《纳米生物医学分析》思考题答案

《纳米生物医学分析》思考题答案

1.名词解释：SWNTS、MWNTS、STM、AFM、SEM、XRF、TEM、

CRDDS、主动靶向、被动靶向、生物相容性

SWNTS：单壁碳纳米管（全称Single-walled Carbon Nanotubes）

MWNTS：多壁碳纳米管（全称Multi-walled Carbon Nanotubes）

STM：扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope)

AFM：原子力显微镜(Atomic Force Microscopy)

SEM：扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)

XRFX：射线荧光分析（X-Ray FluorescenceX）

TEM：透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy)

CRDDS：药物控制释放体系(Controlled Release Drug Delivery System)

主动靶向：是修饰脂质体如连接配体或单克隆抗体到脂质体表面，或掺人某些特殊脂质使脂质体对PH或温度变化敏感，以使脂质体携带的药物作用于靶向位点被动靶向：非修饰脂质体聚集在某些组织的趋势

2.什么是纳米、纳米结构、纳米材料、纳米科技？纳米技术的科学

意义？

纳米:纳米是一个长度计量单位

纳米结构：纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。

纳米材料：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(10-9～10-7m)或由它们作为基本单元构成的材料。

纳米科技：制造和研究纳米尺度（10-9～10-7m）的器件和材料的科学技术。

纳米技术的科学意义：

•创造和制备各种新型具有优异性能的纳米材料

•设计、制备各种纳米器件和装置

•探测分析纳米材料、器件的结构、性质及其相互关系和机理

3.举例说明纳米材料具有哪些特殊的性质？

1量子尺寸效应导致的独特的力学、电子、光电、和磁学性能。

2和宏观形式完全不同的化学反应，如金

3每单位质量上急剧增加的表面积，到达1000m2/g

4常见化学元素的新化学形态，如富勒烯、碳纳米管、二氧化钛、氧化锌及其他层状化合物

4.纳米材料有哪4种维度？举例说明。

1)零维：团簇、量子点、纳米粒子

2)一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒

3)二维：纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格

4)三维：纳米块体

5.请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道

效应、库伦堵塞效应。

1)小尺寸效应：当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或

与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象;

2)表面效应：纳米超微粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小

而大幅度地增加，纳米粒子的表面原子所处的位场环境及结合能与内部原子有所不同存在许多悬空键，配位严重不足，具有不饱和性质，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性能的变化，因而极易与其它原子结合而趋于稳定；

3)量子尺寸效应：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续

态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化的效应;

4)宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一

势垒。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

5)库仑阻塞效应：当金属微粒的尺寸足够小时它与周围外界之间的电容C可小到

l0^-16F的量级．在这种条件下每当单个电子从外面隧穿进入金属散粒时(有时也称它为孤立的库仑岛)，它给库仑岛附加的充电能e^2/C(e为电子电荷)可以远远大于低温下的热运动能量kT(k为玻耳兹曼常数，T是绝对温度)．这样就会出现一种十分有趣的现象：一旦某个电子隧穿进入了金属微粒，它将阻止随后的第二个电子再进入同一金属微粒．因为这样的过程将导致系统总能的增加，所以是不允许发生的过程．这就是库仑阻塞现象．

6.随着颗粒直径的减小，材料的熔点有什么改变？材料的热稳定性

有什么改变？

1熔点下降，由于颗粒小，纳米微粒的表面能高，表面原子数多，这些表面原子临近配位不全，活性大，纳米例子熔化时，所需增加的内能小，这就使得纳米微粒熔点急剧下降

2热稳定性变差，微粒半径越小，热稳定性越差。

7.电子在纳米材料中的传播特点是什么?

小尺寸效应，多晶界的存在，电子散射增强，晶界原子更加混乱，使得界面热垒升高，加之纳米材料的量子尺寸效应，共同使电阻变大。

8.什么是纳米管、量子点？

纳米管：纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管两端基本上都封口）的一维量子材料纳米管的硬度要比钢材坚硬100倍它可以耐受6500°F（3593℃）的高温，并且具有卓越的导热性能纳米管既可以用作金属导电体，比金的电高多得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体纳米管在极低的温度下还具有超导性量子点：量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著由于量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能阶结构，因此量子点又被称为“人造原子”。

9.什么是纳米生物技术和生物纳米技术？两者有什么区别和联系？

1)纳米生物技术是纳米技术在生命科学的应用。此研究领域包括两种方式：其一是纳米

级工具应用在生物系统；其二是模板化的生物系统用于发展新型的纳米产品。

2)生物纳米技术是指在纳米尺度上认识生物分子的精细结构和功能之间的联系，并在此

基础上按研究者意愿组合、装配，创造出满足人们需要并能行使特定功能的生物纳米机器。

3)区别与联系：生物纳米技术——应用生物组装，可能不会有生物有直接联系；纳米生

物技术——将纳米科学用在特殊的生物应用上。

10.什么是生物芯片？生物芯片如何影响我们的生活？

生物芯片（biochip或bioarray）是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。

生物芯片技术可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物基因组图谱、药物筛选、中药物种鉴定、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防等许多领域。生物芯片的最大用途在于疾病检测：

基因表达水平的检测

基因诊断

药物筛选

个体化医疗

测序

生物信息学研究

11.什么是仿生材料？简述仿生材料的设计思想有哪些？

1)仿生材料是指模仿生物的各种特点或特性而开发的材料

2)仿生材料的设计思想：根本思路就是向自然学习，也就是说，从自然界里寻找具

有特殊性的智能材料。对于新型功能性材料，从自然开始、向自然学习，无疑是一个很好的途径，而向自然学习又可以有2种方式：一种是结构仿生，也就是模仿其形貌；

另一种是功能仿生，也就是实现其特殊功能，做到形神兼备。

12.举实例说明如何通过自然界的启发，设计新材料。

水珠可以在纺锤形的结构上，从细的位置向粗的位置运动;而更进一步观察发现，纺锤结上面还具有纳米丝排列。实际上，这个原理就是像荷叶和水稻的微纳米结构，一个是有序排列，一个是无序的，同样的物质通过无序的排列，会形成一个表面能差。水滴沿着蜘蛛丝线的方向具有周期的表面能分布和空间构型，这就是水滴可以在蜘蛛丝上稳定存在的