纳米技术概念范文

导语：如何才能写好一篇纳米技术概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：纳米技术；机械工程；应用；摩擦性能；纳米材料

中图分类号： TU6 文献标识码： A 文章编号：

本文对纳米技术在实际应用过程中所存在的各种技术问题进行了探讨。作为一项重大的科技突破――纳米技术的研发已经应用到了社会的各个领域之中，在机械工程中的运用更是成为其核心，表现在很多方面。本文从实例出发，展现纳米技术在机械工程领域的运用。

1纳米技术的概念

所谓的纳米技术就是借用单一的分子、原子制造物质的一种科学技术，纳米科学技术将很多现代的先进科学技术作为基础，并加以改进和升华，成为了现代科学和现代技术组合后的重要产物之一，其中，现代科学主要包括分子生物学、介观物理、量子力学和混沌物理，现代技术主要包括核分析技术、扫描隧道显微镜技术、微电子技术以及计算机技术，纳米技术一定会引发起一系列的全新的科学技术革命，并产生新的学科，比如纳米机械学、纳米材料学以及纳米电子学等等。

纳米技术也被称为毫微技术，是对结构尺寸在0.1 nm-100nm范围之内材料的应用和性质的研究，从始至今的相关研究来看，人们将纳米技术分为了二种概念，第一种纳米技术的概念就是指分子纳米技术，这一概念将组合分子的机器实用化了，因此，我们可以对所有这类的分子进行任意的组合，并且可以将任何种类分子结构进行制造，但是，这一种概念上的纳米技术仍然没有取得很大的进展;第二种概念将纳米技术看成了微加工技术的极限，后者主要是从生物角度提出的，纳米生物技术中所包含的重要内容已经延伸到了细胞生物计算机开发和DNA分子计算机领域中。

2微型纳米轴承

当前形势下，纳米技术不仅仅是一门单一的新型技术或者学科，它被广泛的应用到了各类学科之中，其中，在机械工程中进行纳米技术的应用，已经对机械工程学科技术的变革产生了不可估量的重要作用。纳米技术在机械方面的应用乃至是微观机械技术的产生已经成为了我们这个世纪进行研究的核心的技术，许多国家都在纳米技术方面展开了越来越多甚至越来越深的研究，在机械工程方面，纳米技术在机械工程中应用主要存在于微型轴承方面。传统的轴承体积比较大，其摩擦力也仅仅能够靠来进行减少，但是，仍然不能够将摩擦力进行避免，美国科学家对其行了研究，并且研制出来一种没有摩擦的微型纳米轴承，微型纳米轴承主要包括以下两个特点:

第一，微型，微型纳米轴承的直径仅仅为一根头发直径的万分之一，其应用到机电系统微型的轴承只有1nm，为微型机械的千分之一。

第二，摩擦力极小，如果轴承的体积很小，那么，套在一起，管子之间摩擦力就会将微型轴承弱点暴露出来，在其产生的摩擦力很大的时候，会导致微型轴承无法使用。通常纳米轴承与这种微型机械轴承相比较，摩擦力仅仅是其最小值千分之一。

3 纳米技术马达

新一代的纳米技术马达是由美国一家公司生产，这种微型马达的体积只有一般电磁马达体积的二十分之一，它的长度比火柴杆还短很多，但是竟然能够负载4千克的重量，它的寿命可以达到100多万次。这种马达主要是通过运用纳米技术制造智能材料来取代传统的铜线圈以及磁铁，所以它比传统的马达重量更轻、噪音更低，可以说是世界上最轻便、最静音的马达，同时成本也比传统的马达更加的低。当前这种微型马达在机械中运用的并不是很多，主要用于汽车的电动车窗，这项研究同时也已经在深圳进行研发和生产。

4纳米磁性液体在旋转轴中的应用

通常情况下，静态密封都是采用金属、塑料或者橡胶等材料制作而成的O型环，将其作为密封的元件。在旋转的条件下，动态密封一直没有对其问题进行解决，动态密封不能够在高真空、高速的条件下进行动态的密封。纳米技术在很大程度上都对磁性液体在旋转轴中的运行起到了促进作用。我国的南京大学也已经成功的进行了硅油、二脂基、烷基以及水基等多种类型磁性液体的制成，电子计算机硬盘处也已经普遍的采用了磁性液体防尘密封，此外，磁性液体也对新型剂的制造起到了一定的促进作用，由此可见，在机械工程中应用纳米技术的例子举不胜举。以上新兴技术的产生，我们能够很容易的看出纳米技术对机械工程的不断发展起到了深刻的影响。与此同时，与系统的机械工程相比较，由于纳米技术的各种优势才能够使得机械工程产生了显著的提升。

4.1纳米磁性液体在旋转轴中应用之尺寸效应

在纳米技术领域中，最为显著的效果之一是将旋转轴中的传统尺寸竿位进行了缩小，将其毫米单位转化成了纳米，而纳米也就相当于一米的十亿分之一，将纳米技术应用到机械工程中，可以将机械的体积大大降低，最终促使微型机械这种新型的机械的形成和产生.这种产生并不是传统的机械单纯的在尺度上产生的微小的变化，而是指可以进行成批制作的微传感器、微能源、微驱动器、集合微结构、信号、控制电路等等处置装置为一体的微型机电系统的产生，微型机电系统大部分都是将纳米技术成果进行了运用。因此，它们已经远远的超过了传统机械的范畴和概念，而是基于现代的科学技术之上，在崭新的技术线路和思维方式指导之下的重要产物，并且作为整个的纳米科技中重要的组成部分。

4.2纳米磁性液体在旋转轴中应用之材料应用多元化

纳米技术使原材料形成了更加微小的形态，其功能更加强大，不仅仅能够对传统材料进行一定的改良，同样能够使新材料源源不断的产出。磁性液体密封的技术更加证明了磁性液体能够被磁场控制这一特性，将纳米单位液体置于磁场之内，最终达到密封效果。与此同时。在运用材料中，我们能够将微量元素融入到基础的材料之中，以便能够达到更好的效果。

4.3纳米磁性液体在旋转轴中应用之材料摩擦性能

纳米技术摩擦性能已经成为了其最为显著的特性之一，在机械工程领域中，各种轴承都会产生摩擦，存在着摩擦性能。自从纳米材料出现了以后，各类机械的尺寸和结构都变小了，对于过小的零件，其摩擦力就变得尤其重要，如果其摩擦力相对来说比较大，那么就会造成零件的磨损。但是，纳米技术对这个问题进行了克服，现在已经出现的纳米材料几乎处于无摩擦状态。

5纳米技术在机械行业中的发展前景

（1）汽车工业以及机械的滑配原件，例如：滑轨、轴承上应用的纳米陶瓷镀膜能产生磨擦界面，这样可以大大地减低磨损并且能够提高负载。

（2） 塑胶流道的低粘应用，例如：拉丝模、套筒以及热胶道，这样可有效地减少积料碳化产生的概率。

（3）射出成型时发生的粘模、包封短射、镜面雾化以及拖痕均具有重要的改善，特别是在滑块和顶针上所展现出来的干式，这样更是任何金属都不能表现出来的优异性。

（4）橡胶、IC 封装胶和发泡塑料，因为其具有极高的粘着性，所以必须借助大量的脱模剂来协助脱模，但是纳米陶瓷的荷叶效应就可大大地减少脱模剂的使用和模具清理时间。

（5）纳米陶瓷的低沾粘、低摩擦特性能够使塑胶在模具内的流动性大大提升，尤其是高精度模具，例如：塑胶镜片、薄光板、汽车聚光灯罩等一些模具应用后对产品的使用均有显著的改善。

