纳米材料答案

1.请阐述“纳米生物材料”、“纳米生物学”的基本概念内涵，作为生物材料有哪些基本要求？纳米生物学：纳米生物学主要包含两个方面：一，利用新兴的纳米技术来解决研究和生物学问题；二，利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造类似生物大分子的分子机器。

纳米科技的最终目的是制造分子机器，而分子机器的启发来源于生物体系中存在的大量的生物大分子，它们被费曼等人看作是自然界的分子机器。

从这个意义上说，纳米生物学应该是纳米科技中的一个核心领域。

纳米生物材料：纳米技术、生物技术和材料交叉融合的新型材料，主要指可以进行疾病诊断、治疗、治疗后的随访复查、替换或可对体外生物分子、细胞等进行标记示踪和检测的具有良好生物相容性的纳米材料。

可分为可用于生物体内的纳米材料和用于体外的纳米生物材料两种。

生物材料的基本要求：生物材料主要用在人身上，对其要求十分严格，必须具有四个特性：（1）生物功能性，无毒或毒性极低，不包括癌症在内的其他疾病。

因各种生物材料的用途而异，如：作为缓释药物时，药物的缓释性能就是其生物功能性。

（2）生物相容性。

可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性（无毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等）。

（3）化学稳定性。

耐生物老化性（特别稳定）或可生物降解性（可控降解）且力学性能好。

（4）可加工、制备。

能够成型、消毒（紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒等）。

2.皮米、纳米、微米等尺度之间的换算。

1微米（um）=1000纳米（nm）；1纳米（nm) =1000 皮米(pm)1皮米(pm)=1000飞米(fm)3.纳米颗粒的几个重要纳米效应有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应，请解释这4个效应。

量子尺寸效应：当超细颗粒的尺寸降低到与激子波尔半径相当时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级以及半导体微粒的能隙变宽的现象。

小尺寸效应：当纳米粒子的尺寸与德布罗意波长相当或更长时，对于晶体及其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶体粒子及其表面层附件的原子密度减小，导致电、磁、光、声、热力学等一系列性质的变化的效应，称为小尺寸效应。

表面效应：纳米颗粒的比表面积因颗粒减小而显著增大，并导致表面原子数、原子几何构型、原子自旋、原子间相互作用力以及电子波谱等急剧改变，由此产生的一系列物理化学性质变化的效应，即表面效应。

量子隧道效应：隧道效应是指微小粒子（如电子）具有在一定情况下贯穿势垒的能力。

而一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，成为宏观的量子隧道效应。

4.纳米颗粒形成的推动力是什么？是自由能差。

第三讲P2.15.何为均相成核？何为非均相成核？纳米颗粒形成过程中，为什么非均相成核比均相成核更容易？均相成核：在均匀介质中成核的过程，即均相成核。

反应体系中各处成核的可能性都相同。

非均相成核：在异界相面上的成核过程即为非均相成核。

成核过程在介质中不均匀产生。

原因：当核载核化集体表面形成时，将产生核-液界面，由于该界面的存在，因此无须因创新一个新的界面而做功。

该核化基体降低了纳米颗粒成核过程的核化位垒。

可见，非均相成核比均相成核要容易得多。

6.在纳米颗粒成核过程中，如果当晶核与其周围的固体介质完全不接触时，其成核位垒为G，则当晶核和与其接触的固体介质的接触角分别为60℃和90℃时，成核位垒是多少？第四讲P5.460°--5/32G，90°--1/2G7.在脂质体表面合成SiO2，为什么不易形成游离的SiO2？非均相成核8.制备纳米生物材料有哪些基本方法？物理方法：1、超细粉碎（机械球磨法、气流粉碎、超声波粉碎）2、物理气相合成（是指在真空或低压惰性气体中蒸发，或用激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷使之凝结沉积。

