纳米材料的应用和发展前景

一、文献调研部分（获取综述的参考文献—精读全文）1．利用中文（期刊、学位论文、会议论文）数据库，检出中文切题题录（批量），选择记录文摘格式10篇（其中学位论文要求不少于2篇、期刊论文6篇）；[1]叶灵.纳米材料的应用与发展前景[J].科技资讯.2011(20)摘要:很多人都听说过纳米这个词,但什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。着名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。[2]赵雪石.纳米技术及其应用前景[J].适用技术市场.2000(12)摘要:纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的前景,使得纳米技术成为目前科学研究的热点之一,被认为是21世纪的又一次产业革命。[3]何燕,高月,封文江.纳米科技的发展与应用[J].沈阳师范大学学报(自然科学版).2010(02)摘要：纳米科技是21世纪的主导产业,世界各国把纳米科技的研究和应用作为战略重点。在第五次科学技术革命中,新材料家族被推上新一轮科技革命的顶峰。在新材料和新技术中,纳米材料和纳米技术无疑将成为核心材料和核心技术。纳米技术的最终目标是直接操纵单个原子和分子,制造新功能器件,从而开拓人类崭新的生活模式。文章概述了纳米科技的发展过程及纳米材料的性质与制备,介绍了纳米技术在部分领域的应用,并简述了纳米技术对未来社会的巨大影响及潜在的、令人鼓舞的发展前景。[4]何彦达.纳米材料的应用及展望[J].科技风.2010(01)摘要：纳米材料(尺寸在1-100纳米范围内)又称超细微粒、超细粉末,是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。[5]樊东黎.纳米技术和纳米材料的发展和应用[J].金属热处理.2011(02)摘要：正2005年12月在克利夫兰召开了由美国金属学会和克利夫兰纳摩网主办的美国纳米技术应用峰会。许多实体企业,如波音、福特、通用、洛克希德、蒂姆肯等公司高管出席会议和发言。会议的特点是着重于纳米。[6]张桂芳.纳米材料应用与发展前景概述[J].黑龙江科技信息.2009(16)摘要：由于独特的微结构和奇异性能,纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点,以下概述了纳米材料的应用与发展前景。[7]杨萍.多功能复合纳米材料的制备及其光分析应用研究[D].中国科学技术大学2012摘要：纳米材料具有独特的化学、物理和生物性能,引起了人们的极大关注。多功能复合结构纳米材料能够将不同功能的纳米材料整合到一个纳米器件中,从而为现代工业、生物医学和分析化学的发展提供新材料和新能源。本论文主要在多功能复合纳米材料的设计、制备及其在光分析应用方面开展了一些研究工作。首先改变酚醛树脂纳米颗粒的制备条件,设计和制备了一系列具有荧光共振能量转移(FRET)功能的光学探针,并分别应用于环境中重金属离子、生物分子的检测及肿瘤细胞的治疗等。此外,通过将PtCo双金属合金纳米颗粒负载在石墨烯表面,极大的提高了以石墨烯为基质的载有双合金结构的复合纳米材料在鲁米诺化学发光体系中的催化性能,该种新颖的化学发光体系可用于葡萄糖的灵敏检测。具体工作如下：1、在已有的制备酚醛树脂(PFR)纳米颗粒的基础上,调控制备PFR纳米粒子前驱体之间的比例,从而制备出粒径和紫外吸收光谱可调的PFR纳米粒子。为了在PFR纳米颗粒表面引入氨基功能团,运用聚合物电解质功能化修饰FPR纳米粒子。最终,通过羧基和氨基的偶联反应,将巯基乙酸包覆的CdTe量子点修饰到PFR纳米粒子表面。这样,我们制备了分别以CdTe量子点和PFR纳米粒子为供体和受体对的荧光共振能量转移复合纳米结构的探针。