结论

在本文中，笔者首先阐述了纳米技术的概念，然后从微型纳米轴承、纳米技术马达及纳米磁性液体在旋转轴中的应用这三个方面对纳米技术在机械工程中的应用进行了探讨，在进行纳米磁性液体在旋转轴中的应用探析时，笔者主要从纳米磁性液体在旋转轴中应用之尺寸效应、纳米磁性液体在旋转轴中应用之材料应用多元化以及纳米磁性液体在旋转轴中应用之材料摩擦性能这三个方面来讲行阐述的，最后简单介绍了一下纳米技术在机械行业中的发展前景。

参考文献：

[1] 姜婷.国外纳米材料监管法规概览[J]. 标准科学. 2010(10)

[2] 尹继先,黎永强,温云鸽.先进的纳米技术与现代的纺织品[J]. 检验检疫科学. 2006(05)

[3] 陈飞.浅谈纳米材料的应用[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2009(03)

篇2

纳米技术可能引起的主要伦理问题

1．健康和安全问题。纳米技术对健康和安全的影响，是纳米伦理面对的首要问题。由于纳米粒子极其微小，可以说无孔不入，所以也很容易进入人体，有可能成为许多重大疾病如肺部疾病和心血管疾病的诱因，给人类健康和安全带来严重的损害。研究表明，吸入的纳米颗粒可能避开免疫系统的吞噬作用，蓄积在某些靶器官，也可跨越不同生物屏障，重新转运分布到身体的其他组织器官，产生系统的健康效应［10］。而且，环境中的纳米颗粒由于具有较大的表面积而极易吸附大气中的有毒污染物，如多环芳烃等，被纳米颗粒吸附的有毒污染物可进一步对人和其他生物体产生毒性效应，还可能波及整个生物圈。纳米粒子对健康和环境的潜在风险涉及安全伦理和环境伦理的问题。安全不仅是一个科学的概念，安全更是伦理学必须考量的最基本的要素，因为安全既是人的基本需求也是人的基本权利。离开了安全，人的其他权利和自由、尊严等也将无从谈起;而且，保障研究人员和工人在工作场所的生命和健康安全，也是国家和企业的基本责任。

2．平等与公正问题。首先，纳米技术的潜在利益和风险使得其风险与利益的分配，也面临着社会公平与公正的伦理问题。纳米技术可能为技术发明家、企业家带来丰厚的利益，但也可能为研究者、受试者、生产者甚至消费者带来直接的和间接的健康风险，为公众带来环境风险。面对个体利益与公众利益、企业利益与社会利益、眼前利益与长远利益的冲突，应该优先考虑谁的利益?承担高风险的人是否应得到较高的回报?“如何分配科学技术的发展带来的好处、风险和代价，就成为了我们时代所必须面对的一个重要问题”［11］。其次，纳米技术的应用也可能加剧原有的社会不平等、不公正现象。众所周知，“信息高速公路”的出现导致了迅速扩大的信息资源和知识资源分布严重不均的“数字鸿沟”问题，并且加剧了原有的经济不平等、机会不平等和社会不平等问题，成为当今社会问题的一个重要根源。纳米技术的发展也可能产生类似数字鸿沟的“纳米鸿沟”问题。比如，纳米技术在医学上的应用，使得疾病的预防、早期诊断和治疗成为可能。研究表明，在不久的将来，用基因芯片、蛋白质芯片组装成的纳米机器人，有可能通过血管进入人体以诊断疾病、携带DNA去更换或修复有缺陷的基因片段，也可以将携带纳米药物的芯片送入人体内，在外部加以导向，使药物集中到患处，更理想地提高药物疗效［12］。但是，这些技术在其发展的初期阶段，往往比较昂贵，大部分人可能只好望而却步，仅能被少数人使用。如何使社会中的大多数成员公正地享受到纳米技术的成果并避免可能受到的损害，是纳米技术发展过程中必须面对的重要伦理问题。第三，纳米技术还有可能带来代内与代际、穷国与富国之间的平等与公正问题，尤其是可能使发达国家与发展中国家之间的差距加大。能够支付纳米技术研究与发展巨额费用的国家，可能优先发现和利用纳米技术的研究成果，在国际舞台上便优先掌握了“话语权”。当然，也不能排除发达国家将有污染的、甚至有毒的纳米研究项目转移到发展中国家的可能。诸如此类的问题会使国际间的不平等恶化。此外，还存在为了当代利益发展纳米技术而提前利用了过多的自然资源或给后代造成众多污染等代际不公正现象。

3．自主与尊严问题。人是有理性的存在物。理性之人的尊严来自于它的自主性，能够按照自己的意志作出决定。“大自然中的无理性者，它们不依靠人的意志而独立存在，所以它们至多具有作为工具或手段的价值，因此我们称之为‘物’。反之，有理性者，被称为‘人’，这是因为人在本性上就是目的自身而存在，不能把他只当做‘物’看待。人是一个可尊敬的对象，这就表明我们不能随便对待他。”［13］联合国教科文组织在《世界生物伦理与人权宣言》中强调，科学技术的研究和发展需要遵循本宣言所阐述的伦理原则，要尊重人的尊严。这包括自尊、享受别人尊重和尊重他人三个方面。在纳米技术的研究与应用中，许多方面涉及人的自主与尊严问题。例如，纳米技术与认知科学相互渗透与融合，可以揭示人脑的工作机制，利用纳米药物可以增强人的认知能力或治疗某些脑神经与认知方面的缺陷。但是，如果利用这些研究成果控制人的思维、干扰人的决定，则侵犯了人的自、漠视人的尊严。再者，如果将能够随时获取他人信息的纳米电子芯片等极微小的纳米器件，毫不被人察觉地嵌入他人衣服或皮肤里，则不仅窃取了他人的隐私，更贬损了他人的尊严。又如，纳米基因工程不仅能够治疗遗传病，而且能够改变生殖细胞基因以达到治疗或增强后代的目的。但是，不论父母的主观意愿是否善良，这种行为确实忽视了子女的自主与尊严。而诸如赛博格(Cyborg)、生命产品(Biofact)等技术的进一步发展将模糊人与机器、生命体与人工产品之间的界限，使得我们关于人与自然的基本概念发生动摇，什么是人、什么是自然等问题将变得不再是不言而喻的了。

纳米伦理的特征与评估

纳米技术的中介性和不确定性特征不仅使纳米技术可能引起一系列的伦理问题，而且也使得这些伦理问题展现出共同的伦理特征:可能性、整合性和前瞻性。这使得即时性、跨学科性、预警性评估成为应对纳米伦理的关键。

1．可能性特征与即时评估。纳米技术可能引起的伦理问题包括两个部分，其中有些是现实的，比如纳米粒子对安全和健康造成的影响;有些还是潜在的、未来的甚至含有推测性特征，比如有关纳米机器人的自我复制问题，但这绝不等于说这种推测完全是无中生有。纳米伦理不仅关注现实的纳米伦理问题，也关注未来的和潜在的伦理问题，目的是在纳米技术研究和开发的初期就参与到纳米技术的构建中。事实上，技术的发展并不是由技术本身或者技术专家们所能决定的。如果有怎样的技术就会有怎样的未来，那么，我们就有权利选择技术、选择和构建未来。因此，纳米伦理必须关注可能性。在这个意义上，可能性成为纳米伦理的一个重要特征。鉴于纳米技术发展的可能性、阶段性和动态性特征，对纳米技术应该采取即时评估的研究方法，以适时地、动态地评估纳米技术研究发展与应用各个阶段可能出现的伦理问题。在目前纳米技术的开发时期，首先应该关注的是实验室和工作场所的安全伦理问题，包括工人对所从事的纳米技术风险的知情权问题，建立健全工人的健康保险制度的问题，以及工作场所的通风、检测和预警机制等制度问题。其次，在纳米药物和利用纳米技术进行的检测中，即时评估纳米粒子在人体的生物学效应和对人体整体的影响，以确保纳米用药和检测的安全。

