納米生物材料課件

納米生物材料1可編輯課件PPT一，納米材料的概述納米技術(shù)簡(jiǎn)介納米技術(shù)在世界各國(guó)的情況納米技術(shù)在當(dāng)代中國(guó)的發(fā)展2可編輯課件PPT1.1納米及納米技術(shù)1納米(nm):1毫米(mm)的百萬(wàn)分之一1nm=10-6mm=10-9m(=10?)大約等于十個(gè)氫原子并列一直線的長(zhǎng)度。

人類頭發(fā)的直徑大約有6萬(wàn)至8萬(wàn)納米。3可編輯課件PPT4可編輯課件PPT1.1納米及納米技術(shù)所謂納米技術(shù)，是指在0.1~100納米的尺度里，研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性以及對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行處理的技術(shù)被稱為納米技術(shù)。納米生物醫(yī)用材料是指用于對(duì)生物醫(yī)用材料進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替代其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高科技納米材料。5可編輯課件PPT納米技術(shù)在世界各國(guó)的情況1981年科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具———掃描隧道顯微鏡，原子、分子世界從此可見(jiàn)。1990年首屆國(guó)際納米科技會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩舉辦，納米技術(shù)形式誕生。1991年碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鐵的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

6可編輯課件PPT2.1國(guó)外納米技術(shù)進(jìn)展朗訊公司和牛津大學(xué):納米鑷子碳納米管“秤”，稱量一個(gè)病毒的重量稱量單個(gè)原子重量的“納米秤”7可編輯課件PPT2.1國(guó)外納米技術(shù)進(jìn)展1990年，IBM公司用原子排出“IBM”鎳基底上用35個(gè)氙原子排列成英文[IBM]納米存貯器及DNA開(kāi)關(guān)8可編輯課件PPT納米技術(shù)在當(dāng)代中國(guó)的發(fā)展1993年，中科院操縱原子寫字《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要（2001-2010）》和《國(guó)家納米科技發(fā)展指南框架》9可編輯課件PPT1.2納米材料的基本效應(yīng)界面效應(yīng)尺寸效應(yīng)量子效應(yīng)

費(fèi)米能級(jí)附件的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象10可編輯課件PPT1.界面效應(yīng)

納米材料由于大量的原子存在于晶界和局部的原子結(jié)構(gòu)不同于大塊晶體材料，使納米材料的自由能增加，納米材料處于不穩(wěn)定狀態(tài)。表面效應(yīng)是指微粉的粒徑越小，其總表面積越大；表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大。如當(dāng)粒徑為10nm(總原子數(shù)為3×104)時(shí)，表面原子數(shù)／總原子數(shù)=0.20；而當(dāng)粒度減小到lnm(總原子數(shù)為30)時(shí)，這一比值急劇上升到0.991表面原子的晶場(chǎng)環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微?；S著這種活性的表面原子增多，使其表面能也大大增加。11可編輯課件PPT1.界面效應(yīng)

2.體積效應(yīng)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是物質(zhì)體積的縮小雖不會(huì)引起物質(zhì)物性基本參量的變化，但會(huì)使那些與體積有關(guān)的物性發(fā)生變化，如磁體的磁疇變小，半導(dǎo)體中電子的自由路程變短，等等；二是物質(zhì)一般具有由無(wú)限個(gè)原子組成的物質(zhì)屬性，而納米粒子則表現(xiàn)出有限個(gè)原子集合體的特性。

