磁性纳米材料的生物医学应用

自本世纪初科学家实现高单分散纳米氧化铁的可控制备以来,基于高生物学安全性的纳米氧化铁或者掺杂纳米铁氧体磁性材料的生物医学应用研究出现了爆发式增长,成为目前纳米生物学和纳米医学领域前沿热点之一,特别是其独特的磁学性质,使得磁性纳米材料能够介导外磁场产生纳米尺度的物理效应,并作用于微纳尺度的生物靶点。通过多学科交叉研究,有望建立基于磁性纳米材料的可控、组织可穿透、安全和精准的疾病诊断和治疗新模式,提高疾病的治疗疗效并改善预后。文章综述了近年来氧化铁颗粒在生物医学应用中的一些最新进展,主要集中讨论了磁性纳米材料在新型磁共振成像对比剂、肿瘤磁热治疗和磁力生物调控等应用方向的机遇与发展。     

细胞膜伪装的纳米载体用于光热治疗的研究进展

纳米载体一直是肿瘤精准治疗的重要研究领域。其中以细胞膜伪装的纳米药物载体作为一种新颖的药物载体平台,在近年来已成为药物传递领域的研究热点。本文综述了不同种类细胞膜伪装的纳米载体应用于光热治疗的最新进展。将细胞膜与纳米材料结合起来,可进一步推进纳米载体的研究,这将对相关领域的发展产生重要影响。     

应用于生物医疗领域的碳纳米点及其复合物

碳纳米点作为新兴的碳纳米材料,具备制备成本低、尺寸小、低毒、生物相容性高、水溶性好、易修饰、光物理性质独特等诸多优点,在生物医疗领域展现了独有的优势和应用前景。由于具有丰富的表面官能团,碳纳米点可以与靶向配体、医学影像造影剂、核酸、化学药物、光敏剂、光热转换试剂等功能性诊断治疗试剂相互作用形成复合物。目前,碳纳米点及其复合物在医学影像、基因治疗、化学药物治疗、光热、光动力治疗等生物医学诊断治疗领域的应用正在被广泛的开发和报道。这些工作对开发基于碳纳米点的医学诊断治疗试剂及其临床推进具有重要意义,为推进人类重大疾病的个体化、可视化、非入侵式、小损伤的诊断治疗提供一种新的药物体系。本文将关注应用于诊断治疗领域的碳纳米点及其复合物的设计、构建及性能研究,对已报道的基于碳纳米点的诊断治疗试剂在生物医疗领域的研究进展进行总结和讨论。     

纳米材料与生物分子的相互作用与微结构特性

纳米材料是物理、化学、生物等领域所广泛关注的研究方向,主要分为无机材料、有机材料及复合材料。其中由纳米粒子与生物分子组成的复合材料因具有独特的光学、化学、电磁学等性质,在医学和医疗等方面有着良好的应用前景。此外,利用生物分子自组装的方法,可设计出具有复杂有序结构的复合材料。因此,研究纳米粒子和生物分子的相互作用对纳米材料的设计和应用有着重要的意义。本文从实验和计算机模拟两个方面综述了纳米粒子对生物分子(包括蛋白质、DNA、生物膜)结构特性以及热力学、动力学性质的影响,并概述了影响两者相互作用的多种因素,包括纳米粒子的尺寸、形状、浓度、表面特性等。     

微流控技术制备荧光纳米材料研究进展EI北大核心CSCD

荧光纳米材料因其独特的光学性能而被广泛用于传感、生物成像、离子检测等领域。微流控是一种能在微尺度上精确控制和操控流体的技术,近年来在有机合成、荧光材料制备、细胞检测、药物筛选等领域展现出重要的应用价值。本文以荧光纳米材料的制备为切入点,综述了微流控在该领域的研究进展。首先,根据反应器特征结构阐述了芯片微反应器、管式微反应器和离心式微反应器的特点及原理;进一步地,归纳整理了不同类型荧光纳米材料制备过程的典型例子,包括半导体纳米颗粒、碳点、钙钛矿纳米颗粒、稀土纳米材料、金属及氧化物复合纳米颗粒;最后,立足研究现状指出了该领域的挑战及研究方向。     

