納米粒子
納米粒子是指粒度在1—100nm之間的粒子（納米粒子又稱超細(xì)微粒）。屬于膠體粒子大小的范疇。它們處于原子簇和宏觀物體之間的過(guò)度區(qū)，處于微觀體系和宏觀體系之間，是由數(shù)目不多的原子或分子組成的集團(tuán)，因此它們既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)。可以預(yù)見(jiàn)，納米粒子應(yīng)具有一些新異的物理化學(xué)特性。 納米粒子區(qū)別于宏觀物體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，它表面積占很大比重，而表面原子既無(wú)長(zhǎng)程序又無(wú)短程序的非晶層。可以認(rèn)為納米粒子表面原子的狀態(tài)更接近氣態(tài)，而粒子內(nèi)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(nèi)部產(chǎn)生很高的Gilibs壓力，能導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)的某種變形。納米粒子的這種結(jié)構(gòu)特征使它具有下列四個(gè)方面的效應(yīng)。
1.體積效應(yīng)
2.表面效應(yīng)
3.量子尺寸效應(yīng)
4.宏觀量子隧道效應(yīng)
二、納米粒子的應(yīng)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(yīng)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(yīng)中做催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)觸媒，燃燒效率可提高100倍；催化反應(yīng)還表現(xiàn)出選擇性，如用硅載體鎳催化劑對(duì)丙醛的氧化反應(yīng)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。
在磁性材料方面有許多應(yīng)用，例如：可以用納米粒子作為永久磁體材料，磁記錄材料和磁流體材料。
納米粒子體積效應(yīng)使得通常在高溫?zé)Y(jié)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(jié)，獲得高密度的燒結(jié)體。另一方面，由于納米粒子具有低溫?zé)Y(jié)、流動(dòng)性大、燒結(jié)吸縮大的燒結(jié)特征，可作為燒結(jié)過(guò)程的活性劑使用，加速燒結(jié)過(guò)程降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間。例如，普通鎢絲粉須在3000℃的高溫下燒結(jié)，而在摻入0.1～0.5%的納米鎳粉后，燒結(jié)溫度可降到1200至1311℃。
復(fù)相材料的燒結(jié)：復(fù)相材料由于不同的熔點(diǎn)及相變溫度不同使得燒結(jié)較困難。納米粒子的體積效應(yīng)和表面效應(yīng)，不僅使其熔點(diǎn)降低，相轉(zhuǎn)變溫度也降低，在低溫下就能進(jìn)行固相反應(yīng)，因此可得到燒結(jié)性能很好的復(fù)相材料。
高純度納米粉可作為精細(xì)陶瓷材料。它具有堅(jiān)硬、耐磨、耐高溫、耐腐蝕的能力，并且有些陶瓷材料具有能量轉(zhuǎn)換，信息傳遞功能。
可作為紅外吸收材料，如Cr系合金納米粒子對(duì)紅外線有良好的吸收作用。
納米材料在醫(yī)學(xué)和生物工程也有許多應(yīng)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，稱為“生物導(dǎo)彈”。即在磁性Fe2O3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(dǎo)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(yīng)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(jī)器人，注入人身的血液，對(duì)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(xì)胞等，可以預(yù)言，隨著制備納米材料技術(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(yīng)用。
磁性納米粒子
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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(xì)胞間擴(kuò)散。研究人員首先將納米粒子固定在細(xì)胞膜上，然后利用高周波磁場(chǎng)對(duì)其加熱，從而刺激細(xì)胞。鑒于這種方法可以比較大范圍均勻地刺激細(xì)胞，科學(xué)家認(rèn)為該方法今后可以在人體內(nèi)應(yīng)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(xì)胞培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞，甚至可以操縱微小線蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)研究人員將磁性納米粒子固定在線蟲(chóng)的口部，開(kāi)始線蟲(chóng)只是爬來(lái)爬去。不過(guò)，當(dāng)科學(xué)家將磁性納米粒子加熱至34攝氏度后，就能夠控制線蟲(chóng)的前進(jìn)和后退了。
該研究小組還發(fā)明了一種熒光探針，能夠根據(jù)熒光強(qiáng)度的變化，來(lái)測(cè)量納米粒子是否被加熱到34攝氏度，這種熒光探針可以說(shuō)是一個(gè)納米溫度計(jì)。
這項(xiàng)研究具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，比如在癌癥治療中，科學(xué)家可針對(duì)選定的蛋白質(zhì)或特定組織進(jìn)行遠(yuǎn)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(yuǎn)程刺激胰腺細(xì)胞釋放胰島素。該方法還可應(yīng)用于某些因刺激不足導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)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(xì)胞膜，而細(xì)胞內(nèi)的溫度沒(méi)有發(fā)生變化，因此不會(huì)導(dǎo)致細(xì)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(nèi)刺激細(xì)胞，幫助理解細(xì)胞的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，以及控制動(dòng)物的行為。
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