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1、纳米药物研究方法赵明 讲师 （北京大学药学院化学生物学系）,第一章 绪论,什么是科学? 拉丁语Scientia (Scire-学或者知) 其广义是 指学问或者知识。科学是关于自然现象的有条理的 知识，是表达自然现象的各类概念间关系的理性的 研究。 Willian Cecil Dampier, A History of science and its Relationships wit
2、h philosophy and religion (1958）,纳米科学纳米科学是一个新的科学领域，这个领域中存在许多科学概念。从以往的科学理论象物理学和化学中继承来的概念：密度、比 表面积、电导率、光化学量子产率等等纳米科学出现之后才有的观念：自组装、纳米管、纳米角、碳 纳米管海绵、纳米尺、纳米秤等等。纳米科学要研究这些科学概念之间的关系，并且要通过这些关系 阐述纳米现象的本质。,鸟飞得很高、看得很远、观察得全面，把不同的问题、概念、思想和方法联系在一起，整合型的。 青蛙只去关注某一个具
3、体的问题的细节，每次只去解决一个问题，分析型的，实证的。 17世纪初两位哲学家提出的不同的方法论 鸟“我思故我在”Ren Descartes 青蛙“一切应该基于亲眼所见之事实”Francis Bacon 鸟和青蛙都很伟大。 Freeman Dyson ，Birds and Frogs,
4、 AMS Notices of the VOL.56, Number2，212（2009）,两类纳米科学家的不同的方法论 鸟与青蛙,1.纳米科学和技术概念的提出及其历史发展沿革,Richard Phillips Feynman（1918-1988，由于在量子电动力学领域的成就获得1965年度诺贝尔物理学奖）,1959年12月29日在美国加州技术研究院物理学会年会上发表了题为“Theres Plenty of Room at the Bottom”的经典演讲，提出了纳米科学的问题。,关于bottom一词的解释,底部？微小世界？,物质尺度范围：1-100n
5、m,Feynman教授的观点什么是纳米科学？ “我将描述一个几乎是无人问津的领域，但是从原理上讲却有数量庞大的工作有待完成。这个领域不完全象那些不能告诉我们物理学原理的其他的领域（例如：奇怪的粒子是什么？），它更类似于固体物理学，带给我们对于很多复杂情形中的奇怪现象的兴趣。更进一步说，重点在于这个领域将有大量的技术应用。这个问题就是在小尺度操纵和控制物体。”,Feynman教授提出的12个纳米科学问题,1)为什么我们不能在针尖上写 出24卷的布列颠百科全书? 2)我们怎样才能写得这样小?3)小尺度的信息 &nb
6、sp; 4)更好的电子显微镜 5)神奇的生物学体系6)小型化的计算机,7)通过蒸发实现小型化 8)润滑油问题 9)一百只微小的手10)重排原子 11)在微小世界中的原子 12)高中学校的比赛,纳米技术的概念,1974年日本东京大学的 Norio Taniguchi 教授在其论文“纳米技术的基本概念”中首次给出纳米技术的概念：纳米技术主要包含通过单个原子及分子处理材料的分离、合成和变形。,扫描隧道显微镜（STM） 1981年，瑞士苏黎士的IBM实验室
7、研制了隧道扫描显微镜（STM），1986年的诺贝尔物理学奖授予Gerd Binnig 与 Heinrich Rohrer,奖励他们设计隧道扫描显微镜的成就。,1983年，L.E.Brus在J.Chem.Physics发表了CdS量子点的工作。Brus获得2008年度Kavli奖。,1986年，原子力显微镜（AMF）出现，原子力显微镜原理是通过悬臂受力的测量反映探针尖端原子与测定样品表面原子的相互作用，AMF比STM优越之处在于样品毋须具有导电性质，有助于生物和药物结构的研究。,1985年，合成Fullerenes，三位科学家Richard E. Smalley，Rick，Robert Curl
8、因此获得1996年度诺贝尔化学奖。1986年MIT的K.Eric.Drexler博士在其著作<<创造的工程>>中提出自组装概念。1989年美国加州大学Lawrence -Berkeley实验室首次用STM观察到小牛胸腺DNA右手双螺旋结构。1990年, Nature发表了Don Eigler等在位于美国加州Almaden的IBM公司研究实验室使用扫描电镜用35个Xe原子在镍金属(110)晶面排列出IBM公司的logo的工作,可以在小尺度根据人的意志操控原子并制造出微小的结构。1990年7月在美国Baltimore召开首届国际纳米科学技术会议（NanoI），讨论纳米科学前
9、沿领域的进展（纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学等），决定出版三种杂志：Nanostructured Materials，Nanobiology，nanotechnology。,碳纳米材料,1991年合成碳纳米管，2008年的Kavli纳米科学奖授予日本科学家Sumio Iijima，奖励他在合成碳纳米管（carbon nanotube）等一维纳米材料的贡献。他还是全世界上最先合成碳纳米角（carbon nanohorn）的科学家。1998年Robert A.Freitas 博士的三卷本著作Nanomedicine的第一卷出版,标志纳米医学时代到来。1999年，巴西和美国科学家合作
10、研制出纳米秤，可以称量单个生物分子的质量。哈佛大学两位科学家研制成功纳米镊子。2007年，Gerhard Ertl由于其对于表面科学，特别是气体-固体界面的研究获得诺贝尔化学奖，他开始从事该领域研究的时代“纳米技术”一词还没有出现，他的工作为纳米尺度研究催化和表面过程奠定了基础。2010诺贝尔物理学奖授予Andrei Geim 和 Konstantin Novoselov，奖励他们对两维纳米材料石墨烯（graphene）研究的贡献。,中国科学家的贡献,北京大学工学院席建忠纳米马达,北大工学院曹安源纳米刷、清华大学机械系桂许春、吴徳海、王昆林等碳纳米管海绵工作、白春礼课题组纳米印刷材料、中科院与
11、北京大学研究的有机复合薄膜作为信息存储材料等。王中林教授等研制出纤维纳米发电机 。,问题1：上述的多位纳米科学家哪些是鸟？哪些是青蛙？为什么把他们归属为鸟或者青蛙？问题2：从internet查找信息举出一个中国科研人员在纳米科学和技术领域的贡献的事例。选择题：Richard Phillips Feynman教授属于哪类纳米科学家？ A. 鸟 B. 青蛙 C. 既是鸟类型的科学家，也是青蛙青蛙类型的科学家。 D. 既不是鸟类型的科学家，也不是青蛙青蛙类型的科学家,3.纳米科学和纳米技术发展的特点,1）纳米科学和技术的跨学科性质 &nbs
12、p; 纳米科学跨越多个学科领域, 因此, 讨论纳米科学时只是笼统地称其为纳米科学。,2）应用驱动发展3）高度整合的科学和技术研究对象明确导致物质科学的重新整合多学科研究方法的整合以往研究方法和创新研究方法的整合 化学合成自组装bottom up纳米材料top down平板印刷、消解、蚀刻。 以往的方法：NMR、MS、IR、UV-VIS、XRD、比表面测定. 新方法:STM、AFM 、SERS、QDs、RET、高技术产业的重新整合 预计2015年，纳米技术形成全球 1万亿美元的产业。 问题3.告知一个已商业化纳米技术的实例。 问题4.自己尝试定义”纳米医学”的概念,纳米医学整合了哪几个学科的理论和方法?,!-
