环境中金属纳米材料分离及测定方法研究进展

金属纳米材料因其大量生产和广泛使用而不可避免地会释放到环境中,给生态环境和人体健康造成潜在的负面影响.发展环境样品中金属纳米材料高效灵敏的分析测定方法,对于研究其在环境中的分布、转化、归趋、效应和生物安全性具有重要意义.研究表明,金属纳米材料组成、结构、形态和粒径分布等显著影响其环境过程和生物效应.因此,与传统的污染物分析不同,金属纳米材料分析不仅需要测定其化学组成和浓度,还需表征其粒径、形貌和表面电荷等.本文综述了近十年来关于环境中金属纳米材料的分离及测定的相关手段和方法,主要包括痕量金属纳米颗粒的萃取富集方法以及不同粒径纳米颗粒和相应金属离子的分离方法,并展望了发展前景.     

影响纳米材料毒性的关键因素

随着纳米技术的发展,越来越多的纳米产品开始进入人们的日常生活,纳米材料的毒性因此成为人们日渐关注的问题.近年来,纳米材料毒性的研究取得了很大进展,包括体内和体外实验研究纳米材料与生物大分子、细胞、器官和组织的相互作用以及其引起的毒性.纳米材料通过诱导氧化应激和炎症反应等机制产生一系列毒性效应.纳米材料本身的物理化学性质对其毒性有决定性的影响,这些性质包括尺寸、形状、表面电荷、化学组成、表面修饰、金属杂质、团聚与分散性、降解性能以及"蛋白冠"的形成.阐明物化性质对纳米材料毒性的影响,对于纳米材料的合理设计和安全应用具有重要的意义.本文对影响纳米材料毒性的关键因素进行了总结和分析,对近年来纳米材料毒性效应的研究进展进行了综述.     

纳米材料的环境行为与生物毒性

随着纳米科技迅猛发展, 越来越多的人开始关注并研究纳米材料的环境行为和生物毒性. 本文概括地介绍了纳米材料的排放途径和可能发生的环境行为, 重点分析了纳米材料与环境中共存物质的复合行为; 综述了碳纳米材料、金属及氧化物纳米材料、量子点等对细胞、细菌、水生生物、陆生生物等的毒性效应, 阐述了当前对纳米材料致毒机理的有关争论; 最后, 展望了纳米材料环境行为和生物毒性领域的研究方向.     

纳米材料在易感群体小鼠模型中的潜在毒性

不同人群对环境中有害因素的反应存在差异.处于孕期、哺乳期、幼年时期、老年时期等特殊生理时期的群体以及呼吸道、心血管、肝脏等组织器官处于疾病状态的群体通常对外源性有害刺激反应更加敏感,为危害因素的易感群体.纳米科技的发展和纳米材料在各领域的广泛应用使得人类接触纳米材料的机会大大增加.在正常群体的纳米安全性值得我们关注,纳米材料对易感群体的毒性效应更应受到重视.本文结合本课题组的部分研究结果,综述了纳米材料对处于特殊生理时期或疾病状态的易感群体小鼠的生物安全性方面的进展,以及纳米材料与污染物的复合物在易感群体小鼠中的毒性效应,并讨论了将来可能的研究重点.     

医药磁性氧化铁纳米材料的研究和发展

以氧化铁纳米颗粒为代表的医药磁性纳米材料,近年来在医学健康领域得到越来越多的重视.作为唯一得到食品药品监督管理局(FDA)批准,可临床使用的无机功能纳米材料,氧化铁纳米颗粒在纳米生物医学的研究和应用中发挥着至关重要的作用.本文将聚焦于氧化铁纳米颗粒等医药磁性纳米材料,主要基于本实验室的相关研究工作,介绍该领域的研究和发展.主要从如下几个方面进行论述:医药磁性氧化铁纳米材料的制备、医药磁性氧化铁纳米材料的磁学性质、医药磁性氧化铁纳米材料的生物效应、医药磁性氧化铁纳米材料的组装和性质调控以及医药磁性纳米材料及技术的发展趋势.     

编者按

作为21世纪最具发展潜力的新技术之一, 纳米技术将在环境污染防治领域发挥十分重要的作用. 由于纳米材料具有比表面积大、反应活性高和流动性强等特点, 被成功用于环境污染物的分析测定、去除和降解等, 为解决环境污染监测和治理等技术难题提供了新的有效途径. 然而, 纳米材料将随着其广泛应用而释放到环境中, 由此产生一系列的环境健康问题. 2003年4月以来, Nature和Science等杂志发表了多篇文章, 提出纳米材料与纳米技术的生物和环境安全性问题. 美国环境保护局(EPA)于2007年就纳米技术的环境问题发表了《纳米技术白皮书》, 指出不仅要研究纳米技术的环境应用, 还要关注纳米材料自身对环境和人体健康所带来的直接负面效应, 以及纳米材料对环境中共存的污染物的暴露、迁移和转化等环境过程和毒性效应的影响, 科学评价纳米材料的环境风险.     

