量针尖这种上下运动，就可以得到样品表面高低起伏的图像。用AFM还可以测量分子间作用力的大小以及不同环境中分子间作用力大小的变化。扫描探针显微镜又是操作生物大分子的工具。用它们可以扭转或拉伸生物大分子，从而研究单个生物大分子的运动学特性。STM和AFM在平行于样品表面的方向上的空间分辨率达到0.1nm。已知样品中原子间距离的量级是0.1nm，所以STM和AFM的空间分辨率达到了分辨单个原子的水平。它的时间分辨率取决于要扫描的样品范围和像素点数目，用它们测量固定观测点时，时间分辨率达到ns甚至ps，扫描一幅面积是10nm×10nm的样品时，中等象素密度的时间分辨率约是1秒〔5〕。显而易见，利用STM、AFM等技术，好象使用“纳米笔”一样，可以操纵原子分子，在纳米石