納米技術(shù)全文(5篇)

1納米電子技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)和核心技術(shù)

納米電子技術(shù)的研究動(dòng)向主要有基礎(chǔ)的理論知識(shí)、材料、電子元件和電子系統(tǒng)等，以及一些附加的加工技術(shù)。納米電子技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)元件加工的集成化處理，能夠按照順序進(jìn)行集成化的加工，在對(duì)元件進(jìn)行加工的時(shí)候，一般采用的是半導(dǎo)體材料，將固定的電子器件和集成電路結(jié)合起來(lái)，通過(guò)高速率的條件，生產(chǎn)出所需要的納米材料，然后形成一定的功能，最終形成大規(guī)模的電路。納米電子技術(shù)在研發(fā)完成后需要測(cè)試，待測(cè)試通過(guò)后就可以投入使用，對(duì)元件的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析，運(yùn)用顯微鏡等器材分析納米電子材料的微觀結(jié)構(gòu)，然后實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量，使納米電子材料能夠在大型的器械中使用。也可以運(yùn)用電學(xué)原理，通過(guò)對(duì)納米電子材料信號(hào)的測(cè)試，借助半導(dǎo)體的測(cè)試，運(yùn)用顯微鏡進(jìn)行掃描，這種測(cè)試方法可以起到抗干擾的效果，即使納米電子材料的電流比較微弱、環(huán)境比較復(fù)雜，也可以進(jìn)行精確的測(cè)試。

2納米電子技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢(shì)

現(xiàn)在，很多國(guó)家都在極力開(kāi)發(fā)納米電子技術(shù)，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到生活中，通過(guò)研究納米材料、元件和系統(tǒng)，從而促進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

2.1新型的電子元件

現(xiàn)在，納米技術(shù)的研發(fā)越來(lái)越多，很多新型的電子元件出現(xiàn)，在世界范圍內(nèi)都開(kāi)始研究納米技術(shù)，美國(guó)耶魯大學(xué)和韓國(guó)的很多高校聯(lián)合研究了分子晶體管，相繼美國(guó)高校又開(kāi)始研發(fā)納米處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的編程技術(shù)，這表明今后的計(jì)算機(jī)發(fā)展會(huì)朝著納米技術(shù)的方向發(fā)展，然后，美國(guó)的科學(xué)家勞倫斯又通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)探究出了納米電子系統(tǒng)，將這一系統(tǒng)與生物技術(shù)結(jié)合起來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三磷酸腺苷的控制和驅(qū)動(dòng)，同時(shí)將生物技術(shù)與納米電子晶體管聯(lián)合使用，將人體的神經(jīng)系統(tǒng)能夠得到有效的連接，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫的電子界面。通過(guò)運(yùn)用顯微鏡技術(shù)，能夠觀察原子的動(dòng)態(tài)，研發(fā)出了以量子為單位的晶體管，這樣的設(shè)備可以通過(guò)人工來(lái)制造，結(jié)合半導(dǎo)體技術(shù)，研發(fā)出納米晶體管，納米電子晶體管朝著能耗低、高效率的方向發(fā)展。在今后的幾十年內(nèi)，電子技術(shù)的發(fā)展會(huì)越來(lái)越迅速，很多電子元件將會(huì)被研發(fā)出來(lái)，能夠提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率，同時(shí)能夠促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

2.2石墨烯

摘要:社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平得到顯著提升，對(duì)于能源需求量也逐年增多，能源危機(jī)是目前各個(gè)國(guó)家都非常關(guān)注的問(wèn)題，建筑領(lǐng)域消耗的能源較多，如何實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前研究的重點(diǎn)難題。就物理技術(shù)在節(jié)能環(huán)保建筑中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:物理技術(shù);節(jié)能環(huán)保;建筑領(lǐng)域

0引言

隨著工業(yè)化發(fā)展的深入，能源危機(jī)愈演愈烈。節(jié)能環(huán)保成為世界發(fā)展的主題。作為能源資源緊缺的國(guó)家，我國(guó)政府提出了建設(shè)能源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的要求。在建筑領(lǐng)域內(nèi)，節(jié)能環(huán)保成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。本文重點(diǎn)介紹幾種應(yīng)用于建筑行業(yè)并具備明顯節(jié)能環(huán)保作用的物理技術(shù)。

1納米技術(shù)

