纳米微粒十篇

纳米微粒篇1

1.1细胞分离

生物细胞分离是生物细胞学中一个十分重要的技术,它关系到研究所需要的细胞标本能不能快速获得的关键问题。以往的细胞分离技术主要采用离心法,利用密度梯度原理,时间长效果差。80年代,人们开始利用纳米微粒进行细胞分离,建立了用纳米SiO2微粒进行细胞分离的新技术。其基本原理和过程是:先制备纳米SiO2微粒,尺寸控制在15~20nm,结构一般为非晶态,再将其表面包覆单分子层,包覆层的选择主要依据所要分离的细胞种类而定,一般选择与所要分离细胞有亲和作用的物质作为附着层。这种纳米SiO2微粒包覆后形成复合体的尺寸约为30nm。第二步是制取含有多种细胞的聚乙烯砒咯烷酮胶体溶液。适当控制胶体溶液浓度。第三步是将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯砒咯烷酮胶体溶液中,再通过密度梯度原理,使所需要的细胞很快分离出来。

1•2细胞染色

纳米微粒的出现,为建立新的细胞染色技术提供了新的途径。最近比利时的DeMey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或者柠檬酸钠把金从氯化金酸(HAuCl4)水溶液中还原出来形成金纳米粒子,粒径的尺寸范围是3~40nm。接着制备金纳米粒子-抗体的复合体,具体的方法是将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合。不同的抗体对细胞内各种器官和骨骼组织敏感程度和亲和力有很大的差别。可以根据这些差别制备此种金纳米粒子-抗体的复合体,而这些复合体与细胞内各种器官和骨骼系统相结合,就相当于给各种组织贴上了标签。由于它们在光学显微镜和电子显微镜下衬度很大,这就很容易分辨各种组织。这就是利用纳米粒子进行细胞染色技术。大量研究表明,纳米微粒与抗体的结合并不是共价键而是弱库仑作用的离子键,因此制造稳定的复合体工艺比较复杂,但选择适当条件是可以制造多种纳米微粒-抗体的稳定复合体。细胞染色的原理与金属的超微粒子光学特性有关,一般来说超微粒子的光吸收和光散色很可能在显微镜下呈现自己的特征颜色,由于纳米微粒尺寸小,电子能级发生分裂,能级之间的间距与粒径大小有关,电子从低能级的跃迁很可能吸收某种波长的光,纳米微粒的庞大比表面中原子振动模式与颗粒内部不同,它的等离子共振也会对某种波长光的吸收产生影响,由于上述几种原因,金纳米粒子-抗体在白光或单色光照下就会呈现某种特定的颜色。试验已经证实,对10nm直径以上的金纳米微粒在光学显微镜的明场下可观察它的颜色为红色。

2纳米微粒在抗菌杀菌材料上的应用

近年来对半导体光催化材料的研究[5,6]表明,半导体材料(如TiO2,ZnO,CdS,ZnS,Fe2O3)由于具有满的价带和空的导带,当受到能量大于半导体能隙的光照射时,会吸收光使价带电子激发到导带上形成导带电子,同时在价带上产生空穴,分离的电子和空穴可分别与吸附在半导体表面上的水和氧反应,产物为O-2和•OH,O-2是强还原剂,•OH具有几乎能使全部有机物分解的氧化力,可以氧化分解构成细菌微生物主要成分的各种有机物,干扰细菌蛋白质合成,从而有效抑制细菌等微生物的繁殖,达到抗菌净化目的,可用于杀菌除臭防霉及消毒,比常用的氯、次氯酸、H2O2等具有更大效力,因此半导体材料将会成为最具希望的环境友好光催化抗菌杀菌材料,目前已成为物理学家、材料学家和生物学家的热点课题之一。但传统的光催化材料,由于光产生的电子-空穴对极易复合,导致其光催化活性低,而且反应过程中需紫外光照射,因而很难在工业化实践中得到应用。纳米材料由于尺寸小、比表面积大,使得表面原子配位不饱和,同时存在很多表面缺陷成为光生电子和空穴分离的有效位置,使得纳米半导体材料具有高的光催化活性。对纳米微粒,当粒子细化到纳米尺度时,具备很多优异的特征[7],如(1)通过量子尺寸限域造成吸收边的蓝移。(2)由离散的能级和跃迁选律造成光谱吸收及发射行为结构化。(3)与体材料相比,量子阱中的热载流子冷却速度下降,量子效率将提高。(4)光生电子和空穴的氧化还原能力增强。(5)室温下激子效应显著。这些特征将使得纳米微粒成为高效的光催化抗菌杀菌材料。作者近来的研究结果表明,纳米TiO2微粒对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有高的抗菌杀菌性能,其抑菌率均在99%以上。

3纳米微粒在药物上的应用

3•1纳米微粒药物

目前肝动脉栓塞化疗(TAE)已成为治疗肝癌的有效方法,拴塞物有明胶海绵、碘油-药物乳剂及各种微米级含药微囊(如白蛋白、葡聚糖、聚乳酸等),他们的不足之处在于(1)药物缓释后造成肝癌细胞耐药、而载体对耐药性无对抗作用;(2)微囊材料生物相容性差引起肝细胞的不良反应;(3)大部分微球粒径较大,肝靶向性差。针对上述情况,吴道澄等人[8]采用小粒径(纳米级)脂质体-碘油乳剂及聚氰基丙烯酸正丁酯纳米微粒-碘油乳剂用于肝癌的拴塞化疗,经动物(白鼠)试验,与各种微米级含药胶囊相比,由于它们具有良好的肝靶向性、缓释性及可生物降解性,还具有抗耐药性,因而纳米阿霉素微粒-碘油乳剂对肝癌具有良好的疗效。光照条件下纳米TiO2粒子具有高的氧化还原能力,能够分解组成微生物的有机物(蛋白质)从而杀死微生物,且经动物试验证实TiO2微粒对动物无生理毒性[9,10],因此Cai等人[11]将其用于癌细胞治疗实验中,实验结果表明紫外光照射(10min)下TiO2微粒能全部杀灭癌细胞,目前该实验正在进行中。

3•2表面包覆的磁性纳米粒子药物[12]

磁性纳米粒子表面涂覆高分子,在外部再与蛋白相结合可以注入生物体中,这种技术目前仅处于实验阶段,已通过了动物临床试验。这种载有高分子和蛋白的磁性纳米粒子作为药物的载体,然后静脉注射到动物体(小鼠、白兔)内,在外加磁场下(2125×103/π(A/m))通过纳米微粒的磁性导航,使其移向病变部位,达到定向治疗的目的。这就是磁性超微粒子在药物学应用的基本原理。这里最重要的是选择一种生物活性剂,根据癌细胞和正常细胞表面糖链的差异,使这种生物活性剂仅仅与癌细胞有亲和力而对正常细胞不敏感,表面包覆高分子的磁性纳米微粒载有这种活性剂就会达到治疗的目的。动物临床实验证实,带有磁性的Fe3O4纳米微粒是发展这种技术的最有前途的对象,纯金属磁性纳米Ni、Co粒子由于有致癌作用,不宜使用。例如10~50nm的Fe3O4的磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸,尺寸约为200nm,这种亚微米级的粒子携带蛋白,抗体和药物可以用于癌病的诊断和治疗,这种局部治疗效果好,副作用少,很可能成为癌病的治疗方向。但目前还存在不少的问题,影响这种技术在人体的应用,如何避免包覆高分子层在生物体中的分解,是今后应该加以研究的问题。磁性纳米粒子在分离癌细胞和正常细胞方面经动物临床试验已获成功,显示出了引人注目的应用前景。通常情况下,癌病、肿瘤手术后要进行放射性辐照,以杀死残存的癌细胞,与此同时大面积辐照也会使正常细胞受伤害,尤其是对生命极端重要的具有造血功能和免疫功能的骨髓干细胞很可能受到更为严重的伤害,通常的做法是,为了避免骨髓细胞受到损害,在辐照治疗前将骨髓抽出,辐照后再重新注入,但在较多的情况下癌细胞已扩散到骨髓中,因此在把癌细胞从骨髓液中分离出来是至关重要的,否则将含有癌细胞的骨髓液注回辐照治疗后的骨髓中还会旧病复发。磁性纳米粒子分离癌细胞的技术主要采用约50nm的Fe3O4纳米粒子,包覆聚苯乙烯后直径为3μm,用于小鼠骨髓中癌细胞分离试验。首先从羊身上取出抗小鼠Fc抗体(免疫球蛋白),然后与上述磁性粒子的包覆物相结合,如图1所示,将小鼠带有正常细胞的骨髓取出,加入小鼠杂种产生的抗神经母细胞(尚未彻底分化的癌化神经细胞)单克隆抗体,此抗体只与骨髓液中的癌细胞结合(见图中B),最后将带抗体和包覆层的磁性粒子放入骨髓液中,它只与携带抗体的癌细胞相结合(见图中C),利用磁分离装置很容易将该细胞从骨髓中分离出来,分离率达99•9%以上。最近伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用这种技术成功地进行了人体骨髓液癌细胞的分离来治疗癌病患者。

纳米微粒篇2

环氧树脂（EP）具有良好的热稳定性、电绝缘性、粘结性、力学性能，成型工艺多样化，性价比较高，被广泛应用于航空/航天、电气/电子等领域[1-4].由于环氧树脂具有三维网状交联结构，此结构带来众多优点的同时，也赋予其固有的缺点，固化后质脆、耐冲击性较差和容易开裂等.利用环氧树脂制备的复合材料存在层间韧性不足，受到低速冲击后层间容易发生分层等问题，严重影响其使用寿命和范围，这就要求对环氧树脂进行增韧[5].当前，广泛采用的改性方法是向树脂中加入橡胶[6-7]或热塑性树脂[8]，通过反应诱导相分离形成分相结构[9-10]，实现对树脂基体的增韧.但是这些增韧成分的引入，增加了树脂体系的化学复杂性，带来了一系列问题.例如增韧剂要与原有树脂相匹配，改性剂的存在会导致树脂的工艺条件发生改变，对树脂的刚度、模量、湿/热等性能可能产生影响等[11].

近年来很多研究者采用无机刚性纳米粒子[11-16]对环氧树脂进行增强、增韧改性.这是因为纳米粒子的表面非配对原子多、活性高，很容易与环氧树脂中的某些官能团发生物理或化学作用，提高粒子与环氧树脂基体的界面结合能力，有助于降低聚合物键的能动性，因而可承担一定的载荷，具有增强、增韧的可能.而且，这种无机纳米颗粒的加入，对体系的物理化学性质没有明显影响，有利于保持现有树脂体系及其工艺条件不变.同时这种利用物理手段实现的强度韧性提升，由于不涉及化学计量，可以方便地选择增韧剂的使用量.

本研究以商用的聚氨酯-环氧树脂复合材料为基体，系统研究了几种无机微米/纳米粒子的添加对复合材料力学和热稳定性的影响，并对改性后复合材料的强韧化机理进行了初步讨论.

1实验部分

1.1原料

纳米SiO2，粒径：30 nm （杭州万景新材料有限公司，简写为NSI）.纳米SiC，50 nm；纳米MgO，30 nm；纳米Al2O3，30 nm （上海水田材料科技有限公司，分别简写为NSC，NMG和NAL）.微米Al2O3，1～3

SymbolmA@ m （郑州市海旭磨料有限公司，简写为LAL）.微米MgO，0.5～1

SymbolmA@ m （深圳晶材化工有限公司，简写为LSC）.聚氨酯改性环氧树脂粘结剂（商业原料，缩写为PUEP），其主剂和固化剂分别标示为PUEPM和PUEPS.

2结果与讨论

2.1颗粒组成和含量对复合材料拉伸剪切强度的

影响

图1为无机颗粒组成和含量与复合材料拉伸剪切强度的关系曲线.从图1可以看出，向PUEP体系加入无机颗粒后，其拉伸剪切强度均先增加后降低，最佳添加量均为2%.在该加入量时，2%LMG改性PUEP复合材料的拉伸剪切强度相比未添加的PUEP复合体系增加了14.7%，2%LAL增加了8.0%，2%NMG增加了68.9%，2%NSI增加了61.3%，2%NSC增加了87.8%，添加2%NAL增加了54.2%.这是因为无机颗粒经硅烷偶联剂处理后其表面带有活性基团，颗粒可以充分接枝在基体上.此外，纳米粒子较小的粒径和较大的比表面积，提高了纳米粒子和基体的相容性.因此纳米粒子和基体之间可以有更好的应力传递，增强材料的强度和韧性.当无机颗粒的添加量逐渐增多时，其在基体中的分散性变差，易团聚，从而降低了复合材料的力学性能[18].

同时可以看出，纳米颗粒对PUEP复合体系力学性能的提高显著高于微米颗粒，其增加量均在50%以上.这可能是由于纳米粒子尺寸小、比表面积大以及表面的物理和化学缺陷多， 与高分子链产生了物理或化学交联点，能有效提高两者之间的结合力，使高分子链刚性增加，从而导致PUEP体系的拉伸剪切强度显著增加[18-19].