12可編輯課件PPT1.尺寸效應(yīng)晶體周期性的邊界條件遭破壞，顆粒表面層附近原子密度減小，從而導(dǎo)致聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)。可以分為特殊的光學(xué)性質(zhì)，熱學(xué)性質(zhì)，磁學(xué)性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)，電學(xué)性質(zhì)。13可編輯課件PPT四大特點(diǎn):尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大。四個(gè)方面應(yīng)用:(1).納米電子學(xué):擁有嶄新功能的電子儀器，有高速度及低能量消耗的優(yōu)點(diǎn);(2).納米材料科學(xué)(3).納米生物學(xué):包括去氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的基因圖譜(4).納米醫(yī)學(xué):發(fā)明、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)納米級(jí)的新藥物。1.3特點(diǎn)及應(yīng)用14可編輯課件PPT15可編輯課件PPT納米顆粒的應(yīng)用1力學(xué)性能的應(yīng)用納米顆粒具有大的比表面積，活性大并具有高的擴(kuò)散速率，因而用納米粉體進(jìn)行燒結(jié)，致密化速度快、可降低燒結(jié)溫度并提高力學(xué)性能。近年來(lái)，用納米顆粒強(qiáng)化為目的的納米陶瓷材料得到較大進(jìn)展，為陶瓷材料的發(fā)展提供了生機(jī)，大量以納米顆粒為原料或添加料的超硬、高強(qiáng)、高韌、超塑性材料相繼問(wèn)世16可編輯課件PPT2磁學(xué)性能的應(yīng)用納米微粒尺寸進(jìn)入一定臨界值時(shí)就轉(zhuǎn)入超順磁性狀態(tài)，例如α-Fe、Fe304和α-Fe203粒徑分別為5nm、16nm、20nm時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槌櫞判浴Ａ硗饧{米顆粒材料還可能具有高的矯頑力、巨磁電阻、magnetocaloric效應(yīng)等性能。因此可用于制備磁致冷材料、水磁材料、磁性液體、磁記錄器件、磁光元件、磁存儲(chǔ)元件及磁探測(cè)器等磁元件。17可編輯課件PPT3電學(xué)性能的應(yīng)用納米顆敞在電學(xué)性能方面也出現(xiàn)了一些獨(dú)特性。例如納米金屬顆粒在低溫下呈現(xiàn)絕線性，納米欽酸鉛、鐵酸鋇和欽酸釣等顆粒由典型的鐵電體變成了順電體?？梢岳眉{米顆粒來(lái)制做導(dǎo)電漿料、絕緣漿科、電極、超導(dǎo)體、量子器件、靜電屏蔽材料、壓敏和非線形電阻及鵲綰徒櫚綺牧系取18可編輯課件PPT4光學(xué)性能的應(yīng)用納米顆粒可表現(xiàn)出與同質(zhì)的大塊物體不同的光學(xué)特性，例如寬頻帶強(qiáng)吸收、藍(lán)移現(xiàn)象及新的發(fā)光現(xiàn)象，從而可用于光反射材料、光通訊、光存儲(chǔ)、光開(kāi)關(guān)、光過(guò)濾材料、光導(dǎo)體發(fā)光材料、光折變材料、光學(xué)非線性元件、吸波隱身材料和紅外傳感器等領(lǐng)域。19可編輯課件PPT5敏感性能的應(yīng)用納米顆粒表面積巨大，表面活性高，對(duì)周圍環(huán)境(溫度、氣氛、光、濕度等)敏感，因此可用來(lái)制作敏感度高曲超小型、低能耗、多功能傳感器。以氧化錫為基體材料，并摻入適當(dāng)?shù)拇呋瘎┗蛱罴觿?，可制得?duì)酒精、氫氣、硫化氫、一氧化碳和甲烷等氣體具有選擇性敏感性能的氣敏元件。氧化錫對(duì)氣體靈敏度高低與材料的比表面積有關(guān)，通常比表面積越大，氣體靈敏度越高。納米氧化錫顆粒具有明顯優(yōu)越性能，具有更高的氣體靈敏度。目前用納米SnO2顆粒膜制成的傳感器已經(jīng)實(shí)用化，可用作氣體泄漏報(bào)警器和濕度傳感器，并且可以隨著溫度的變化有選擇地檢測(cè)多種氣體。TiO2陶瓷材料不僅對(duì)O2、CO、H2等氣體有較強(qiáng)的敏感性，而且還可作為環(huán)境濕度傳感器。20可編輯課件PPT納米生物材料學(xué)的制備方法1.物理方法 (1)真空冷凝法用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感 應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體， 然后驟冷。 (2)物理粉碎法通過(guò)機(jī)械粉碎、電火花爆炸 等方法得到納米粒，但產(chǎn)品純子。 (3)機(jī)械球磨法采用球磨方法，控制適當(dāng)?shù)?條件得到純?cè)丶{米粒子、合金納米粒 子或復(fù)合材料的納米粒子。21可編輯課件PPT納米生物材料學(xué)的制備方法2.化學(xué)方法1)氣相沉積法利用金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。(2)沉淀法把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。(3)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)分離和熱處理得納米粒子。其特點(diǎn)純度高，分散性好、粒度易控制。(4)溶膠凝膠法金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低溫?zé)崽幚矶杉{米粒子。(5)微乳液法兩種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(jié)、團(tuán)聚、熱處理后得納米粒子。22可編輯課件PPT2納米材料在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用納米載體納米生物器件納米生物組織工程納米醫(yī)藥23可編輯課件PPT納米載體

