纳米材料与生物技术new1.ppt

纳米材料与生物技术 纳米材料的制备技术、检测及表征 纳米材料在液相中的合成 纳米粒子在水相中形成的反应机理 例：已知：（a）0.25M Ti4+水体系20 ml在pH11.0时140℃下陈化72小时所得TiO2纳米颗粒的直径为60.0 nm；（b）0.25M Ti4+水体系20 ml在pH1.0时140℃下陈化72小时所得TiO2纳米颗粒的直径为5.0 nm。问：如果TiO2在水相中的形成遵循表面反应控制模型，那么在（a）条件下体系中加入0.1 ml（b）条件下的产物并保持pH11.0，则得到的TiO2纳米颗粒的大小是多少？假设颗粒为球状。 表面反应控制模型 解：Do=60.0 nm， Ds=5.0nm，M为TiO2的分子量，ρ为其密度 在（a）中，纳米颗粒自成核的数目No为： No=0.02*0.25*M/(ρ *1.33π(0.5D0)3). 种子的数目Ns为：Ns=0.0001*0.25*M/(ρ *1.33π(0.5Ds)3). 在种子的加入不影响颗粒的自成核的情况下，最后生成的颗粒大小为D，总数为N，则： N=（0.02+0.0001）*0.25*M/(ρ *1.33π(0.5D)3)= No+Ns=0.02*0.25*M/(ρ *1.33π(0.5D0)3)+. 0.0001*0.25*M/(ρ *1.33π(0.5Ds)3). 所以： D3=（0.02+0.0001）/(0.02/Do3+. 0.0001/Ds3)=Ds3*20.1/[(20*(Ds/D0)3+0.1] D=Ds*{20.1/[(20*(Ds/D0)3+0.1]}1/3=28.24 (nm) 如果全部忽略颗粒的自成核的情况下，D=29.29 nm。 在液相中形成的纳米材料大小的控制 在加入不同数量种子的情况下， 实验结果 Effect of the seeds on the yield of TiO2and the particle size at pH 11.5 种晶效应：加速纳米粒子的形成 纳米粒子的形状的控制 通常在形成过程中为保持颗粒最小的Gibbs 自由能而保持一定的形态，从而保持在最稳定态。（来自颗粒本性的影响和要求） 由于在不同晶面上对某种添加剂的吸附能力不同而造成了晶体的各向异性生长。（来自外界的影响） 椭球状纳米粒子的形成 立方体状纳米粒子的形成 纳米粒子的形成控制机理： TEOA对不同形状TiO2纳米颗粒的吸附等温线 油酸钠对不同形状TiO2纳米粒子的吸附等温线 参考资料 纳米材料制备技术 王世敏, 许祖勋等编 化学工业出版社 2002年 For example 　　羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,简称HAP)是人体和动物骨骼的主要无机成分。它含有人体组织所必需的钙和磷元素,且不含其它有害元素。 HAP烧结体与三磷酸钙、生物玻璃等表现有同样的生物亲和性。植入体内后,在体液的作用下,钙和磷会游离出材料表面,被机体组织所吸收,并能与人体骨骼组织形成化学键结合,生长出新的组织。因此,羟基磷灰石陶瓷是目前公认的具有良好的生物相容性,并具有骨引导性,即生物活性的陶瓷材料。 纳米羟基磷灰石/碳纳米管复合陶瓷材料的制备与研究 For example近年来,人们逐渐认识到许多材料细化到纳米量级性能可能发生突变,包括某些机械性能。HAP颗粒越小,骨植入体的扭转模量、拉伸模量和拉伸强度就越高,疲劳抗力也相应提高。因此,合成纳米级HAP将有利于改善骨植入体的力学性能。此外,HAP纳米粉体对不同癌细胞尚有一定的抑制作用;并有望提高骨缺陷填充的愈合速度。 纳米羟基磷灰石/碳纳米管复合陶瓷材料的制备与研究 For example 必须提高羟基磷灰石陶瓷力学性能 人工合成的羟基磷灰石粉末具有优良 的生物相容性和生物活性,可用来制备各种 硬组织植入材料。然而,目前这类骨植入材料因强度 偏低,尤其是脆性太大尚难应用于人体承载部位。 For example 提高羟基磷灰石陶瓷力学性能的途径 晶须增韧羟基磷灰石基复相陶瓷 　使用高强的第二相进行增韧 预烧增韧 加入烧结助剂促进烧结 稀土增韧 For example 炭在生物化学方面，属惰性材料。在生物力学上，它能适应许多具体使用的要求，承受一定载荷。它与其它的生物材料相比，特别应当提出的是炭材料的弹性模量与骨匹配良好，对疲劳加载不很敏感。 由于炭质轻，在人体中具有较优良的生理相容性，表面状态和材料结构的可设计性，一定程度上能自润滑，因而是人类器官代用品良好材料之一。 炭材料在生物方面的应用 For example 德国马克斯-普朗克协会下属固体研究所与美国、澳大利亚和意大利同行合作研究出人造肌肉纤维，它以近年来倍受人们注目的纳米碳管为成份，其伸缩性和灵敏度超过迄今的任何人造材料，这种人造肌