该多重功能复合纳米材料对环境中存在的Cu2+具有灵敏的响应效果,从而建立了一种可视化检测Cu2+的新方法。2、制备粒径均匀的Fe3O4磁性纳米颗粒并将其与制备PFR纳米粒子的前驱液混合,我们制备出能够发射绿色荧光Fe3O4@PFR磁性复合纳米球。通过在PFR纳米壳层表面修饰聚合物电解质,改变了Fe3O4@PFR纳米球表面电荷性质。表面带有正电性的Fe3O4@PFR纳米颗粒能够强烈吸附柠檬酸稳定的Au纳米颗粒,从而制备了一种具有磁和荧光双重功能的Fe3O4@PFR@Au复合纳米球。不仅如此,该材料还具有良好的生物相容性。巯基化合物与Au纳米粒子间具有强烈的相互作用,因而制备的Fe3O4@PFR@Au纳米球对生物样品中存在的巯基化合物具有灵敏的光学响应,从而将其应用到细胞中硫醇分子的检测和细胞成像等。3、预处理制备酚醛树脂纳米颗粒的前驱液,能够将密实结构的Ag@PFR纳米颗粒转换成内部具有多孔道的独特结构。当混合PFR纳米溶胶和氯金酸盐后,PFR纳米颗粒中存在的大量的羟基官能团能够直接将进入其内部的氯金酸根离子还原成Au纳米颗粒。因而,在不需要任何外加还原剂和稳定剂的条件下我们制备了Ag@Au@PFR多层核壳结构的复合纳米材料。随着加入的氯金酸盐浓度的增加,甚至可以在PFR纳米颗粒内表面直接形成性能稳定的金纳米层。与之前报道的关于制备Au纳米层的方法相比,该方法不需要预先吸附任何晶种,具有更加稳定的光学性能和重复性。此外,由于在PFR纳米颗粒表面进一步修饰了对肿瘤细胞具有特异响应的叶酸分子,整个复合纳米材料对肿瘤细胞具有很好的诱捕效果。最后,这种简单制备的具有良好的生物相容性、优良的荧光特性和对肿瘤细胞具有特异性响应的多重功能的复合纳米材料被用于肿瘤细胞的光热治疗。4、利用乙二醇(EG)功能化修饰的氧化石墨烯片层对Pt、Co等离子强烈的吸附作用,我们用简单的还原方法制备了以PtCo合金修饰的石墨烯复合结构纳米材料。该材料结合了PtCo合金和石墨烯的双重结构特点,能够强烈地催化鲁米诺化学发光体系。在一定的浓度范围内,过氧化氢(H202)的浓度与化学发光的强度呈良好的线性关系。与报道的其他检测H202的方法相比,该种以石墨烯为基质的载有PtCo合金的复合结构纳米材料所构建的化学发光方法能够更加灵敏的检测H202的存在。同时,通过间接测定H202的浓度我们也实现了葡萄糖的灵敏检测[8]钟霞.几种复合纳米材料的合成及其在葡萄糖生物传感器中的应用研究[D].西南大学2013摘要：葡萄糖含量的测定在很多领域都有着十分重要的意义。现代的电化学葡萄糖生物传感技术将纳米材料与电化学分析检测技术有机的结合在一起,由此产生了一系列性能优良的电化学葡萄糖生物传感器。本文着重于设计和合成新型的纳米复合材料,并结合电化学或电致化学发光检测技术构建了几种新型的电化学葡萄糖传感器。本论文由六个部分组成。第一章绪论在这一章里对生物传感器的基本原理及分类、电化学生物传感器、纳米材料的定义和特性进行了介绍；对几种常见的纳米材料及其在生物传感器中的应用、电化学葡萄糖生物传感器的发展、纳米材料在葡萄糖生物传感器的应用与发展、电致化学发光葡萄糖生物传感器作了简要的概述。第二章纳米材料的引入为葡萄糖生物传感器的直接电化学带来了新契机,由各种纳米材料构筑的直接电子转移的葡萄糖生物传感器已经成为如今研究的热点。很多的纳米材料都存在着容易从电极表面渗漏的问题,这使得测定时的电化学信号很不稳定,传感器的性能因此降低。由纳米材料构建的性能优良的葡萄糖生物传感器不仅应该克服纳米材料渗漏的问题,而且该纳米材料还能够在酶的氧化还原活性中心和电极表面之间进行有效的电子传递,使得响应时间缩短、灵敏度提高。因此,在本章中,首先基于电活性物质普鲁士蓝、石墨烯以及生物相容性好的壳聚糖合成了壳聚糖/普鲁士蓝/石墨烯的纳米复合物(CS-PB-GR),将壳聚糖用于共建壳聚糖/普鲁士蓝/石墨烯的纳米复合物不仅增强了该复合材料的生物相容性,而且有效的解决了聚普鲁士蓝纳米粒子的渗漏问题,可以有效的提高该复合纳米材料的性能。