納米材料答案

1.請闡述“納米生物材料”、“納米生物學(xué)”的基本概念內(nèi)涵，作為生物材料有哪些基本要求？納米生物學(xué)：納米生物學(xué)主要包含兩個方面：一，利用新興的納米技術(shù)來解決研究和生物學(xué)問題；二，利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造類似生物大分子的分子機(jī)器。納米科技的最終目的是制造分子機(jī)器，而分子機(jī)器的啟發(fā)來源于生物體系中存在的大量的生物大分子，它們被費(fèi)曼等人看作是自然界的分子機(jī)器。從這個意義上說，納米生物學(xué)應(yīng)該是納米科技中的一個核心領(lǐng)域。納米生物材料：納米技術(shù)、生物技術(shù)和材料交叉融合的新型材料，主要指可以進(jìn)行疾病診斷、治療、治療后的隨訪復(fù)查、替換或可對體外生物分子、細(xì)胞等進(jìn)行標(biāo)記示蹤和檢測的具有良好生物相容性的納米材料?？煞譃榭捎糜谏矬w內(nèi)的納米材料和用于體外的納米生物材料兩種。生物材料的基本要求： 生物材料主要用在人身上，對其要求十分嚴(yán)格，必須具有四個特性： （1） 生物功能性，無毒或毒性極低，不包括癌癥在內(nèi)的其他疾病。因各種生物材料的用途而異，如：作為緩釋藥物時，藥物的緩釋性能就是其生物功能性。 （2） 生物相容性?？筛爬椴牧虾突铙w之間的相互關(guān)系，主要包括血液相容性和組織相容性（無毒性、無致癌性、無熱原反應(yīng)、無免疫排斥反應(yīng)等）。 （3） 化學(xué)穩(wěn)定性。耐生物老化性（特別穩(wěn)定）或可生物降解性（可控降解）且力學(xué)性能好。 （4） 可加工、制備。能夠成型、消毒（紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消毒等）。2.皮米、納米、微米等尺度之間的換算。 1微米（um）=1000納米（nm）； 1納米（nm) =1000 皮米(pm) 1皮米(pm)=1000飛米(fm)3.納米顆粒的幾個重要納米效應(yīng)有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)，請解釋這4個效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)超細(xì)顆粒的尺寸降低到與激子波爾半徑相當(dāng)時，金屬費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)榉至⒛芗壱约鞍雽?dǎo)體微粒的能隙變寬的現(xiàn)象。小尺寸效應(yīng)：當(dāng)納米粒子的尺寸與德布羅意波長相當(dāng)或更長時，對于晶體及其周期性的邊界條件將被破壞，對于非晶體粒子及其表面層附件的原子密度減小，導(dǎo)致電、磁、光、聲、熱力學(xué)等一系列性質(zhì)的變化的效應(yīng)，稱為小尺寸效應(yīng)。表面效應(yīng)：納米顆粒的比表面積因顆粒減小而顯著增大，并導(dǎo)致表面原子數(shù)、原子幾何構(gòu)型、原子自旋、原子間相互作用力以及電子波譜等急劇改變，由此產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)性質(zhì)變化的效應(yīng)，即表面效應(yīng)。量子隧道效應(yīng)：隧道效應(yīng)是指微小粒子（如電子）具有在一定情況下貫穿勢壘的能力。而一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效應(yīng)，成為宏觀的量子隧道效應(yīng)。4.納米顆粒形成的推動力是什么？ 是自由能差。 第三講P2.15.何為均相成核？何為非均相成核？納米顆粒形成過程中，為什么非均相成核比均相成核更容易？均相成核：在均勻介質(zhì)中成核的過程，即均相成核。反應(yīng)體系中各處成核的可能性都相同。