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1、一、 纳米材料与纳米科技纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料在近十几年的研究中，领域迅速拓宽，内涵不断扩展。目前，普遍接受的定义为基本单元的颗粒或晶粒尺寸至少在一维上小于 100nm，且必须具有与常规材料截然不同的光、电、热、化学或力学性能的一类材料体系。纳米材料的奇异性是由于其构成基本单元的尺寸及其特殊的界面、表面结构所决定的。纳米科技是面向尺寸在 1100nm 之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及在应用中实现特有功能和智能作用的技术问题，发展纳米尺度的探测和操纵。它从思维方式的概念表明生产和科研的对象将向更小的
2、尺寸、更深的层次发展，将从微米层次深入至纳米层次。纳米技术未来的目标是按照需要，操纵原子、分子构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等，这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。扫描隧道显微镜(STM)在纳米科技中占有重要的地位，它贯穿到七个分支领域中，以其为分析和加工手段所做的工作占一半以上。二、纳米高分子纳米技术的发展日新月异，纳米高分子材料作为其中的重要分支，研发呈现出新的趋势。由于纳米材料具有许
3、多新的特性，如特殊的磁学特性、光学特性、电学特性和化学活性等，利用纳米粒子的这些特性对高分子材料进行改性，可以得到具有特殊功能的高分子材料。这不仅使高分子材料的性能更加优异，使其更加广泛地应用于微电子、化工、国防、医学等各个领域。1 纳米高分子材料的优势通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态, 或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而被称为“21 世纪最有前途材料” 的纳米材料 , 是材料科学与工程界的研究开发热点。纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺
4、寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料, 可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积, 纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求, 出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能, 纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。2高分子纳米复合材料的制备高分子纳米复合材料的制备方法有多种多样，从高分子纳米复合材料的形成过程大致可以将
5、制备方法归为四大类：、纳米单元与高分子直接共混，如溶液和熔融共混法等；、在高分子基体中原位生成纳米单元，如溶胶-凝胶法；、在纳米单元存在下，单体分子原位聚合生成高分子，如在含有金属硫化物或氢氧化物的单体胶体溶液中，进行聚合反应，直接生成含纳米粒子的高分子纳米复合物；、纳米单元和高分子同时生成，如单体插层聚合法制备粘土-聚合物纳米复合物。各种制备方法的核心思想是，控制纳米单元的初级结构，其次是考虑控制纳米单元聚集体的次级结构。3高分子纳米复合材料的表征技术高分子纳米复合材料的表征技术可分为两个方面: 结构表征和性能表征。结构表征主要是指对复合体系纳米相结构形态的表征, 包括粒子初级结构和次级结构
6、以及纳米粒子之间或粒子与高分子基体之间的界面结构和作用; 而性能表征则是对复合体系性能的描述, 并不是仅限于纳米复合体系。只有在准确地表征纳米材料的各种精细结构的基础上才能实现对复合体系结构的有效控制, 从而可按性能要求设计、合成纳米复合材料。4 高分子纳米材料在生物医学方面的应用很多高分子纳米复合材料具有生物活性，其中最重要的有两个方面：即，消毒杀菌作用和定向给药作用。（1） 、高分子纳米复合材料的消毒杀菌作用很多重金属本身就有抗菌作用，但是纳米化之后，由于外表面积的扩大，其杀菌能力会成倍提高。如，医用纱布中加入纳米银粒子就可以具有消毒杀菌作用。二氧化钛是一种光催化剂，如果把二氧化钛做到粒径
7、为几十纳米时，只要有可见光，就有极强的光催化作用，在它的表面产生杀菌性的自由基，破坏细菌细胞中的蛋白质，从而把细菌杀死。（2） 、高分子纳米靶向药物制剂在医学领域中，纳米材料最引人注目的应用是作为靶向药物载体，用于定向给药，使药物按照一定速率释放于特定器官（器官靶向） 、组织（组织靶向）和特定细胞（细胞靶向） 。靶向药物制剂中最重要的是毫微粒制剂，是药物与高分子材料的复合物，粒径大小介于 101000 nm 之间。其导向机理是，纳米微粒与特定细胞的相互作用，为器官靶向，主要富集在肝、脾等器官中。其特点是定点给药，副作用小，因为载药纳米粒作为异物而被巨噬细胞吞噬，到达网状内皮系统分布集中的肝、脾