）3、超临界流体技术（SCF，是指温度和压力处于临界温度及临界压力以上的流体，其物理和化学性质介于液体和气体之间）4、离子注入5、超声波雾化干燥法化学方法：1、沉淀法（共沉淀法-在含有多种阳离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂，使阳离子沉淀生成超微粒子的方法。

均匀沉淀法-利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来，与溶液中其他反应物离子反应生成沉淀的方法。

）2、醇盐水解3、溶胶凝胶法（将金属醇盐或无机盐经过水解、缩合化学反应，形成透明溶胶，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网路间充满了失去流动性的溶胶，形成凝胶，再经干燥、热处理等过程得到纳米或微米无机材料。

）4、水热合成法5、非水相溶液合成法6、喷雾热分解法*9.喷雾干燥制备超微颗粒时，为什么低温条件下容易得到球形颗粒？高温条件下容易得到变形的颗粒？液滴停留在高温区时，溶质在液滴表面迅速析出，并形成壳层，固体壳层的存在使溶液的气化分子传质受阻，而传热却变化很小，于是壳层内温度持续上升，并可能达到沸腾状态，壳层在内不起呀作用下膨胀，中心溶质浓度降低。

当内部气压大于壳层机械强度时，内部气化分子便在壳层最薄弱处克服阻力而冲出壳层，使外壳产生孔洞或形成空心颗粒。

10.何为纳米颗粒的等效粒径？观测纳米颗粒的形貌有哪些仪器设备？等效粒径：当一个颗粒的某一物理特性与同质的球星颗粒相同或相近时，可以用该球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径，这个球形颗粒的粒径就是该实际颗粒的等效粒径。

一般认为激光法所测得直径为等效体积径。

观测仪器设备：电子显微镜（普通透射电子显微镜TEM、高分辨透射电子显微镜HRTEM、扫描电子显微镜SEM）、原子力显微镜AFM、扫描隧道显微镜STM11.靶向药物输送载体有哪些？免疫载体、磁导向载体、温度敏感型载体、pH敏感型载体、光敏感型载体。

12.纳米药物输送载体表面经常修饰高分子聚乙二醇（PEG），请问PEG的作用有哪些？1）PEG与抗体或配体同时结合到脂质体表面，增强了脂质体的体内长循环性和靶向性。

2）将抗体或其他配体连接于脂质体表面上的PEG的链的末端上，以避免PEG链对靶位识别进行干扰的一种脂质体。

3）PEG在脂质体表面形成致密的构象云，延缓血中的脂蛋白或血浆蛋白与脂质体的相互作用：减少了磷脂交换、脂质体泄露、脂质体膜的破坏和溶解。

4）含有的沁水集团，组织血浆蛋白调离素接近脂质体，降低血浆蛋白与脂质体之间的范德华力，使脂质体逃避体内网状内皮系统的识别与捕获。

13.尾静脉注射纳米颗粒，如何能使纳米颗粒有效地靶向到动物体内病灶（如肿瘤）部位？1、选用磁性纳米颗粒，利用外加磁场使其富集于肿瘤, 减小纳米颗粒与正常组织的接触, 从而提高疗效, 降低副作用；2、将抗体、配体结合在载体上, 通过抗原- 抗体、受体- 配体的特异性结合, 使纳米颗粒能够准确输送到病灶。

14.脂质体作为药物输送载体有哪些优点？请问如何将脂溶性药物包封到脂质体中？脂溶性药物包埋到脂质体中有何意义？纳米脂质体稳定性是指哪些？优点：1）可被动靶向输送药物，也可主动靶向输送（免疫脂质体）2）脂质体毒性小，对人体无免疫抑制作用3）水溶性药物和脂溶性药物均可以包封在脂质体中，它们与脂质体为非共价键结合，可以在体内完全释放，并有缓释效果4）药物包封在脂质体中可降低药物毒性，增强药物体内稳定性，延长药物作用时间，促进药物吸收，增强药理作用5）制备工艺简单如何包封：将药物与膜材料一起溶于有机溶剂，然后通过薄膜法、逆相蒸发法等进行包埋。

