金属纳米颗粒的生物合成研究进展

金属纳米颗粒(Metal nanoparticles,MNPs)因具有小尺寸、高比表面积、高反应活性及独特的光学、电学、热力学特性,已成为催化、传感器、临床诊断、医学治疗、抗菌剂、环境修复等众多领域研究的热点材料.MNPs的种类、形貌、尺寸及表面功能修饰决定着其性能及应用范畴,开发绿色、简单、可控的MNPs合成方法是当前重要的研究方向.生物学方法合成MNPs是利用生物体或生物分子对金属离子前体进行还原或者生物矿化,反应条件温和、能耗低,无需昂贵的设备和有害的化学物质,是一种绿色合成方法,已发展为纳米生物技术的一个重要分支.几乎全部类型微生物和各种植物组织均可开发为MNPs合成与加工的"纳米工厂".细菌、放线菌、酵母和霉菌既可以在细胞内又可以在细胞外合成MNPs,MNPs的合成是生物酶催化的还原反应或者矿化过程,与细胞代谢产生的还原力有关.藻类与植物组织合成MNPs类似,通常是利用其组织提取液中的蛋白质等大分子和多酚类等多种小分子活性成分在细胞外合成MNPs.纳米尺度的病毒可作为MNPs合成与组装的特异性模板.近年来,各种各样的单质金属和金属化合物纳米颗粒的生物合成取得了较大进步,所制备的MNPs在抗菌、催化、传感、生物诊断与生物医药、环境污染物去除等方面得到较好的应用.但是生物合成MNPs仍然面临颗粒形貌、尺寸较难控制,产物不易回收和纯化,大规模生产技术欠缺等问题,因而限制了其产业化应用.本文归纳了不同类型微生物和植物组织提取液合成MNPs的最新进展,总结了MNPs的生物合成机理及应用,分析了生物合成方法面临的主要问题并展望了其未来研究方向,以期为低成本、绿色、可控生物合成MNPs的发展提供参考.     

荧光纳米材料及其生物成像应用

荧光成像是生物医学研究领域应用最广的成像技术之一。随着纳米技术的快速发展,具有优良特性的荧光纳米材料不断涌现。相比于传统的荧光分子,荧光纳米材料具有光学稳定性高、形貌尺寸易调控、多功能化等优点。利用荧光纳米材料作为探针的生物荧光成像能够为研究者提供从细胞、离体组织到活体生物样本的结构和动态信息等方面全面细致的探测方法,成为当前材料、光学、生物医学等多学科交叉领域的研究热点。结合近年来荧光纳米材料及其生物成像应用的发展趋势以及本课题组前期的研究工作基础,归纳概述了几种类型荧光纳米材料的特性,包括基于有机荧光染料的纳米颗粒、半导体量子点、碳基荧光纳米材料以及稀土掺杂上转换发光纳米材料,结合具体例子介绍了荧光纳米材料在生物医学成像中的应用,并对其发展前景进行了展望。     

北大：新型纳米稀土化合物的控制合成和性质研究取得进展

北京大学化学与分子工程学院严纯华课题组日前在新型纳米稀土化合物的控制合成和性质研究中取得较大进展。他们首次以具有较低分解温度的稀土配合物为前躯体（如稀土苯乙酰丙酮和稀土三氟乙酸配合物等），在高沸点混合溶剂（油酸、油胺和十八烯）中通过调节前躯体的热分解方式和溶剂组成控制晶体的成核和生长过程，一步获得了高度晶化、尺寸均一可调、形貌可控、无团聚、易分散于非极性溶剂的、具有新颖结构的全系列单一或复合稀土氧化物和氟化物纳米材料。通过分散溶剂的调节和材料表面控制，上述纳米晶可白发组装成高度有序的超晶格结构。同时，相关化合物呈现出显著的纳米材料的结构和表面效应，产生了与相应的体相材料不同的光学性质。这一新型合成路线可推广用于复合稀土化合物、其它主族和过渡族化合物纳米材料的控制合成。     