用于医学磁共振影像的稀土上转换发光纳米材料

上转换发光纳米颗粒是一类遵循反斯托克斯原理的新型发光材料,具有发光强度高、发光稳定、无组织背景荧光、无光漂白、低毒性以及较好的生物相容性等优点,其激发光为红外或者近红外光,活体组织穿透深度高,在生物医学检测、诊断以及疾病治疗等方面均具有潜在的应用价值。磁共振成像是目前医学临床常用的影像检测手段之一,具有软组织成像质量高、空间分辨率高、无辐射、无损伤等优点,在心脑血管、肿瘤等疾病的影像诊断方面具有重要作用。本文将聚焦于近年来稀土上转换发光纳米材料在磁共振影像方面的研究进展,通过介绍磁共振成像机理、磁共振造影剂的构建、上转换发光纳米材料的设计及在磁共振医学影像、疾病治疗等方面的应用,并结合我们课题组基于UCNP医学磁共振多模态影像的相关研究进展,对上转换发光纳米颗粒在磁共振成像方面的应用研究进行探讨和展望。     

纳米酶表面增强拉曼研究进展

纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶,而表面增强拉曼散射(SERS)是由于一些分子吸附在粗糙金属纳米粒子或其他具有增强性能的纳米材料表面引起的拉曼信号被极大增强的现象,二者有一定的共性。除了贵金属、双金属纳米酶SERS基底的SERS增强来源于电磁场增强机制以外,SERS纳米酶复合材料基底的SERS增强机制一般为电磁场增强与化学增强共同起到作用。由于纳米酶是以纳米材料为基础的催化材料,而SERS基底材料也依赖于纳米材料,纳米酶SERS基底材料的构筑需要协同材料的类酶催化和SERS两个方面的活性。然而SERS活性基底材料的引入有可能会减少催化剂表面催化中心位点,降低催化效率,还会由于被催化分子在催化活性材料与SERS活性材料上的吸附性能不同造成SERS检测信号不能真实反映催化反应的真实进程,很大程度上限制了SERS技术对于催化监测的应用。因此对于纳米酶SERS基底来说,其有效的设计构筑来协同复合材料的催化与SERS活性对于纳米酶催化体系研究具有重要的意义。纳米酶SERS基底材料对于SERS技术在环境监测、食品安全、生物医学等领域应用具有重要的意义。基于特异性分子或者离子对于纳米酶催化反应的刺激响应,可以间接检测一些无拉曼散射截面的小分子,重金属离子和生物分子等,而这些分子本身是无法通过与基底的作用而直接被检测出来,对于这些分子的检测助于推进表面增强拉曼技术的普适化应用。纳米酶SERS基质材料的研究在理论和实际应用中具有重要价值,在催化机理、监测以及超敏生物传感领域具有广阔的前景。     

碳纳米管及新型一维碳纳米功能材料

 近年来迅猛发展的纳米科技在化学、生物医学、材料学、电子学等领域取得了一系列令人瞩目的成果。纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子效应，使其在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料不具备的新奇性质，具有广阔的应用前景。碳纳米材料的研究也成为当前国际上最活跃的前沿领域之一，中国科学院已将碳纳米材料列为知识创新工程首批启动的重大项目之一。     

磁性纳米生物材料研究进展及其应用

具有磁导向性、小尺寸效应和活性基团的磁性纳米生物材料在靶向给药、固定化酶、细胞分离和免疫分析以及基因治疗等生物医学领域都有一定的研究.本文综述了磁性纳米生物材料的制备与检测,及其在生物医学中的应用.     

纳米材料热传导中的新奇物理效应

纳米尺度热传导是物理科学、材料科学和工程热物理等相关学科的研究热点。除基础研究上的意义外,这个方向的研究在微纳米器件温度控制、新能源、热防护等重大工程技术领域也有着重要的应用价值。文章主要介绍一维、二维纳米材料(包括纳米管、纳米线、石墨烯及其他二维材料)的热传导性质。由于篇幅所限,文章集中讨论在低维体系热传导中的新奇物理效应,如碳纳米管热导率随长度的发散行为,硅纳米线中的声子相干性,以及石墨烯热传导性质的尺寸效应。文章侧重强调低维纳米材料热传导与宏观体材料热传导特性的本质区别。     

碳点在生物医学领域中的应用

碳点作为新兴的碳纳米材料之一,由于具有低细胞毒性、强亲水性、良好的生物相容性、优异的光稳定性、可调的发光和易于修饰等独特的理化特性,在生物医学领域具有广泛的应用前景。本综述主要阐述了碳点在生物成像、药物/染料/蛋白/基因的递送和癌症诊断治疗等方面的应用,并探讨了其在生物医学领域应用的当前挑战和未来前景。     