超细半导体纳米线/棒的可控合成与新奇性质研究及功能应用

超细半导体纳米线/棒是近年来发展起来的一类新型功能纳米材料,由于其具有接近原子尺度的直径和高度的结构各向异性,而表现出强烈的量子限域效应和界面效应,以及由此所伴生的诸多新奇的物理和化学性质,在光电器件与传感检测等领域具有广阔的应用前景,是纳米材料领域研究的前沿和热点.鉴于其独特性和重要性,本文系统总结了超细半导体纳米线/棒领域近年来的研究和应用进展,着重介绍了其制备方法和光学、电学、磁学等新奇性质及其在光电转化、光电探测、光催化、气体传感等领域的应用原理和重要进展;在此基础上挖掘了调控其生长过程和理化性质的内在规律,凝练了该领域发展中所面临的关键难题,展望了未来可能的发展方向,希望借此推动这类特殊纳米材料的快速发展.     

有机小分子纳米线光波导及激光器研究新进展

在过去的十几年间,一维纳米材料尤其是纳米线引起了人们广泛的研究兴趣.纳米线独特的二维量子限域效应使得它们在诸如逻辑门、光检测、化学传感等领域有着广阔的应用前景.很多纳米材料与周围环境之间折光率的差异构成一个很好的亚波长尺度的谐振腔,因此过去几年间     

纳米材料的特异效应及其应用

纳米材料是一类具有重要理论价值和广阔应用前景的新型功能材料,被誉为21世纪最有前途的材料.本文阐述了这类材料的基本结构、特异效应、应用现状以及目前的研究进展.     

纳米生物效应与安全性研究展望

当物质达到纳米尺度时,会具有一些特殊的物理化学性质,如量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等.即使化学组成相同,纳米物质的生物学效应也可能不同于微米尺寸以上的常规物质.因此,根据常规宏观物质研究所得到的生物学效应与安全性评价结果,可能并不适用于纳米物质.自2003年Science发表文章关注纳米生物效应与毒理学效应之后,各国政府先后启动了对纳米生物效应的研究,并且支持力度不断增加.我国是世界上较早开展纳米生物效应与安全性研究的国家之一,研究工作在国际上产生了重要影响.国家纳米科学中心与中国科学院高能物理研究所共同建立的"中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室",作为我国第一个也是国际上少有的以纳米材料生物效应与安全性为研究方向的专业实验室,在了解纳米材料的基本性质-活性关系的基础上,对更深层次的理化效应展开了深入的研究,并建立了适用于纳米生物效应与安全性评价的多层次模型,发展了高灵敏、高分辨率的适用于纳米生物效应和安全性评价的实验技术和研究方法,为保证纳米科技的可持续发展做出了重要的贡献.本文综述了本实验室近年来在纳米生物效应与安全性领域的研究进展.     

基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗研究进展

磁热疗是一种新型的肿瘤物理治疗方法,是肿瘤纳米医学范畴的重要研究内容之一,相对于传统的肿瘤热疗,具有低毒、可控等优势,已被证明其在临床肿瘤治疗中具有巨大应用潜力.然而当前纳米氧化铁热疗剂磁热转换效率低、纳米靶向递送效率不足,以及磁场发生设备的限制等问题,严重制约了肿瘤治疗效果.随着纳米材料合成技术的快速发展以及人们对于磁性纳米材料生物学效应的深入理解,以四氧化三铁为代表的磁性纳米材料作为可介导外场的新型智能材料在肿瘤磁热疗应用方面取得了长足的发展.鉴于此,本文围绕如何提高肿瘤磁热疗效,从磁性纳米材料的产热机制、优化磁热剂转换效率、提高磁纳米制剂的肿瘤靶向性、肿瘤磁热疗应用以及磁场发生设备等方面展开讨论,综述了基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗最新研究进展.     

热处理对表面包覆纳米In2O3有机溶胶光学性质的影响

1983年美国Hugles研究所的Jain和Lind在市售的半导体微晶掺杂的滤波玻璃中发现了半导体纳米材料大的三阶非线性效应和超快速的时间响应.从此半导体纳米材料作为一种新的非线性光学材料引起了科学界的瞩目,对它的研究也蓬勃开展起来.体相In_2O_3是一类具有较大非共振三阶光学非线性的无机材料(λ=1.9μm,x~(3)=1700×10~(-15)esu.为了研究其在纳米尺度下光学非线性的变化和寻找高光学非线性的半导体纳米材料,我们采用热水解法合成了表面包覆有硬脂酸的纳米In_2O_3有机溶胶体系.采用表面包覆是基于以下两方面的考虑:首先,纳米材料由于其微小的颗粒和大的表面积,是热动力学上不     

纳米材料的安全性研究及其评价

随着纳米材料和纳米技术的迅速发展和广泛应用, 人们接触不同种类的纳米材料的机会大大增加. 纳米材料与人体接触会不会引起不良的后果? 纳米材料对环境是否有危害? 当纳米材料和纳米技术与人类的关系越来越紧密的时候, 其引起的伦理学、社会和法律问题也越来越引起人们的关注. 本文就纳米安全性研究以及相关的一系列伦理学问题, 结合国内外各研究机构的实验结果和流行病学调查资料, 从纳米材料本身的安全性、纳米材料合成及使用过程中涉及的其他物质与纳米材料的共同作用、纳米材料暴露的安全性评价、纳米材料的风险评估以及纳米材料和纳米技术的有力监管5 个方面, 简要阐述如何正确认识纳米材料和纳米技术的安全性.     