納米藥物載體納米基因載體24可編輯課件PPT納米藥物載體

1普通載藥納米微粒這種劑型的出現(xiàn)背景是基于將一些藥物通過(guò)藥劑學(xué)和納米技術(shù)的高度結(jié)合，使原本因理化性質(zhì)不穩(wěn)定而降解破壞或因不良反應(yīng)較大而影響其使用的藥物經(jīng)特殊的方法高度分散于藥物載體中，制成載藥納米微粒，用液體載體的流動(dòng)形式給藥，從而避免了所提到的缺點(diǎn)。25可編輯課件PPT2控釋載藥納米微粒納米控釋系統(tǒng)包括納米粒子和納米膠囊，它們是粒子在10一500nm間的固體膠態(tài)粒子。它與以往的控釋制劑不同，載藥納米微粒的控釋過(guò)程具有其特定的規(guī)定，囊壁溶解和微生物的作用，均可使囊心物質(zhì)向外擴(kuò)散。將藥物制成納米制劑后，不但達(dá)到緩控釋效果，而且改變其藥物動(dòng)力學(xué)的特性，使一些免疫系統(tǒng)的慢性病能得到更好的治療。26可編輯課件PPT3靶向定位載藥納米微粒靶向藥物能完成從靶器官、靶細(xì)胞到最為先進(jìn)的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的三級(jí)靶向治療，從而達(dá)到病灶部位緩慢釋放藥物，維持長(zhǎng)期局部有效的藥物濃度。此類微粒是根據(jù)臨床需要，通過(guò)選用對(duì)機(jī)體各種組織或病變部位親和力不同的載體制作載藥微?；?qū)慰寺】贵w與載體結(jié)合，以使藥物能夠輸送到治療期望達(dá)到的特定部位，因而稱之為靶向定位給藥。27可編輯課件PPT4載藥磁性納米微粒（物理靶向）

載藥磁性微粒是在微囊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型藥物運(yùn)載系統(tǒng)。這種載有高分子和蛋白的磁性納米粒子作為藥物載體靜脈注射到動(dòng)物體(小鼠、白兔)內(nèi)后，在外加磁場(chǎng)下，通過(guò)納米微粒的磁性導(dǎo)航，使藥物移向病變部位，達(dá)到定向治療的目的。國(guó)內(nèi)有實(shí)驗(yàn)研究出阿霉素免疫磁性造微粒，在進(jìn)行了免疫活性檢測(cè)和體外抑瘤實(shí)驗(yàn)后證實(shí)其具有抗體導(dǎo)向功能，并具有較高的磁響應(yīng)性，具有較強(qiáng)的靶向定位功能，為靶向治療腫瘤奠定了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。28可編輯課件PPT納米基因載體

5納米微粒的基因治療作用一些特殊的納米粒子可以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)達(dá)到基因治療目的。如：國(guó)外有人利用納米技術(shù)可使DNA通過(guò)主動(dòng)靶向作用定位于細(xì)胞。將質(zhì)子DNA濃縮至50—200nm大小且?guī)县?fù)電荷，有助于其對(duì)細(xì)胞核的有效入侵，而最后反粒DNA插入細(xì)胞核DNA的準(zhǔn)確點(diǎn)則取決于納米粒子的大小和結(jié)構(gòu)。還有人研究了一種樹(shù)突狀物的多聚物，由于它有著精確的納米結(jié)構(gòu)和表面與內(nèi)部都可以攜帶分子的特性使之成為一個(gè)很好的DNA導(dǎo)入細(xì)胞的載體。29可編輯課件PPT納米生物器件

一、納米機(jī)器人)的研制

納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具誘感力的內(nèi)容。動(dòng)脈粥樣硬化的治療機(jī)器人能夠從動(dòng)脈壁上清除粥樣沉積物。這不僅會(huì)提高動(dòng)脈壁的彈性,還會(huì)使通過(guò)動(dòng)脈的血液流動(dòng)狀況得到改善。