非均相成核：在異界相面上的成核過程即為非均相成核。成核過程在介質(zhì)中不均勻產(chǎn)生。原因：當(dāng)核載核化集體表面形成時，將產(chǎn)生核-液界面，由于該界面的存在，因此無須因創(chuàng)新一個新的界面而做功。該核化基體降低了納米顆粒成核過程的核化位壘?？梢姡蔷喑珊吮染喑珊艘菀椎枚?。 6.在納米顆粒成核過程中，如果當(dāng)晶核與其周圍的固體介質(zhì)完全不接觸時，其成核位壘為G，則當(dāng)晶核和與其接觸的固體介質(zhì)的接觸角分別為60和90時，成核位壘是多少？第四講P5.460-5/32G，90-1/2G7.在脂質(zhì)體表面合成SiO2，為什么不易形成游離的SiO2？非均相成核8.制備納米生物材料有哪些基本方法？物理方法：1、 超細(xì)粉碎（機(jī)械球磨法、氣流粉碎、超聲波粉碎）2、 物理氣相合成（是指在真空或低壓惰性氣體中蒸發(fā)，或用激光、電弧高頻感應(yīng)、電子束照射等方法使原料氣化或形成等離子體，然后在介質(zhì)中驟冷使之凝結(jié)沉積。）3、 超臨界流體技術(shù)（SCF，是指溫度和壓力處于臨界溫度及臨界壓力以上的流體，其物理和化學(xué)性質(zhì)介于液體和氣體之間）4、 離子注入5、 超聲波霧化干燥法化學(xué)方法：1、沉淀法（共沉淀法-在含有多種陽離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑，使陽離子沉淀生成超微粒子的方法。均勻沉淀法-利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢均勻地釋放出來，與溶液中其他反應(yīng)物離子反應(yīng)生成沉淀的方法。）2、醇鹽水解3、溶膠凝膠法（將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)過水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，形成透明溶膠，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)路間充滿了失去流動性的溶膠，形成凝膠，再經(jīng)干燥、熱處理等過程得到納米或微米無機(jī)材料。）4、水熱合成法5、非水相溶液合成法6、噴霧熱分解法*9.噴霧干燥制備超微顆粒時，為什么低溫條件下容易得到球形顆粒？高溫條件下容易得到變形的顆粒？液滴停留在高溫區(qū)時，溶質(zhì)在液滴表面迅速析出，并形成殼層，固體殼層的存在使溶液的氣化分子傳質(zhì)受阻，而傳熱卻變化很小，于是殼層內(nèi)溫度持續(xù)上升，并可能達(dá)到沸騰狀態(tài)，殼層在內(nèi)不起呀作用下膨脹，中心溶質(zhì)濃度降低。當(dāng)內(nèi)部氣壓大于殼層機(jī)械強(qiáng)度時，內(nèi)部氣化分子便在殼層最薄弱處克服阻力而沖出殼層，使外殼產(chǎn)生孔洞或形成空心顆粒。10.何為納米顆粒的等效粒徑？觀測納米顆粒的形貌有哪些儀器設(shè)備？等效粒徑：當(dāng)一個顆粒的某一物理特性與同質(zhì)的球星顆粒相同或相近時，可以用該球形顆粒的直徑來代表這個實(shí)際顆粒的直徑，這個球形顆粒的粒徑就是該實(shí)際顆粒的等效粒徑。一般認(rèn)為激光法所測得直徑為等效體積徑。觀測儀器設(shè)備：電子顯微鏡（普通透射電子顯微鏡TEM、高分辨透射電子顯微鏡HRTEM、掃描電子顯微鏡SEM）、原子力顯微鏡AFM、掃描隧道顯微鏡STM11.靶向藥物輸送載體有哪些？免疫載體、磁導(dǎo)向載體、溫度敏感型載體、pH敏感型載體、光敏感型載體。12.納米藥物輸送載體表面經(jīng)常修飾高分子聚乙二醇（PEG），請問PEG的作用有哪些？1）PEG與抗體或配體同時結(jié)合到脂質(zhì)體表面，增強(qiáng)了脂質(zhì)體的體內(nèi)長循環(huán)性和靶向性。