納米技術(shù)是建立在混沌物理、量子力學(xué)、分子生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和掃描隧道顯微鏡技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合科學(xué)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上衍生出納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)等多種學(xué)科。納米加工技術(shù)也類屬于納米技術(shù)，能夠直接以原子或分子來(lái)構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品，具有傳統(tǒng)材料無(wú)法比擬的表面和體積效應(yīng)、介電效應(yīng)等特殊性質(zhì)，用納米技術(shù)生產(chǎn)的納米材料成為工業(yè)領(lǐng)域的尖端科技產(chǎn)品，在建筑行業(yè)也經(jīng)常會(huì)用到納米技術(shù)和納米材料。首先，人們利用納米技術(shù)研制成功了智能混凝土材料，不僅大幅提高了混凝土材料的強(qiáng)度和耐久度，對(duì)堿骨料的反應(yīng)也有一定的抑制作用;而且，受納米材料本身所特有的量子尺寸效應(yīng)和光催化效應(yīng)的影響，納米混凝土材料可以分解空氣中的有毒物質(zhì)，對(duì)空氣和居住環(huán)境具有凈化的功能。人們甚至還研制出了能夠智能報(bào)警和具有自我修復(fù)功能的納米混凝土材料。其次，納米技術(shù)還可以被用來(lái)制作彈性和延性水泥、抗菌陶瓷、光催化涂料和抗菌塑料等高性能節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品以及電磁屏蔽玻璃、太陽(yáng)能電池玻璃、保溫隔熱玻璃等系列節(jié)能玻璃材料，不僅降低了能源的消耗，而且減少對(duì)環(huán)境的污染，是節(jié)能減排效果良好的新型建筑材料。

2太陽(yáng)能技術(shù)

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和研究

1.1智能技術(shù)

智能技術(shù)是將一個(gè)智能化的系統(tǒng)植入物體中，使物體具備一定的“主觀能動(dòng)性”即智能性，能夠與用戶進(jìn)行溝通，是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前的智能技術(shù)研究包括人工智能的理論的研究、虛擬現(xiàn)實(shí)及各種語(yǔ)言處理的入機(jī)交互技術(shù)與系統(tǒng)、可準(zhǔn)確性定位跟蹤的智能技術(shù)與系統(tǒng)、智能化的信號(hào)處理。

1.2納米技術(shù)

納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1nm-100nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用，納米技術(shù)能使微小的物體也能進(jìn)入物物相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息的交互，這使物聯(lián)網(wǎng)真正意義上做到了萬(wàn)物的互聯(lián)。可見(jiàn)納米技術(shù)必然在物聯(lián)網(wǎng)中扮演著重要的角色。

1.3GPS

目前最成熟的全球定位系統(tǒng)給物聯(lián)網(wǎng)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，使物與物之間的準(zhǔn)確定位成為可能。GPS技術(shù)以其高精度廣泛等特點(diǎn)為物聯(lián)網(wǎng)中的定位追蹤提供了便捷的服務(wù)，使物聯(lián)網(wǎng)功能更加完備。

【摘要】近些年來(lái)納米材料在生物成像、癌癥早期診斷和藥物運(yùn)載等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為醫(yī)學(xué)診斷和治療提供了有力的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)支持。但納米材料在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用存在一些安全性問(wèn)題，因此亟需開(kāi)發(fā)消除納米材料生物毒性的方法以減少對(duì)生物體和生態(tài)環(huán)境的破壞。本文將對(duì)納米材料在生物醫(yī)學(xué)的診斷和治療上的應(yīng)用以及其安全性問(wèn)題展開(kāi)討論。

【關(guān)鍵詞】納米材料生物醫(yī)學(xué)生物安全性

一、引言

納米材料主要是指結(jié)構(gòu)單元在納米尺寸范圍(1~100nm)內(nèi)的一類材料，由于表面原子具有很大的比表面積，其表面能極高，從而獲得較多的表面活性中心，化學(xué)性質(zhì)十分活潑，因此納米材料通常具有特異的性能。納米材料的發(fā)現(xiàn)始于20世紀(jì)80年代初期，隨后人們逐步發(fā)現(xiàn)其在光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)和力學(xué)方面具有比普通材料更加優(yōu)越的特性，進(jìn)而得到了多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注并逐漸發(fā)展起來(lái)，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境、航空航天和石油鉆探等領(lǐng)域的研究。尤其是在生物醫(yī)學(xué)方面，基于納米技術(shù)的藥物和傳感器已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，而且能夠得到是理想的治療和診斷結(jié)果。通過(guò)從納米尺度進(jìn)行精確地制備納米材料，人們打開(kāi)了更小的微觀世界，特別是生物體細(xì)胞層面上的化學(xué)反應(yīng)都發(fā)生在納米的度，納米材料的使用能有效地檢測(cè)或調(diào)控微觀的生理和病理過(guò)程。納米材料發(fā)展對(duì)醫(yī)學(xué)診斷和醫(yī)學(xué)治療具有重大意義，已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿，具有廣泛的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展空間[1]。