图2为无机颗粒质量分数为2%时所得无机颗粒改性PUEP复合材料的应力应变曲线.从图中可以看出，PUEP复合体系的应力应变曲线呈现典型的韧性断裂，曲线上分别出现了弹性变形区、弹塑性变形区、塑性变形区和屈服点等特征区域，其层间剪切模量

的数值约为574 GPa（应力应变曲线的直线部分的斜率）.

从图中还可以看出，微米颗粒的添加并不改变PUEP复合体系的断裂方式，但使该体系各变形阶段的模量显著下降（2%LMG对应的层间剪切模量的数值约为380 GPa，2%LAL为270 GPa，应力应变曲线直线部分的斜率），同时弹性变形区域逐渐缩短（应力应变曲线的直线部分）.而纳米颗粒的添加不仅能改变PUEP复合体系的断裂方式，使其由韧性断裂改为类似于陶瓷材料的脆性断裂（应力应变曲线的主要部分），同时弹性变形区大幅增加，但弹性模量大幅降低（不同组成纳米颗粒添加所得无机颗粒改性PUEP复合材料弹性模量在50～60 GPa之间变化）.

从上述数据可知，对于无机颗粒而言，其在添加量为2%时，可以获得最佳的增韧效果，故而，下一步研究中，无机颗粒的添加量固定为2%，研究材料粒径和组成对复合材料拉伸强度的影响.

2.2颗粒组成对复合材料拉伸强度的影响

表1为无机颗粒添加对复合材料拉伸强度的影响.从表中可以看出，无机颗粒的加入能提高PUEP体系的拉伸强度.对比微米颗粒和纳米颗粒对PUEP体系拉伸强度的影响可知，纳米颗粒可以显著提高复合材料的拉伸强度，其中纳米SiC的增强效果最为显著，提高率可达73.7%.

2.3纳米颗粒组成对复合材料热稳定性的影响

图3为不同纳米颗粒在添加量为2%时所得复合材料在Ar气氛下的热重（TG）曲线和微分热重（DTG）曲线.从图3（a）可以看出，不同组成的复合材料在Ar气氛中的热失重过程相似，失重残余量均约为6%左右.但不同失重率对应的温度均随无机颗粒种类的变化而变化，这表明添加无机颗粒对PUEP体系的热稳定性具有一定的影响.

表2给出了不同复合材料在5%，50%和80%失重，以及在失重速率最大时对应的温度（DTG曲线的峰值）.从表中可以看出，相比基体PUEP，添加不同组成的纳米颗粒对复合材料的热稳定性有不同影响.其中添加2%纳米SiC时所得复合材料不同失重率下对应的温度较基体提高了4～8 oC，但在失重速率最大时对应的温度与基体接近.其它组成纳米无机颗粒的添加基体的热稳定性能的影响不确定.

从图3（b）可以看出，PUEP试样有两个峰值，这表明基体中官能团的分解可以大致分为2个步骤.添加纳米颗粒后，SiO2和Al2O3导致第一个失重峰强度增加，而SiC和MgO导致第一个峰强度稍微降低.而第二个峰的变化随纳米颗粒的添加发生明显位移.结合表2可以看出，SiO2和Al2O3的添加导致复合材料在最大失重速率对应的温度升高了16～30 oC.这也表明在相同的实验条件下，由于纳米颗粒表面的性质不同，偶联剂与颗粒表面的结合性存在一定差异，导致偶联剂在纳米颗粒表面化学结合的数量不同.众所周知，偶联剂的官能团可与基体树脂的官能团发生化学反应，从而提高树脂基体的“牢固度”[19-20].而偶联剂数量不同和结合的紧密程度不同，导致复合材料的热稳定性存在一定差异.

由于添加2%纳米SiC时所得复合材料不同失重率下对应的温度较基体提高了4～8 oC，因而下一步主要讨论纳米SiC添加所得复合材料的微观形貌.

2.4纳米SiC添加对复合材料微观形貌的影响

图4为纳米SiC不同含量所得复合材料的断面形貌.从图中可以看出，PUEP体系的断裂有明显的起伏和撕裂现象，其裂纹形状以规则的平行状为主，属于韧性断裂.随着纳米SiC添加量的增加，试样的断面先逐渐变平整，并且出现了微裂纹和微孔，这表明此时复合材料呈现某种程度的脆性断裂.但当纳米SiC的添加量等于4%时，断面又出现了明显的起伏和撕裂现象，这表明该复合材料的断裂方式又呈现某种程度的韧性断裂.

从图中还可以看出，纳米SiC颗粒的形状是以圆球形为主，其在图4（b）和图4（c）中的分散性比较均匀，但是随其含量的增加，纳米SiC颗粒开始发生团聚，在添加量为4 %的时候可以明显地看到团聚的情况，使得在发生断裂的时候团聚的颗粒是以直接拔出的方式发生断裂，并不能有效起到传递载荷和消耗能量的作用，将导致复合材料的韧性开始下降，这与图1和表1的结果一致.

3纳米无机颗粒的强韧化机理探讨

无机颗粒对基体的增韧机理可视为弥散强化增韧.在基体中加入刚性的第二相颗粒时，在基体材料受拉伸时，颗粒会阻止其横向截面收缩，同时当裂纹扩展过程遇到颗粒时，刚性颗粒会阻止其进一步扩展，这两种作用均促使材料断裂需要消耗更多的能量，因此起到增强增韧的作用[20].从图4（a）中观察到的纳米颗粒阻止裂纹扩展的现象支持了这一说法.

如果以拉伸过程为例来考察纳米复合材料强度提高的机理，可以发现，当复合材料受到的拉伸应力达到或超过应力集中处所能承受的最大主应力时，就开始形成孔隙，成为材料的缺陷.由于材料的强度与材料缺陷尺寸成反比[20].而经过表面改性的无机颗粒表面存在一层硅烷偶联剂，当无机颗粒加入PUEP复合体系中后，无机颗粒与PUEP基体之间会形成一个过渡层[20].拉伸过程中有效缺陷尺寸近似地取决于分散后“过渡层”结构的尺寸，并且随着拉伸的继续，孔隙呈椭圆形长大.粒子越细且分散越好，有效缺陷尺寸也就越小，复合材料的强度也就越高.因此，当添加的颗粒由微米改为纳米时，复合材料的层间剪切强度和拉伸强度大幅增加（见表1）.

同时由于纳米颗粒与基体间“过渡层”结构的存在，导致两者结合性良好，这种良好的结合性会引发周围基体发生更多的屈服变形，钝化了基体材料拉伸过程中的银纹扩展效应，增大银纹扩展阻力，阻止裂缝形成，保持了材料完整性，也从而达到了增强增韧目的.从图4可以看出，图4（a）和（b）中存在少量银纹，而在图4（c）和（d）中则没有观察到银纹，这也表明，复合材料中纳米颗粒可以钝化银纹的扩展效应，从而起到强化的目的.

4结论

本文通过机械搅拌混合法制备了微/纳米粒子改性的聚氨酯-环氧树脂基复合材料，研究了无机颗粒组成和含量对基体力学性能和热稳定性的影响，探讨了复合材料的强韧化机理.得出的主要结论如下：

1） 相比微米颗粒，纳米粒子的加入能显著提高基体的层间剪切强度和拉伸强度，降低基体的层间剪切弹性模量，同时改变基体的断裂方式.当SiC纳米颗粒的添加量为2%时，所得复合材料的层间剪切强度和拉伸强度分别达到44.7 MPa和56.56 MPa，相比基体提高约88%和74%.

纳米微粒篇3

[关键词] 快速膜乳化;聚乳酸-羟基乙酸共聚物;纳米粒;工艺优选;荧光探针;靶向

[收稿日期] 2014-09-02

[基金项目] 国家自然科学基金项目（81072749，81303230，30873450，30873449）;江苏省抗肿瘤验方研究与产业化工程实验室开放课题;南京中医药大学校级创新团队项目;江苏省高校优势学科建设工程项目

[通信作者] *郭立玮，E-mail： ;*朱华旭，E-mail：

[作者简介] 胡涛，硕士研究生，E-mail：

荧光探针可用于微球结构识别[1]、药物运输过程、细胞屏障跨越方式、药物释放过程等的观测研究，其出现大大促进了药物新剂型研究的迅速发展[2]。纳米粒（nanoparticles，NP）是抗肿瘤药物及其他药物的良好载体，尤其是以聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）为材料制备的纳米粒，因其良好的生物相容性和生物可降解性而得到了广泛研究[3]。荧光探针常被包载于微粒给药系统内，进行给药系统的体外结构研究、体内示踪、细胞摄取及转运机制研究[4-7]，传统方法制备的微粒其粒径分布较宽，而较宽的粒径分布难以获得良好的靶向性和重复性。快速膜乳化技术利用较高压力使预乳液通过尺寸均一的微孔膜，使其被破碎成粒径小、分布更窄的液滴[8-9]，其制备的粒子均一可控。本实验利用快速膜乳化法制备包载尼罗红荧光探针的微球，并采用激光共聚焦技术研究微球结构特点。在此基础之上，用快速膜乳化法制备包载DiR荧光探针纳米粒，采用小动物活体成像技术研究纳米粒的肝、脾靶向性，以期为肝、脾荧光探针造影成像[10]和体内示踪提供参考。

1 材料

快速膜乳化装置（自制，装置见图1）;SPG膜（日本SPG Technology公司，亲水性，膜长12.5 cm）;DF-101S型智能集热恒温加热磁力搅拌器（河南省予华仪器有限公司）;I-6型冷冻干燥机（德国Ehrisa公司）;AUW120D型1/10万电子天平（日本岛津）;S-4800型场发射扫描电镜（日本日立公司）;ZetasizerNano型马尔文激光粒度分析仪（英国马尔文仪器有限公司）;Leica TCS-SP5 激光共聚焦显微镜（德国）;小动物多光谱活体成像系统为Maestro 2（CRI，Woburn，MA，USA），该系统主要由液晶可调谐滤光片和科研级电荷耦合器件（CCD）组成，液晶可调谐滤光片扫描范围 500～950 nm，扫描带宽、步进均为 10 nm，数据采集、光谱分离处理过程均由Maestro多光谱分析软件完成。

PLGA（LA-GA 50∶50，平均相对分子质量15 kDa，山东省医疗器械研究所）;聚乙烯醇（PVA 1788，上海阿拉丁试剂有限公司）;尼罗红（Nile red，美国Sigma-Aldrich公司）;DiR（美国AAT Bioquest公司）;醋酸乙酯（EA，上海国药）;无水乙醇（分析纯，中国医药集团上海试剂公司）;丙酮（分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司）。

图1 快速膜乳化装置及乳液制备示意图

Fig.1 Schematic diagram of miniature apparatus and principle of premix membrane emulsification

SPF级BALB/c裸鼠，6～8周龄，18～20 g，合格证号SCXK（沪）2012-0006，上海杰思捷实验动物有限公司，实验前24 h禁食不禁水。

2 方法

2.1 快速膜乳化法制备 PLGA 纳米粒[8-9]

将 PLGA 溶于醋酸乙酯中作为油相（过 0.45 μm 微孔滤膜除去不溶物），一定浓度的 PVA水溶液作为水相（使用前过 0.45 μm 微孔滤膜），水相加入油相，均质乳化制备成油/水（O/W）型预乳液（12 000 r・min-1，45 s）。将其倒入快速膜乳化装置中，在一定的氮气压力下反复过膜，在过膜后的乳液中加入6倍体积 0.5% PVA水溶液以萃取其中的醋酸乙酯，常温下磁力搅拌 6 h，离心（16 000 r・min-1，10 min），用蒸馏水洗涤纳米粒 3 次，冷冻干燥，即得 PLGA空白纳米粒。包载DiR纳米粒的制备：与空白纳米粒制备相同，只是在有机相中加入适量DiR。

2.2 不同方法制备PLGA纳米粒比较研究[11]

二元溶剂分散法制备PLGA纳米粒：将PLGA溶于丙酮和无水乙醇混合溶液，过0.45 μm微孔滤膜除去不溶物，将上述有机相在磁力搅拌下，使用0.4 mm注射器针头，以一定速度滴入PVA溶液（使用前过0.45 μm微孔滤膜）中，磁力搅拌 10 min，将产物经旋转真空蒸发除去有机溶剂，经0.8 μm微孔滤膜过滤，离心水洗，冷冻干燥，即得纳米粒。

超声法制备PLGA纳米粒：将PLGA溶于醋酸乙酯作为油相（过0.45 μm微孔滤膜除去不溶物），一定浓度的PVA水溶液（使用前过0.45 μm微孔滤膜）作为水相，将水相加入油相中，超声（500 W，3 min）乳化制备成油/水（O/W）乳液，在乳液中加入6倍体积 0.5% PVA 水溶液以萃取其中的醋酸乙酯，常温下磁力搅拌 6 h，离心水洗，冷冻干燥，即得纳米粒。

快速膜乳化法制备PLGA纳米粒：参照2.1项下方法制备PLGA纳米粒，其中油相PLGA质量浓度为20 g・L-1，水相PVA质量浓度为20 g・L-1，油水比1∶5，过膜压力1 150 kPa，过膜3次。