篇3

【分类号】X50

1 纳米技术

纳米（nm）技术是指在0.1-100nm范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术。纳米尺度的物质颗粒接近原子大小，此时量子效应开始影响到物质的性能和结构。由纳米级结构单元构成的纳米材料，在机械性能、磁、光、电、热等方面与普通材料有很大不同，具有辐射、吸收、催化、吸附等新特性。人类通过在原子、分子和超分子水平上控制了纳米结构来发现纳米材料的奇异特征，以及学会有效地利用这些特定功能产品，最终能够仿照自然生态中非常复杂的过程，这也是纳米科技的最终目的。

纳米技术包含下列四个主要方面：

（1）纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在1-100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

（2）纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等，用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

（3）纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

（4）纳米电子学：包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更小是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。

纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。

2 纳米技术在环境邻域的应用

纳米材料的比表面积大，表面活性中心多，是催化剂的必要条件。国际上已将纳米材料作为新一代催化剂进行研究和开发。近年来的发展方向是纳米复合化，例如，氟石结构的纳米Ce2-x和Cu组成纳米复合材料，可用于汽车尾气中SO2、CO的消除。已有生产厂家开发出可以用来代替汽车中的金属构件的纳米粒子增强型复合材料，这种纳米复合材料的广泛使用可能使汽油的燃烧量每年减少15亿升，二氧化碳的排放量每年至少减少50亿千克。我国山东小鸭电器集团采用纳米复合抗菌除味塑料制作洗衣机的外筒，具有耐高温、耐摩擦、耐冲击、韧性好和硬度高等特点，还有很好的光洁度和很强的除垢能力，不但可以防止污垢在筒壁沉积，随时保持洗衣机内部清洁，还可以防止细菌滋生，解除了衣物交叉感染的可能，开辟了健康洗衣机的新纪元。

用黏土和聚合物的纳米粒子替代轮胎中的炭黑是一项生产环保型、耐磨损轮胎的新技术，利用纳米材料对紫外线的吸收特性而制作的日光灯管不仅可以减少紫外线对人体的损害，而且可以提高灯管的使用寿命。把具有导电性能的纳米颗粒，如炭黑、金属粒子等加入到高聚物中，可以改善高聚物的导电性，节约能源。

3 纳米技术在环境领域的潜在突破

3.1 有效利用资源

纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品。这种从小到大的制造方式需要的材料较少，造成污染程度较低。纳米复合陶瓷，因其优异的耐高温、高强度等性能，有望应用于高温发动机中，其燃烧热效率可增加一倍，且燃烧完全，污染降低。由于纳米技术导致产品微型化，使所需资源减少，不仅可达到"低消耗、高效益"，而且成本低廉。可以预测，未来资源浪费，造价昂贵的大型机械设备将逐步淘汰，以实现资源消耗率的"零增长"。

3.2 用于对水和空气的处理

消除水和空气中最细微的污染物（分别为300nm和50nm），使空气和饮用水更加清洁。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，是普通净水剂的10-20倍，可将污水中的悬浮物和铁锈、异味等污物除去。通过纳米孔径的过滤装置，还能把水中的细菌、病毒去除。净化和淡化海水的选择性滤膜，不仅成本低，而且所需量不足目前的十分之一。

3.3 监测大气污染

大气中含有的C、N、S等元素的氧化物可导致酸雨和温室效应，因此它们在大气中的含量必须被实时监测。现有监测技术成本高，不便于移动作业，所需温度高，而利用纳米材料的高比表面积能对吸附气体有快速反应，吸附后能改变其物理性质，且反应可逆，具有能再生的特性。研制出可用于监测大气中的有害气体，可在室温下工作、造价低廉、体积小的监测器。

3.4 提供有效储氢方式

物理和化学方法储氢，需要昂贵的设备。采用纳米材料可避免大晶粒储氢材料在反复吸收、释放氢气的循环过程中产生的氢脆现象，又可增加吸氢容量和吸氢速率，提供一种有效而清洁的储氢方式，这种材料如果用来制造燃料电池汽车中的氢容器，可有效避免空气污染。

4 结束语

纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的"材料革命"现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量

尽管纳米技术仍有许多问题有待于进一步探索和解决，但它在高科技领域和传统产业中带来的冲击是不可否认的。它将成为新世纪信息时代的核心。随着人们对纳米材料研究的深入，纳米材料必将出现更为广阔的应用前景，纳米材料的大规模工业生产和商业应用也将成为现实。可以相信，纳米技术作为一门新兴科学，必将对环境保护产生出深远的影响，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。

参考文献：

[1]曹学军等，神奇的纳米技术，国外科技动态，2010，9（3）；33-36。

篇4

科技与法律归责的关系

神经纳米技术学对于传统的自由意志的概念提出了新的问题。那就是，现代科技的发展与一个观念相悖，即：如果人的意愿是在生理原因交感的确定领域之外的话，那么人的意愿只能是自由的。随着生物科技以及神经科学开始解释人脑与意识时间的关系，以及新的技术使得科学家能够开始变更人精神状态，那么人类是否能够自由地选择某种行为模式呢？这个问题似乎已经变得不再那么确定了。这种不确定性，给刑事司法方面也带来了很多问题，一方面它可能成为我们获得刑事证据的新的途径，或者可能成为预防犯罪的手段；另一方面，它也为我们在判断行为人的主观心理时造成障碍。如果人的同样行为都只能由一种单纯的心理状态来指导（我们称之为“决定论”）的话，那么也就不存在刑事上的归责问题了。[4]但是问题不是这样，以“杀人”为例，某些行为人积极地追求被害人的死亡结果，有些出于放任，有些出于疏忽大意导致被害人死亡，还有些出于认识错误等等。如果这个“决定论”是正确的，并且责任依赖于行为人本可以做出的意思表示，那么我们将如何归责和定罪惩罚呢？即使希望杀人是源于精神上的动机，并且有一个完整的动因形成过程，刑事司法体系在当这种动机指导了行为并产生了刑事上的法律损害才予以归责。这也就是说，刑事责任从不强加于无动因的、自由的行为。未来的技术肯定会帮助我们确定行为人在杀人时的精神状态，并且将这个精神状态进行一个完整的描述。这种进步不仅能够帮助司法机关更好的认清事实，来判定被告是否有罪或者无罪，而且有利于对该罪行进行更精准的分析和归类。

神经纳米技术用于探知人的主观心理状态并影响归责

如前述，神经纳米技术的发展能够使我们获取人类主观心理状态的新信息，能改变或者抑制人的主观心理，甚至能灌输某种精神状态。首先，如果神经纳米技术能够为我们提供更准确的关于人的精神状态的信息，我们其实不用担心这作用会消极地影响刑事司法体系。实际上，这种信息应该帮助我们更好实现罪名的分类。比如在一场命案中，我们可以利用神经纳米技术成功地分析到嫌疑人的心理状态。只要我们相信通过神经纳米技术获得的信息的可信性，那么他们应该被看做是刑事司法体系的一个助手。这种进步能帮助我们更好的区分被告的一级谋杀还是二级谋杀，还是误杀，等等(这是美国刑法中关于谋杀的定性)。当然，关于神经纳米技术的先进性以及其收集数据的真实性被看作是一个有争议的事情。[5]此外，从神经纳米技术中获得的关于人的精神状态的信息，有一个关于转换的问题。也就是说，科学家需要将科学数据转换成法官和陪审团能够理解的用于归责的普通语言。法官和陪审团通常不理解一个新的科技数据所体现的归罪含义。在这种情况下，法官需要扮演一个信息筛选者的角色，要筛选不相干的信息，并且专家也应当能够将科学数据翻译成法官所理解的语言。以美国最高法院在Daubertv.MerrellDowPharmaceuticals案中[6]，表示：法官应当扮演信息筛选者的角色，法院接受任何专家证据的结论，该证据应当获得该特定领域的普遍接受和认同。这个标准使得很多好的技术被拒之门外，因为它们没有获得科学家的普遍的接受。然而Daubert案要求联邦法官在决定科学证据的关联性时需要考虑被提交的数据是否已经符合严格的测试以及同行的审查。Daubert案同样要求相关的科学能够帮助发掘事实，去理解证据或者去决定事实争议。