二、納米材料在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用

2.1納米生物傳感器

納米生物傳感器是一種由納米材料制成的檢測(cè)裝置，主要根據(jù)將檢測(cè)到的信息按一定規(guī)律變換為電信號(hào)或以其他的形式輸出，使人們能定量定性地分析檢測(cè)物質(zhì)。生物傳感器的研發(fā)中人們使用納米材料，能夠提高生物傳感器的靈敏度以及檢測(cè)范圍。同時(shí)以納米材料制備的新型傳感器具有穩(wěn)定性好，成本低，生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)的臨床診斷方面得到了高度重視，特別是作為一項(xiàng)新興的前沿技術(shù)，納米生物傳感器的研發(fā)能夠進(jìn)行早期癌癥的診斷。納米傳感器可以利用高靈敏度的特點(diǎn)，在血液中可通過(guò)微小的電流變化反映出癌細(xì)胞的種類和濃度。這種對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行的精確分析，有望實(shí)現(xiàn)特殊疾病的無(wú)創(chuàng)、快速診斷，今后人們只需將納米材料注入人體內(nèi)，便能在短時(shí)間內(nèi)完成確診。

1納米材料

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100nm）或由納米粒子作為基本單元構(gòu)成的材料．納米粒子也叫超微顆粒，處于原子簇和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域，這樣的體系既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，與常規(guī)尺度物質(zhì)相比具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等［1－2］．納米技術(shù)是通過(guò)對(duì)納米尺度物質(zhì)的操控來(lái)實(shí)現(xiàn)材料、器件和系統(tǒng)的創(chuàng)造和利用，例如在原子、分子和超分子水平上的操控．納米技術(shù)應(yīng)用于生物領(lǐng)域產(chǎn)生了納米生物技術(shù)，納米生物技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)對(duì)醫(yī)學(xué)產(chǎn)生很大的影響，過(guò)去的幾十年中，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)基于納米技術(shù)的一些藥物，許多具有藥物診斷和藥物傳輸功能的納米材料都可以應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)中．納米技術(shù)打開(kāi)了微米尺度以外的世界，而細(xì)胞水平上的生理和病理過(guò)程都發(fā)生在納米尺度，因此納米技術(shù)將對(duì)生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響．納米生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)以及其他技術(shù)的關(guān)系如圖1所示［3］．本文僅對(duì)量子點(diǎn)、納米金、碳納米管、氧化鐵和富勒烯等納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景做一綜述．

2納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

2．1量子點(diǎn)

量子點(diǎn)（quantumdots，QDs）是一種粒徑為2～10nm的半導(dǎo)體納米晶，主要包括硒化鎘、碲化鎘、硫化鎘、硒化鋅和硫化鉛等．與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料相比，QDs具有激發(fā)波長(zhǎng)可調(diào)、熒光強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)、不易發(fā)生光漂白和同時(shí)激發(fā)多種熒光等優(yōu)點(diǎn)．通過(guò)對(duì)多種量子點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行激發(fā)，可以達(dá)到多元化檢測(cè)的目的，有利于進(jìn)行高通量篩選．QDs的發(fā)射光譜隨尺寸大小和化學(xué)組成變化而有所改變，因此可以通過(guò)控制QDs的尺寸和化學(xué)組成使得其發(fā)射光譜覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)［4］．隨著QDs尺寸的減小，其電子能量的不連續(xù)性產(chǎn)生獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)，因此，QDs可以作為熒光探針用于生物分子成像，進(jìn)行生物分子的識(shí)別．Goldman等［5］利用親和素修飾CdSe／ZnSQDs，通過(guò)親和素－生物素化抗體的特異性結(jié)合形成熒光納米粒子復(fù)合抗體，探討了在蛋白毒素檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景．Genin等［6］以QDs為探針對(duì)半胱氨酸蛋白進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間可以持續(xù)到150s，檢測(cè)機(jī)理是將QDs與有機(jī)熒光染料分子CrAsH、半胱氨酸依次結(jié)合，利用形成的復(fù)合體進(jìn)行檢測(cè)．Liang等［7］研究鏈酶親和素修飾的QDs對(duì)mi－croRNA的定量檢測(cè)效果，利用QDs發(fā)出的熒光信號(hào)對(duì)microRNA的含量進(jìn)行測(cè)定，最低檢測(cè)限達(dá)到0．4fmol．Shepard等［8］利用量子點(diǎn)和Cy3，Cy5熒光染料共同作用，對(duì)炭疽桿菌進(jìn)行多元檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率，與傳統(tǒng)的雙光色檢測(cè)相比體系通量提高了4倍．杜保安等［9］采用水相合成法合成了Mn2＋摻雜CdTe量子點(diǎn)，通過(guò)在CdTe量子點(diǎn)中摻雜Mn2＋，進(jìn)一步改良CdTe的發(fā)光性能及熱穩(wěn)定性，擴(kuò)大了量子點(diǎn)的應(yīng)用范圍．聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）因其容易和氨基、羧基、生物素等多種功能化基團(tuán)反應(yīng)而常用于QDs的表面改性，而且PEG還能夠增加QDs的化學(xué)穩(wěn)定性．研究發(fā)現(xiàn)，用低聚PEG－磷酸酯膠束包覆QDs后分散于水中，其熒光強(qiáng)度幾周內(nèi)都不會(huì)發(fā)生改變，若分散于磷酸鹽溶液中，80h后熒光強(qiáng)度只降低10％［10］．QDs特殊的光學(xué)性質(zhì)使得它已逐步應(yīng)用于光發(fā)射二極管、生物化學(xué)傳感器、太陽(yáng)能電池、生物分子成像和納米醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域．