2.3 表面形貌和粒径分布的测定

将纳米粒分散在去离子水中，滴加到铝箔纸（锡纸）上，使其均匀摊开，自然晾干。剪下一小块铝箔用导电胶固定在样品台上，真空条件下喷金（30 mV，120 s），利用扫描电子显微镜观察纳米粒形态。

2.4 纳米粒粒径分布的测定

将纳米粒悬浮在去离子水中，采用带亚微米级粒径分析功能的 Zeta 电位仪测定平均粒径及多分散系数（PDI），PDI越小代表纳米粒粒径分布越均匀。

2.5 药物分布模拟研究[12-14]

由于本实验使用的激光共焦显微镜无法对纳米级粒子进行有效观察，因此，以大孔径膜（10 μm）代替1 μm膜制备微球使其在仪器成像范围之内。选取脂溶性尼罗红为模型药物，采用快速膜乳化法制备微球，模拟药物在微球中的分布。方法如下：取200 mg PLGA 溶于10.0 mL醋酸乙酯溶剂中作为油相，油相中加入一定量尼罗红，然后将其倒入一定量含PVA水溶液，磁力搅拌形成初乳。将其倒入快速膜乳化装置中，在40 kPa的氮气压力下反复过膜3次，在过膜后的乳液中加入6倍体积的0.5% PVA水溶液，磁力搅拌6 h去除油相中醋酸乙酯，得到PLGA微球。离心、蒸馏水洗涤3次，收集沉淀，将该沉淀混悬于水中，冷冻干燥，样品于4 ℃保存。取冻干后微球采用激光共聚焦显微镜进行观察，设定Z轴方向上采集的第一张和最后一张确定扫描区域，设置Z轴步进，进行随机断层扫描，同时计算机图象分析，激发波长543 nm，发射波长588～688 nm。

2.6 纳米粒体内靶向性研究

文献研究[15-16]包载DiR的PLGA纳米粒体外释放，结果表明在48 h内纳米粒体外累积释放率分别低于0.9%，1%。因此，包载DiR纳米粒可以作为示踪粒子，研究纳米粒在体内的动态分布情况。实验过程：采用水合氯醛腹腔注射使裸鼠处于麻醉状态，分别给裸鼠尾静脉注射相同剂量的DiR纳米粒（给药组）、DiR荧光染料（染料对照组），在7，20 min，3 h（3 h时处死裸鼠，取心、肝、脾、肺、肾）采用小动物活体荧光成像技术对裸鼠腹部进行拍照，采集图像信息。荧光成像以730 nm作为DiR的激发光波长，以790 nm作为发射光波长，自动扫描获取每次图像采集的曝光时间，以使成像水平达到最佳状态，确定示踪纳米粒在裸鼠体内不同组织的分布情况。

3 结果

3.1 快速膜乳化工艺优选

3.1.1 膜孔径的选择 采用快速膜乳化法制备微粒，考察不同膜孔径对微粒制备的影响。分别选择了膜孔径为20（以常规磁力搅拌制备初乳[17]），4，2，1 μm的膜，在30，700，900，1 150 kPa压力下过膜，所制备粒子的平均粒径和PDI分别为6 357 nm，0.149; 880.1 nm，0.106;532.2 nm，0.090;355.7 nm，0.012。扫描电镜图见图2。随着孔径的减小，粒子的粒径变小，粒径更均一。

a. 20 μm;b. 4 μm;c. 2 μm;d. 1 μm。

图2 不同孔径膜所制备粒子的扫描电镜图

Fig.2 SEM images of particles prepared with different pores of membranes

3.1.2 过膜压力对粒子粒径分布的影响 为了制备纳米级粒子，本文选择1 μm膜在不同过膜压力下制备PLGA纳米粒。快速膜乳化主要通过较高的压力使液滴与膜孔发生碰撞，使较滴破碎成粒径更小、更均一的小乳滴，因此过膜压力对纳米粒粒径及其均一性有较大影响。不同过膜压力下制备粒子的粒径分布和扫描电镜图见图3，4。900，1 000，1 150 kPa下所得纳米粒的平均粒径分别为 432.6，395.1，335.5 nm，PDI分别为0.103，0.072，0.012。当过膜压力为900 kPa时，预乳液在膜孔中受到的剪切力较小，不足以使乳滴破碎成更小的液滴，乳滴或变形通过或破碎通过，因此，最终形成的乳滴粒径较大且不均一;当过膜压力为 1 150 kPa时，纳米粒粒径分布均一性最好。

a. 900 kPa;b. 1 000 kPa;c. 1 150 kPa。

图3 不同过膜压力下制备纳米粒的扫描电镜图

Fig.3 SEM images of nanoparticles with different transmembrane pressure

粒度分布，从左到右依次为1 150，1 000，900 kPa。

图4 不同过膜压力下制备纳米粒的粒度分布

Fig.4 Size distribution of nanoparticles with different transmembrane pressure

3.1.3 过膜次数对纳米粒径分布的影响 在相同过膜压力下，过膜次数是影响 PLGA纳米粒粒径及PDI的主要因素。过膜压力 1 150 MPa、不同过膜次数下（1，2，3）制备的 PLGA 纳米粒的粒径分布和扫描电镜图见图5，6，过3次膜后，纳米粒粒径基本均一。

3.1.4 水相中PVA浓度对纳米粒粒径的影响 以PVA 质量浓度分别为 5，10，20 g・L-1制备PLGA 纳米粒，其粒径分布见图7，纳米粒平均粒径分别为344.5，343.7，326.1 nm，PDI分别为0.084，0.037，0.011。表明随PVA浓度增加，纳米粒平均粒径减小，均一性变好。可能由于PVA浓度增加，油水界面张力会降低，单位压力下膜剪切力相应增大，导致粒径减小，乳液液滴在过膜前后发生聚合的几率减小，乳液能保持较好的均一性，最终得到粒径分布较

a. 均质（0次）;b. 过1次膜;c. 过2次膜;d. 过3次膜。

图5 不同过膜次数制备粒子的扫描电镜图

Fig.5 SEM images of particles with different transmembrane numbers

不同过膜次数对纳米粒粒度分布影响（从右到左依次为过膜0，1，2，3次膜）。

图6 不同过膜次数制备粒子的粒度分布

Fig.6 Size distribution of particles with different transmembrane numbers

窄的PLGA纳米粒;若进一步增加PVA浓度，则乳液起泡严重，造成纳米粒洗涤困难，同时对后续离心条件要求也苛刻，故选择PVA质量浓度为20 g・L-1。

a. 0.5%PVA;b. 1%PVA;c. 2%PVA。

图7 不同PVA浓度下纳米粒的扫描电镜图

Fig.7 SEM images of nanoparticles with different PVA concentrations in water phase

3.1.5 油水体积比对纳米粒粒径的影响 快速膜乳化制备纳米粒过程中，油/水相体积比影响预乳液的黏度，继而影响其破碎成均一乳液的程度。不同油/水相体积比条件下所制备PLGA纳米粒的粒径分布见图8。由图可见，油/水相体积比分别为1∶5，1∶7.5，1∶10 时所制备PLGA纳米粒的平均粒径分别为332.6，430.0，546.2 nm，PDI分别为 0.010，0.142，0.350。结果表明，随油/水相体积比增大，纳米粒粒径均一性变好。

a. 1∶10;b. 1∶7.5;c. 1∶5。

图8 不同油/水相体积比下纳米粒的扫描电镜图

Fig.8 SEM images of nanoparticlesat different volume ratios of oil to water

3.2 不同方法所制PLGA纳米粒的均一性比较

分别采用常用的二元溶剂分散法、超声乳化法制备纳米粒与快速膜乳化法进行对比，3种方法所制备PLGA纳米粒的扫描电镜图见图9。其对应的平均粒径分别为290.6，207.1，332.6 nm，PDI分别为0.112，0.173，0.010，通过比较可看出快速膜乳化法所制PLGA纳米粒粒径均一性较好，而二元溶剂分散法和超声法所制PLGA纳米粒粒径分布相对较宽。作为药物载体，较宽的粒径分布会造成批次间重复性差。与前2种纳米粒制备方法相比，快速膜乳化法所制PLGA纳米粒粒径均一可控，有望克服现有方法的不足。

a.二元溶剂分散法;b.超声法;c.快速膜乳化法。

图9 不同方法所制 PLGA 纳米粒的扫描电镜图

Fig.9 SEM images of PLGA nanoparticles prepared using different method

3.3 微球载药模拟研究

扫描电镜可见微球大小均一，表面光滑无粘连现象，包载尼罗红微球Z轴方向某一切面图显示，荧光物质尼罗红均匀分散于切面圆之中，荧光强度较强，见图10。Z轴方向从上到下不同位置切面图见图10d，其经计算机处理而得图10c，X-Y轴切面为圆形，而Y-Z，X-Z轴由于扫描层数有限叠加而成椭圆形，从而说明荧光物质均匀分布于微球之中。

a.微球扫描电镜图;b.微球Z轴方向某一切面图;c.微球Z轴光切图;d.微球Z轴方向不同位置切面图。

图10 不同条件下微球的激光共聚焦图像和扫描电镜图

Fig.10 Confocal microscopy images of microspheres under different conditions and sem image

3.4 纳米粒体内靶向性研究

包载DiR纳米粒在给药后，开始几分钟内虽然全身均有荧光分布，但肝部荧光强度明显强于DiR对照组，DiR对照组在尾静脉注射后全身均有荧光分布，肝脏部位荧光较其他部位略强;在给药20 min后，DiR纳米粒组即可大部分浓集于肝、脾部，其他部位几乎无荧光现象，显示出较强的肝、脾靶向性;给药3 h后，从DiR对照组内脏解剖图可见除了肝、脾中有荧光外，在肺中也有一定分布，3 h活体成像和内脏解剖图显示，DiR纳米粒组只有肝、脾中有荧光，其他脏器基本无荧光分布，且强度明显强于DiR对照组，说明纳米粒组经尾静脉给药后，可大部分富集于肝、脾组织，见图11。

4 讨论

制备纳米级PLGA粒子的常用方法有探头超声法、纳米沉淀法（又称自乳化溶剂分散技术）、高压均质法等。本实验采用快速膜乳化法制备PLGA纳米粒，可以通过调节膜孔径和过膜压力等因素，得到相应大小的粒子，小到几百纳米，大致几十微米。与其他方法相比，该方法制备的粒子粒径更易控制、分布更为均一。当然，若要获得更小的纳米级粒子，则需要更小孔径的膜，更大的操作压力，这对膜和设备的要求也更苛刻，这可能是目前为止尚未出现利用快速膜（SPG膜）乳法制备200 nm以下粒子的原因。

目前有关 PLGA 纳米粒、微球靶向性研究较多，其内部结构和药物在其中分布研究较少，因为常用方法如光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电镜难以看到粒子的内部结构，不能提供微球构成的信

a. 7 min DiR纳米粒组;b. 20 min DiR纳米粒组;c. 3 h DiR纳米粒组;d. 7 min荧光染料DiR对照组;e. 20 min荧光染料DiR对照组;f. 3 h荧光染料DiR对照组;g. 3 h内脏解剖（左纳米粒组、右荧光染料对照组）。

图11 示踪纳米粒在裸鼠体内的动态分布

Fig.11 In vivo fluorescence imaging： the dynamic tissue distribution of tracer nanoparticles intravenous injection in nude mouse

息[18-19]。激光共聚焦可使焦平面外结构的散射光减到最低，提高呈像质量，实现对较厚样品的光学切面和三维重组[20]，并可通过不同的荧光标记物识别微球表面及内部结构[21-22]。但是共聚焦的本质还是荧光显微镜，无法突破光学显微镜的极限，无法对只有几百纳米的粒子进行观察，因此，本实验用10 μm膜代替1 μm膜制备粒子，以便于用激光共聚焦直接观察。就本文而言，荧光物质均匀分布于PLGA微球中，结合扫描电镜可以推测微球为实心圆球，但仍需进一步实验验证;不同理化性质的荧光物质在PLGA中分布可能有所不同，有时可能不在仪器检测限和灵敏度检测范围之内;微球和纳米粒性质有所不同，即使原理和方法相同，就单个粒子中荧光物质分布而言，纳米粒是否是微球的简单放大，还需实验进一步研究。

小动物活体成像研究中，将包载荧光染料的微粒置于小动物活体成像系统下直接观察时，荧光强度较弱，但将其静脉注射后，虽然其浓度被稀释了，但荧光强度却有所增加，可能是因为DiR作为一种脂溶性染料，当其进入体内脂溶性介质中时反而显示出较强的荧光。

一般认为纳米粒的被动靶向是纳米粒-药物复合体被肝Kupffer细胞捕捉吞噬，通过正常生理过程运送至肝、脾等组织，通过被动靶向即自然靶向实现肝靶向[23]。本实验制备纳米粒的平均粒径为332.6 nm，小动物活体成像研究表明，其具有较好的肝、脾靶向性。杨安树[24]通过体外实验研究纳米粒粒径对巨噬细胞吞噬的影响时，发现纳米粒经血清调理后，随粒径增大，巨噬细胞对纳米粒的吞噬率逐渐升高，粒径为400 nm左右时，吞噬率最高，粒径大于400 nm时，变化不明显。对于肝脏疾病，药物包载于载体中，可发挥靶向、高效和低毒等优势，将在今后肝、脾等疾病的诊断和治疗中发挥越来越重要的作用。

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In vitro and in vivo study of fluorescent probe PLGA particles

prepared by premix membrane emulsification method

HU Tao1，2， SHI Fei-yan1，2， PAN Lin-mei1，2， ZHU Hua-xu1，2*， GUO Li-wei1，2*

（1.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Chinese Medicinal Resources Industrialization，

Nanjing University of Chinese Medicine， Nanjing 210023， China;

2. Jiangsu Botanical Medicine Refinement Engineering Research Center， Nanjing University of

Chinese Medicine， Nanjing 210023， China）

[Abstract] Relatively uniform-sized nanoparticles made of poly （lactic-co-glycolic acid） （PLGA） were prepared by premix membrane emulsification method. After the drug loading property was completed， the dynamic tissue distribution of nanoparticles was recorded. With the average particle size and span as indexes， membrane pore size， number of passing membrane times， membrane pressure， volume ratio of oil-water phase and the concentration of poly（vinyl alcohol） （PVA） in external water phase were investigated by single factor test， the optimum preparation technology of blank PLGA nanlparticles was as following： pore size of SPG membrane was 1 μm， membrane pressure was 1.15 MPa， the number of passing membrane time was 3， the mass fraction of PVA of 2%， volume ratio of oil-water phase of 1∶5. Prepared nanoparticles were round with smooth surface， the mean diameter was 332.6 nm， span was 0.010， the confocal laser scanning microscope （CLSM） concluded that fluorescent substance is uniform composizion in PLGA nanoparticle， and the in vivo imaging technology in mice include that the nanoparticles show good liver and spleen targeting property.

