纳米毒理学 纳米材料安全应用的基础(赵宇亮,柴之芳著)思维导图

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3、纳米药物的优势
• （1）尺寸方面的优势 由于纳米微粒体积极小：a、水溶性差的 药物在纳米载体中的溶解度相对增强；b、 延长药物循环时间 （2）形状上的优势 可以多种形状存在，包括球状、半球状、 管状等，还可以是中空、多空或实心的。 有利于其发挥药物与靶点的相互作用，提 高药物载量和药物运输能力。 中空的纳米粒就可以用作药物载体或显 影剂载体。
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（四）纳米药物的瓶颈
1、稳定性 包括生产工艺、质量控制的稳定性以及药 物载体本身的稳定性。 2、有效性 纳米药物如果改变相应原药物在体内的行 为，靶部位局部药物浓度发生改变从而带 来有效性方面的变化。 3、安全性
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（五）纳米药物的未来
纳米药物优势小结
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在20年的研究积淀和高速发展后，相应 的国际注册法规也将逐渐完善，纳米毒理 学的研究为其安全性提供依据，新兴纳米 药物仍然不断涌现。尽管开发上市还有科 学技术上的问题以及工程化的障碍，但众 多已上市为人们所用的纳米药物已经勾勒 出纳米医药领域的宏伟蓝图。 因此，纳米药物方兴未艾！
与纳米技术结合。如ALN-VSP脂质纳米颗粒中包裹了两 种不同的siRNA，一个针对血管内皮生长因子（VEGF）, 一个针对纺锤体驱动蛋白（KSP）。癌细胞的生长、增殖 依赖VEGF和KSP。ALN-VSP将二者合二为一，体现了从 多个途径杀灭肿瘤的想法。
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研发纳米药物通常主要解决了两个方面的 问题。一是改变难溶药物的溶解性能，减 少某些特殊辅料的使用，提高载药量和体 内暴露量，从而降低毒性，提高疗效；二 是实现定向给药，从而提高疗效，降低毒 性。 但是研究的火热和上市药品的稀疏是完全 无法对等的。 纳米药物的这些优势也带来了其他的风险。
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2、临床研发中的纳米药物

式形用作的力用作碎粉
法 械 机 1 .2 .3
法碎粉统传 �1
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用应与础基料材米纳
。化变生发成组学 化中料物致导�应反学化生发部局使力应复反受、3 。质性等聚团与散分 、附吸、性电如�化变质性学化理物的面表子粒、2 。晶结重或构结态晶 非成形�组重的发自构结面表如�化变构结子粒、1 �在现表要主�化变生发质 性学化理物面表及构结质物致导会常常时碎粉被料物 。等等�合组的碎剪与碎磨、击冲是磨流气�合组的碎 磨和碎剪、碎压是磨蒙雷�合组的碎粉击冲和碎磨是磨动 振和机磨球如�合组的力种几是都力用作碎粉的般一
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用应与础基料材米纳
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法淀沉匀均�1
c A 4 H N + ↓ cA) H O( b P = H O 4 H N + 2 cA b P
法淀沉1.4.3
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粒微米纳物合化间属金�3
粒微米纳系体熔互不�2
粒微米纳的31
用应与础基料材米纳
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2 .用量子点检测肿瘤细胞
Quantum dots modified with antibodies to human prostate specific membrane antigen light up murine tumors that developed from human prostate cells. Nature Biotechnology, Vol22,2004
纳米材料在生物工程及医药上的应用
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汇报人：
1
• 为什么我们纳米材料 会广泛应用在医药上？
• 纳米材料引入医药对 医药有何影响？
• ………
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2
• 我们都知道，目前的医疗技
术尚无法达到分子修复的水
平。而纳米医学则是在分子
水平上，利用分子工具和人
体的分子知识，创造并利用
纳米装置和纳米结构来防病
前沿科技。
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2. 纳米机器人
• 纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学 新领域。 “纳米机器人”是根据分子水平的生 物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进 行操作的“功能分子器件”。
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纳米机器人消灭癌细 胞虚拟图
在血管中运动的纳米机器人，正在 使用纳米切割机和真空吸尘器来清 除血管中的沉积物。
一种或集成多种生物活性分子，仅用微量生理或生物采样，
即可同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的
特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规
律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片（生
物分子芯片）和基因芯片（DNA芯片）等几类，都有集成、
并行和快速检测的优点，已经成为21世纪生物医学工程的