纳米生物传感器在外泌体分离检测中的应用进展

外泌体是细胞分泌的含有脂质、蛋白质、核酸的小囊泡,参与多种生理或病理过程,被认为是细胞间信息传递的载体,可作为液体活检的重要标志物进行疾病诊断与预后。随着纳米材料可控合成及表面修饰技术的日益完善,基于纳米材料制备的生物传感器在检测细胞、蛋白质、核酸等方面呈现出独特的优势。本文从外泌体分离及检测两大方面,综述纳米生物传感器的最新进展,并对其在外泌体研究领域的应用前景作出展望。     

纳米金刚石的分散、修饰及载药应用研究

纳米金刚石(nanodiamond,ND)作为一种重要的碳纳米材料,具有表面易修饰、比表面积大、生物毒性低以及物理化学稳定性好等特点,使其在生物医学领域具有独特的优势.本文通过对ND进行分散和化学修饰得到了分散性良好的羧基化纳米金刚石(ND-COOH),并通过透射电子显微镜、X-射线衍射、傅里叶变换红外谱仪等手段对其形貌和结构进行了表征分析.ND-COOH在水溶液中水解后呈现出较高的负电位,致使其可以通过静电相互作用吸附带正电的抗癌药物盐酸阿霉素(dox),且对阿霉素的负载量可达325μg/mg.由于ND-COOH与dox之间通过带负电的羧酸根与带正电的质子化氨基结合,因此在H~+浓度较高的酸性溶液中,药物复合体ND-dox呈现出显著的p H值依赖药物释放特性,在p H值为5.0的磷酸盐缓冲液中药物释放率达到85%,而在p H值为7.4的PBS中药物释放率低于40%.此外,ND-COOH和ND-dox的细胞毒性和体外细胞杀伤能力结果表明,ND-COOH在0—150μg/m L范围内对细胞活性没有明显抑制,而ND装载药物dox后的ND-dox对SGC-7901胃癌细胞活性则表现出显著的抑制作用,表明ND-COOH作为药物载体具有较低的生物毒性,而负载药物后则对肿瘤细胞具有较强的杀伤能力.通过对ND进行简单的分散和表面改性,使ND具备良好的药物装载和独特的p H值依赖药物释放特性,这对于促进纳米金刚石在药物载体方面的应用具有重要的借鉴意义.     

纳米尺度下的局域场增强研究进展

金属纳米颗粒的等离激元共振引起的局域场增强效应,对显微成像、光谱学、半导体器件、非线性光学等诸多领域都具有极大的应用潜力。尤其是在光学纳米材料领域,通过亚波长金属纳米颗粒与电介质的组合引起局域场增强效应,提高了纳米材料的光学性能,并促进纳米材料在光学领域的应用。本文主要综述几种常见纳米结构所产生的局域场增强效应及其应用,详细介绍并总结了金属纳米材料的不同结构参数与局域场增强的关系及局域场增强在非线性光学、光谱学、半导体器件等领域的应用。未来,随着对金属纳米材料的研究愈发深入,局域场增强的应用将更加广泛,这将对诸多领域的发展产生重要影响。     

微纳加工领域新著--《微纳加工及在纳米材料与器件研究中的应用》

微纳加工领域是从事物理学研究与应用开发人员,特别是从事纳米材料与器件研究的物理工作者十分关注和重视的领域。这是由于人们在对纳米材料性能的研究中发现,性能与材料的微观结构尺寸的变化关系密切。例如,随着材料尺度的减小,由于表面效应、体积效应和量子尺寸效应的影响,材料的物理性能和采用该材料制作的器件特性等都可能表现出与宏观体相材料和相关器件特性显著不同的特点。这些特点是材料性能对微观结构尺寸变化的敏感性所导致的结果。正是由于这种敏感性,使得无论在纳米材料科学问题研究还是在纳米器件发展应用中,对材料生长控制和微加工的精确程度都提出了极为苛刻的要求。所以,需要纳米、甚至原子、分子层次的微纳加工技术,以探索材料与器件的新特性。可见,基础科学的研究发展往往需要技术科学提供强有力的支持,要想探索在纳米尺度下物质的变化规律、新的性质和器件功能及可能的应用领域,同样离不开相应的技术手段。微纳加工技术作为当今高技术发展的重要领域之一,是实现功能结构与器件微纳米化的基础。借助微纳加工,人们可以按照需求来设计、制备具有优异性能的纳米材料或纳米结构及器件与装置,发展探测和分析纳米尺度下的物理、化学和生物等现象的方法和仪器,准确地表征纳米材料或纳米结构的物性,探索纳米尺度下物质运动的新规律和新现象。     