8、、肺、骨髓、淋巴等靶部位定点释放。目前已在临床应用的毫微粒制剂，还有免疫纳米粒、磁性纳米粒、磷脂纳米粒以及光敏纳米粒等。5 分子纳米材料的研究现状导电高分子纳米材料的制备研究己取得很大进展，基本上能够实现在纳米尺度和形貌上的可控，所得材料的性能也有很大程度的提高，但应用还有一定的局限性。提高导电高分子的电导率，改善可加工性和稳定性，降低成本是扩大其应用前景的关键问题。作为一种新型的纳米材料，导电高分子的应用前景是广泛的，其未来研究发展方向可归结为在纳米尺度上合成环境稳定性好、电导率高、并具有特殊光、电、磁、热、催化性能的新型纳米材料，并最终广泛应用在分子电路、光电子器件和纳米电子器件等高新技术
9、领域。美国佐治亚理工学院( Georgia Instit ute of Technology) 王中林教授的研究小组利用感应耦合等离子( ICP)刻蚀发现了一种普适的制造高分子纳米线阵列制备的方法。在 ICP 刻蚀高分子材料的过程中 ,刻蚀离子周围圆锥状的有效作用范围和不均一表面的相互影响最终导致了高分子纳米线的形成。该小组已经用这一方法生长出导电聚合物聚 3 ,42 乙烯二氧噻吩/ 聚苯乙烯磺酸 ( PEDOT2PSS) ,导电聚吡咯( PPY) ,感光性材料 SU8 ,电子感光材料 PMMA ,压电材料 PVDF ,廉价塑料材料聚苯乙烯( PS) ,光电材料 MEH2PPV 等近十种不同的
10、高分子纳米线/ 纳米管,并且能够实现晶圆级的生长。通过溅射沉积的金属纳米颗粒的局域屏保作用,该小组能够很好地控制高分子纳米线的密度和长度。王中林教授的研究小组更进一步利用 PEDOT2PSS 制备出有机发光二极管。纳米线阵列具有很高的比表面积,这也极大地提高了器件的电流承载能力(基于 PEDOT2PSS 纳米线阵列的有机发光二极管的最大承载电流密度是相应有机薄膜发光二极管的 40 倍) 。可降解高分子药物控释系统通过对药物剂量的有效控制,能够降低药物的毒副作用,提高药物的稳定性和利用率。近年来,静电纺丝纳米纤维因其具有比表面积大等特点, 作为新型药物控制释放载体受到研究者的广泛关注。目前, 可
11、降解高分子电纺纳米纤维主要用于抗生素、抗癌、抗肿瘤、抗真菌类药物的释放上,基于药物在医药领域中的特殊地位,纳米纤维药物控释系统的研究显得意义非凡, 而且其应用在短期内即可实现,因此受到各类人群的普遍关注。聚酯型高分子材料作为药物载体,已引起了药学工作者们的极大兴趣。纳米药物载体对肿瘤组织具有高度靶向性、能实现药物缓控释放、降低毒副作用、同时提高难溶药物的溶解率和吸收率,因此 ,纳米载药系统有可能成为优异的癌症化疗制剂。9-硝基喜树碱 (9-NC)是有效的拓扑异构酶 抑制剂,临床试验已取得很大成功,并被 FDA批准用于胰腺癌治疗。为了增强9-NC内酯环稳定性, 改善其亲水性能,避免呕吐、腹泻、骨
12、髓抑制等毒副作用发生 ,本研究采用共聚物胶束包覆9-NC并实现其靶向、缓控释放。基因治疗是许多脑部疾病极具潜力的治疗手段。由于治疗基因本身、病毒载体或未经修饰的非病毒载体无法自主跨越血脑屏障(BBB) 到达脑部,探索具有脑靶向性且高效表达的非病毒基因载体,实现经血管给药达到脑部外源性基因的广泛表达, 成为目前脑部疾病基因治疗领域的重点和难点之一。通过药剂学、高分子学和生物学手段的交叉应用,对载体高分子、脑靶向头基进行比较和筛选后最终构建了一种新型高效的脑靶向非病毒纳米基因递释系统。三、高分子纳米材料的前景由于高分子纳米材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应, 以及粒子的协同效
13、应, 而且兼有高分子材料本身的优点 , 使得它们在催化、力学、物理功能等方面呈现出常规材料不具备的特性, 有广阔的应用前景。由于高分子纳米材料具有许多优异的性能, 展示出诱人及应用前景, 其发展趋势一方面是对纳米体系基本理论的研究, 探索新现象、新效应 , 总结新规律, 这是纳米科技发展的基础; 另一方面是作为纳米材料工程的重要组成部分, 通过纳米合成, 纳米添加发展新型的纳米材料, 并通过纳米添加对传统材料时行改性, 扩大纳米材料的应用范围。参考文献1 崔阳.新型可降解高分子纳米复合骨修复材料的研制及骨缺损修复的实验研究.吉林大学，2006.2 黄容琴.脑靶向树枝状高分子纳米基因递释系统的研究.复旦大学，2008.3 杨健.可降解高分子纳米纤维药物控释系统的研究进展.化工时刊.2010/03.4 高分子纳米线阵列制备取得突破.硅酸盐通报.2009/055 冯晓苗，侯文华，朱俊杰. 导电高分子纳米材料的制备方法研究现状.化工进展.2009/126 王延君.高分子纳米复合材料的制备、表征和应用前景.化工进展.2009.7 冷静, 苏华.纳米高分子材料在生物医学领域的研究与应用. 中国药事.2007
