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.     

纳米材料对人体的潜在性影响问题

在迅猛发展的纳米科技浪潮中,人们正陶醉于纳料材料的许多新奇功能和广阔的应用前景中。本文从预防医学角度,根据宏观物质制成纳米材料后产生的理化性质变化,阐述了纳米材料可能对生物和人类存在的潜在性影响,并提出进行纳米材料安全性评价的必要性,以便于人类正确地认识和合理地应用纳米材料。     

纳米毒理学与安全性中的纳米尺寸与纳米结构效应

纳米生物效应与安全性是纳米科学中既具有基础科学意义, 又事关纳米科技应用前景的关键问题, 是纳米技术可持续发展的核心. 国际上普遍认为, 纳米技术的未来发展取决于两大主要瓶颈能否取得突破: 一是纳米尺度上的可控加工与大规模生产技术; 二是纳米安全性知识体系与评价方法. 针对后者, 欧洲和美国都提出了“没有安全数据, 就没有市场”(“No Data,No Market”)的方针. 为了保障科技和市场的优先权, “科技要领先, 产品要安全”已成为发达国家的国家战略. 为此, 在短短5 年内已经形成纳米毒理学这个新兴学科, 阐明在纳米尺度下物质的毒理学效应. 本文重点分析纳米毒理学与纳米安全性中的纳米尺寸效应、纳米结构效应这两个重要的科学问题及其研究结果, 同时简单讨论剂量-效应关系这个传统毒理学的中心法则在纳米毒理学中的变化情况, 讨论未来的相应研究内容和方向, 同时也帮助读者更为科学、理性地认识和理解物质在新的纳米尺度下所固有的生物学特性, 包括毒理学特性.     

功能纳米粒子激光三维装配

<正>纳米粒子,即零维纳米材料,通常定义为尺寸在1～100 nm之间的颗粒.在该尺寸范围内,材料表现出超越宏观尺度的特殊物理化学特性[1,2],如量子限域效应[3]、高表面化学活性[4]、金属纳米粒子局部表面等离激元共振[5]、磁性纳米粒子超顺磁性[6]等,在催化、生物、光学、微电子学、磁学等各领域具有潜在的应用价值.同时,得益于近年来化学合成手段的迅速发展,纳米粒子的尺寸、形貌、材料组分可以实现精细的调控,形成了丰富多彩的纳米材料库,     

黏土,天然的纳米材料

纳米材料以其突出的小尺寸效应、量子效应、表面和界面效应而成为本世纪材料创新的热点.在大家议论纳米的奇妙,苦心孤诣投入技改创新之际,我想介绍一种普通而廉价的纳米材料,这就是黏土.     

万立骏:办好中国期刊是一项社会和科学责任

<正>万立骏,中国科学院院士,发展中国家科学院院士,中国科学院化学研究所研究员,中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室主任,中国科学院化学研究所学术委员会主任.曾任中国科学院化学研究所所长和中国科学技术大学校长.主要研究领域为电化学、能源与环境纳米材料、扫描探针显微技术及应用. 2002年12月～2007年12月任《科学通报》编委; 2006～2012年任《中国科学:化学》(中英文刊)编委, 2013年至今任该刊主编.     

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。     

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.     

微机控制的扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜(STM)是近几年发展起来的一种用于物质表面研究的新仪器。它利用量子隧道效应的原理,将原子线度的极细针尖在接近样品处(<10)扫描,通过监测样品与钎尖间隧道电流随距离的变化,得到样品表面的形貌。 图1为中国科学院化学研究所于1988年4月研制成功的一台由微机控制的STM。据测得的数据表明,该仪器垂直于表面方向的分辨串为0.1,横向分辨率为1。仪器性能指标达到目前国际上实验室研制仪器的     

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.     

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.     

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.     