纳米级水氯铁镁石的制备及颗粒团聚控制

水氯铁镁石是具有Mg/Fe结构层的一类特殊阴离子粘土,具有典型的阴离子粘土层状结构、较大的比表面积和热分解特性,是吸附和催化领域内性能优异的新型粘土材料,而纳米水氯铁镁石颗粒的团聚是阻碍其性能开发的关键问题,本文从材料合成、超声分散和悬浮液干燥3个方面阐述了纳米水氯铁镁石制备过程中颗粒团聚的机理和控制措施,并利用XRD、透射电子显微镜、扫描电镜、粒径分布和比表面积等检测手段对合成产物进行表征.研究表明,通过快速沉淀-水热法合成的水氯铁镁石悬浮液颗粒呈薄片状,具有完整的正六边形晶型,粒径大多在166~675 nm,选用有机溶剂洗涤,并缩短晶化时间,采用最低限度的超声分散,冷冻干燥有助于制备颗粒尺寸小、表面细腻、排列整齐的水氯铁镁石纳米材料,最终达到理想的分散效果.     

各向异性银纳米材料的制备及生长机制研究进展

银纳米材料具有许多特异性能,在电学、光学、催化等领域得到了广泛应用,其性能在很大程度上受到形貌、尺度、晶体结构和结晶度等因素的影响,因而研究银纳米材料形貌和尺度的可控制备具有十分重要的意义。从水体系和非水体系两方面综述了液相化学还原法制备银纳米材料的研究工作进展,详细论述了线(棒)形、片(盘)形、立方体形等特异形貌银纳米粒子的制备方法和实验条件;探讨了银纳米材料各向异性形貌的影响因素;提出了不同形貌银纳米晶的形成机理。分析指出晶种的晶型结构尤其是缺陷结构对晶体的最终形貌有很大影响;加入表面修饰剂是防止银纳米颗粒团聚和控制形貌的有效方法。提出了此类研究目前存在的主要问题,展望了其发展方向和趋势。     

细菌纤维素基磁性纳米复合材料的研究进展

细菌纤维素作为一种新型的生物纳米材料,不同于植物纤维素,其较高的比表面积、精细的三维纳米网状结构和表面大量的活性反应位点可以作为"模板"反应使用,通过原位复合的方法可有效地控制、合成具有预期特定形貌与尺寸且分布均匀的磁性纳米复合材料,从而获得良好的综合性能。从细菌纤维素作为"模板"制备功能化材料的机理出发,归纳总结了近年来细菌纤维素基磁性材料的研究进展,着重归纳了解决磁性膜材料的颗粒团聚问题的方法,并展望了细菌纤维素基磁性材料的发展趋势。     