神经纳米技术改变或者限制人格并影响归责

“纳米技术提供了一系列的搜集、积累、分配个人信息的可能性。但是另一方面，作为被施加技术的客体，接受神经纳米技术的人可能在不久的将来会被技术性介入，并影响其精神以及大脑系统。这种可能性不仅是现实的，而且是确定的。”[8]这也就意味着，纳米科技可以导致特定大脑区域的封闭，或者阻断大脑区域之间的联系，这种可能性引起了人们对于公共政策的关注。迫使犯罪嫌疑人的人格转变的技术是否有悖于道德呢？如何让这个技术具有可信赖性呢？如果上述技术证明了涉及归责的特定心理状态的存在，那么足以作为证据吗？[9]另外一个令人关注的问题是，是否接受这个化学技术的程序是自愿履行的。我们能够想象的到，如果一个人选择接受这种技术就有可能减轻获罪，那么这个过程就可能是自愿的。这种技术手段的刑罚是否超越了宪法呢？这个问题很难回答。这种惩罚看上去并不比现在的惩罚方式残酷，但是它却产生了同样的抑制效应。改变人的动机可能是在利用神经纳米技术防止犯罪方面最可能做的事情，通过这种方法可以阻止人们的犯罪。但是，这有一个严肃的道德问题。首先，这种方式是否具有自愿的性质是需要被考虑的。在现有体制下，犯人仍然允许保持其作为人的资格，但如果他们被释放后，他们又将继续追求他们私人的欲望。我们可以换一个角度去考虑这个问题，如果我们的道德标准变化了、法律标准变化了，或者他们的欲望不再是认为是犯罪了，那么这个人就可以从监狱中释放出来了。在基于社会道德规范永久地改变犯人之前，我们需要确认这种道德是否其本身具有时间性。一个相关的问题就是关于权威和规则的道德问题：谁来决定哪个罪犯有资格被改变？这种的欲望到底有多严重以至于必须要改变？进一步分析，如果国家强制改变罪犯的等级，法官以及陪审团将不再承担将罪犯归类的任务了。这种决定可能是有偏颇的，正如我们在过去将死刑的适用与种族联系到一起一样。

神经纳米技术向人“植入”意念并影响归责

最后，神经纳米技术非常可能向人的大脑灌输某些意识。一个人希望从事某种犯罪行为的时候是伴随着对于世界的错误认识，那么这个人可能对于其危害行为负较轻的责任。这种错误认识也能导致对于精神失常的主张。对于主张精神失常很重要的一点就是被告在其从事犯罪时所表现出来的症状的性质以及严重性，仅仅存在精神病是不足够的。[10]这种精神上的疾病经常与关于精神病的抗辩相联系，比如：精神分裂症，极端紊乱，而这又通常与法律责任相联系。总之，当故意是基于错误信息，这种导致的有害行为有时候会被法律所拒绝。错误认识抗辩与精神错乱的抗辩的不同点在于，后者的错误意识是源自于内部的，而错误认识的原因是源于外部。[11]从这个分析中，我们可以判断，当某种意念得以“植入”人脑时，并且当这种意念对于损害行为非常关键时，那么行为人可能不会负刑事责任或者较轻的责任。在现有的法律体系下，很难去处理这种神经纳米技术植入的案例。一般不正常以及通常的意识没有破坏归责的问题，即使这种意识明显源自精神混乱。只有当一个人的意识显示出不正常的时候才能减轻责任。我们可以想象一下几种情形：1.甲通过煽动乙对丙的仇恨，而使得乙杀害了丙；2.甲通过引诱乙吸毒，而使得乙在幻觉中杀人；3.甲通过神经纳米技术将“杀人”的意念植入乙的意识，从而酿成杀人案。我们可以判断，第一种情况下，甲因为教唆应该承担责任[12]；第二种情况下，我们很难判定甲对于杀人的行为负担刑事责任。那么在神经纳米技术植入的情况下，如何确定责任呢？如何确定神经纳米技术所输入的是“杀人”的意识呢？界定这个问题是很困难的。神经纳米技术可能是比其他的传统医学工艺更复杂，因此发现这种效果也比发现传统医学工艺的效果更困难。如果刑法要对通过神经纳米技术而植入的意念采取不同的态度，那么法律就不得不修改，而这种修改将挑战公平的原则。

篇5

关键词：纳米技术;水产药物;综述;展望

中图分类号：R978 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.12.014

Nanotechnology in Aquacultural Drugs and Treatment

SUN Jie1， BI Xiang-dong1， YOU Hong-zheng2， DONG Shao-jie1， YANG Guang1， WU Rui1， YANG Tong-zhi1， CHEN Tian-shuo1

（1. Key Labortary of Aqua-ecology and Aquaculture of Tianjin， Department of Fisheries Sciences， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China; 2. Tianjin Fisheries Research Institute， Tianjin 300221， China）

Abstract： Nanotechnology and nano-drug were presented firstly. Secondly the advantage of nano-drug against traditional drugs was compared. Then the application of nanotechnology in aquaculture drugs was reviewed. At last， application prospect of nanotechnology in aquaculture drugs， developing direction and problems that should be paid attention were prospected.

Key words： Nanotechnology; aquaculture drugs; review; prospection

“纳米技术”（Nanoscletechnology）的概念是于上世纪90年首届国际纳米科学与纳米技术大会（美国巴尔的摩）上首次被提出来的[1]。目前，国际上公认的纳米尺度空间为0.1～100 nm，亚微米体系范围为100～1 000 nm，原子团簇的尺度空间为小于1 nm[2]。纳米技术是在纳米尺度空间研究物质（原子和分子）的物理和化学特性及它们之间的相互作用，通过一定的微细加工方式直接操纵原子、分子或原子团、分子团，使其重新排列组合，形成新的具有纳米尺度的物质或结构，进而研究其特性及其实际应用的一门新兴科学与技术[3- 4]。目前，在生物学、材料学、显微学、电子学等研究领域纳米技术已经得到了广泛的应用，取得了突破性的进展[1]。

实际上，“纳米技术”概念的提出要晚于药剂学领域里对纳米粒子的研究。药剂学领域早在上世纪70年代便已经对纳米球、纳米脂质体聚合物和纳米囊等多种类型的纳米载体进行了广泛研究[2]。近年来，纳米技术在药物领域的研究和应用已逐渐成为热点，对该领域产生了深远的影响，催生了“纳米药物”的诞生。纳米药物的粒子存在的形式包括两大类：纳米晶体药物（其制作方式是将原料药物通过一定技术手段直接加工成的纳米粒）和纳米载体药物（以纳米级高分子纳米粒、纳米球、纳米囊等为载体，药物分散在载体中纳米化）[1， 4-5]。有学者认为纳米药物粒径可能超过100 nm，但通常应小于500 nm[4]。包括大小在100 nm以上的亚米微粒子，空间尺度在1～1 000 nm的药物在药物传输系统一般被界定为纳米粒[2]。

1 与传统药物相比较纳米药物的优势

1.1 特殊表面效应及小尺寸效应

纳米药物的分散粒径在1～100 nm之间，使它具有特殊的表面效应和小尺寸效应等。在传统给药形式中，药物是以游离分子态的形式被吸收，而纳米药物以纳米聚集态的形式兼有分子态的形式被吸收。这使其具有了不同的体内过程，进而能够产生特殊的生物学活性[6]。较之传统常规药物，颗粒小、活性中心多、表面反应活性高、吸附能力强、催化效率高等特点是纳米药物所具备的主要优点[4]。