纳米微粒篇4

[关键词] 纳米粒；载体材料；制备方法

[中图分类号] R460.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）05（b）-0033-04

[Abstract] Nanoparticles is a new technology in the area of pharmaceutics. Its good target and delayed release effect come from it special physico-chemical property， which makes it become the focus in the study area of pharmaceutics. This article reviewed carrier material， the preparation methods and the research progress of nanoparticles， the particles and solid lipid nanoparticles and magnetic lipid nanoparticles. At last the article lookes forward the front review of drug-loading nanoparticles.

[Key words] Nanoparticles； Carrier material； Preparation methods

纳米粒是药物溶解、包裹于高分子材料中形成的粒径在10～100 nm范围内的固体胶体颗粒[1]，根据药物在载体材料中存在的形式，可以分为纳米球和纳米囊。药物溶解于骨架材料中，成型后以细小微粒或结晶分散于骨架材料，形成纳米球，而药物与材料不相混溶时，药物被载体材料包裹，形成纳米囊。

纳米粒10～100 nm范围内的粒径，可以隐藏药物的理化特性，药物在体内的过程依赖于载体的理化特性。普通纳米粒在静注之后，大都会被单核吞噬细胞系统（MPS）摄取，故能被动靶向治疗MPS相关疾病，但对其他系统疾病具有一定的局限性。将普通纳米粒修饰成长循环纳米粒，能够有效减小或避免纳米粒在体内对吞噬细胞的趋向性，或者将普通纳米粒连接上糖基、抗体、配体等，制备成主动靶向的纳米粒，是近年来的研究趋势[2]。本文就载药纳米粒的载体材料、制备方法的研究进展进行综述。

1 载体材料

1.1 生物不可降解型聚合物

此类载体在体内不能降解成可代谢产物，主要有聚丙烯酰胺类和聚甲基丙烯酸烷酯类。以聚丙烯酰胺类生物不可降解材料制备的纳米粒或纳米球，更多的应用于污水处理、造纸及石油钻采等领域[3]。王文喜[4]用聚甲基丙烯酸酯纳米粒作为反义寡核苷酸载体，能改变反义寡核苷酸在细胞内的分布，避免反义寡核苷酸被溶酶体内核酸酶的降解，增加其稳定性。但因此类聚合物在体内无法降解成可代谢产物，故较少采用此类载体材料作为体内制剂使用。

1.2 生物降解型聚合物

生物降解型聚合物包括聚氰基丙烯酸烷酯和聚酯类等化合物。前者主要为聚氰基丙烯酸的甲酯、乙酯、丁酯等，其代谢产物为甲醛，对机体有一定的毒性。聚酯类化合物有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚乳酸- 羟基乙酸共聚物（PLGA）等，聚酯类的载体，中间代谢产物为乳酸，在体内代谢最终以CO2、H2O的形式排泄，生物相容性更好，在研究和实际应用中更为常用。PLA、PLGA已获美国FDA 批准用于注射用药。用于治疗前列腺癌的曲普瑞林注射剂（Decapepty）即采用PLGA做骨架，制备而成的微球注射剂，每次注射可以在体内缓释30 d。

1.3 天然高分子材料

亲水性聚合物包括明胶、壳聚糖、海藻酸盐、明胶、蛋白等。天然高分子材料较为常用，性质稳定，生物相容性好。明胶可生物降解，抗原性小，较为常用，如蔡梦军等[5]以明胶为载体材料，制备阿霉素明胶纳米粒，得到粒径为100 nm左右，粒径分布均匀且具有缓释效果的纳米粒。

壳聚糖具有较好的生物黏附性、促吸收效应和酶抑制载体作用等特性，使其在生物黏附给药系统、透膜给药系统、靶向给药系统及缓控释制剂的开发中倍受青睐[6]。壳聚糖的结构中含有游离的氨基，呈弱碱性，能与芳香醛或脂肪醛反应生成西佛碱（Schiff's base），可利用此特点进行交联。壳聚糖的生物相容性和生物降解性能都非常优秀，在研究中，较多应用。制成纳米粒后，其生物学性质有所改变，在体内能完全降解且具有一定的缓释效果[7]。

蛋白类常用的有牛或人的血清白蛋白、玉米蛋白、鸡蛋白等，由于蛋白类交联较为容易，故研究中也常用其作为载体材料。白蛋白为内源性物质，研究发现，将其作为载体，可减少巨噬细胞对其吞噬，起到长循环的效果。由美国生命科学（American Bioscience）公司开发的白蛋白结合紫杉醇纳米粒注射混悬液（paclitaxel，ABRAXANE）2005年已经上市[8]，用于治疗转移性乳腺癌联合化疗失败后或辅助化疗6个月内复发的乳腺癌。

1.4 脂质材料

以生物相容性高的高熔点脂质载体材料制备的纳米球称为固体脂质纳米球（solid lipid nanospheres，SLN）。脂质材料包括饱和脂肪酸的甘油酯、硬脂酸、棕榈酸、甾体等。SLN的乳化可用磷脂等来乳化，乳化后，SLN其亲水部分朝向周围的分散介质，疏水部分插入颗粒核心。但SLN对疏水性药物包封效果较好，对水溶性的药物包封效果欠佳[9]。

1.5 磁性材料

目前较为常用的磁性材料是Fe3O4磁粉或磁流体。采用磁性材料制备的纳米粒在外加磁场的作用下发生定向移动，具有较强的靶向性[10]。磁性纳米粒的表面因Fe3O4的存在极易与商品化的硅烷试剂发生反应，使二氧化硅包覆在其表面而成复合纳米粒[11-12]。包覆在表面的二氧化硅层上的硅烷醇基团极易与硅烷试剂发生耦合反应，得到的纳米粒表面含有氨基、醛基等基团可以与多种生物分子发生键合反应。这使得磁性微球可以进一步进行修饰，达到主动靶向的目的。

2 制备方法

2.1 天然高分子载体纳米粒

2.1.1 白蛋白载体

2.1.1.1 超声乳化法 蛋白类载体材料，先将其乳化成大小均匀的乳滴，然后再通过化学或其他方法交联，较易制得微米级的制剂，但纳米级的制剂易受分子大小及纯度的影响，在制备中，1996年Müller等[13]采用超声乳化技术可以得到粒径小于200 nm的白蛋白纳米粒。王恺等[14]采用超声乳化-化学交联法制备丝裂霉素的白蛋白纳米粒，粒径在60～100 nm。此方法主要在于超声的过程可以让乳滴粒径更小，从而交联得到粒径更小的纳米粒。

2.1.1.2 溶剂-非溶剂化法 向白蛋白溶液中加入脱水剂如丙酮、乙醇等，白蛋白分子表面水化膜在脱水剂的作用下作用下被除去变性析出（去溶剂化），再采用化学交联剂或加热变性的方法固化纳米粒。加热的方法较易控制交联的程度，且毒性物质残留较少。如果采用化学交联剂如戊二醛或其他有机溶剂，则需除去残留戊二醛及有机溶剂以保证纯度。Langer等[15]用乙醇作脱水剂，加入到白蛋白溶液中，在NaCl存在条件下调整pH，得到的纳米粒粒径小于300 nm。此法通过pH和盐浓度的调整，白蛋白在远离其等电点时利用带电粒子之间的斥力，可制备粒径较小的纳米粒，相比较用戊二醛交联，毒性更小

2.1.1.3 pH-凝聚法 通过改变体系的pH值，可以使蛋白发生沉淀生成纳米粒。但仅通过改变体系的pH值制备纳米粒，不方便控制纳米粒的粒径。更多的是与盐浓度的调整结合或者加入其他溶剂来控制粒径，得到粒径均匀及外形圆整的纳米粒。Sanhti等[16]通过改变体系的pH、盐浓度，加入化学交联剂体积制备得到粒径为497.6 nm的纳米粒，外形圆整。

以上为较为常见的白蛋白纳米粒的制备方法，简单易行，溶剂残留少，制备效果佳。此外，还有报道采用快速膨胀超临界溶液法、机械研磨法等方法制备白蛋白纳米粒。

快速膨胀超临界溶液法为近10年来发展起来的一项制备超细粒子的新技术，此方法工艺流程简单，所需有机溶剂少，制备的粒子粒径均匀可调整，但产量小，且所需设备及生产调节要求高，故在药物制剂的实际生产和实验中较少报道，而主要见于化工类产品的生产和研究[17]。

机械研磨法是制备水溶性纳米粒的一种方法，将亲水性的大分子（如蛋白质、抗体、抗原、淀粉、环糊精、亲和素、链酶亲和素、聚乙二醇、聚乙烯醇、环芳烃等）与非极性或弱极性有机溶剂中具有特殊荧光性能或磁性的纳米颗粒直接混合，通过机械研磨的方法使亲水性大分子吸附在纳米粒上，待有机试剂完全挥发后，加入水或缓冲溶液溶解，再经过两次离心分离，便可制成纯的水溶性的纳米颗粒[18]。该方法已获得相关专利。

2.1.2 明胶载体

明胶具有良好的乳化性能，而且可以溶于热水，冷却后形成凝胶，利用此特性，可制备纳米球。采用先乳化，然后冷却胶凝的方法，即可制得纳米球。此方法可适用于热敏感药物。赵阳等[19]用乳化凝聚法制得低分子肝素明胶纳米粒，分散性好、粒径在40～100 nm圆形或椭圆形，包封率达80%以上。此方法简单易行，载体价廉易得，所需实验条件容易操作，所得产品质量较好，故见诸较多报道。

2.1.3 壳聚糖载体

2.1.3.1 化学交联法 壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，结构中含有游离的氨基，能与芳香醛或脂肪醛反应生成Schiff's碱，利用此特点可与交联剂如戊二醛等反应来制备纳米粒。在此方法中被结合的氨基失去了靶向修饰的能力。郭英等[20]于采用化学交联法制备阿司匹林壳聚糖微球，制得的微球最小粒径可达到20 nm。制得的载药微球在16 h内对药物有良好的缓释作用，在25 h之内仍存在缓药效。

2.1.3.2 离子胶凝法 此方法通过壳聚糖带正电氨基与阴离子静电作用而发生物理交联反应形成纳米粒，在此过程中，起到阴离子作用的电解质的量直接影响到粒子的交联度，从而影响到粒径的大小、药物的释放[21]。同样，不同脱乙酰度及不同分子量的壳聚糖对纳米粒的药物释放也有影响。何文等[22]通过离子胶凝法制备了的壳聚糖纳米粒，结果表明，随着壳聚糖脱乙酰度的降低，纳米粒Zeta电位降低，粒径增大，药物包封率下降，且体外释药速度加快。

以上两种方法为最为常用的壳聚糖纳米粒制备方法。此外，去溶剂化法、乳化聚合法、液中干燥法也见诸报道，均能制得质量较好的壳聚糖纳米粒。

去溶剂化法又称沉淀析出法。其基本原理是：在高分子材料的水溶液中加入凝聚剂（为强亲水性物质如电解质硫酸钠、硫酸铵、氯化钠等），因水分子与凝聚剂结合，高分子物质的溶解度随之降低，形成分子间氢键，后从溶液中析出形成纳米粒[23]。

乳化聚合法是目前制备纳米粒的最主要方法之一。即利用表面活性剂作用将两种不相溶的溶剂制备成微乳，在微乳滴中经成核聚结团聚热处理后得到纳米粒。乳化聚合的成核机理主要是齐聚物成核与乳胶粒成核，是一种非连续成核的过程，即在乳胶粒生长阶段， 胶粒数目不变， 粒径不断增大。该法适用于在酸性介质中溶解度较大的药物[24]。

