生物医学传感纳米生物传感器-课件.ppt

1、12Company Logo34二、二、纳米材料介绍纳米材料介绍 是指由尺寸小于是指由尺寸小于100nm100nm（0.1-100nm0.1-100nm）的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维材料或由它们作为基本单元构成的三维材料的总称。维材料或由它们作为基本单元构成的三维材料的总称。纳米无创注射器纳米无创注射器纳米管阵列纳米管阵列56 荷叶表面上有一些微小的蜡质颗粒荷叶表面上有一些微小的蜡质颗粒,并且覆盖着无并且覆盖着无数尺寸约数尺寸约1010个微米的突包个微米的突包,每个突包的表面又布满了直径每个突包的表面又布满了直径仅为几百纳米的更

2、细的绒毛。仅为几百纳米的更细的绒毛。这种特性可以应用在这种特性可以应用在玻璃上或是战机的雷达上。玻璃上或是战机的雷达上。自然界中的纳米结构自然界中的纳米结构 7 飞檐走壁的壁虎 在现实生活中在现实生活中,我们可以制造出抓地更牢的运动鞋我们可以制造出抓地更牢的运动鞋,可以可以制作雨雪环境中不再打滑的汽车轮胎。而在影视剧拍摄中制作雨雪环境中不再打滑的汽车轮胎。而在影视剧拍摄中,演员们可以告别工作室里的电脑演员们可以告别工作室里的电脑,真正在摩天大楼的玻璃幕真正在摩天大楼的玻璃幕墙上一展身手。据此开发出的空间探测用攀爬型机器人墙上一展身手。据此开发出的空间探测用攀爬型机器人,无无论在什么恶劣的条件下

3、都可以在太空飞行器的外表面行走论在什么恶劣的条件下都可以在太空飞行器的外表面行走,给飞行器进行给飞行器进行“体检体检”。8“上善若水”的水黾超疏水特性超疏水特性(超强的不沾水的特性超强的不沾水的特性)9 水黾腿部上有数千根水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛。这。这些像针一样的些像针一样的微米刚毛的表面上形成螺旋状纳米结构的构槽微米刚毛的表面上形成螺旋状纳米结构的构槽,吸附在吸附在构槽中的气泡形成气垫。构槽中的气泡形成气垫。10 五彩斑斓的蝴蝶 纳米结构纳米结构:光子晶体光子晶体,通过这种结通过这种结构构,蝴蝶翅膀能捕捉光线。仅让某种蝴蝶翅膀能

4、捕捉光线。仅让某种波长的光线透过波长的光线透过,这便决定了不同的这便决定了不同的颜色。颜色。11利用“罗盘”定位的蜜蜂 利用在磁性纳米粒子中存储的图像来判明方向利用在磁性纳米粒子中存储的图像来判明方向。12 蛛丝指路线、安全绳、滑翔索指路线、安全绳、滑翔索。131415纳米载体纳米载体-绿色荧绿色荧光蛋白报道光蛋白报道基因基因转染细胞转染细胞1617BIOMAT 190802MHNanoparticle有机与无机纳米有机与无机纳米粒子珠粒子珠 18 是指由于颗粒尺寸变小所引起的宏是指由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化。观物理性质的变化。尺寸变小尺寸变小 +比表面积比表面积 新奇的性质新

5、奇的性质 光学光学热学热学力学力学磁学磁学19 由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是可以看作是连续的连续的。对介于原子、分子与大块固体之间的。对介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒而言，大块材料中连续的纳米颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能能带将分裂为分立的能级级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列能或者磁场能

6、比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为与宏观物体截然不同的反常特性，称之为。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小矩的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反与颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是。20 纳米颗粒当尺寸小到一定程度时具有很强的吸光性。纳米颗粒当尺寸小到一定程度时具有很强的吸光性。金属纳米颗粒对光的反射率很低，通常可低于金属纳米颗粒对光的反射率很低，通常可低于l l，大约，大约几微米

7、的厚度就能完全消光。几乎所有的金属纳米颗粒几微米的厚度就能完全消光。几乎所有的金属纳米颗粒都可呈现黑色。都可呈现黑色。21纳米涂料纳米涂料隐形飞机22 纳米颗粒的磁性与大块材料的磁性有显著的不同，纳米颗粒的磁性与大块材料的磁性有显著的不同，磁性纳米颗粒具有磁性纳米颗粒具有高矫顽力高矫顽力。当纯铁颗粒尺寸减小到。当纯铁颗粒尺寸减小到一定程度（二十个纳米）时，一定程度（二十个纳米）时，其矫顽力可其矫顽力可显著增加；显著增加；尺寸减小到尺寸减小到 6nm 6nm 时，其矫顽力反而降低到零，呈现出时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性超顺磁性。23生物磁性生物磁性纳米颗粒纳米颗粒生物体内磁性超微颗粒

8、生物体内磁性超微颗粒-生物磁罗盘生物磁罗盘24磁性阿霉素磁性阿霉素纳米粒在磁场中的定向运动纳米粒在磁场中的定向运动磁性纳米粒磁性纳米粒运动轨迹运动轨迹25磁性纳米球用于磁性纳米球用于细胞分离细胞分离癌症诊断癌症诊断26 。27 28纳米粉末：碳酸钙，白炭黑，氧化锌纳米粉末：碳酸钙，白炭黑，氧化锌纳米纤维：纳米丝、纳米棒、纳米管纳米纤维：纳米丝、纳米棒、纳米管纳米膜：纳米膜：超薄膜、多层膜、超晶格超薄膜、多层膜、超晶格纳米液体材料纳米液体材料纳米块体纳米块体:纳米纳米CuCu的块体材料的块体材料 材料的形材料的形态态2930化学结构化学结构纳米金属纳米金属纳米晶体纳米晶体纳米陶瓷纳米陶瓷纳米玻璃