30可編輯課件PPT在血管中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人，它正在使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來(lái)清除血管中的沉積物31可編輯課件PPT納米機(jī)器人在清理血管中的有害堆積物---中國(guó)科學(xué)院合肥研究院

的研究中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制研制的納米微操作機(jī)器人在10×10微米的基片上刻出的字樣32可編輯課件PPT腎結(jié)石、膽結(jié)石的治療將納米機(jī)器人以插入導(dǎo)管的方式引入到尿道或膽道里內(nèi),直接到達(dá)結(jié)石所在的部位,并且直接把結(jié)石擊碎。33可編輯課件PPT2.納米生物傳感器檢查體內(nèi)疾病

重慶科研人員開(kāi)發(fā)的“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”估計(jì)三年內(nèi)可以上市。

該醫(yī)生長(zhǎng)得像一顆膠囊，把它吞進(jìn)肚里，消化道內(nèi)的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕上一目了然

34可編輯課件PPT納米生物芯片基因芯片蛋白質(zhì)芯片35可編輯課件PPT基因芯片基因芯片(genechip)的原型是80年代中期提出的?；蛐酒臏y(cè)序原理是雜交測(cè)序方法，即通過(guò)與一組已知序列的核酸探針雜交進(jìn)行核酸序列測(cè)定的方法，可以用圖11-5-1來(lái)說(shuō)明。在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當(dāng)溶液中帶有熒光標(biāo)記的核酸序列TATGCAATCTAG，與基因芯片上對(duì)應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補(bǔ)匹配時(shí)，通過(guò)確定熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的探針位置，獲得一組序列完全互補(bǔ)的探針序列。據(jù)此可重組出靶核酸的序列。36可編輯課件PPT基因芯片的測(cè)序原理圖37可編輯課件PPT生物芯片的應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用方面，生物芯片技術(shù)可廣泛應(yīng)用于疾病診斷和治療、藥物篩選、農(nóng)作物的優(yōu)育優(yōu)選、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、環(huán)境檢測(cè)、國(guó)防、航天等許多領(lǐng)域。它將為人類認(rèn)識(shí)生命的起源、遺傳、發(fā)育與進(jìn)化、為人類疾病的診斷、治療和防治開(kāi)辟全新的途徑，為生物大分子的全新設(shè)計(jì)和藥物開(kāi)發(fā)中先導(dǎo)化合物的快速篩選和藥物基因組學(xué)研究提供技術(shù)支撐平臺(tái)。38可編輯課件PPT蛋白質(zhì)芯片蛋白質(zhì)芯片是一種高通量的蛋白功能分析技術(shù)，可用于蛋白質(zhì)表達(dá)譜分析，研究蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用，甚至DNA－蛋白質(zhì)、RNA－蛋白質(zhì)的相互作用，篩選藥物作用的蛋白靶點(diǎn)等

39可編輯課件PPT未來(lái)發(fā)展方向（1）建立快速、廉價(jià)、高通量的蛋白質(zhì)表達(dá)和純化方法，高通量制備抗體并定義每種抗體的親和特異性；第一代蛋白檢測(cè)芯片將主要依賴于抗體和其他大分子，顯然，用這些材料制備復(fù)雜的芯片，尤其是規(guī)模生產(chǎn)會(huì)存在很多實(shí)際問(wèn)題，理想的解決辦法是采用化學(xué)合成的方法大規(guī)模制備抗體。

(2)改進(jìn)基質(zhì)材料的表面處理技術(shù)以減少蛋白質(zhì)的非特異性結(jié)合。

(3)提高芯片制作的點(diǎn)陣速度；提供合適的溫度和濕度以保持芯片表面蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性及生物活性。

(4)研究通用的高靈敏度、高分辨率檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)成像與數(shù)據(jù)分析一體化。

40可編輯課件PPT納米中藥納米中藥是指運(yùn)用納米技術(shù)制造的粒徑小于100nm的中藥有效成分、有效部位。當(dāng)物質(zhì)的顆粒小到1~100nm時(shí)，由于其量子效應(yīng)、物質(zhì)的局域性、巨大的表面及界面效應(yīng)，會(huì)使物質(zhì)的很多性能發(fā)生質(zhì)變，