粒径达到纳米水平的药物颗粒的总表面积大幅度加大，提高了药物的溶出速率，增大了给药部位的接触面积，进而提高了药物的单位面积浓度。通过对纳米药物表面进行修饰，可以改变其表面特性，从而实现药物长循环的效果[4]。纳米药物的粒度处于亚微粒水平，且完整的多聚粒是胃肠道易吸收的形式。因而纳米药物可以通过胃肠道中淋巴样组织的集结淋巴结内 M细胞的机制摄取，实现减弱药物的首过效应，以提高其的生物利用度[6]。机体不易将纳米颗粒当作异物排斥，纳米药物对于机体组织、血液和免疫系统等均具有良好的生物兼容性。纳米药物亲水性的表面可以使其免于单核细胞吞噬系统的吞噬，因而纳米药物在血液中具有较长的循环时间[7]。上述原因使纳米药物在药代动力学及药效动力学方面受到医药界的高度重视[1]。

1.2 载体的优势

目前，纳米药物载体的主要种类有纳米囊、纳米脂质体、聚合物胶束和纳米球等，均具有类似生物膜性质的磷脂双分子层结构[6]。其突出优点在于：控制药物进入特定的靶器官或靶细胞，实现药物的靶向输送;药物通过纳米载体的囊壁渗透、沥滤、扩散，或通过被溶蚀的基质释放，避免了药物被体内的各种酶类水解，在延长其作用时间的同时，还提高了其稳定性及生物口服利用度;纳米载体材料可生物降解，无毒或毒性较低[8-9]。

载药纳米粒子通过改变生物膜运转机制，提高了药物对于生物膜的通透性，使其可以通过简单扩散或渗透的形式穿过生物膜。载药纳米粒子粒径小且具有良好的黏附性，延长了药物与吸收部位的接触时间，使吸收部位上皮组织黏液层中的药物浓度增加，并延长了药物半衰期，从而提高了药物的生物利用度。上述优点使得纳米药物可以减少使用剂量并保证作用效果，进而减轻甚至避免药物的毒副作用[4， 8]。

2 水产药物领域的纳米技术

20世纪50年代，我国开始进行水产病害研究工作。20世纪80年代以后，鱼药的开发逐渐形成了产业。与水产鱼药有关的开发和研究工作仍处于较浅的层次[10]。综合现有资料，纳米技术在水产药物方面的应用有以下几个方面。

2.1 环境改良剂

环境改良剂以改善养殖水体为主要目的。目前环境改良剂主要包括水质改良剂、底质改良剂和微生态制剂等类型，但采用纳米技术的只有净水剂。综合使用效果和成本分析，纳米级高效净水剂具有净水效果好、综合成本低和应用范围广等优点。纳米级净水剂通过在极短时间内与养殖水充分混和、絮凝和沉淀，去除水中的异臭、悬浮物、异味及大部分杂质，其净水效果可达到普通净水剂的10～20倍。通过具有纳米级孔径的过滤装置，水中的细菌、病毒等微生物可被除去，从而实现了高效的净水效果[11]。

2.2 消毒剂

消毒剂是指以杀灭水体中的病原微生物为目的的药物。水产药物中的消毒剂主要包括酚类、氯制剂、碘制剂和季胺盐类等[10]。现有药物在实际使用过程中均存在不同程度的诸如稳定性差、作用范围窄、效果不显著等缺陷。目前已经开发应用的水产纳米消毒剂种类较少，常见的有纳米碘，主要成分是纳米碘、季胺盐和WEQ等。通过对碘表面使用具表面活的非离子表面活性剂高分子化合物进行处理，在碘粒子表面形成一层由分散剂组成的保护膜，减弱或屏蔽了粒子间的缔合力，避免了粒子团聚，由此迅速增强碘制剂的杀菌能力和穿透性，并减少了药物有效成分的浪费;一般情况下高分子呈现卷曲状态，可以使用特殊的工艺技术，将碘微粒嵌入其中，以提高药物的稳定性和活性，增加其水溶性并减少药物的刺激性，同时可以达到缓释的效果[12]。

2.3 抗病原微生物类药物

抗病原微生物类药物通过内服或注射的方式给药，起到杀灭或抑制体内病原微生物繁殖和生长的作用[10]。此类药物主要分为抗菌药、抗真菌药和抗病毒药。水产养殖中使用量最大、范围最广的抗菌药有抗生素类、磺胺类、呋喃类和喹诺酮类[13]。

目前，抗生素使用中的药物残留问题、交叉耐药性问题和多元耐药性问题在医药与兽药中普遍存在。更为严重的问题是，人在食用了残留有抗生素的畜禽及其制品后会引起对相关抗生素的敏感性降低[1]。早在20世纪90年代，我国学者就指出由于多种抗生素频繁在鳗鲡养殖中使用，导致鳗鲡病原菌对常用抗菌药产生了严重的抗药性，耐药范围达到了42.5%～90.9%，平均耐药率更是达到69.4%[14]。Inglis[15]从患疖疮病的大西洋鱿分离到304株杀蛙气单胞菌，其中55%的菌株对土霉素具有抗药性，有37%的菌株对于抗生素嗯哇酸出现耐药性，且有94.7%的耐药菌株在次年仍被发现。上述情况使得养殖动物疾病防治工作开展较为困难。具抗药性的水产动物病原微生物如果传播到其他水生生物或陆地动物，也将危害人、畜、兽及农作物[16]。

纳米技术的出现，为解决病原菌抗药性问题带来了新的思路。杨雪峰等[17]的研究指出制备恩诺沙星纳米乳的最佳纳米乳处方为肉豆蔻酸异丙酯 （IPM）、聚氧乙烯蓖麻油-40 （EL-40）、乙酸 （HAc） 和水，以此处方制备的恩诺沙星纳米乳对大肠杆菌ATCC25922和金黄色葡萄球菌ATCC25923的最小抑菌浓度 （MIC） 均为其原料药MIC的1/2。但是也有研究指出，由十六烷基碳脂肪酸为配方的恩诺沙星脂质纳米乳剂，利用金黄色葡萄球菌测定其 MIC 为0.25 μg・mL-1，与普通恩诺沙星药物的值接近[18]。这表明，抗菌药物纳米化后是否能够增强药性，与其采用的纳米配方有关。宁二娟等[19]以聚乳酸为载体材料，采用溶剂挥发法制备的恩诺沙星聚乳酸纳米粒的包封率平均为71.0%，载药量平均为11.3%，平均粒径为66.8 nm，粒径范围为30.0～117.5 nm，电子透射显微镜下观察纳米粒，基本呈较光滑圆整的球形，较均匀，且粒径分布较窄。Bariak等[20]在研究中报道了一种新型纳米管药物，可以杀死包括对传统抗生素形成抗药性的细菌。这表明可以通过对纳米药物进行修饰提高其抗菌和抑菌效果[1]。

现有的纳米抗菌剂还有纳米TiO2、纳米ZnO和纳米SiO2及其银系纳米复合粉等。上述药物具有量子尺寸效应、巨大的比表面积和独特的抗菌机制，较传统抗菌剂、有机类和天然类抗菌剂其综合抗菌效果更佳优良。其中纳米ZnO因为具有一般ZnO无法比拟的优越性而被称为面向21 世纪的新饲料业产品。纳米ZnO化学活性极强，可以与多种有机物（包括细菌内的有机物）发生氧化反应，杀死大部分的细菌和病毒。将纳米氧化锌拌入饲料投喂，鱼类不会产生耐药性[21]。SiO2银系纳米复合粉体是一种无机纳米抗菌剂，通过离子交换的方法在纳米材料的基础上制得。使用时，SiO2银系纳米复合粉体中可缓释银离子，通过银离子进入微生物细胞内破坏其蛋白质结构，引起细胞的代谢障碍，从而达到杀菌的目的。其杀菌效果集安全性、广谱性为一体，较常规的银系无机抗菌剂具更好的抗菌效果和更长的抗菌时间[22]。