液中干燥法即将药物和高分子材料溶于有机溶剂作为油相，加乳化剂与水相制成O/W型乳状液。加热挥发有机溶剂即制得纳米粒。此法适合制备亲脂性药物纳米粒[25]。

2.2 固体脂质纳米粒的制备

2.2.1 纳米乳法

微乳法制备SLN。将熔融的脂质材料中加入乳化剂、药物及附加剂，通过搅拌，制成O/W型微乳，将微乳分散于冷水（2～3℃）中，便可形成SLN分散体系[26]。

2.2.2 高压乳匀法

也称之为熔融-匀化法，即在纳米乳法的基础上，将初乳在70℃以上高压均化，均化的过程使纳米粒粒径更小，更均匀。如杨时成等[27]采用此法制备喜树碱固体脂质纳米粒，初乳80℃通氮气41.4 MPa压力下在高压乳匀机上乳匀5次，得到平均粒径196.8 nm，均匀的纳米粒。

2.2.3 溶剂乳化蒸发法

溶剂乳化蒸发法是将药物和类脂混合物溶于合适的有机溶剂中， 加到含有乳化剂的水相中乳化，然后蒸去有机溶剂，便可形成SLN的稳定分散体系[28]。此方法可以避免药物遇热稳定性发生改变的问题。Zhang等[29]采用此法制得了丙酸倍氯米松-SLN，具有良好的缓释效果。

2.3 磁性纳米粒的制备

2.3.1 乳化聚合法

即在普通的聚合物、天然高分子材料等制备纳米粒的过程中，加入磁性物质，采用乳化聚合法使药物和磁性物质均匀分散在聚合物网状结构中。乳化聚合法根据载体材料的不同，具体的制备方法有所不同，如白蛋白微球通常用乳化-交联固化法或乳化-加热固化法制备；明胶微球可用乳化-交联固化法。通过调整搅拌速度可以控制所得微粒的粒径，得到微球或纳米粒。吴远等[30]采用化学沉淀法制备 Fe3O4超微磁粉，以聚 （5，5-二甲-三亚甲基碳酸酯-共-三亚甲基碳酸酯）为膜材，包裹纳米级Fe3O4磁粉，制备出丝裂霉素-聚碳酸酯磁性微球。该磁性微球具有良好的磁响应性能，体外对肝癌细胞Bel-7402有较强的细胞毒作用，裸鼠人肝癌模型靶向治疗实验显示良好的抑制肿瘤作用。对于肝靶向治疗，显示了很好的研究基础。

2.3.2 二步法

二步法即先制备磁性高分子聚合物微粒，再通过吸附或共价键与药物结合。也可以先制备载药微粒，然后再与磁性物质反应生成磁性纳米粒。石可瑜等[31]采用共沉淀法制备葡聚糖磁性毫微粒，再羧甲基化修饰得羧甲基葡聚糖磁性纳米粒，用高碘酸钠氧化，再与多柔比星药物分子通过Schiff反应偶联制得载药磁性纳米粒。制备的纳米粒直径56 nm，磁导向性能好，能有效定位于靶区，可以起到对肿瘤的定向治疗作用。

3 展望

纳米粒作为一种新型药物载体，其独特的物理化学性质，使之在抗肿瘤制剂的研究中，具有明显的优势。纳米级的粒径，使之能够透过肿瘤组织的血管壁间隙，使载药纳米粒能沉积在肿瘤组织部位，发挥抗肿瘤作用。此外，作为抗生素、抗病毒药物的载体，可以提高药物治疗细胞内细菌感染的作用；作为口服制剂的载体，可以防止药物在胃肠道的失活，提高其稳定性，提高生物利用度；作为黏膜给药的载体，可以延长其在作用部位的时间，提高疗效。在纳米粒上进行糖基、抗体、配体等修饰，又可让其具有主动靶向的作用。其制剂优势非常明显，制备方法研究也很多，但目前实验室研究报道较多，见诸报道的上市产品较少，其原因可能与辅料的安全性、制剂技术的稳定性有关。随着制剂技术和药用辅料的不断发展，纳米粒的研究和应用会有更广阔的空间。

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纳米微粒篇5

自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。从研究的内涵和特点大致可划分为三个阶段。

第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。

第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段（从1994年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，基保包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。

如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。著名诺贝尔奖金获得者，美国物理学家费曼曾预言“如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子…，那将创造什么样的奇迹”。就像目前用STM操纵原子一样，人工地把纳米微粒整齐排列就是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。美国加利福尼亚大学洛伦兹伯克力国家实验室的科学家在《自然》杂志上，指出纳米尺度的图案材料是现代材料化学和物理学的重要前沿课题。可见，纳米结构的组装体系很可能成为纳米材料研究的前沿主导方向。

二、纳米材料研究的特点

1、纳米材料研究的内涵不断扩大

第一阶段主要集中在纳米颗粒（纳米晶、纳米相、纳米非晶等）以及由它们组成的薄膜与块体，到第三阶段纳米材料研究对象又涉及到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料（包括凝胶和气凝胶），例如气凝胶孔隙率高于90％，孔径大小为纳米级，这就导致孔隙间的材料实际上是纳米尺度的微粒或丝，这种纳米结构为嵌镶、组装纳米微粒提供一个三维空间。纳米管的出现，丰富了纳米材料研究的内涵，为合成组装纳米材料提供了新的机遇。

2．纳米材料的概念不断拓宽

1994年以前，纳米结构材料仅仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜，现在纳米结构的材料的含意还包括纳米组装体系，该体系除了包含纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体，因此，纳米结构材料内涵变得丰富多彩。

3．纳米材料的应用成为人们关注的热点

经过第一阶段和第二阶段研究，人们已经发现纳米材料所具备的不同于常规材料的新特性，对传统工业和常规产品会产生重要的影响。日本、美国和西欧都相继把实验室的成果转化为规模生产，据不完全统计，国际上已有20多个纳米材料公司经营粉体生产线，其中陶瓷纳米粉体对常规陶瓷和高技术陶瓷的改性、纳米功能涂层的制备技术和涂层工艺、纳米添加功能油漆涂料的研究、纳米添加塑料改性以及纳米材料在环保、能源、医药等领域的应用，磨料、釉料以及纸张和纤维填料的纳米化研究也相继展开。纳米材料及其相关的产品从1994年开始已陆续进入市场，所创造的经济效益以20％速度增长。

三、纳米材料的发展趋势

1．加强控制工程的研究

在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效应和渗流效应；三是通过设计纳米丝、管等的阵列体系（包括有序阵列和无序阵列）来获得所需要的特性。

2．近年来引人注目的几具新动向

（1）纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头。日本Nippon钢铁公司闪电化学阳极腐蚀方法获得6H多孔碳化硅，发现了蓝绿光发光强度比6H碳化硅晶体高100倍：多孔硅在制备过程中经紫外辐照或氧化也发蓝绿光；含有Dy和Al的SiO2气凝胶在390nm波长光激发下发射极强的蓝绿光，比多孔Si的最强红光还高出1倍多，250nm波长光激发出极强的蓝光。

（2）巨电导的发现。美国霍普金斯大学的科学家在SiO2一Au的颗粒膜上观察到极强的高电导现象，当金颗粒的体积百分比达到某临界值时，电导增加了14个数量级；纳米氧化镁铟薄膜经氢离子注入后，电导增加8个数量级；

纳米微粒篇6

关键词：纳米；植物；发芽

基金项目：吉林省大学生创新创业训练计划项目资助

中图分类号： S129 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/ki.jlny.2017.05.010

随着纳米颗粒的广泛使用，越来越多的纳米粒子通过各种途径进入环境中，可能对人们的健康以及生态环境造成危害，植物作为自然界的生产者，也是生态系统最为重要的环节，纳米粒子对植物的生长发育的影响，以及植物对纳米材料的吸收积累都会对高营养级的生物产生不同程度的影响。

1对植物发芽率的影响

种子发芽是一种常用的试验植物毒性的方法，具有方法简便，成本较低，试验快速等优点。目前已有研究表明，纳米微粒对植物的发芽率有一定的抑制作用。例如：纳米TiO2对油菜、黄瓜和玉米的发芽率均有抑制作用。纳米TiO2对油菜和黄瓜的发芽率影响比较微弱，而对玉米发芽率的抑制作用则是非常显著的[1]。由组氨酸包被的金纳米簇对辣椒的发芽率具有抑制作用[2]。也有研究者以玉米为受试植物，分别对ZnO纳米颗粒和金纳米颗粒进行研究。以10～1000毫克/升的不同浓度梯度的ZnO纳米颗粒处理玉米种子，得出结论：当ZnO纳米颗粒的浓度升高时，玉米种子的萌发率呈下降的趋势。就金纳米颗粒是否对玉米种子发芽率产生抑制作用的研究，发现用不同方法处理过的金纳米颗粒对玉米种子的发芽率并没有显著影响。这是由于种皮对种子具有保护作用，可以防止外界污染物或病虫害对种皮内的胚胎发育产生影响，只有一些能够通过种皮的细小微粒才能对胚胎产生影响，这可能是金纳米颗粒对玉米种子萌发没有抑制作用的原因。由于金属和金属氧化物纳米颗粒的种类很多，因此，其对植物产生的影响也不尽相同，学者们对其产生的植物毒性以及是否存在植物毒性都具有争议。

2对植物生物量和幼苗形态的影响

目前，由于纳米微粒特殊的物理化学特性，纳米材料对生态环境和生物生长发育方面的影响，受到了许多学者乃至政府的关注。目前已有很多学者对此进行研究，得到结论：一般情况下，植物经高浓度（1000～4000毫克/升）的纳米微粒作用时，植物的生物量，幼苗形态，根伸长，根活力等生理生化指标才会受到影响。例如：零价的Fe纳米颗粒在（2000～5000毫克/升）时完全抑制麻，黑麦草和大麦的发芽；而ZnO纳米颗粒在浓度为1000毫克/升时，可以将黑麦草根尖的所有细胞杀死。浓度为100毫克/升的CuO纳米颗粒则可以抑制玉米幼苗根的生长。

有研究表明，纳米颗粒对植物的生物量以及幼苗形态存在着抑制作用。有学者为了探究纳米ZnO对植物的生长发育是否存在影响，分别用1000毫克/升纳米ZnO颗粒和100毫克/升纳米ZnO颗粒处理玉米幼苗，同时设置了对照组，发现100毫克/升纳米氧化锌的作用下根的生物量较对照组降低了48.4%，而1000毫克/升浓度的纳米氧化锌较对照组降低了87.5%，茎的生物量也有所降低，100毫克/升浓度下的纳米氧化锌颗粒较对照组降低了75%，而1000毫克/升浓度下茎的生物量较对照组降低了87.5%。在1000毫克/升的浓度下玉米幼苗叶的生物量降低的更为明显，可以达到91.1%，100毫克/升浓度时，也能达到62.96%。锌是人体必需的微量元素，同时也是植物生长必需的元素，然而过量的锌对植物是有害的，对植物的生长产生抑制作用，具有一定的毒性效应。随着纳米颗粒浓度的增加，受试玉米幼苗的叶子发黄较为严重。

3对植物生理生化的影响

纳米材料对植物的发芽率，生物量，以及幼苗形态等均有不同程度的影响，那么，纳米材料对植物的生理生化方面是否存在着某些作用？对此，很多W者做了大量研究，例如，Gao等发现将0.03%的TiO2纳米颗粒悬液，喷洒在菠菜的叶片表面，结果发现TiO2纳米颗粒悬液可以显著的促其进生长，从而得出结论，TiO2纳米微粒悬液在促进光吸收的同时还能增强菠菜体内Rubisco酶活性，进而提高光合作用的效率，促进植物的生长[3]。植物为了使自己免于遭受活性氧化的伤害，都有自己的一套高度发杂的抗氧化防御系统，有多种抗氧化酶CAT、MDA，过氧化物酶以及低分子量抗氧化剂等。有学者观察金纳米颗粒对玉米和辣椒体内的抗氧化酶的作用效果，来探究纳米微粒对植物的一些酶活性的影响效应。分别用通过柠檬酸还原的金纳米颗粒、ESA包被的金纳米簇以及组氨酸包被的金纳米簇来处理玉米和辣椒幼苗。得到的结论是：随着AuNCs@His处理浓度的增加，玉米体内抗氧化酶的活性呈先上升后下降趋势。当AuNCs@BSA处理浓度增加，玉米地上部分抗氧化酶活性呈上升趋势。三种纳米材料对玉米根系的抗氧化酶活性没有显著影响，根系POD酶活性和MDA显著低于对照组。由此可见，纳米微粒对植物体内酶活性具有一定的抑制作用。

4结语

研究表明，不同的纳米粒子对植物的影响也不尽相同，对植物的发芽率、生物量、幼苗生长以及生理生化方面均具有抑制作用。纳米微粒的毒性机制与外部的环境因素以及暴露时间有着不可忽视的关系。