纳米材料科学中的谱学研究

谱学分析方法是研究纳米体系结构和性能3的重要手段之一，对纳米材料进行深入研究离不开各种谱学方法的表征，本文综述了常用的谱学方法，如紫外可见光谱，红外光谱，拉曼光谱，穆斯堡尔谱，正电子湮没及光声光谱等在纳米材料研究中的最新进展，结合典型实例，对各种谱学方法的原理，特点以及在纳米体系研究中所能提供的重要信息进行了归纳和分析，展望了谱学分析方法在纳米科技研究中进一步的应用前景，以及在纳米材料研究中建立纳米尺度分辨的谱学检测方法和发展新的谱学技术等重要的发展方向。     

重力场下生物膜表面的金纳米棒吸附

纳米颗粒在生物膜表面的吸附对其生物医学应用至关重要.在本研究中,采用正置与倒置石英电子微天平及耗散系数测量实验,表征了不同溶液高度的支撑膜表面金纳米棒的吸附动力学.发现金棒在重力场下产生溶液浓度不均性.长宽比增大能够提高金棒的流体力学尺寸,延缓金棒的不均再分布过程,从而维持不同溶液高度生物膜表面吸附量的一致.同时,由于浓度不均程度差异,短棒、中棒、长棒在不同溶液高度的吸附量排序关系也是变化的.在溶液底层短棒的吸附量最大,在溶液顶层中棒的吸附量最大.研究深化考察了调控纳米颗粒在生物膜表面吸附的物理因素,为纳米材料的医学应用提供了参考.     

第1届掺杂纳米材料发光性质学术会议纪要

由中国物理学会发光分会、中国稀土学会发光专业委员会主办，中国科学院激发态物理重点实验室承办，海南大学理工学院协办的第1届掺杂纳米材料发光性质学术会议于2006年11月5～7日在海南省海口市举行。这是国内外举办的首次掺杂纳米发光材料方面的专题学术研讨会。来自全国20个省市49个单位、香港地区（3人）以及美国（2人）、荷兰（1人）的专家学者总计100余人出席了此次会议。会议共收录论文摘要101篇，其中大会邀请报告8篇、分会邀请报告12篇、口头报告36篇、张贴报告45篇。内容涉及到：新型纳米发光材料与新的纳米合成、组装技术；纳米材料发光中的激发态过程；上转换纳米发光材料；纳米材料中的限域效应、表面效应及其诱导的新现象；表面修饰与核壳结构的纳米材料；一维纳米材料线、管及纳米薄膜的结构与发光性质；掺杂纳米材料发光中的新概念、新理论.     

半导体纳米材料和物理

半导体纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分，纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。文章介绍了半导体纳米材料研究的新进展，包括四个方面：半导体自组织生长量子点，纳米晶体，微腔光子晶体和纳米结构中的自旋电子学。本世纪开始的半导体纳米材料的研究是上世纪半导体超晶格量子阱研究的延续，同时又开辟了一些新的领域，如：单电子的电子学、单光子的光子学，微腔和光子晶体，稀磁半导体和自旋电子的相干输运等，这些研究将为研制在新原理基础上的新器件和实现量子计算、量子通信打下基础。     

面向生物医学应用的光学氧气纳米传感器

在生物医学领域,溶氧的检测具有十分重要的意义。近年来氧气传感器的研究取得了重要的进展,尤其是纳米尺寸的光学氧气传感器倍受重视。光学氧气纳米传感器具有检测灵敏度高、稳定性好、易于生物功能化等优点,特别适用于在(亚)细胞层次或者生物组织内溶氧的实时检测。本文主要从氧气荧光探针的种类、传感器的基质构成、纳米传感器的构建方法、检测模式和生物医学应用等几个方面出发,结合本研究组在光学氧气纳米传感器的研究进展进行综述,并对其在生物医学领域中的主要应用进行了阐述。