纳米金刚石基于功能材料应用的研究现状

由于天然金刚石非常稀少名贵,满足不了日益增长的工业需求,经过人们不断努力通过成熟的合成技术制备人造金刚石的年产量已经远远超过天然金刚石。目前在工业上,主要利用金刚石的高硬度特性将其作为磨料和超硬材料使用,最多的是用于磨具、刀具、钻进、切割、抛光等工具材料。但是,金刚石除了硬度高之外,光、电、催化、润滑、生物相容性等其他性能也非常优异,非常适合用于功能材料。人造金刚石的合成主要有三种方法:一是静态触媒法超高压高温合成金刚石单晶;二是采用化学气相沉积法制备大尺寸金刚石块(片)体材料;三是利用爆轰法合成纳米级粒度超细金刚石微粉。大颗粒单晶、大尺寸块(片)体、纳米级超细微粉等是金刚石作为功能材料应用中最被看好的材料形态,代表了当前的发展趋势。但是,对金刚石及其复合材料的功能性研究和应用开发还很不够。特别是纳米金刚石的多种优异特性,如高模量、高硬度、高热导率、良好的绝缘性、独特的光电特性、低摩擦系数及耐磨损特性、良好的化学稳定性和生物相容性,使其呈现出功能多样性。纳米金刚石作为功能材料的应用,最初主要用作光电材料,现在已经在生物医疗、药物递释、催化、热管理、润滑等领域获得了初步的应用,研究和开发处于快速发展阶段,应用前景广阔。纳米金刚石具有纳米材料的性质,容易发生团聚,采用搅拌球磨法、超声法、静电纺丝法等手段能够解决纳米金刚石的团聚问题。针对特定的应用目的,还需要对纳米金刚石进行化学改性。研究者采用羧化、氢化、氨化、酰胺化、酰氯化和羟化等化学改性方法,在纳米金刚石表面形成一些化学官能团,通过改变、调整和设计纳米金刚石表面的化学活性,降低纳米金刚石的凝聚,改进其在溶剂(或其他基体)中的溶解度和分散能力。改性后的纳米金刚石在生物成像、生物印记、生物传感、靶向特定细胞药物传输和组织工程等领域的应用研究获得了快速的发展。纳米金刚石经化学改性后表面官能团增多,能与聚合物通过共价键结合,其在聚合物中的分散得以改善,能明显提高聚合物的导热性能,非常适合作为复合材料的增强相。此外,改性后的纳米金刚石还被广泛用作光催化材料、摩擦材料、光电材料、自清洁材料等,展现出很大的研究价值。本文归纳了纳米金刚石用作功能材料的研究进展,在介绍纳米金刚石的改性方法、团聚与分散的基础上,重点介绍了纳米金刚石及其复合材料在前述诸多领域的应用情况,以期为拓展和深入纳米金刚石基于功能材料的应用研究提供参考。     

光催化纳米材料的微生物法制备及其研究进展

光催化纳米材料是指能直接将太阳能转化为化学能来进行催化的纳米材料。因能直接利用太阳能这一特性,光催化纳米材料成为了缓解能源短缺和环境污染最有潜力的一类材料。光催化纳米材料的制备方法多种多样,其中,微生物制备法是利用微生物生长代谢合成光催化纳米材料,因微生物生长周期短、反应条件简单、无二次污染、节能环保等优点,成为现今极具发展潜力的、绿色环保的制备方法。对此研究者们进行了大量的研究探索。结合了近十年来有关微生物法制备光催化纳米材料的研究文献,介绍了用微生物法合成的各种纳米光催化材料,包括金属单质、硫族金属化合物、金属氧化物、复合材料及其它。重点阐述了光催化纳米材料的微生物制备过程及机理,介绍了各种光催化纳米材料的应用及光催化机理,最后,对光催化技术和微生物制备未来的研究进行了展望。     

分子印迹纳米材料研究进展

概括分子印迹技术、纳米材料、分子印迹纳米材料研究状况;概述沉淀聚合法、表面分子印迹法、溶胶-凝胶聚合法、原位聚合法、磁性纳米粒子聚合法等分子印迹纳米材料合成方法;总结分子印迹纳米材料在样品前处理及色谱检测和纳米分子印迹传感器方面的应用。认为纳米技术和分子印迹技术相结合,可打破传统分子印迹聚合物的缺陷和不足,赋予分子印迹纳米材料良好的选择特异性、更高的结合能力、高的灵敏度和更快的结合动力学特性,在蛋白质、血液、传感器等方面会有广泛的应用。提出对纳米结构分子印迹材料进行研究须解决的问题。     

金刚石纳米颗粒合成技术及应用研究进展

金刚石纳米颗粒粉体材料作为一种具有超硬特性、化学稳定性、良好导热性和生物相容性等优良性能的重要功能材料,有望在超精密抛光、复合镀工艺、场发射材料、隐身材料、润滑油、涂料、医疗等领域得到广泛应用[1]。目前,金刚石纳米颗粒粉体工业化规模合成的方法有:静压合成金刚石单晶粉碎、动压冲击合成金刚石聚晶和爆轰法合成纳米金刚石团簇。结合应用需求进行金刚石颗粒与形貌的再加工、表面官能化,实现颗粒在应用介质中的均匀与稳定分散,是金刚石纳米