纳米材料可分为人工制备与天然
天然：
•天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿
•蜜蜂：蜜蜂的体内存在磁性的纳米粒子， 具有“罗盘”的导航作用，并利用这种 “罗盘”来确定其周围环境在自己头脑里 的图像而判明方向。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.5 纳米结构和纳米材料的应用
一、纳米结构的应用 1、量子磁盘与高密度磁存储 2、高密度记忆存储元件 3、高效能量转化纳米结构 (1) 高效再生锂电池： (2)太阳能电池： (3)热电转化
纳米材料——凝聚态物理 纳米材料——半导体材料 纳米材料——化学 纳米材料——复合材料 纳米材料——医学药物
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
§6.6.4 纳米材料在高科技中的地位
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1963年，Uyeda及其合作者用气体冷凝法， 对单个的金属超微颗粒的形貌和晶体结构进 行了透射电子显微镜研究。
1970年，江崎与朱兆祥首先提出了半导体 超晶格的概念，张立纲和江崎等在实验中实 现了量子阱和超晶格，观察到了极其丰富的 物理效应。
四、光学应用

总结目前的研究，主要实验结果和结论有：(1)活性氧导致蛋白质、DNA 和生物膜损伤；(2)氧化应激反应，炎症；(3)线粒体功能干扰，包括内膜损 伤，膜通透性改变，能量耗竭、凋亡、坏死；(4)炎性反应：组织炎性细胞 浸润，纤维化，肉芽肿，动脉粥样斑块形成，C一反应蛋白表达增加；(5)网 状内皮细胞摄取增加纳米材料在肝、脾、淋巴结等部位聚积，组织肿大或丧 失功能；(6)蛋白变性降解，酶活性丧失，形成新生抗原，免疫耐受功能损 害，自身免疫和抗原佐剂效应；(7)细胞核摄取导致DNA损伤，核蛋白凝集 ，抗原性改变：(8)中枢神经组织摄取纳米材料导致脑和周围神经系统损伤 ；(9)吞噬功能损伤，纤维化，肉芽肿，颗粒物堆积导致对病原体的清除能 力下降；(10)内皮功能损害，凝血功能障碍；动脉粥样斑块形成，血栓形成 ；(11)改变细胞周期调节，细胞增殖改变，衰老效应；(12)DNA损伤，突变 和癌变。但从总体而言，对纳米负面生物效应发表的研究数据还很有限，尚
2.
1. 某研究小组发现吸入的C13和锰纳米粒子可经大鼠的嗅球进入脑 部，并到处迁移。 2. 2003年，美国杜邦公司用气管滴注法研究SWCNTs对大鼠肺部的 毒性，发现了多发性肉芽瘤，类似的研究结果也出现在美国宇航局太空 中心的研究中。纽约罗切斯特大学的研究者让大鼠在含有粒径为20nm 的聚四氟乙烯(“特氟龙’’塑料)颗粒的空气中待15分钟，大多数实验 大鼠在随后4小时内死亡，而另一组生活在含120nm颗粒的空气中的大 鼠，则安然无恙。 3、.豚美鼠国肺三部角的公毒园性研，究发院现用了气炎溶症胶、吸严入重法沉研积究并纳除米困Ti0难2对。小鼠、大鼠
正是由于纳米尺度物质的特殊性质和穿透效应，传统的环境风险评估技术以及 化学品(材料)健康危险度评估技术很难应用，因为作用方式、作用途径、作用机制 发生了很大变化。当这些具有特殊性质的物质进入生态环境和生命体以后，会发生 什么后果，目前还不得而知。正因为如此，它潜在的破坏力也可能很强，它对环境 、人体健康和社会的影响还很难估计。目前，这些问题的研究还刚刚开始，正在形 成一个新的交叉前沿学科一纳米毒理学。