一维纳米金刚石的制备、性质及应用

一维金刚石纳米材料除了具有金刚石固有的物理化学性质以外,其形貌及尺寸的改变也使其拥有一些块体金刚石所没有的特性.如既硬又弹的力学性能、高的比表面积、尖端效应,以及通过掺杂和空位缺陷实现的独特性能等.近年来,一维纳米金刚石材料优异的性能让研究者产生了浓厚的兴趣,并促进了其合成方法及应用的发展.本文对一维纳米金刚石的制备方法进行了简要总结,介绍了一维纳米金刚石阵列在量子信息器件、药物传输、化学与生物传感器、高性能电极、分析传感器等诸多领域近期的研究进展,并讨论了一维纳米金刚石应用所面临的技术挑战和未来的研究方向.     

基于烷醇酰胺表面活性剂的新型微乳液法制备CdS量子点

量子点是一种三维量子限域的纳米材料,具有优异的发光性能,Ⅱ-Ⅵ族量子点稳定性强,得到广泛的关注和研究.在量子点制备方法中,传统的有机相和水相制备法被广泛应用,但是其存在反应条件苛刻等局限性.微乳液具有纳米级尺寸的内核,是优良的纳米材料微反应器,能够实现温和条件下制备量子点.在已有关于微乳液法制备量子点的研究中,多采用双...     

可方便规模化制备的夹心二氧化硅纳米结构

<正>中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究小组发现,通过对具有"三明治"结构的有机无机杂化二氧化硅纳米材料刻蚀掉中间层方法可方便制得具有中空结构、有可移动内核和外壳夹心的二氧化硅纳米颗粒.这种方法可使颗粒尺寸、外壳厚度和内核大小得     

一维纳米材料的合成、组装与器件

一维纳米材料的合成、组装及其物性的测量是制约其在纳米原型器件制作与应用中的关键, 评述了这一领域的最新进展. 一维纳米材料的组装大致可分为宏观场力组装与微流辅助模板限域组装, 其中前者是通过控制宏观电场、磁场的方向和大小来对微观的纳米线进行组装, 后者则通过控制模板的形状、尺寸、流体的流速、沉积的时间等来实现纳米线网络阵列的制备. 纳米线的组装与单根纳米线的物性测量使得纳米线激光器、传感器乃至纳米逻辑电路的制备成为可能.     

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.     

非晶态SiO2中纳米ZnS的量子尺寸效应与非线性光学效应

纳米材料是低维材料的一种,是目前材料科学研究的热点和前沿.纳米复合材料因具有很强的非线性光学效应而引起人们的兴趣.1983年Jain和Lind首先发现掺有Cd(SSe)的玻璃具有较高的三阶非线性极化率和高的响应速率,Cd(SSe)的尺寸被估计为10～100nm.这揭开了半导体掺杂纳米复合材料的研究序幕.多年来有许多人从事这方面的研究工作,日本的Nogami等研究了CdS,PbS,CuCl,CdTe等分散在SiO_2玻璃中的复合材料的量子尺寸效应和吸收光谱.西安交通大学电子材料研究所在这方面作了大量的研究工作,制备了一系列化合物牛导体微晶与多孔SiO_2玻璃的复合材料,并且研究了复合材料的结构与特性。     

气凝胶超微粉Fe/ZrO2的光声光谱研究

当固体材料的晶粒直径达到激子的Pole直径时,其电子性质开始发生变化 这种量子尺寸效应使得材料显现出许多奇特的物理和化学性质,引起了许多科学工作者的浓厚兴趣.然而,以往的研究集中在单元素系统(如Ge,Ag等)、二元素系统(如SnO_2,ZrO_2,CdS等)的纳米固体材料.对于三元素系统固体材料的量子尺寸效应的研究尚未见报道.本文研究了三元素系统纳米材料Fe/ZrO_2的量子尺寸效应.Fe/ZrO_2是一种重要的Fischer-Tropsch反应的催化剂.Fe/ZrO_2用超临界流体干燥(SCFD)方法制备.该方法可极大地克服使凝胶粒子聚集的溶剂表面张力,是目前获得大孔容积高比表面氧化物气凝胶(Aerogel)超细粒子的最有效方法之一.本文研究了不同铁含量的几种不同粒子尺寸的Fe/ZrO_2的光声谱,并作了初步的理论解释.