2.4 杀虫药

杀虫药通过药浴或内服的方式给药，作用是杀死或驱除养殖动物体内外的寄生虫并杀灭水体中有害无脊椎动物[10]。常用的杀虫药包括硫酸亚铁、硫酸铜、有机磷杀虫药（敌百虫）、抑除虫菊脂杀虫药和有机氯杀虫药等。其中敌百虫因具有毒性较低、药残少、残留时间较短的优点被广泛地适用于水产动物体外寄生虫（甲壳类、单殖吸虫及部分肠道寄生的蠕虫等）的防治[13]。

由于兽医临床和畜牧业生产中杀虫药的广泛应用，以及药物滥用和错误使用，使得水产杀虫药同样面临病原虫抗药性问题。例如敌百虫对金鱼指环虫病的治疗效果已经大打折扣，很多情况下养殖户使用了正常剂量的3～5倍都得不到很好的疗效。甚至发生过因药剂量太大引起金鱼中毒死亡的事件。目前纳米化水产杀虫驱虫药并不多见，在这方面还有很多工作有待开展。

2.5 中草药类水产药物

中草药类水产药物是天然药物，用以水产养殖动物的疾病防治或健康改善，其形式一般是经加工或未经加工的药用植物[10]。中草药用于水产动物疾病治疗是近年来的研究热点之一。鱼药中的中草药从功能上分为抗细菌类（如大黄、黄连、大青叶等）、抗真菌类（如白头翁、苦参等）、抗病毒类（如板蓝根、野菌等）和杀虫类（如苦楠皮、使君子等）[10]。另外，有学者报道五倍子、黄芩、诃子、乌梅、石榴皮五种中草药对迟缓爱德华氏菌（Edwardsiella tarda）和嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）的体外起不同程度的抑菌效果[23]。丁香、薄荷、八角和黄连对丁i具较好的诱食效果[24]。

1998 年国内学者通过将牛黄加工至纳米级水平，使其理化性质发生变化，发现其疗效得到了提高，且具有一定的靶向性和新作用，遂提出“纳米中药”一词。研究表明纳米级的中药在化学、物理和生物学特性方面可出现较大变化，从而出现新的效果。较传统的中药，纳米中药在生物利用度、靶向性和低不良反应方面具有明显的优势[25]。梅之南等[26]通过纳米技术将雷公藤内酯醇制成固体脂质纳米粒，减少了服药小鼠体内 MDA 的产生量。这表明固体脂质纳米粒可通过减少小鼠体内雷公藤内酯醇的脂质过氧化反应，降低雷公藤内酯醇对肝脏的毒性。王俊平[27]使用纳米技术用薏米仁油制备紫杉醇微乳，发现给药后的紫杉醇组动物于第 5 天开始死亡，于第 14 天死亡率达到 90%;而紫杉醇微乳组动物在 14 d 内未出现死亡。这说明纳米技术可以显著降低紫杉醇的毒性。

纳米化水产中草药鲜见于报道，笔者所在研究团队采用处方为表面活性剂吐温-80、助表面活性剂甘油、油相大豆油及水成功制备出高效抑杀养殖水体有害藻类的纳米药物―盐酸小檗碱纳米乳，可显著提高中草药小檗碱的抑藻率，有效控制养殖水体有害蓝藻的爆发。我们采用处方为表面活性剂聚氧乙烯蓖麻油-40、助表面活性剂乙酸、油相肉豆蔻酸异丙酯及水成功制备出高效的抗菌纳米药物―肉桂醛纳米乳等系列水产用纳米药物，可显著增加养殖动物对抗菌药物的吸收利用率，大幅降低养殖上述药物的最小抑菌浓度，提高养殖动物细菌性疾病的防治率，增加养殖产量。

3 展 望

我国人口众多，水产自然资源相对贫乏，紧靠捕捞不足以满足人们对水产品日益增长的需求。近年来，水产养殖技术发展较快，产量逐年提高。随着养殖模式不断改进，高密度的集约养殖和立体养殖技术被广泛应用，新品种引进和原有品种改良，新病原入侵、病原对现有鱼药产生抗药性和环境安全性等问题逐步显现。现有鱼药体系已逐渐不能满足水产行业发展的需求，这对水产病害的研究工作和新型鱼药的开发提出了更高的要求。纳米技术在鱼药开发和生产中的应用有望成为解决上述问题的有效途径之一。

目前，鱼药纳米化正处于起步探索阶段，其进程落后于其他兽药，较之医药领域差距更大。纳米化鱼药的研发可以参照其他兽药和医药纳米化研究中取得的宝贵经验和成果，在纳米晶体药物微粉方法、纳米载体配方、新纳米载体研发等方面进行有益的探索。

据报道，约40%具有活性的候选药物由于在水中溶解度低[28]。溶解控制是难溶性药物在体内被吸收的限速步骤。通过加大药物溶出速率可显著的提高其生物利用度。通过纳米技术减小药物粒径可增加其比表面积，例如将药物的粒径由10 μm 降低至200 nm，可增加其比表面积50倍，而难溶性药物的生物利用度与其比表面积大小密切相关。这表明可以通过纳米技术提高难溶性药物的溶解速率进而改善其生物利用度[29]。纳米级超细微粒状态的难溶性药物和生物大分子的溶解度增大，附着性增强，吸收率提高，有效地增强了疗效[5]。综上所述，纳米技术的出现为新型鱼药的开发提供了技术支持。

任何事物都有其两面性。有研究指出中性和低浓度的阴性纳米粒子不会威胁到血脑屏障，而纳米粒子的表面电荷使得阳性和高浓度的阴性纳米粒子对血脑屏障具有毒性。有研究指出纳米粒子对空气、水和土壤均可产生影响，可在食物链中累积，这可能严重威胁到自然中的生物和人类的健康[30]。这提示我们在开发纳米鱼药的同时也应该关注鱼药纳米化后其自身毒性和生态毒性等方面的变化。

参考文献：

[1] 张继瑜， 刘根新， 吴培星， 等. 纳米药物的研究现状与展望[J]. 安徽农学通报， 2007， 13（18）： 139-142.

[2] 平其能. 纳米药物和纳米载体系统[J]. 中国新药杂志， 2002， 11（1）： 42-46.

[3] 马国， 邓盛齐. 纳米技术在药学中的研究应用进展[J]. 国外医药抗生素分册， 2004， 25（5）： 233-237.

[4] 王子妤， 张东升. 纳米药物的研究进展[J]. 东南大学学报（医学版）， 2004， 23（2）： 131-135.

[5] 周丽莉， 礼彤， 王立红， 等. 超临界流体技术在纳米药物制剂中的应用[J]. 中国药剂学杂志， 2005， 3（6）：341-345.

[6] KAKUMANU V K， ARORA V， BANSAL A K. Investigation of factors responsible for low oral bioavailability of cefpodoximeproxetil[J]. Int J Pharm， 2006， 317（2）： 155-160.

[7] 谭文超， 左金梁， 吴秀君. 纳米药物的药动学研究概况分析[J]. 实用药物与临床， 2014， 17（7）： 906-910.

[8] 阚思行， 王晓文， 唐劲天， 等. 纳米药物控释系统研究进展[J]. 药学学报， 2009， 25（2）： 169-171.

[9] 易承学， 余江南， 徐希明. 纳米药物载体在中药制剂研发中的应用[J]. 中国中药杂志， 2008， 33（16）： 1936-1940.

[10] 陈鹏飞. 鱼病流行现状与鱼药的开发利用[J]. 中国动物保健， 2003（23）： 32-36.

[11] 王维一. 纳米技术及其在水处理等方面的应用[J]. 城市给水， 2001， 15（1）： 25-26.