性特射发场
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用应与础基料材米纳
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用应与础基料材米纳
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料材米纳维一 章5第
用应与础基料材米纳
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图意示的管碳米纳壁单与子原氢

1959年在加州理工大学的演讲“There’s plenty of room at the bottom”,提出了一个新 的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到 光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者 融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形 态有关。我们是否可以从另外一个角度出发， 从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到
于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。
• 飞米观(Fentoscopic) • 亚飞米观(Subfentoscopic)
一. 什么是纳米、纳米技术、纳米材料、纳米药物？ 1. 纳米（nanometer；nm）
• 是长度单位，原称毫微米。
• 1 nm—10-3 µ m—10-6 mm—10-9 m（10亿分之一米）
• 相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。
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。
纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料 2、纳米动力学
3、纳米生物学和药物学
4、纳米电子学
• 纳米材料
• 过去人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略
纳米尺度这个中间领域，而这个领域实际上大量存在
1993年，继1990年IBM公司阿尔马登研究中心用35个氙 原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如
地操纵硅原子成功写出“ 中国”二字，标志着中国开始在国际
纳米科技领域占有一席之地。
• 1993年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴
尔的莫举办，标志着纳米科学技术的正式诞生；
进一步认识纳米
• 蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范 围 • 光合作用在“纳米车间” 进行 • 细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳 米机械”，细胞象一个“纳米工厂” • 莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应” • 纳米结构是生命现象中基本的东西

（3）量子尺寸效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。例如，有种 金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全 不透明。
（4）宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
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谁决定了它如此特殊
纳米毒理学
目 录
How to solve
纳米材料 概念
What’s the problem
纳米材料 特性
存在的危 机
特性的影 响因素
生活中的 应用
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* 1
纳 米 材 料
1纳米~100纳米 自然VS人造 益处vs害处
纳米材料特性
the features of the nanophase materials 定义：广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围 （1nm~100nm）
目前 己经有多 种纳米材 料用于环 境治理, 处 理不当很 可能造成 环境二次
污染。
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实 验
纳米铜对大鼠肝脏毒性相关蛋白过氧化氢酶
的分离鉴定及生物信息学分析
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点 1.2 主要试剂与仪器 1.3 实验动物及染毒方式 SPF 级雄性 Wistar大鼠20只，体重 220g左右，购自甘肃省中医学院。自然条件下饲养， 自由摄食饮水，适应性饲养一周，随机分溶剂对照组（1%HPMC）与纳米铜组 （200 mg∙kg-1 ）[14]， 共2组，每组10只。试验前在充满氮气的手套箱中将纳米铜用1% HPMC 分散为 200 mg∙kg-1，置于50 mL离心管中备用，灌胃前再超声10 min 使纳米铜颗粒分散均匀。每 日称取动物体重，确定灌胃染毒量，每天1次，连续5d，结束后次日麻醉剖杀，取肝脏和血 液样品，冷冻保存。 1.4 病理组织学观察 分别取福尔马林溶液固定后的对照组和纳米铜中毒组大鼠的适量肝组织，做石蜡切片，H.E 染色，观察肝脏的病理组织学变化，如果中毒组大鼠的肝细胞发生病变视为染毒成功。

