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納米粒子
粒度在1—100nm之間的粒子
納米粒子是指粒度在1—100nm之間的粒子（納米粒子又稱(chēng)超細微粒）。屬于膠體粒子大小的范疇。它們處于原子簇和宏觀(guān)物體之間的過(guò)度區，處于微觀(guān)體系和宏觀(guān)體系之間，是由數目不多的原子或分子組成的集團，因此它們既非典型的微觀(guān)系統亦非典型的宏觀(guān)系統。
1959年末，諾貝爾獎獲得者理查德·費曼在一次演講中首次提出納米概念，但真正有效地研究納米粒子開(kāi)始于二十世紀六十年代。1963年U yeda等人用氣體冷凝法制備了金納米粒子。自從1984年德國科學(xué)家Gleiter等人首次用惰性氣體凝聚法成功地制得鐵納米微粒以來(lái)，標志著(zhù)納米科學(xué)技術(shù)正式誕生。近十多年，越來(lái)越多的科學(xué)家致力于納米材料的相關(guān)研究中并在制備、性質(zhì)和應用方面都取得了豐碩的研究成果。
基本信息
| 中文名 | |
| 外文名 | Nanoparticles |
| 簡(jiǎn)介 | 具有一些新異的物理化學(xué)特性 |
| 磁性粒子 | 磁性納米粒子大小只有6納米 |
| 應用 | 納米粒子做催化劑的必要條件 |
簡(jiǎn)介
可以預見(jiàn)，納米粒子應具有一些新異的物理化學(xué)特性。納米粒子區別于宏觀(guān)物體結構的特點(diǎn)是，它表面積占很大比重，而表面原子既無(wú)長(cháng)程序又無(wú)短程序的非晶層。可以認為納米粒子表面原子的狀態(tài)更接近氣態(tài)，而粒子內部的原子可能呈有序的排列。即使如此，由于粒徑小，表面曲率大，內部產(chǎn)生很高的Gilibs壓力，能導致內部結構的某種變形。納米粒子的這種結構特征使它具有下列四個(gè)方面的效應。
1.體積效應。
3.量子尺寸效應。
4.宏觀(guān)量子隧道效應。
法制備
水熱合成法——高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得到納米粒子。其特點(diǎn)是純度高，分散性好，粒度易控制。
微乳液法——兩互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結、團聚、熱處理后得納米粒子。其特點(diǎn)是粒子的單獨分散和接口性好。
應用
納米粒子表面活化中心多，這就提供了納米粒子做催化劑的必要條件。目前，用納米粒子進(jìn)行催化反應可以直接用納米微粒如鉑黑、銀、氧化鋁、氧化鐵等在高分子聚合物氧化、還原及合成反應中做催化劑，可大大提高反應效率，利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應觸媒，燃燒效率可提高100倍；催化反應還表現出選擇性，如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應表明，鎳粒徑在5nm以下時(shí)選擇性急劇變化，醛分解得到控制，生成酒精的選擇性急劇上升。
納米粒子體積效應使得通常在高溫燒結的材料如SiC、WC、BC等在納米狀態(tài)下在較低溫度下可進(jìn)行燒結，獲得高密度的燒結體。另一方面，由于納米粒子具有低溫燒結、流動(dòng)性大、燒結吸縮大的燒結特征，可作為燒結過(guò)程的活性劑使用，加速燒結過(guò)程降低燒結溫度，縮短燒結時(shí)間。例如，普通鎢絲粉須在3000℃的高溫下燒結，而在摻入0.1～0.5%的納米鎳粉后，燒結溫度可降到1200至1311℃。
復相材料的燒結：復相材料由于不同的熔點(diǎn)及相變溫度不同使得燒結較困難。納米粒子的體積效應和表面效應，不僅使其熔點(diǎn)降低，相轉變溫度也降低，在低溫下就能進(jìn)行固相反應，因此可得到燒結性能很好的復相材料。
可作為紅外吸收材料，如Cr系合金納米粒子對紅外線(xiàn)有良好的吸收作用。
納米材料在醫學(xué)和生物工程也有許多應用。已成功開(kāi)發(fā)了以納米磁性材料為藥物載體的靶向藥物，稱(chēng)為“生物導彈”。即在磁性Fe3O4納米微粒包敷的蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射進(jìn)入人體血管，通過(guò)磁場(chǎng)導航輸送到病變部位釋放藥物，可減少肝、脾、腎等所受由于藥物產(chǎn)生的副作用。利用納米傳感器可獲取各種生化反應的信息和電化學(xué)信息。還可以利用納米粒子研制成納米機器人，注入人身的血液，對人體進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，甚至還能吞噬病毒，殺死癌細胞等，可以預言，隨著(zhù)制備納米材料技術(shù)的發(fā)展和功能開(kāi)發(fā)，會(huì )有越來(lái)越多的新型納米材料在眾多的高科技領(lǐng)域中得到廣泛的應用。
磁性粒子
布法羅大學(xué)研究小組所開(kāi)發(fā)的這種磁性納米粒子大小只有6納米，很容易在細胞間擴散。研究人員首先將納米粒子固定在細胞膜上，然后利用高周波磁場(chǎng)對其加熱，從而刺激細胞。鑒于這種方法可以比較大范圍均勻地刺激細胞，科學(xué)家認為該方法今后可以在人體內應用。
研究人員目前已證明該方法可以打開(kāi)鈣離子通道，激活通過(guò)細胞培養的神經(jīng)細胞，甚至可以操縱微小線(xiàn)蟲(chóng)的運動(dòng)。當研究人員將磁性納米粒子固定在線(xiàn)蟲(chóng)的口部，開(kāi)始線(xiàn)蟲(chóng)只是爬來(lái)爬去。不過(guò)，當科學(xué)家將磁性納米粒子加熱至34攝氏度后，就能夠控制線(xiàn)蟲(chóng)的前進(jìn)和后退了。
這項研究具有廣泛的應用價(jià)值，比如在癌癥治療中，科學(xué)家可針對選定的蛋白質(zhì)或特定組織進(jìn)行遠程操作，從而開(kāi)發(fā)出新型癌癥治療方法。此外在糖尿病治療方面，也可以遠程刺激胰腺細胞釋放胰島素。該方法還可應用于某些因刺激不足導致的神經(jīng)系統疾病。
科學(xué)家表示這種方法非常重要，由于該方法只會(huì )加熱細胞膜，而細胞內的溫度沒(méi)有發(fā)生變化，因此不會(huì )導致細胞死亡。通過(guò)開(kāi)發(fā)這種方法，科學(xué)家能夠利用磁場(chǎng)在體外和體內刺激細胞，幫助理解細胞的信號網(wǎng)絡(luò )，以及控制動(dòng)物的行為。
研究發(fā)現
2023年，中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng )新研究院的周欣研究員團隊利用腫瘤微環(huán)境與正常組織的差異，開(kāi)發(fā)出了一種可智能識別腫瘤的模塊化自組裝納米粒子GQD NT。這是一種能夠實(shí)現癌癥精準檢測與治療的納米粒子，可顯著(zhù)降低癌癥檢測治療過(guò)量使用藥物帶來(lái)的副作用。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》。
參考資料
[1]
我國科研人員開(kāi)發(fā)出可精準檢測與治療癌癥的納米粒子 · 今日頭條-IT之家[引用日期2023-05-07]
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