纳米生物效应的研究进展.pdf

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1、纳米生物效应的研究进展作者：王镇轩上海交通大学生命科学技术学院学号：1080809074纳米技术是世纪年代出现的一门新兴技术。它是在尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。由于该技术将最终使人类能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子,以实现对微观世界的有效控制,所以被认为是对世纪一系列高新技术的产生和发展有极为重要影响的一热门学科。纳米技术在生物学、医学、化学和物理学各领域正取得越来越大的进展,已成为当前发达国家投入最多,发展最快的科学研究和技术开发领域之一。1纳米效应纳米粒子具有以下的效应：1.1小尺寸效应当纳米粒子的尺寸与

2、光波的波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理尺寸相当或更小时,周期性的边界条件被破坏,声、光、电、磁、热力学特性等均会随着粒子尺寸的减小发生显著的变化.这种因尺寸的减小而导致的变化称为尺寸效应,也叫体积效应.它是其它效应的基础.如利用随纳米尺寸减小,光吸收显著增加,产生吸收峰等离子共振频移,由磁有序状态向磁无序状态,由超导相向正常相的转变和声子谱的改变等.1.2表面效应表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表面原子处于“裸露”状态,周围缺少相邻的原子,有许多空悬键,易

3、与其它原子结合而稳定,具有较高的化学活性。表面效应是纳米粒子及固体材料中最重要的效应之一。1.3量子尺寸效应量子尺寸效应是指纳米粒子尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象。1.4宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来的研究发现某些宏观量如微粒的磁化强度,量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有穿越宏观系统的势垒而产生变化的隧道效应—宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有重要意义,它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限。2纳米生物效应的研究背景及研究内容纳米生物效应研究

4、是基于一项长期流行病学研究的结果,该研究发现人的发病率和死亡率与他们所生活周围环境空气中大气颗粒物浓度和颗粒物尺寸密切相关,死亡是由剂量非常低的相对较小的颗粒物引起的,科学家们推测可能与小于超细颗粒物有关。这些超细颗粒物具有特殊生物机制,可能会直接作用于心血管系统,也可能会通过增加血豁度或促进凝血而导致心血管疾病的发生。由于以下的物质正好是纳米科学技术在努力发展的领域,因此,世界卫生组织呼吁要优先研究超细颗粒物,尤其是纳米尺度颗粒物的生物效应。纳米生物效应是将纳米技术与生物、化学、物理、毒理学与医学等领域的实验技术结合起来,研究纳米尺度物质与

5、生命过程相互作用及其结果的一个新兴科学领域。当物质细分到纳米尺度时,会出现一些特殊的物理化学性质,即使化学组成相同,纳米物质的生物效应可能不同于微米尺寸以上的常规物质。因此,根据常规宏观物质研究所得到的毒理学数据库与安全性评价结果,可能并不适用于纳米物质。科学家们推测,纳米尺度物质对生命过程的影响,有正面的也会有负面的。正面纳米生物效应,将给疾病早期诊断和高效治疗带来新的机遇和新的方法负面纳米生物效应也称为纳米毒理学,研究纳米物质对人体健康、生存环境和社会安全等的潜在负面影响。科学家们推测。纳米尺度物质对生命过程的影响。有正面的也会有负面的。

6、正面纳米生物效应，将给疾病早期诊断和高效治疗带来新的机遇和新的方法。负面纳米生物效应，称为纳米毒理学，它研究纳米物质对人体健康、生存环境和社会安全等的潜在负面影响。纳米生物效应研究的另一个重要方向是如何通过物理或化学的方法来消除纳米物质的毒性，使纳米技术成为人类第一个在其可能产生负面效应之前，就已经过认真研究，引起广泛重视，并最终能安全造福人类。3国际研究现状和发展趋势早在2001年11月，中国科学院高能物理研究所就提出了“开展纳米生物效应&毒性与安全性研究”的建议。该建议引起了中科院和高能所两级领导的高度重视和支持。2002年开始筹建，并于

7、2004年对原有的纳米生物组、稀土金属毒理组、重金属毒理组和有机卤素的生物效应与毒理学研究组进行整合，正式成立了我国第一个“纳米生物效应实验室”。2004年11月31日—12月2日，以“纳米尺度物质的生物效应与安全性”为主题的第243次香山科学会议召开，来自全国20多个研究单位的专家对纳米生物效应与安全性的问题，进行了深入讨论。目前，国内纳米生物效应的研究工作主要从生物整体水平、细胞水平、分子水平和环境等几个层面开展，其重点是研究纳米物质整体生物学效应以及对生理功能的影响、纳米物质的细胞生物学效应及其机制以及大气纳米颗粒对人体作用和影响等领域

8、的研究。相对于国内对纳米生物效应的研究，国际上对此的重视更能说明问题：2003年4月，Science首先发表文章讨论纳米材料与生物环境相互作用可能产生的生物效应问题