处理技术与装备,2010,31(4):1-8 [5] 方向红.自洁净玻璃纳米Ti02薄膜制备的研究进展[J].安徽化工,2010,36(1):21-24 [6] 张邦维.纳米材料与环境保护[J].湖南大学学报自然科学版,2010,28(2):168-175 [7] 关强,陈萌.公路水泥混凝土路面喷涂纳米Ti02净化机动车排放污染物研究[J].公路交
• 纳米TiO2表面活性羟基等具有非常高的 反应活性，它不但能矿化其表面附着的 有机物，而且能与其表面附着的细菌的 组成成分进行剧烈的反应，从而具有杀 菌能力[9]。
生活固体垃圾处理方面
• 采用纳米TiO2催化技术，在降解过程中其表面产 生的氢氧根自由基的氧化性在水体中氧化能力最 强，对反应物几乎无选择性，且具有处理速度快、 效果好、费用低等优点，能更好地解决大量生活 垃圾对环境造成的污染问题。
污水治理方面
污水中通常含有有毒有害物质、异 味污染物、细菌、病毒等。传统的水处 理方法效率低、成本高、存在二次污染 等问题，纳米技术的发展和应用可以彻 底解决这一问题。纳米材料在环保中的 应用主要与纳米粒子的化学催化和光催 化特性有关。
• TiO2等金属氧化物等纳米粒子作为光催化剂来进行水 处理问题；不仅可降解污水中有机污染物（如：印染 废水、农药废水、含油废水、氯代有机物废水、制药 废水等），还可以降解水中的无机污染物（如：含铅 废水、含铬废水、含氰废水、含汞废水、含NO2-废水 等）[1]。
来源。工业排放到大气中的污染物种类繁多，性质 复杂，有硫的氧化物、氮的氧化物、有机化合物、 卤化物、碳化合物等。汽车排放的废气主要有CO、 SO2、氮氧化物和碳氢化合物等，前3种物质的危害 性很大。
• 降解室内空气中的污染物：近年来，随着室内建筑 装饰材料和家用化学物质的大量使用，室内空气有 机物的浓度高于室外，甚至高于工业区，室内空气 污染日趋严重。例如甲醛、苯、甲苯、挥发性有机 物、氨、氡等，其中有些是致癌物。

邓敏纳米导电聚合物课件
(2)无模板法 自组装是利用分子间氢键、范德华力和配位键等弱
相互作用，通过自发过程，形成管、线、球等复杂结 构及二维和三维有序结构。 与模板法相比，无模板自组装方法简单，廉价，对 实验条件要求不严格，可以通过化学和电化学手段来 实现聚合，但在可控性和制备有序结构方面有所欠缺， 有待进一步的研究和提高。近年来，采用自组装过程 直接制备聚合物纳米结构材料的研究发展很快。
纳米导电聚合物的应用前景很广阔，主要有： (1)纳米复合膜 (2)纳米纤维(管) (3)纳米粒子
邓敏纳米导聚合物课件
1、纳米复合膜 含有可离子化侧基（如一COOH，一SO3H等）的导电聚
合物极易与聚阳离子化合物自组装成聚电解质的纳米复合膜， 如聚（3一醋酸噻吩）（PTAA－PAH）和碳化聚苯胺（SPAnPAH）等都是具有一定电活性的有机薄膜。与上述带可离子 化侧基的导电高聚物衍生物不同，聚吡咯、聚苯胺等共轭高 分子经p-型掺杂后，高分子链中产生离域化的正电荷载流子， 可与聚阴离子化合物自组装成具有较高环境稳定性、导电性 的纳米复合膜。利用SA(分子自组装膜)法，通过控制浸渍时 间及改变溶液的化学成分，极易获得不同厚度、不同电导率 的功能性聚合物纳米复合膜，为导电聚合物的实用化创造了 良好条件。
邓敏纳米导电聚合物课件
3．导电聚合物纳米粒子 直接合成导电聚合物胶体粒子是获得导电高分子均一
溶液的有效途径之一，Armess等人利用空间位阻稳定化机 理制得了粒径约为 120nm的聚苯胺颗粒；Chan HSO等人在 （W－O）乳化液中聚合聚苯胺超微颗粒（直径10~30nm） 后，进而用电沉积法制成导电率可达8.5s·cm-1的聚苯胺膜； 宋根萍等选择 SDBS-An-H2O三组分O-W微乳液与苯胺单体 共存的两相体系进行苯胺聚合(微乳法是合成纳米材料常用 的方法)，获得了直径仅为3nm，分散均匀且有较好导电性 的PAn超细颗粒。以上方法得到的纳米级聚苯胺微粒，可作 为纳米导电材料。