意义：稳定性：1）化学稳定性：脂质体所携带的药物的化学稳定性和脂质体膜材的化学稳定性将相互影响。

组成脂质体双分子层膜的磷脂，其头部为磷酸酯基，两条疏水链为不饱和脂肪酸链，所以磷脂容易被水解，又容易被氧化。

水解产物将使脂质体混悬液PH降低，影响药物的稳定性。

不饱和脂肪酸链会自发的氧化，氧化机制是游离基的连锁反应，反应产物对人体有毒。

所以控制脂质体的化学稳定性，在防止磷脂水解的同时，重点是防止磷脂的氧化。

2）物理稳定性：脂质体为热力学不稳定的胶体分散体系，容易聚集沉淀，其物理稳定性包括：1、脂质体颗粒的聚集、融合和沉淀；2、被包封药物的渗漏。

3）生物稳定性：脂质体的生物稳定性是决定脂质体是否能有效地将携带的药物或基因输送到靶区的重要因素。

较好的生物稳定性应该是，脂质体在到达体内或细胞内靶区之前，保持原有的形貌和力度，携带物无明显渗漏。

*15.纳米粒子进入细胞主要有哪些途径？16.微乳颗粒大小范围是什么？微乳为什么比较稳定？微乳大小范围在10-100nm之间微乳是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水按适当的比例混合，自发形成的各向同性、外观透明、热力学稳定、分散相粒子的粒度在10-100nm之间的分散体系。

稳定原因：油/水界面张力在表面活性剂的存在下大大降低，一般为几个mN/m，但这样低的界面张力只能形成普通乳状液。

进一步加入一定量的助表面活性剂，由于产生混合吸附，界面张力进一步下降至超低（10-3-9*10-5mN/m），以至产生瞬时负界面张力。

由于负界面张力是不存在的，因此体系将自发扩张界面，使更多的表面活性剂和助表面活性剂吸附于界面而使其体积浓度降低，直到界面张力恢复至零或微小的正值。

这种由瞬时负界面张力而导致的体系界面自发扩张的结果就形成了微乳液。

如果微乳液发生聚结，则界面面积缩小，又产生负界面张力，从而对抗微乳液的聚结，这就解释了微乳液的稳定性。

但因为负界面张力无法用实验测定，因此这一机理尚缺乏实验基础。

17.微乳中助表面活性剂的作用是什么？助表面活性剂的作用是填充在表面活性剂的空穴中，增强胶束的空间位阻，从而增加胶束的膜强度。

助表面活性剂大部分为中等碳链长的醇（如正丁醇、乙二醇、丙二醇、乙醇）或胺，多数是由刺激性或毒性的物质。

18.微乳由4种组成成分，分别是哪些？合成纳米材料，为什么也会得到亚微米甚至微米尺度的颗粒？成分：表面活性剂，助表面活性剂，油，水19.高分子纳米球作携带药物的方法有哪些？药物可以吸附在高分子纳米球表面，也可以包封在内部或溶解于其中。

20.何为磁性纳米材料的超顺磁性？磁性纳米粒子在生物医学中有哪些应用？超顺磁性：是指磁性纳米颗粒在弱的磁场中也能产生较强的磁性，当外磁场撤除后，磁性随即消失，无永久磁化现象。

应用：疾病治疗（磁性热疗、药物靶向输送）；疾病诊断（磁共振成像）；免疫分析；细胞、DNA分离；固定化酶；亲合色谱等21.应用尿素水解法合成Fe3O4纳米颗粒，如果无其它附加剂，请问这是均匀沉淀还是共沉淀？与直接加入碱溶液的方法进行合成相比较，有什么优点？均匀沉淀法直接加入碱溶液的方法（共沉淀法）的不足之处：反应体系中局部混合液浓度不均匀，导致粒度分布不均匀。

溶液中不同金属离子的氢氧化物的溶度积不同，容易产生分布沉淀，导致获得的超微材料组分不均匀。