2）將抗體或其他配體連接于脂質(zhì)體表面上的PEG的鏈的末端上，以避免PEG鏈對靶位識別進(jìn)行干擾的一種脂質(zhì)體。3）PEG在脂質(zhì)體表面形成致密的構(gòu)象云，延緩血中的脂蛋白或血漿蛋白與脂質(zhì)體的相互作用：減少了磷脂交換、脂質(zhì)體泄露、脂質(zhì)體膜的破壞和溶解。4）含有的沁水集團(tuán)，組織血漿蛋白調(diào)離素接近脂質(zhì)體，降低血漿蛋白與脂質(zhì)體之間的范德華力，使脂質(zhì)體逃避體內(nèi)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的識別與捕獲。13.尾靜脈注射納米顆粒，如何能使納米顆粒有效地靶向到動物體內(nèi)病灶（如腫瘤）部位？1、選用磁性納米顆粒，利用外加磁場使其富集于腫瘤, 減小納米顆粒與正常組織的接觸, 從而提高療效, 降低副作用；2、將抗體、配體結(jié)合在載體上, 通過抗原- 抗體、受體- 配體的特異性結(jié)合, 使納米顆粒能夠準(zhǔn)確輸送到病灶。 14.脂質(zhì)體作為藥物輸送載體有哪些優(yōu)點(diǎn)？請問如何將脂溶性藥物包封到脂質(zhì)體中？脂溶性藥物包埋到脂質(zhì)體中有何意義？納米脂質(zhì)體穩(wěn)定性是指哪些？優(yōu)點(diǎn)：1） 可被動靶向輸送藥物，也可主動靶向輸送（免疫脂質(zhì)體）2） 脂質(zhì)體毒性小，對人體無免疫抑制作用3） 水溶性藥物和脂溶性藥物均可以包封在脂質(zhì)體中，它們與脂質(zhì)體為非共價鍵結(jié)合，可以在體內(nèi)完全釋放，并有緩釋效果4） 藥物包封在脂質(zhì)體中可降低藥物毒性，增強(qiáng)藥物體內(nèi)穩(wěn)定性，延長藥物作用時間，促進(jìn)藥物吸收，增強(qiáng)藥理作用5） 制備工藝簡單如何包封：將藥物與膜材料一起溶于有機(jī)溶劑，然后通過薄膜法、逆相蒸發(fā)法等進(jìn)行包埋。意義： 穩(wěn)定性：1）化學(xué)穩(wěn)定性：脂質(zhì)體所攜帶的藥物的化學(xué)穩(wěn)定性和脂質(zhì)體膜材的化學(xué)穩(wěn)定性將相互影響。組成脂質(zhì)體雙分子層膜的磷脂，其頭部為磷酸酯基，兩條疏水鏈為不飽和脂肪酸鏈，所以磷脂容易被水解，又容易被氧化。水解產(chǎn)物將使脂質(zhì)體混懸液PH降低，影響藥物的穩(wěn)定性。不飽和脂肪酸鏈會自發(fā)的氧化，氧化機(jī)制是游離基的連鎖反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物對人體有毒。所以控制脂質(zhì)體的化學(xué)穩(wěn)定性，在防止磷脂水解的同時，重點(diǎn)是防止磷脂的氧化。2）物理穩(wěn)定性：脂質(zhì)體為熱力學(xué)不穩(wěn)定的膠體分散體系，容易聚集沉淀，其物理穩(wěn)定性包括：1、脂質(zhì)體顆粒的聚集、融合和沉淀；2、被包封藥物的滲漏。3）生物穩(wěn)定性：脂質(zhì)體的生物穩(wěn)定性是決定脂質(zhì)體是否能有效地將攜帶的藥物或基因輸送到靶區(qū)的重要因素。較好的生物穩(wěn)定性應(yīng)該是，脂質(zhì)體在到達(dá)體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)靶區(qū)之前，保持原有的形貌和力度，攜帶物無明顯滲漏。*15.納米粒子進(jìn)入細(xì)胞主要有哪些途徑？ 16.微乳顆粒大小范圍是什么？微乳為什么比較穩(wěn)定？微乳大小范圍在10-100nm之間微乳是由表面活性劑、助表面活性劑、油和水按適當(dāng)?shù)谋壤旌?，自發(fā)形成的各向同性、外觀透明、熱力學(xué)穩(wěn)定、分散相粒子的粒度在10-100nm之間的分散體系。穩(wěn)定原因：油/水界面張力在表面活性劑的存在下大大降低，一般為幾個mN/m，但這樣低的界面張力只能形成普通乳狀液。