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纳米微粒篇7

很多人都曾预言在21世纪纳米技术将成为一项最有前途的技术，主要原因在于它具有网络技术和基因技术所不可比拟的优势。正因如此，世界各个国家加大了对纳米技术的研究，投入了大量的人力物力，并相继启动了纳米计划，进一步推动了纳米制备方法的创新。在这种大环境下，我国相关研究者也应当顺时而变，不断提高纳米材料制备水平，创造出多种多样的制备方法。

1纳米材料的性质

纳米材料具有大量界面以及高度的弥散性，它能够为原子提供转成扩散途径。除此之外，纳米材料所表现的力、热等性质，与传统经济材料相比，还具有其自身独特的特性，因此被应用到各个领域。

11力学性质

结构材料开发一直以来都以高韧、高硬、高强为主题。材料制作如果融进了纳米材料的话，其强度就会与粒径成反比。纳米材料的位错密度相对较低，不仅如此，其临界位错圈的直径要远远高于纳米晶粒粒径，通常情况下，增值后位错塞积的平均间距与晶粒相比，略微大一些，这种现象使得纳米材料不会发生位错滑移和增值等相关现象，这就是我们众所周知的纳米晶强化效应。[1]作为一种刀具，金属陶瓷已经有很多年的历史了，然而，其力学强度却一直没有突破，主要原因在于一是金属陶瓷的混合烧结，二是晶粒粗大。如果将纳米技术制成超细或纳米晶粒材料的时候，金属陶瓷的硬度等基本性质就有了大幅度提高，从而在加工材料刀具领域占据了非常重要的位置。现阶段，使用纳米技术制作纤维和陶瓷等产品已经应用到各行各业的领域当中。

12磁学性质

近些年来，计算机硬盘系统的磁记录密度得到了极大地提高，现阶段已经超过了155Gb/cm2，也就是说，感应法读出磁头等已经难以满足社会的需求，然而，如果我们将纳米多层膜系统应用到计算机硬盘系统中，则可以有效提高巨磁电阻效应，其低噪声和灵敏度都能够满足需求。与此同时，我们还可以将其应用在新型的磁传感材料当中。高分子复合纳米材料能够很好地投射可见光，与传统的粗晶材料相比，对可见光的吸收系数要高出很多，然而，该种材料对红外波段的吸收系数则相对较少，正是这个原因，使其能够在光磁系统、光磁材料中被广泛应用。

13电学性质

众所周知，纳米材料的电阻在晶界面上原子体积分数增大情况下要远远高于同类粗晶材料，甚至还会产生绝缘体转变。通过充分利用纳米粒子效应我们可以制作成超高速、超容量、超微型低能耗的纳米电子器具，从长远角度来看，这种做法在不久的将来会有很大的成就，甚至还有可能超过现阶段半导体器件。[2]2001年，相关研究者用碳纳米管制成了纳米晶体管，这种纳米晶体管将晶体三极管的放大属性充分地体现出来。不仅如此，根据碳纳米管在低温下的三极管放大特性，研究者还将室温下的单电子晶体管研制出来。笔者相信，随着研究的不断深入，我们还能够研制出更多的符合社会需求的物品。

14热学性质

与一般非晶体和粗晶材料相比，纳米材料的比热和热膨胀系数值都非常高，界面原子排列相对比较混乱、原子的密度较低等综合作用变弱是导致这种现象的主要原因。正因如此，我们可以将其广泛应用在储热材料等领域，相信会有一个更为广阔的市场。

15光学性质

纳米粒子的粒径要远远低于光波波长。其与入射光之间的作用为交互作用，通过控制粒径和气孔率等途径，光透性可以得到更为精准的控制，这也是其为什么能够在光感应和光过滤中得到大范围应用的主要原因。[3]纳米半导体微粒的吸收光谱由于受量子尺寸效应的影响，通常都会存在一种蓝移现象，它的光吸收率非常大，因此，我们可以将其广泛应用在红外线感测器材料。

16生物医药材料应用

与红血细胞相比，纳米粒子相对较小，它能够在血液中运动自如，那么，如果我们将纳米粒子应用到机器人制作当中，并将其注入人体血管内，就可以实现全方位的检查人体，将人体脑血管中的血栓清除干净，甚至还可以将心脏动脉脂肪沉积物等消除，除此之外，还可以将这种机器人应用到吞噬病毒，杀死癌细胞。纳米材料也可以应用到医药领域，能够极大地促进药物运输。

2纳米材料的制备方法

21液相法

液相法其实就是指在一定的方法下将潜在溶液中的溶剂和溶质通过一定的方法进行分离，在这种情况下，溶剂中的溶质就能够逐步形成一种颗粒，不仅如此，这些颗粒的大小甚至这些颗粒的形状都是一定的，在此基础上，我们可以热解处理这些前躯体，经过上述步骤，就可以制备一定的纳米微粒。液相法的有点数不胜数，包括制备的设备相对简单，制备材料容易获得等。现阶段，液相法的发展情况相对较为广泛，得到了大家的普遍关注。具体来说，可以包括沉淀法和溶胶―凝胶法。这两种方法是液相法中比较常用的方法，方便、简单，是很多研究者进行纳米材料制备时候的首选方法。

22气相法

所谓气相法主要是与液相法相对来说的一种纳米制备方法，其应用范围要略微低于液相法。该种方法是指通过一定的手段，在一定条件下直接将物质转变为气体，然后再使气态物质在气体的条件下逐步发生物化反应，最后，我们就可以通过凝聚处理等方式，形成一定量的纳米微粒。[4]从该种纳米材料制备方法的制备过程和制备的条件来看，其具有其他制备方法无法比拟的优势，具体来说，主要包括以下几个方面：

一是制备的纳米微粒粒径存在较小的差异，且能够实现均匀分布；二是我们能够轻易地控制纳米微粒的力度；三是微粒的分散性要远远高于其他同类制备方法。如果将气相法和液相法放在一起进行比较，我们不难发现，气相法能够以自身独有的优势将那些液相法所不能够生产出来的纳米微粒生产出来，由此可见，该种制备方法的优势非常明显。[5]

化学气相法的应用范围非常广泛，其又被相关研究者称之为气相沉淀法，英文名称简称为CVD，它能够充分利用金属化合物的挥发属性，并通过化学反应等途径，使所需要的化合物在保护气体环境下迅速冷凝，这样才能够制作出各类物质的纳米微粒，在气相法中，该种方法是一种比较典型的应用，当然，其也是一种运用比较广泛的制备方法。[6]运用该种方法所制备的纳米微粒颗粒比较均匀，且具有较高的纯度，分散性也相对较强。根据加热的方式方法不同，我们可以将该种方法进行分类，例如可以将其分为热化学气相沉积法、激光诱导沉积法等。

纳米微粒篇8

关键词 Al2O3/TiO2纳米复相陶瓷，韧化机理，烧结，添加剂

1引言

纳米陶瓷走复相陶瓷的道路，不但满足纳米陶瓷超细结构与高致密化的要求，而且在另一方面，在韧化机制上也实现了多种途径的叠加作用。纳米颗粒对陶瓷材料基质的增韧效果存在其特殊性与复杂性，研究纳米颗粒的增韧机制对纳米陶瓷的研究具有重要的意义。

Al2O3/TiO2纳米复相陶瓷有很高的硬度、良好的韧性和很好的耐腐蚀和耐磨损等优良性能[1]，被成功地应用到多种领域，并且取得了很好的效果。本文目的就是研究不同烧结温度下Al2O3/TiO2纳米复相陶瓷的增韧机理，为更好地烧制Al2O3/TiO2纳米复相陶瓷作进一步的探索。

2增韧机理研究

2.1 应力诱导相变增韧

陶瓷材料中的相变一般会引起很大的内应力，从而最终导致材料的开裂。但如果该相变满足如下条件，不但不会破坏材料，还能起到增韧的作用[2]：第一，材料中必须存在亚稳相，而且当该亚稳相处在裂纹尖端应力场中的时候能够由应力诱导转变成更加稳定的相；第二，该相变必须是瞬时完成的，即不需要时间相关的过程；第三，伴随该相变的发生必须有形状或体积的变化。一般的陶瓷相变增韧指的就是ZrO2的马氏体相变增韧[3]。对于ATZ陶瓷，ZrO2和Al2O3在高温下形成共渗结构，获得界面结合牢靠的Al2O3-ZrO2晶界，这为ZrO2的应力诱导相变增韧补强作用的发挥提供了前提。

ATZ陶瓷体在1350℃和1450℃烧结时，ZrO2均以m-ZrO2与t-ZrO2的形式共存，且晶粒尺寸在300～700nm之间，符合ZrO2相变增韧的尺寸要求。判断是否存在相变增韧，要比较断口和陶瓷体的t-ZrO2或m-ZrO2的变化情况。对陶瓷体的断口作分析，其结果分别见图1及图2。

通过计算1350℃和1450℃烧结时ATZ陶瓷体中m-ZrO2与t-ZrO2的含量，得出的结果见表1。可以看出， 1350℃烧结的陶瓷体断裂相变量大于1450℃烧结的陶瓷体相变量，相变的发生对材料有增韧作用，相变断裂量对断裂韧性贡献的公式为：

KIC=KIC0+AVtm（1）

式中：

KIC――存在相变效应的断裂韧性

KIC0――无相变效应的断裂韧性

A――与相变过程有关的常数

Vtm――相变断裂量

由（1）式可知，断裂韧性与断裂相变量成正比，1350℃烧结的ATZ陶瓷体其体积断裂相变量为8.8%，而1450℃时陶瓷体的体积断裂相变量为2.7%，前者是后者的3.3倍。由此可见ATZ陶瓷在1350℃烧结时的应力诱导相变较1450℃烧结时的效果明显。

2.2 纳米颗粒增韧

纳米颗粒增韧是指纳米级或亚微米级颗粒在纳米复相陶瓷中以不同的结构形式存在，弥散在基体中的纳米第二相颗粒由于其表面积大、化学活性高、弥散度大，尤其是纳米级或亚微米级颗粒在纳米复合陶瓷中以不同的结构形式存在，由此带来了陶瓷材料韧化机理研究的新理念[4]。ATZ陶瓷烧结体在1350℃时主要为“晶间型”为主的“晶间/晶内型”纳米结构；在1450℃时主要为“晶内型”为主的“晶间/晶内型”纳米结构。

Al2O3/TiO2陶瓷烧结体的增韧机理示意图见图3，基质颗粒中包含着细小的纳米晶粒，如纳米ZrO2和CeO2晶粒。该“晶内型”结构增韧主要有以下几点作用：

（1） “晶内型”结构导致“纳米化效应”。当纳米粒子进入微米级的基质颗粒以后，结构中不仅包括基质晶粒间的主晶界，还包括纳米相与微米基质的次晶界，晶内与晶界的纳米粒子使陶瓷基体产生大量位错群，在基体晶粒内部产生大量次界面和微裂纹，引起基质颗粒的潜在分化，相当于组织的再细化，使得主晶界的作用被削弱，而位于次晶界的ZrO2颗粒由于其对裂纹及位错的扎钉作用而使次晶界强化。

（2） 诱发穿晶断裂。纳米ZrO2和CeO2粒子与基质Al2O3颗粒的热膨胀失配和弹性模量失配造成纳米相周围产生大量的残余应力，使得在ZrO2颗粒周围产生许多亚晶界。在受载荷过程中，就会在亚晶界处引起穿晶断裂，而该处的断裂由于存在残余应力会吸收大量的能量[5]，这种断裂方式是晶内弱化和晶界强化的共同作用，而晶界强化是其中关键的一环[6]。从图4和图5的断口形貌图可以看出，AT与ATZ陶瓷体在1350℃下的断裂方式为沿晶断裂，而在1450℃下的断裂方式以穿晶断裂为主，并出现了一定程度的脆性解理，而且解理断裂不是沿一个晶面，而是沿着多个晶面，即沿着一组相互平行，位于不同高度的断裂能。断裂方式的改变是增韧的主要原因。另外晶界是弱连接结构，穿晶断裂能高于沿晶断裂能，因此断裂模式改变的本身就导致韧性和强度的提高[7]。

第二相颗粒的加入对增韧有一定的贡献[8]，特别是纳米颗粒的加入使这种增韧作用更加明显。影响第二相颗粒增韧效果的主要因素是第二相和主相的化学相容性是要求既不出现过量的相间化学反应，同时又保证较高的界面强度。“晶内型”纳米结构的形成，导致“纳米化效应”，并起到增韧作用；另外ZrO2和CeO2粒子与主相Al2O3颗粒的热膨胀失配和弹性模量失配造成纳米相周围产生大量的残余应力，也会使陶瓷内部产生一定量的裂纹。残余应力的形成导致了穿晶断裂并提高了韧性，而微裂纹的形成会产生微裂纹增韧。