机械合金化法制备超高熔点金属碳化物纳米材料

纳米材料是80年代发展起来的新型材料.这种材料因界面上原子占有相当大的比例,因而表现出独特的物理、化学和力学性能,已越来越受到材料工作者的广泛重视.目前,纳米材料多采用气相冷凝法制取.然而这种方法制粉效率低、产量小而成本高,尤其对于高熔点的金属和合金,这就大大限制了对纳米材料的结构、性能的研究和应用.机械合金化技术为纳米材料的制备提供了一个新途径.这种方法通过在高能球磨下的机械驱动,实现低温下的固态反应,能够获得常规方法难以获得的具有新型结构的材料.Shingu等首先报道用     

超声气流膨胀产生NH_3簇的相和大小的控制

由于纳米大小粒子的有趣性质和潜在应用价值,一直受到人们的关注.合成纳米材料的方法很多,如蒸气固化、母体媒介合成、球磨法、磁喷镀、电化学技术、控制溶液中的沉淀反应,每种方法均有其优点和限制.Becker等人首次报道了在自由气流膨胀中形成了H_2、Ar和N_2的簇合物,该方法已广泛用于制备两个到数千个分子大小的簇合物.数千个分子构成的簇合物的大小可出现量子大小效应.因此,气流膨胀法可用来合成纳米材料.     

上转换发光纳米材料在生物成像中应用的研究进展

稀土上转换发光纳米材料是一类利用近红外光激发而短波长发射的荧光材料, 因其具有发光性质稳定、无光漂白现象、弱的生物样品损伤和高荧光信噪比等优点, 在荧光成像中可弥补传统荧光标记材料的不足而发挥重要作用. 本文重点介绍上转换发光纳米材料在生物成像中应用的进展.     

纳米结构氧化铜修饰的石英晶体微天平用于氰化氢气体传感的研究进展

综述了有关氧化铜纳米材料修饰的石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)传感器的发现及其对氰化氢传感性能的系列研究工作.首先简要介绍了剧毒气体氰化氢及其现有检测方法和石英晶体微天平.然后讨论了不同结构和形貌的氧化铜纳米材料的合成和表征.在此基础上介绍了以氧化铜纳米材料为敏感膜,以高灵敏度QCM为检测平台的传感器的制备及其对氰化氢独特而优异的传感性能.进一步探讨了氧化铜纳米材料修饰的QCM传感器对氰化氢的传感机理.最后,就该领域研究存在的问题及未来的研究和应用方向进行了讨论、总结和展望.     

纳米材料生物效应研究和安全性评价前沿

纳米技术持续、健康的发展要求我们了解纳米材料的安全性。2004年以来,纳米材料生物效应和安全性研究发展迅速,形成一个跨学科的研究领域,并受到政府、学界、企业和社会公众等的广泛关注。文中叙述了纳米材料安全性评估的迫切性和重要意义,重点讨论了该领域的最新发展方向,包括纳米产品、工作场所和环境的安全等,同时简单讨论了纳米标准化、纳米技术风险管理和纳米伦理研究与纳米安全性研究的关系。     

封面说明

正热振动是一定温度下纳尺度结构的固有振动,对纳尺度器件动力学特性有着重要的影响,决定着纳尺度器件的极限性能.石墨烯是典型的纳米材料,具有优异的电学、力学等性质,在诸多领域有着广阔的应用前景.南京航空航天大学刘汝盟等分析了低温条件下,量子效应对双层石墨烯热振动的影响.建立了预应力作用下,考虑量子效应的双层矩形石墨烯的等效连续介质模型.计算了不     

氧化铁纳米材料在肿瘤治疗中的研究进展

氧化铁纳米材料是目前美国食品药品监督管理局(FDA)批准的唯一可运用于临床的无机纳米材料,在磁共振医学影像中发挥着重要的作用.近年来,随着化学技术的蓬勃发展,以化学修饰改造为代表的优化策略在氧化铁纳米颗粒尺寸大小的调控、成分结构的改造以及表面功能化修饰中大量运用,使得生物相容性良好的氧化铁纳米颗粒在医学健康领域,特别是肿瘤治疗方面的运用得到极大的拓展.本文将探讨以氧化铁纳米颗粒为基元的纳米材料在肿瘤治疗领域的研究与发展,分别就当前氧化铁纳米颗粒的制备工艺、氧化铁纳米颗粒的生物学效应功能、氧化铁纳米颗粒在肿瘤治疗,以及肿瘤免疫微环境调节的运用等方面进行了总结.最后,讨论了氧化铁纳米颗粒作为肿瘤药物向临床转化面临的问题,并展望了其未来的发展方向.