将该纳米复合材料结合纳米金和半刀豆球蛋白A(ConA)在玻碳电极上构建了：葡萄糖氧化酶/ConA/葡萄糖氧化酶／纳米金/CS-PB-GR/葡萄糖酶传感器。该传感器还具有如下优势：纳米金和ConA的引入,可以有效的提高葡萄糖氧化酶的固载量；CS-PB-GR纳米复合材料中的PB纳米粒子和电极表面的GOD可以形成一种类双酶的体系,起到信号放大的作用；石墨烯和PB纳米粒子能够的提高电子在酶的活性中心(FAD)和电极表面之间的迁移速率。用该方法制得的葡萄糖传感器具有响应快、灵敏度高、选择性好等优点。第三章随着对碳材料性质研究的进一步深入,富勒烯作为一种生物传感材料也开始被应用于葡萄糖生物传感器研究领域。C60分子具有一个大的共轭离域π键,亲电子能力很强,可作为电子受体。这使得它具有了许多特殊的物理和化学性质,并且呈现出令人期待的应用前景。C60易溶于甲苯、苯、烷烃和二硫化碳等非极性有机溶剂,但它不溶于水,而且导电性能不高,因此使得C60在生物传感器中的应用受到了一定的局限。为了改善C60导电性能不高的这一不足,我们设计、合成了铂包裹的C60纳米线。将合成的Pt@C60内米线和葡萄糖氧化酶滴涂在电极表面,用壳聚糖固定成膜,制备了葡萄糖酶传感器。研究表明,由于引入了导电性能好、催化性能高、生物兼容性好的铂纳米材料,使得基于Pt@C60纳米线构建的酶生物传感器对葡萄糖具有很好的催化性能。该传感器也具有制作简单、响应时间短、选择性好、稳定性好等优点。第四章表面活性剂作为一种含有极性和非极性官能团的两性分子,它能强烈吸附在固-液界面上,将表面活性剂溶液滴涂到电极表面会形成有序的多重双层生物模拟膜,能加快电子在酶和电极之间的交换速率。为了改进C60的导电性能同时提高基于C60纳米粒子的成膜能力,我们以阳离子表面活性剂四辛基溴化铵(TOAB)作为稳定剂和相迁移试剂,合成了Au@C60纳米粒子,并在玻碳电极上制备了：葡萄糖氧化酶／Au@C60葡萄糖酶生物传感器。纳米金的引入使得C60的亲电子能力得到进一步提高,制得的Au@C60可以在电极表面直接成膜而且还能够有效的固载葡萄糖氧化酶；同时Au@C60表面带正电荷的TOAB,也可以增加酶的固载量；而且合成的Au@C60纳米粒子能够实现电子在葡萄糖氧化酶的活性中心和电极表面之间的直接电子转移。该传感器制作简单、响应时间短、选择性好、稳定性好。第五章为了扩大C60纳米粒子在生物传感器中的进一步应用,我们设计合成了水溶性的C60衍生物,利用该衍生物,在水溶液中和四氯钯酸钾合成了一种新型的钯纳米粒子(Pd@Cys-C60)。将该粒子滴涂在玻碳电极表面构建了无酶的葡萄糖生物传感器,无酶的葡萄糖传感器也是当今研究的热点领域。在Pd纳米粒子和C60的协同作用下,Pd@Cys-C60纳米粒子能有效的催化葡萄糖。该无酶的葡萄糖生物传感器构造简单、不需要在特殊条件下保存、不受酶易变性失活的影响、使用寿命长,而且该非酶传感器的稳定性和重现性比普通的酶生物传感器要好。第六章电致化学发光是把电化学和化学发光相结合发展起来的一门新的检测技术,它不仅具有电化学分析的一些优点,而且还具有化学发光分析的诸多特点。鲁米诺是电致化学发光中最常用的发光试剂,当溶液中有过氧化氢存在时,产生的发光信号的强度与过氧化氢的浓度成正比。由于葡萄糖氧化酶在氧化葡萄糖时可以产生过氧化氢,因此可以通过间接测定过氧化氢的方法来检测葡萄糖,从而制备高灵敏的电致化学发光葡萄糖生物传感器。研究表明,纳米金可以增强鲁米诺-过氧化氢体系的电致化学发光强度。因此,在本章中用葡萄糖氧化酶交联戊二醛的方法合成了Ausbeii@GOD纳米粒子,并结合电致化学发光检测技术,在玻碳电极上制备了：葡萄糖氧化酶/Aushell@GOD/壳聚糖/酶传感器,并将该传感器应用于葡萄糖的电致化学发光检测。研究表明,合成的Aushell@GOD纳米粒子,可以有效的催化Lumino