2.3 微裂纹增韧

微裂纹增韧是因热膨胀或相变而诱发的显微裂纹，这些微小裂纹在主裂纹尖端过程区内张开而分散并吸收能量，使主裂纹扩展阻力增大，从而使断裂韧性提高[8～9]。微裂纹吸收能量的多少与微裂纹的表面积即裂纹的密度成正比，所以有微裂纹韧化所产生的韧性量在微裂纹不相互连接的情况下，随裂纹密度增大而增大[10]。显微裂纹的密度与两相的膨胀系数之差引起的残余应力的大小及第二相粒子的尺寸和含量有关，并不是微裂纹的数量越多越好。1350℃和1450℃烧结的ATZ陶瓷中的ZrO2部分转变为m-ZrO2，通过计算m-ZrO2分别为43.4%和62.8%。ZrO2的tm相变致使陶瓷体内部产生一定量的微裂纹，对陶瓷体起到增韧的作用。另外Al2O3/TiO2基质材料与添加剂ZrO2的膨胀系数差别较大（前者较后者小2.8×10-6/℃），这意味着非常小的粒子（约为1μm）与基质材料的热胀适配就能使微裂纹产生，通过微裂纹的均匀分布而使材料的韧性得到改善。

对微裂纹增韧问题进行分析，其出发点是具有微裂纹增韧的材料所表现出来的独特的应力-应变曲线（σ-ε曲线）。本文采用弯曲断裂时的载荷-位移曲线作为衡量标准，因为载荷-位移曲线与σ-ε曲线具有相同的变化规律，只是数值及坐标意义不同。图6和图7分别为1350℃和1450℃下烧结的陶瓷体断裂时的载荷-位移曲线图。从图6可以看出，AT陶瓷在1350℃和1450℃烧结时的载荷-位移曲线都为典型的陶瓷体脆性断裂的载荷-位移曲线图，陶瓷体在断裂前，载荷与位移仍保持良好的线性关系；断裂后载荷曲线却突然下降。图7中左图为ATZ陶瓷在1350℃烧结时的载荷-位移曲线，也是典型的陶瓷体脆性断裂的载荷-位移曲线。这说明ATZ陶瓷在1350℃烧结时虽然由于ZrO2的tm相变产生了微裂纹，但微裂纹的密度不够大，引起的微裂纹增韧效果不明显，在其断裂的载荷-位移曲线表现不出来，因此其载荷-位移曲线在材料断裂前仍保持着线性关系；断裂后载荷曲线突然下降。图7中右图为1450℃烧结下ATZ陶瓷体的载荷-位移曲线，其表现出来的变化规律与前三者不同：在加载初期表现为线弹性，这点同前三种脆性陶瓷体断裂的载荷-位移曲线变化规律一致。但当外加载荷增大到ATZ陶瓷体的临界载荷值后，ZrO2相变形成的微裂纹开始进一步的扩展，微裂纹的进一步扩展导致陶瓷体的体积膨胀，从而使得载荷-位移曲线开始出现非线性特征，而不是载荷的突然下降，因此此时的断口呈撕裂状。

3结 论

纳米添加剂对陶瓷体的增韧作用复杂，多种增韧机理同时存在。对于1350℃烧结的ATZ陶瓷烧结体，增韧机理为相变增韧、纳米颗粒增韧，其中以相变增韧为主；对于1450℃烧结的ATZ陶瓷烧结体，增韧机理主要为相变增韧、纳米颗粒增韧、微裂纹增韧。对于多种增韧机理共同存在的情况下，到底哪种增韧机理起主要作用目前还很难判断，而且各种增韧方式的影响因素也很复杂。总体来说ATZ陶瓷体在1450℃烧结时的增韧效果优于1350℃烧结时的增韧效果。

参考文献

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3 R.H.J.Hannink, P.M.kelly, B.C.Muddle.Transformation Toughening in Zirconia-containing Ceramics[J].J.Am.Ceram.Soc,2000(83):461～487

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8 W.Kreher,W.Pompe.Increased Fracture Toughness of Ceramics by Energy-dissipation Mechanisms[J].

J.Meter.Sci,1981(3):694～706

纳米微粒篇9

关键词：卟啉；Fe3O4纳米粒子；催化；光动力疗法；磁热疗；吸附剂

中图分类号：0643.4；0611.6 文献标志码：A

文章编号：0367-6358（2015）03-0187-06

卟啉是卟吩外环带有取代基的同系物和衍生物的总称，是一类特殊的大环共轭芳香体系，因其特定的π共轭体系和配位功能，可应用于有机反应催化剂、治疗剂、光储存器件以及超分子化学等诸多领域。单纯的卟啉化合物应用于催化体系时，存在催化剂不易分离、回收困难、稳定性差等问题；应用于光动力治疗时，也存在靶向性不高、输运效率低等缺陷。解决上述问题的有效途径是将金属卟啉同载在有机或无机载体上，一方面载体的配位或吸附作用可延长催化剂寿命，另一方面病变细胞可能对某些载体产生选择性吸收，可提高了卟啉作为治疗剂的靶向性。

纳米粒子指尺寸在1～100nm之间的粒子，它所具有的独特的光、电、热、磁和化学性质，使其在新能源材料、生态环境材料、功能涂层材料以及高性能电子材料等领域发挥着不可替代的作用。磁性纳米粒子在无外加磁场时，对外不显示宏观磁性；在有外加磁场时，显示出一定的宏观磁化强度，这种特性使其在磁记录材料、磁性液体、催化以及生物医用领域有着广泛的应用前景。四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子是一种常见的磁性纳米粒子，含有该粒子的纳米磁性液体已在栓塞磁热疗、磁靶向药物输运、磁性免疫细胞的分离等方面广泛应用。

卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物是将金属卟啉固载到四氧化三铁纳米粒子上的一类复合物，一方面，此类复合物仍具有卟啉化合物特定的π共轭体系和配位功能；另一方面，复合后的化合物具有优良的磁分离和靶向药物等性能，提高了催化剂的使用寿命，增强了药物治疗准确性。多年来，我们一直致力于磁性纳米粒子及铁卟啉复合物的制备及性质研究，在此，作者就该研究领域的研究成果及此类复合物的发展方向做一概述。

1 卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物的制备方法

磁性Fe3O4纳米粒子制备的基本原理是二价铁盐和三价铁盐的化学共沉淀。在氮气保护下，将氨水滴入二价和三价铁盐混合溶液中，使其同时沉淀出来，形成Fe3O4纳米粒子。一般而言，纯的Fe3O4纳米粒子容易形成坚硬的聚集体，结构的变化会导致磁性质的改变。因此，通常需要对磁性Fe3O4纳米粒子进行保护。根据卟啉与磁性Fe3O4纳米粒子不同的连接方式，本文将卟啉一磁性Fe3O4纳米粒子复合物的制备方法归纳为以下几种：

1.1 物理吸附法

物理吸附法是指通过一定的方法将卟啉通过物理吸附作用连接到载体上。李东红等先将脂溶性药物四-（对羟基苯基）卟啉溶于有机溶剂，通过乳化法得到含有卟啉和葡聚糖的均匀乳液，再利用二价和三价铁盐共沉淀时的吸附作用得到载有脂溶性光敏剂卟啉的磁性Fe3O4纳米微粒。Fe3O4核表面被基质葡聚糖包覆，卟啉通过物理吸附结合于磁性纳米微粒上。该复合物加入Lovo细胞培养液中并光照30min后，对该细胞的体外抑制率可达到81.85%，具有较好的磁响应性和体外光毒性。

物理吸附法合成卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物的优点是操作简便，对光敏剂的化学结构无特殊要求；但该方法所得磁微粒的负载量偏低，卟啉与载体的结合强度也较弱。

1.2 直接键合法

直接键合法是卟啉与Fe3O4纳米粒子表面直接形成化学键的制备方法。该法要求卟啉中含有可与Fe3O4纳米粒子成键单元，如中心金属原子、羟基等。

Kemikli等用一锅高温合成法合成了单分散的油胺包覆Fe3O4纳米粒子，在DMF溶液中，原卟啉Ⅸ与多巴胺的偶联反应制备了连有多巴胺的原卟啉（PPD），然后与Fe3O4纳米粒子在甲醇中混合得到卟啉PPD包覆的Fe3O4纳米粒子（PPDNP），其粒度单一（

Balivada等分别合成了多巴胺一低聚乙二醇配体（Ⅰ）和四-（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）-多巴胺-低聚乙二醇配体（Ⅱ），在无水四氢呋喃中、氩气保护下将两种配体结合到双磁性Fe/Fe3O4核/壳纳米粒子上（见图1）。Fe3O4表面主要由配体I包覆以防止生物腐蚀，这是与文献的主要区别。

直接键合法合成卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物相对于物理吸附法而言有较高的负载量，同时卟啉与载体间通过化学键相连的结合力也比物理吸附更强；但该方法对卟啉要求较高，需含有可与Fe3O4纳米粒子成键的单元。

1.3 包覆键合法

这种方法并不是将卟啉直接键合于Fe3O4纳米粒子表面，而是先对Fe3O4纳米粒子进行包覆处理，卟啉与Fe3O4表面的包覆层形成化学键。最常见的包覆层是硅，一般通过衍生化的硅烷水解来制备。

Liu等将磁性Fe3O4纳米粒子稳定分散于油包水（W/O）微乳液中，加入硅酯发生水解，从而制得了粒度均一的硅包覆球形Fe3O4纳米粒子。同时又通过与3-氨基丙基乙氧基硅烷（APTES）的硅烷化反应制得了APTES衍生化的金属卟啉，将酰胺化反应体系与硅包覆Fe3O4纳米粒子的混合物蒸发，所得固体真空加热，可有效避免其自身缩合（见图2）。所合成的该复合物可用于环己烷氧化反应。

Rezaeifard等以四乙氧基硅烷正硅酸乙酯（TEOS）为硅源、以氨溶液为水解剂，将磁性纳米粒子（MNP）涂上致密的氧化硅层，用改性的SMNP在乙醇中与锰（Br2TPP）醋酸反应，得到可回收的磁性催化剂[Mn（Br2TPP）-OAc@SMNP]。该催化剂可用于催化氧化烃类和硫化物。

除了硅烷化反应，酰胺化反应也是固载卟啉类化合物的重要手段。Chen等采用共水解溶胶凝胶技术在油包水反相微乳液体系中制备了表面氨基修饰的磁性硅纳米粒子（NH2-Fe3O4-SiO2NPs），然后在二氯乙烷存在的条件下让纳米粒子的表面氨基与四羧基酞菁（TCFePc）的羧基结合生成稳定的酰胺键，从而固定到磁性硅纳米粒子上（见图3）。该复合物可用于光催化降解污水中有机污染物。类似的反应还见于Carvalho等的工作中，他们制得了表面修饰有氨基的磁性硅纳米粒子，并与5-（五氟苯基）-10，15，20-三芳基卟啉反应，氨基与对位氟取代基缩合后，再与碘甲烷反应制得了阳离子纳米磁体卟啉复合物。

油包水型微乳液适合亲水性卟啉的固载，而疏水性卟啉的固载则要用到水包油型微乳液。Chen等通过水包油型微乳液将Fe3O4磁性纳米粒子与2，7，12，18-四甲基-3，8-二-（1-丙氧乙基）-13，17-二-（3-羟基丙基）卟啉结合到硅纳米粒子上，制得了卟啉-硅基磁性纳米粒子复合物（PHPP-SMNPs），可用于肿瘤细胞的靶向光动力疗法。

包覆键合法合成卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子复合物较直接键合法适用于更多种类的卟啉，且先对磁性纳米粒子进行包覆处理也保护了Fe3O4不被破坏，该类复合物较为稳定，适用范围较广；但该方法合成步骤较为繁琐，操作复杂。

1.4 单体原位聚合法

单体原位聚合法是在磁性粒子和有机单体分子存在下，加入引发剂、稳定剂等聚合而成的核/壳式有机-无机磁性高分子微球复合物。单体原位聚合法的关键在于保持胶体溶液的稳定性。黄锦汪等用单羟基金属卟啉类化合物与丙烯酰氯反应得到键联金属卟啉的丙烯酸酯，通过化学共沉淀法制备了磁流体Fe3O4，然后在磁流体、引发剂存在下，50～70℃反应，苯乙烯和键联金属卟啉的丙烯酸酯进行共聚得到键联金属卟啉的核/壳结构的纳米高分子磁性微球，其形态、热稳定性和磁响应性均令人满意。

单体原位聚合法合成卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子复合物可以一步合成，步骤简单，且所合成的复合物稳定性较好；但该方法的适用范围较窄。

2 卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物的应用

2.1 非均相催化

卟啉作为均相催化剂时，存在着不易分离，回收困难，难于重复使用的问题。同载的卟啉因具有易回收再利用、良好稳定性和选择性等优点而受到特殊关注，同时，磁性高分子微球由于在磁场作用下具有磁响应性而具有容易分离的特点。因此，卟啉一磁性Fe3O4纳米粒子复合物作为易于分离、可重复利用的新型催化剂，正引起人们越来越多的重视。

Rezaeifard等合成了可回收的磁性催化剂[Mn（Br2TPP）-OAc@SMNP]，并将其用于液相催化氧化烯烃、饱和烃和硫化物（见图4），虽然产率有所降低，但与SMNP结合后催化剂的回收率达95%，且对不同烃类的选择性高达99%，该催化反应中没有用到表面活性剂、添加剂，反应结束后可利用磁分离对催化剂进行回收。这充分体现了“绿色化学”的理念且经济适用，因此该催化剂有较好的应用前景。