[12] 叶金明， 郑宗林. 纳米技术在水产养殖中的应用展望[J]. 科学养鱼， 2006（11）：6-7.

[13] 李辉华， 王广军. 常用鱼药的分类及在使用中存在的问题[J]. 水利渔业， 2001， 21（2）： 44-45.

[14] 陈会波， 林阳东， 翁玲， 等. 鳗鲡赤鳍病病原菌的分离鉴定和耐药性的研究[J]. 水生生物学报， 1992， 16（1）： 40-46.

[15] INGLIS V. Antibiotic resistance of Aeromonas salmonicida isolated from Atlantic salmon， Salmo salar L. in Scotland[J]. J of Fish Diseases， 1991（14）： 353-358.

[16] 樊海平. 水产药物开发的几个问题[J]. 海洋湖沼通报， 1994（1）：94-98.

[17] 杨雪峰， 齐永华， 宁红梅， 等. 恩诺沙星纳米乳的制备及其质量评价[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版）， 2012， 38（6）： 693-699.

[18] 杨春蕾， 李丽娟， 周文忠， 等. 恩诺沙星脂质纳米乳剂对断奶仔猪血液生化指标的影响[J]. 中国兽药杂志， 2012， 46（11）： 20-23.

[19] 宁二娟， 刘慧娜， 蔡源源， 等. 恩诺沙星纳米粒的制备及其药剂学性质研究[J]. 河南大学学报（医学版）， 2008， 27（1）： 28-30.

[20] BARIAK J M， GHADIRI M R. Self-assembly of peptide based nanotubles [J]. Materials science and engineering， 1997（4）： 207-211.

[21] 周进， 黄停 宋晓玲. 纳米科技在水产养殖中的应用前景[J]. 农业新技术， 2003（5）： 36-38.

[22] 江勇， 孙丽娜， 边连全. 纳米科技在水产养殖中的应用[J]. 中国畜牧兽医， 2005， 32（2）： 16-18.

[23] 马玉和， 王庆奎， 郭永军， 等. 5种中草药对迟缓爱德华氏菌和嗜水气单胞菌抑菌效果的比较[J]. 饲料工业， 2014， 35（6）： 51-54.

[24] 白东清， 王凤霞， 郭永军， 等. 中草药对丁i诱食效果的初步研究[J]. 天津农学院学报， 2009， 16（1）： 5-8.

[25] 吴芸， 严国俊， 蔡宝昌. 纳米技术在中药领域的研究进展[J]. 中草药， 2011， 42（2）： 403-408.

[26] 王俊平， 王玮， 赵丽妮. 紫杉醇微乳抗肿瘤作用的研究[J]. 中国现代医药杂志， 2009， 2（11）： 10-12.

[27] 郭义明， 赵敬哲， 于开锋， 等. 矿物药炉甘石成分分析及其纳米形态的抑菌活性研究[J]. 高等学校化学学报， 2005， 26（2）： 209-212.

[28] LIPINSKI C A. Drug-like properties and the causes of poor solubility and poor permeability[J]. J Pharacol Toxicol Methods， 2000， 44（1）： 235-249.

篇6

随着科学技术的飞速发展，电子、通信、航天、航空等高新技术产业的迅速崛起，尤其是电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化、多功能及智能化，高密度集成电路已成为电子工业对上述要求中不可缺少的器件。这种器件具有线间距短、线细、集成度高、运算速度快、低功率和输入阻抗高的特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感。静电放电是导致元器件击穿危害和对电子设备的运行产生干扰的主要原因。ESD持续影响半导体制造业、半导体组件和系统。本书介绍了静电放电ESD、过电应力EOS、电磁干扰EMI和电磁兼容EMC的基本原理，同时概述了半导体的制造环境及最终的系统组装，并通过特定技术、电路和芯片的实例，提出了静电防护网络的一种新方法。

全书由7章组成：1.静电学原理：以富兰克林、法拉第、麦克斯韦等几位著名的科学家为例介绍了静电学的基本知识和发展历史，然后谈到了当今静电学的热点问题；2.制造业和静电学基础：讨论了生产环境中的静电放电控制问题；3.详细地阐述了静电放电、过电应力、电磁干扰和电磁兼容的概念；4.系统级静电放电防护：简要介绍了服务器、笔记本电脑、手持设备、手机、磁盘驱动器、数码相机、汽车和空间应用中的静电问题，讨论了系统级ESD测试问题；5.组件级静电放电问题和解决方案：重点讨论了芯片上的ESD保护网络、ESD电路示意图和半导体芯片布图规划；6.系统级静电放电问题和解决方案：重点是系统级解决方案，同时对系统级电磁兼容扫描技术等新概念进行了讨论；7.静电放电问题的未来：重点讨论了现在和未来纳米技术的ESD防护。

本书从半导体制造到产品使用方面对作者的ESD防护系列丛书进行了补充。它的独特之处在于覆盖了半导体芯片制造问题、半导体芯片的设计和现今所遇到的系统问题，以及未来的ESD现象和纳米技术的发展。本书深入浅出，层次分明，可作为电力电子、电气工程、半导体制造、纳米技术等领域的研究生和科研人员很好的参考书。

篇7

[摘要]目前，我国制造的多是高消耗、低附加值产品，处于技术链和价值链的低端；为此，必须用科学发展观指导制造业运行，转变制造业增长方式，着重发展处于技术链高端的微型系统制造技术、超精密加工技术和省耗绿色制造技术等现代制造技术，促使制造业向技术链高端延伸。

[关键词]制造业；增长方式；发展战略；思路

一、转变制造业增长方式的紧迫性

目前，我国制造业已有较好基础，并已成为世界制造大国，工业增加值居世界第四位，约为美国的1/4、日本的1／2，与德国接近。产量居世界第—的有80多种产品。然而，我国制造的多是高消耗、低附加值产品，大量产品处于技术链和价值链的低端。在代表制造业发展方向和技术水平的装备制造业，我国的落后状况尤其明显，大多数装备生产企业没有核心技术和自主知识产权。同时，我国制造业劳动生产率水平偏低，许多部门的劳动生产率仅及美国、日本和德国的1／10，甚至低于马来西亚和印度尼西亚。这一差距，尤其明显地表现在资本密集型和知识密集型产业上。在此条件—卜，我国制造业不能继续在技术链低端延伸，不能依靠高消耗获得更多低附加值产品，必须用科学发展观指导制造业运行，转变制造业增长方式。

二、转变制造业增长方式必须发展现代制造技术

产品技术链，没有一个固化的定式，但总是由低端向高端发展。近年，它正伴随着现代制造技术的进步不断向高端延伸。目前，制造业技术链高端几乎被现代技术垄断，处于技术链高端的产品几乎都是由现代技术制造出来的。所以，要转变我国制造业增长方式，必须抓紧发展现代制造技术，通过现代技术促使制造业及其产品向技术链高端延伸，以便降低技术链低端产品的比重，相应提高技术链高端产品的比重。

在知识经济时代到来之际，微电子技术、光电子技术、生物技术、高分子化学工程技术、新型材料技术、原子能利用技术、航空航天技术和海洋开发工程技术等高新技术迅猛发展。以计算机广泛应用为基础的自动化技术和信息技术，与高新技术及传统制造方法结合起来，便产生了现代制造技术。

现代制造技术，保留和继承了传统制造技术的产品创新要求，如增加现有产品的功能，扩大现行产品的效用：增多现有产品的品种、款式和规格：缩小原产品的体积，减轻原产品的重量：简化产品结构，使产品零部件标准化、系列化、通用化：提高现有产品的功效，使之节能省耗等。但是，现代制造技术，在制造范畴的内涵与外延、制造工艺、制造系统和制造模式等方面，与传统制造技术均有重人差别。