進(jìn)一步加入一定量的助表面活性劑，由于產(chǎn)生混合吸附，界面張力進(jìn)一步下降至超低（10-3-9*10-5mN/m），以至產(chǎn)生瞬時負(fù)界面張力。由于負(fù)界面張力是不存在的，因此體系將自發(fā)擴(kuò)張界面，使更多的表面活性劑和助表面活性劑吸附于界面而使其體積濃度降低，直到界面張力恢復(fù)至零或微小的正值。這種由瞬時負(fù)界面張力而導(dǎo)致的體系界面自發(fā)擴(kuò)張的結(jié)果就形成了微乳液。如果微乳液發(fā)生聚結(jié)，則界面面積縮小，又產(chǎn)生負(fù)界面張力，從而對抗微乳液的聚結(jié)，這就解釋了微乳液的穩(wěn)定性。但因?yàn)樨?fù)界面張力無法用實(shí)驗(yàn)測定，因此這一機(jī)理尚缺乏實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。17.微乳中助表面活性劑的作用是什么？助表面活性劑的作用是填充在表面活性劑的空穴中，增強(qiáng)膠束的空間位阻，從而增加膠束的膜強(qiáng)度。助表面活性劑大部分為中等碳鏈長的醇（如正丁醇、乙二醇、丙二醇、乙醇）或胺，多數(shù)是由刺激性或毒性的物質(zhì)。18.微乳由4種組成成分，分別是哪些？合成納米材料，為什么也會得到亞微米甚至微米尺度的顆粒？成分：表面活性劑，助表面活性劑，油，水 19.高分子納米球作攜帶藥物的方法有哪些？藥物可以吸附在高分子納米球表面，也可以包封在內(nèi)部或溶解于其中。 20.何為磁性納米材料的超順磁性？磁性納米粒子在生物醫(yī)學(xué)中有哪些應(yīng)用？超順磁性：是指磁性納米顆粒在弱的磁場中也能產(chǎn)生較強(qiáng)的磁性，當(dāng)外磁場撤除后，磁性隨即消失，無永久磁化現(xiàn)象。應(yīng)用：疾病治療（磁性熱療、藥物靶向輸送）；疾病診斷（磁共振成像）；免疫分析；細(xì)胞、DNA分離；固定化酶；親合色譜等21.應(yīng)用尿素水解法合成Fe3O4納米顆粒，如果無其它附加劑，請問這是均勻沉淀還是共沉淀？與直接加入堿溶液的方法進(jìn)行合成相比較，有什么優(yōu)點(diǎn)？均勻沉淀法直接加入堿溶液的方法（共沉淀法）的不足之處：反應(yīng)體系中局部混合液濃度不均勻，導(dǎo)致粒度分布不均勻。溶液中不同金屬離子的氫氧化物的溶度積不同，容易產(chǎn)生分布沉淀，導(dǎo)致獲得的超微材料組分不均勻。優(yōu)點(diǎn)：1）構(gòu)晶粒子的過飽和度在整個溶液中比較均勻，反應(yīng)在整個溶液中均勻發(fā)生，所以沉淀物的顆粒均勻而致密，容易洗滌過濾。2）可以避免雜質(zhì)的共沉淀。 22.磁性微球有哪些制備方法？空心磁性納米顆粒有哪些制備方法？磁性微球制備：1） 直接包埋將磁性粒子均勻分散于高分子材料的溶液中，通過噴霧干燥、乳化-加熱固化、乳化-化學(xué)交聯(lián)固化等方法將搞分子包覆在磁性顆粒上，形成大多為彌散結(jié)構(gòu)的磁性微球。這些方法比較簡單，但微球粒度和形貌不易控制。2） 單體聚合單體聚合法合成磁性微球的方法主要有：懸浮聚合、分散聚合和乳液聚合（包括乳液聚合、種子聚合）等，具體方法使將磁性粒子均勻分散到含有單體的溶液或乳液中，利用引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)，即可得到內(nèi)部包有一定量磁性顆粒的核-殼結(jié)構(gòu)的磁性微球。3） 自組裝在高分子或無機(jī)微球表面，通過靜電自組裝方法將納米磁性粒子逐層包覆到微球表面，形成核-殼結(jié)構(gòu)的磁性微球?？招拇判约{米顆粒制備：1）實(shí)心固體粒子為模板制備空心磁性粒子2）乳滴為模板制備空心磁性粒子磁性Fe3O4納米粒子與油和水進(jìn)行混合乳化，形成以磁性粒子為穩(wěn)定劑的水包油型（O/W）乳液，然后在磁性粒子表面通過正硅酸乙酯水解合成二氧化硅，洗滌后即可得到粒徑在350nm左右的表面包硅的空心磁性納米球，這種納米球具有很大