2．2金納米粒子

金納米粒子（AuNPs）具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)、良好的生物相容性、易修飾生物分子以及制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此在生物傳感、分子成像、腫瘤治療和藥物傳輸?shù)壬镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛研究．Wang等［11］利用N－羥基琥珀酰亞胺修飾的AuNPs實(shí)時(shí)檢測(cè)人體血液中鏈霉素和生物素的相互作用，發(fā)現(xiàn)經(jīng)修飾后的AuNPs具有3μg／mL的低檢出限和3～50μg／mL的寬動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍，為構(gòu)建全血中蛋白檢測(cè)和細(xì)胞分析的新型光學(xué)生物傳感器提供了思路．Huang等［12］將金納米棒連接上表皮生長(zhǎng)因子抗體后作用于癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)金納米棒附近的分子表現(xiàn)出更強(qiáng)、更敏銳和極化的拉曼光譜，這對(duì)于腫瘤的早期準(zhǔn)確檢測(cè)成像具有很大意義．Wei等［13］研究了AuNPs和紫杉醇對(duì)HepG2肝癌細(xì)胞凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)AuNPs單獨(dú)或與紫杉醇協(xié)同作用可以引起HepG2細(xì)胞凋亡，AuNPs可以增強(qiáng)紫杉醇對(duì)HepG2細(xì)胞的抑制和凋亡作用．Tong等［14］研究發(fā)現(xiàn)葉酸結(jié)合的金納米棒在近紅外光照射下可以破壞質(zhì)膜，這是由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子的快速增多進(jìn)而導(dǎo)致肌動(dòng)蛋白動(dòng)態(tài)異常造成的．但是，關(guān)于AuNPs的研究還處于初級(jí)階段，許多問(wèn)題尚需進(jìn)一步的深入研究．例如：如何制備各種形態(tài)和結(jié)構(gòu)以及可控成分的AuNPs，如何在治療過(guò)程中實(shí)現(xiàn)定向輸送和釋放的靶向性以及使AuNPs作為探針的信號(hào)放大以便用于生物檢測(cè)等都需要進(jìn)一步的探索．本課題組Liu等［15］研究了AuNPs對(duì)成骨細(xì)胞系MC3T3－E1的增殖、分化和礦化功能的影響，結(jié)果表明，20，40nm的AuNPs均促進(jìn)MC3T3－E1細(xì)胞的增殖、分化和礦化功能，且呈現(xiàn)出劑量和時(shí)間依賴性．RT－PCR結(jié)果表明，20，40nm的AuNPs均促進(jìn)runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runx2）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP－2）、堿性磷酸酶（ALP）和骨鈣素（OCN）基因的表達(dá)．結(jié)果顯示，AuNPs能夠促進(jìn)MC3T3－E1細(xì)胞成骨分化及礦化功能，而且影響隨納米顆粒的尺寸變化有所不同．Runx2，BMP－2，ALP和OCN4種基因可能相互影響，從而刺激MC3T3－E1細(xì)胞的成骨分化．實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，與骨中羥基磷灰石晶體尺寸相似的AuNPs可能扮演了一個(gè)晶核的角色，從而刺激其周圍細(xì)胞的增殖、分化和礦化，形成鈣的沉積．隨后Liu等［16］又研究了AuNPs對(duì)骨髓基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）增殖、成骨和成脂分化的影響，結(jié)果表明，AuNPs可以促進(jìn)MSCs向成骨方向分化，抑制向成脂方向及成脂橫向分化．結(jié)果揭示了AuNPs是如何進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)活動(dòng)進(jìn)而影響骨髓基質(zhì)細(xì)胞的功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)用于組織工程和其他生物醫(yī)學(xué)方面的新材料具有重要意義．