9、纳米玻璃纳米高分子材料纳米高分子材料纳米复合材料纳米复合材料31应用应用纳米电子材料纳米电子材料纳米光电子材料纳米光电子材料纳米生物医学材料纳米生物医学材料纳米敏感材料纳米敏感材料纳米储能材料纳米储能材料32 纳米颗粒的作用受其尺寸、形貌和结构的影响。纳米颗粒的作用受其尺寸、形貌和结构的影响。不是所有纳米尺寸的颗粒都能起作用，纳米颗粒的尺不是所有纳米尺寸的颗粒都能起作用，纳米颗粒的尺寸也不是越小越好；特定的技术领域需要寸也不是越小越好；特定的技术领域需要特定尺寸、特定尺寸、大小均一的纳米颗粒大小均一的纳米颗粒才能发挥最佳效果。才能发挥最佳效果。33（四）纳米生物医用材料及其应用（四）纳米生物医

10、用材料及其应用 利用纳米复合粒子性能稳定、不与胶体溶利用纳米复合粒子性能稳定、不与胶体溶液反应且易实现与细胞分离等特点液反应且易实现与细胞分离等特点,可将纳米可将纳米粒子应用于诊疗中进行细胞分离。粒子应用于诊疗中进行细胞分离。34 。35 利用不同抗体对细胞内各种器官和骨骼组织的敏利用不同抗体对细胞内各种器官和骨骼组织的敏感程度和亲和力的显著差异感程度和亲和力的显著差异,选择抗体种类，将纳米选择抗体种类，将纳米金粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合金粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合,制备成制备成多种多种。36 借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼

11、系统结合而形成的复合物结合而形成的复合物,在白光或单色光照射下呈现某在白光或单色光照射下呈现某种种特征颜色特征颜色(如如10nm10nm的金粒子在光学显微镜下呈红的金粒子在光学显微镜下呈红色色),),从而给各种组合从而给各种组合“贴上贴上”了不同颜色的标签了不同颜色的标签,因因而为提高细胞内组织的分辨率提供了一种急需的而为提高细胞内组织的分辨率提供了一种急需的染染色技术色技术。37 应用不同的材料制备纳米颗粒并通过改变其应用不同的材料制备纳米颗粒并通过改变其大小大小和和形状形状可以改变纳米颗粒的可以改变纳米颗粒的光散射性质光散射性质。以此为基础。以此为基础可制备多种颜色的纳米颗粒标签。改变纳米

12、颗粒的形可制备多种颜色的纳米颗粒标签。改变纳米颗粒的形状不仅可以改变其光散射特征，还可以改变其他特征状不仅可以改变其光散射特征，还可以改变其他特征如产生谐波等。如产生谐波等。例如：球形纳米银颗粒不散射红光，而棱柱形纳例如：球形纳米银颗粒不散射红光，而棱柱形纳米银颗粒却呈红色米银颗粒却呈红色。3839 这些不同颜色的纳米颗粒标签表面包被这些不同颜色的纳米颗粒标签表面包被细胞特异性抗体细胞特异性抗体/配体后，可进行组织配体后，可进行组织/细胞细胞染色或标记、疾病的诊断及示踪技术。染色或标记、疾病的诊断及示踪技术。40 纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收

13、、可通过人体最小的毛细血管、甚至可通过血吸收、可通过人体最小的毛细血管、甚至可通过血脑屏障等特性脑屏障等特性,而且还具有靶向、缓释、高效、低而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射及敷贴等毒且可实现口服、静脉注射及敷贴等多种给药途径多种给药途径。41。ZnOZnO、TiOTiO2 2等光触媒型纳米抗菌材料等光触媒型纳米抗菌材料 +系抗菌材料系抗菌材料:42 纳米级中药粒子纳米级中药粒子 43纳米级羟基磷灰石复合材料纳米级羟基磷灰石复合材料 聚酰胺聚酰胺/纳米纳米HAHA晶体生物活性材料晶体生物活性材料ZrOZrO2 2 的纳米羟基磷灰石复合材料的纳米羟基磷灰石复合材料 纳米纳米T

14、iOTiO2 2/聚合物复合材料聚合物复合材料 44 钙盐纳米钙盐纳米2/聚合物复合材料聚合物复合材料 :在人体液中放在人体液中放置置1 1周后周后,可以观察到其表面有羟基磷灰石层形成。可以观察到其表面有羟基磷灰石层形成。含钛硅的纳米复合材料含钛硅的纳米复合材料 ：具有优良的透光率、氧气：具有优良的透光率、氧气透过率和吸湿性透过率和吸湿性,是理想的隐形眼镜材料。是理想的隐形眼镜材料。45聚氨酯材料聚氨酯材料 ：因其良好的生物相容性和优异的力学因其良好的生物相容性和优异的力学性能常用来制作血管移植物、介入导管、心脏辅助循性能常用来制作血管移植物、介入导管、心脏辅助循环体系及人工心脏等。环体系及人工心脏等。464748495051Company Logo52535455565758596061作业n调研一类纳米生物传感器的最新研究进展及应用。要求：每人PPT讲解8-10分钟 成员：郭占航、佘聪、刘佳腾、徐梓慷、朱晨旭62