在现代制造技术视野中，制造不是单纯把原料加工为成品的生产过程，它包括产品从构思设计到最终退出市场的整个生命周期，涉及产品的构思、构思方案筛选、确定产品概念、效益分析、设计制造和鉴定样品、市场试销、正式投产，以及产品的售前和售后服务等环节。

在现代制造技术视野中，制造不是单纯使用机械加工方法的生产过程，它除了机械加工方法外，还运用光电子加工方法、电子束加工方法、离子束加I：方法、硅微加工方法、电化学加工方法等，往往形成光、机、电一体化的工艺流程和加工系统。

三、发展现代制造技术的重点方向

现代制造技术正在朝着自动化、智能化、柔性化、集成化、精密化、微型化、清洁化、艺术化、个性化、高效化方向发展。为了转变制造业增长方式，促使制造业向技术链高端延伸，我国宜着重发展以下现代制造技术。

(一)以纳米技术为基础的微型系统制造技术

“纳米”是英文nan。meter的译名，是一种度量单位，是十亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。纳米技术，表现为在纳米尺度(0．1nm到100nm之间)内研究物质的相互作用和运动规律，以及把它应用于实际的技术。其基本含义是在纳米尺寸范围认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新的物质。纳米技术以混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学等现代科学为理论基础，以计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术等现代技术为操作手段，是现代科学与现代技术相结合的产物。

纳米技术主要包括：纳米材料学(nanomaterials)、纳米动力学(nanodynamics)、纳内米电子学(nanoclectronics)、纳米生物学(nanobi010gy)和纳米药物学(nan。pharmics)。就制造技术角度来说，它主要含有纳米设计技术、纳米加工技术、纳米装配技术、纳米测量技术、纳米材料技术、纳米机械技术等。以纳米技术为基础，在纳米尺度上把机械技术与电子技术有机融合起来，便产生了微型系统制造技术。

自从硅微型压力传感器，作为第一个微型系统制造产品问世以来，相继研制成功微型齿轮、微型齿轮泵、微型气动涡轮及联接件、硅微型静电电机、微型加速度计等一系列这方面的产品。美国航空航天局运用微型系统制造技术，推出的一款微型卫星，其体积只相当于一枚25美分的硬币。

微型系统制造技术，对制造业的发展产生了巨大影响，已在航天航空、国防安全、医疗、生物等领域崭露头角，并在不断扩大应用范围。

(二)以电子束和离子束等加工为特色的超精密加工技术

超精密加工技术，一般表现为被加工对象的尺寸和形位精度达到零点几微米，表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术。

这项技术包括超精密切削、超精密磨削、研磨和抛光、超精密微细加工等内容，主要用于超精密光学零件、超精密异形零件、超精密偶件和微机电产品等加工。

电广束、离子束、激光束等加工技术，通常出现在超精密微细加上领域，用来制造为集成电路配套的微小型传感器、执行器等新兴微机电产品，以及硅光刻技术和其他微细加工技术的生产设备、检测设备等。20世纪80年代以来，超精密加工技术，在超精密加工机床等设备、超精密加工刀具与加工工艺、超精密加工测量和控制，以及超精密加工所需要的恒温、隔热、洁净之类环境控制等方面，取得了一系列突破性进展。超精密加工技术投资大、风险高，但增值额和回报率也高得惊人。近来，发达国家把它作为提升国力的尖端技术竞相发展，前景非常好。

(三)以节约资源和保护环境为前提的省耗绿色制造技术

篇8

1.1纳米技术

纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。

1.2纳米材料

纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。

2纳米材料在涂料领域中的应用

现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。

2.1纳米TiO2在涂料中的应用

2.1.1随角异色效应

由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。

2.1.2抗老化性能

提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。

2.1.3抗菌杀毒

纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]

纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。

2.2纳米SiO2在涂料中的应用

纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。

欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。

2.3纳米ZnO在涂料中的应用

纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能

2.4纳米氧化铁在涂料中的应用

纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。

2.5纳米CaCO3在涂料中的应用

纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。

杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。

2.6其它新型纳米涂料

纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。

3纳米涂料研究中存在的技术问题

首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。

4纳米技术在涂料领域的应用展望

今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）加强纳米材料表征方法和测试技术的研究。即为了能更好地利用纳米材料的特殊性能，必须研究新的测试手段对纳米材料进行研究，并将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，并逐渐实现纳米技术的工业化、商品化，从而改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。

篇9

Design, Modeling and

Characterization of

Bio-Nanorobotic Systems

2011

Hardcover

ISBN 9789048131792

纳米机器人的研制属于分子仿生学的范畴，是根据分子水平的生物学原理为设计原型，在纳米尺度上应用生物学原理，研制可编程的分子机器人，是纳米机械装置与生物系统有机结合的产物。在生物医学上，科学家们利用纳米技术制造纳米机器人，让它在人的血管网络中漫游，进行巡逻和检查，尽早发现异常细胞，而且可以对人体内细胞组织进行修复。它不仅可以完成早期诊断工作，更重要的是可以充当微型医生而发挥治疗作用，解决传统医生难以解决的问题，如：杀死癌细胞、疏通血栓、清除动脉脂肪沉积物等。纳米机器人发展到现在大致分成三代：第一代，是把生物系统和机械系统有机结合的新系统；第二代，是由原子或者分子装配成的具有特定功能的纳米尺度的分子装置；第三代，可能是包含有纳米计算机的一种可以进行人机对话的装置。

纳米机器人代表了一种纳米级器件。在这个器件中诸如DNA的蛋白质和碳纳米管可以充当马达、机械接头、传动元件或传感器。当这些不同的组件组合在一起时，它们可以形成多度自由的纳米机器人，能够在纳米世界中对对象施加力以及进行操纵。本书重点讲述了两种纳米机器人的研究方法。第一种方法：结合虚拟现实的先进技术的多尺度建模工具（量子力学，分子动力学，连续介质力学）。为了设计和评估分子机器人的特点，本书提出了互动基于纳米物理的仿真。这种仿真允许在分子动力学模拟时带有实时力反馈和图形显示的操纵分子、蛋白质和工程材料。第二种方法：使用一种新的协同原型方法，具体表现为纳米机器人的多尺度模型与实验测量的耦合。本书通过5章来说明上述两种方法，1.纳米机器人组件与设计发展现状，主要介绍了纳米机器人设备结构、生物纳米技术设计的虚拟现实技术、建模和表征方法；2.生物纳米器件和纳米机器人设计和表征方法，主要讲述了生物纳米器件的设计和表征方法、纳米机器人结构的协同原型；3.生物纳米机器人结构的设计和计算分析，主要讲述了基于蛋白质的纳米弹簧的表征，基于蛋白质的纳米机械的多尺度设计和建模、DNA纳米机器人、用DNA激励的线性纳米管马达的设计和计算分析、药物输送中应用的多尺度平台的表征；4.纳米结构的表征与原型，基于直线轴承的NEMS表征，基于主管到主管碳纳米管梭旋转马达的设计， 通过碳纳米管的阿克物质传输和汽化；5.结论和展望，对本书的内容进行了总结，对纳米机器人的发展进行了展望。

本书以实现在纳米机器人系统内的最优纳米级运动为目标，研究了生物和人造分子结构的设计、组装、仿真以及原型，提出了一个新的基于DNA的纳米机器人、生物纳米执行器和基于碳纳米管的旋转纳米器件的概念，所提出的平台有助于表征新型药物输送系统和细胞膜之间的相互作用，是从事纳米机器人学研究的相关科研人员与工程师的很好的参考书。

作者Mustapha Hamdi和 Antoine Ferreira在法国布尔日国立高等工程师学校工作，主要从事机器人及医学成像技术研究。

杜利东，助理研究员

（中国科学院电子学研究所）

篇10

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。

1.在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。

2.在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。

3.在其它精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。

4.在医药方面的应用

21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。

微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。

纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。