Wang等将锰（Ⅲ）5-（4-羧基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉与二乙烯基苯（DVB）交联接枝甘油基丙烯酸甲酯（mPGMA）的磁性Fe3O4微球通过酰胺键上的磁聚缩水得到了多相仿生催化剂（Mn-NH-mPGMA），可用来催化液-固非均相烯烃环氧化反应体系，具有较高的稳定性。

Bai等将钴卟啉负载于磁性纳米粒子上合成了新型磁回收仿生催化剂，可用于环氧化物和二氧化碳偶联反应生成相应的环状碳酸酯（见图5），该催化剂可通过少量乙酸再氧化恢复活性，具有良好的选择性和重复性。

黄锦汪等用锰卟啉丙烯酸酯-苯乙烯共聚微球在O2下催化环己烷氧化4h，得产物环己酮，转化数达661，且发现锰卟啉纳米微球较钴卟啉有更高的催化活性。该课题组还用类似的方法分别合成了p-OCH3，p-H和p-Cl苯基取代的锰（Ⅲ）卟啉，并用磁性聚合物纳米微球固载，其催化活性顺序为依次降低，可以看出，卟啉的供电基团能够增强纳米球的催化活性。该种复合物有望成为环己烷羟化的新型催化剂。

我们利用溶剂热方法及共沉淀法制备了可磁性分离的Fe3O4纳米复合催化剂，在苯乙烯环氧化过程及催化加氢反应中表现了良好的催化活性、稳定性及磁分离效果。在金属卟啉催化剂催化方面，我们制备了铁卟啉-超支化聚合物复合体系，用于非均相催化反应，解决了水溶性催化剂难以再分离及循环应用问题。我们采用化学沉淀法制备纳米Fe3O4颗粒，并以聚乙二醇为改性剂，蒸馏水为载液，制备出固体质量分数为10%的纳米Fe3O4磁流体，将溴戊四苯基铁卟啉和Fe3O4微粒反应，得到了键联铁卟啉的纳米磁性粒子催化剂（见图6），用于催化氧化烯烃及催化降解多氯代酚反应，取得了很好的催化效果，良好的可循环性及制备分离简易性使该类催化剂在非均相催化方面极具应用潜力。

2.2 光动力治疗及磁热疗

光动力疗法（PDT）是指药物进入机体后在一定波长的光照射下产生光动力作用杀伤肿瘤或其他病理性增生组织的一种新兴治疗方法，卟啉因具有独特的生理活性，在医学上可作为光动力治疗法的抗癌光敏剂。磁性纳米微粒在足够强的外磁场作用下能引导负载药物在体内定向移动、定位富集，特别是当粒径为10～200nm且表面覆有亲水基团时，大多能逃避巨噬细胞的吞噬，从而提高药物的生物利用率，降低药物毒副作用。磁热疗是指在交变磁场的作用下定向聚集在肿瘤部位的产热材料发生磁致产热效应将肿瘤组织杀灭的热疗新技术。磁性纳米粒子可用作磁热疗的产热材料。将卟啉与磁性纳米粒子结合在一起，不仅可提高光动力治疗的靶向性，而且还赋予了材料磁热疗的功能。

Chen等测试了SW480结肠癌细胞对所制得的卟啉一硅基磁性纳米粒子复合物（PHPP-SMNPs）的吸收，发现该复合物具有良好的生物相容性。MTT实验未观察到PHPP-SMNPs对SW480细胞的暗毒性，但经光照射后则能产生单态氧，从而引起显著的光动力抗肿瘤效应。Erdem等由四-（氨基苯基）卟啉直接合成了带有单胺的二氢卟吩，再将其共价连接到铁氧化物纳米粒子上，并将得到的共轭体作为动脉硬化的光动力治疗剂进行了研究。Balivada等评价了他们所合成的卟啉-双磁性纳米粒子复合物在短时间的外部交变磁场（AMF）作用下对鼠皮下黑色素瘤（B16F10）的生长有显著抑制效果，其原理或为肿瘤区域内的生物腐蚀而导致的铁的释放扩大了AMF治疗的效果，增加了肿瘤内活性氧的浓度。该纳米复合物有望应用于对黑色素瘤的临床治疗。

2.3 磁回收吸附剂

Poursaberi等将Fe3O4纳米粒子表面修饰3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES），并与锆（Ⅲ）金属卟啉复合作为吸附剂用来除氟，在最佳条件下，吸附剂表现出了良好的氟提取效率和朝目标阴离子的高选择性，氟化物的提取百分比为92.0±1.7%。吸附剂经碱性水溶液洗涤后，可重复使用约5个周期。此外，他还将钴（Ⅲ）卟啉与纳米Fe3O4复合作为吸附剂，用来去除水中的亚硝酸根离子，亚硝酸根离子的提取率为92.0%，经过磁分离和10mmol/LNaOH处理，吸附剂的吸附效果仍可达到97%。

采用卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子复合物作为吸附剂的优点是该复合物可利用外磁场简单迅速的与反应体系分离，使用寿命长，经济环保，因此该类复合物吸附剂有巨大的发展潜力。

2.4 其他应用

卟啉-磁性四氧化三铁纳米粒子复合物被光激发时能够产生活性氧，因此也可用于杀菌。Carval-ho等发现所制得的阳离子纳米磁体-卟啉复合物对革兰氏（-）大肠杆菌、革兰氏（-）粪肠球菌和甲状腺素类噬菌体有高效光灭活作用。显著的抗菌活性和易于分离的特点使该材料可应用于废水消毒。

Samarakoon等将TCPP通过特定的肽序列连接到Fe/Fe3O4纳米粒子上，在激发光源的作用下，卟啉的荧光发射会显著增强。该纳米平台能够作为癌症诊断的体内传感器，检测不同阶段的癌症。该工作有望应用于各种癌症的早期检测。

纳米微粒篇10

关键词：纳米氧化锌 制备 研究进展

一、引言

纳米氧化锌是21世纪的一种多功能新型无机材料，其粒径介于1～100nm之间。由于粒径比较微小，使得比表面积、表面原子数、表面能较大，产生了如表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等一系列奇异的物理效应。它的特殊性质使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域都有着重要的应用。近年来，国内外对其制备和应用的研究较为广泛，且取得了不少成果。

二、纳米氧化锌的制备方法

目前，制备纳米氧化锌主要有物理法、化学法及一些兴起的新方法。

1.物理法

物理法是采用光、电技术使材料在惰性气体或真空中蒸发，然后使原子或分子形成纳米微粒，或使用喷雾、球磨等力学过程为主获得纳米微粒的制备方法[1]。用来制备纳米ZnO的物理方法主要有脉冲激光沉积（PLD）、分子束外延（MBE）、磁控溅射、球磨合成、等离子体合成、热蒸镀等。此法虽然工艺简单， 所得的氧化锌粉体纯度高、粒度可控，但对生产设备要求高，且得不到需要粒径的粉体，因此工业上不常用此法。

2.化学法

2.1液相法

2.1.1直接沉淀法

直接沉淀法就是向可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂，经过反应形成沉淀物，再通过过滤、洗涤、干燥、煅烧从而制得超细的纳米ZnO粉体。选用的沉淀剂有氨水（NH3·H2O）、碳酸铵（（NH4）2 CO3）、碳酸氢铵（NH4HCO3）、草酸铵（（NH4）2 C2O4）、碳酸钠（Na2CO3）等。该法操作简便易行、所得产品纯度高、对设备要求低且易规模生产，但是存在在洗涤的过程中阴离子难以洗尽、产物粒度分布不均匀、分散性较差、粉体易团聚等缺点。

2.1.2 均匀沉淀法

均匀沉淀法是缓慢分解的沉淀剂与溶液中的构晶阳离子（阴离子）结合而逐步、均匀地沉淀出来。常用的沉淀剂有尿素和六亚甲基四胺。该法克服了沉淀剂局部不均匀的现象，制得的纳米氧化锌粒径小、分布窄、团聚小及分散性好，但反应过程耗时长、沉淀剂用量大、PH的变化范围较小、产率相对较低。而从总地来讲，均匀沉淀法优于直接沉淀法。

2.1.3溶胶凝胶法

该法主要将锌的醇盐或无机盐在有机介质中进行水解、缩聚，然后经胶化过程得到凝胶，凝胶经干燥、焙烧得纳米ZnO粉体。该法设备简单、操作方便，所得的粉体均匀度高、分散性好，纯度高。但原料成本昂贵，使用的有机溶剂一般情况下有毒，且在高温进行热处理时有团聚现象。

2.1.4 微乳液法（反相胶束法）

微乳液是由水、溶剂、表面活性剂及其助剂组成[2]。其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”，被用作反应介质，称其为“微型反应器”，通过控制微水池的尺寸来控制粉体的大小制备纳米粉体。由于微乳液能对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程，从而形成的纳米粒子包裹有一层表面活性剂，并有一定的凝聚态结构。此法能制备出微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液，且操作简单，粒子均匀可控，但成本费用较高，仍有团聚问题，进入工业化生产目前有一定难度。

2.1.5水热法

水热法是在高温、高压及水热的条件下，将可溶性锌盐和碱液分置于管状高压釜中反应（形成氢氧化锌的反应和形成氧化锌的反应是在同一容器内同时完成的）得到粒度小、晶形好、分布均匀及团聚小的纳米氧化锌晶粒。虽然其制备工艺相对简单、无需煅烧处理，但所用设备昂贵、投资大、操作要求高。

2.2 气相法

2.2.1化学气相氧化法

化学气相氧化法是利用锌粉或锌盐为原料，O2为氧源，以N2和Ar作为载体在高温且没有任何催化剂和添加剂的情况下发生氧化反应。反应形成的基本粒子经成核、生长两个阶段形成粒子和晶体结构，利用高温区与周围环境形成的巨大的温度梯度，通过骤冷作用得到纳米ZnO颗粒。该法生产的纳米ZnO颗粒纯度高，不易团聚，粒度分布窄，分散性好；但操作要求较高，能量消耗大，生产成本高，难以工业化生产。马立安等[3]以高纯锌粉为原料，采用气相反应法制备四角状氧化锌纳米针，以丝网印刷结合光刻工艺组装金属网前栅三极结构场致发射显示器件，场发射测试结果表明，器件具有明显的栅控特性。

2.2.2激光诱导化学气相沉淀法（LICVD法）

激光诱导化学气相沉淀法是利用反应气体对特定波长激光束的吸收而热解或化学反应， 经成核生长形成纳米粉体； 或运用高能激光束直接照射金属片表面加热气化、蒸发、氧化获得氧化物纳米粉体。以惰性气体为载气，以Zn盐为原料，用激光器为热源加热反应原料，使之与氧反应生成超细ZnO粒子。此法制备的纳米具有颗粒大小均一、粒度分布窄、分散性好、纯度高、不团聚等优点， 但耗能大、粉体回收率低、成本高，难以实现工业化生产。

2.2.3喷雾热解法

利用喷雾热解技术，将有机锌盐的水溶液作为前驱体，使其雾化为气溶胶微液滴，液滴在反应器中经蒸发，干燥，热解，烧结等过程形成纳米ZnO粒子。该法过程简单连续，所得产品纯度高、粒度和组成均匀，但存在能耗大、高活性粉体在高温下容易聚结等缺点。刘凯鹏等[4]采用超声喷雾热分解工艺，在Si 衬底上制备了ZnO薄膜。

3.固相法

固相法是把锌盐或金属氧化锌按配方充分混合制得前驱物（碳酸锌，氢氧化锌或草酸锌），研磨后再进行煅烧，通过发生固相反应，直接得到或再研磨后得到纳米ZnO粉末。该法克服了传统湿法存在团聚现象的缺点，具有无溶剂、无团聚、高产率、合成工艺简单、污染少等优点。但是操作难度较大，应很难均匀充分进行。因此其应用前景受到了一定的限制。

4.新型方法

在纳米ZnO的制备中，因其制备方法不同所产生的纳米ZnO的粒径大小， 结构也有所不同。因此发展新的纳米ZnO制备技术显得非常重要。最近出现了如超重力法、超声辐射沉淀法、微波均相沉淀法、超临界流体干燥法、电化学法等新方法。这大大的开拓了纳米ZnO制备的前景。

三、ZnO纳米材料的研究展望

纳米ZnO是一种性能优异的新型功能材料，目前国内外对其研究也有了巨大的进展，但对其结构和应用性能的研究还不够深入。有待于研究的内容有：（1）加深对纳米材料结构的研究以及性能的分析（2）对氧化锌的形成机理应该有一系统研究。（3）生产出颗粒尺寸较小、性能优异、成本低廉的纳米ZnO等；（4）结合各种方法的优势，研究出适合于工业化的综合制备技术。只有把这些问题解决了，纳米氧化锌的研究才会更完善。

参考文献

[1] 安崇伟， 郭艳丽， 王晶禹. 纳米氧化锌的制备和表面改性技术进展[J]. 应用化工. 2005， 34（3）： 141-143.

[2] 张彦甫， 刘见祥， 聂登攀等. 纳米氧化锌的制备及应用[J]. 贵州化工， 2008， 33（2）： 24 -27.