纳米流体技术的特点精选(九篇)

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第1篇：纳米流体技术的特点范文

产品应用及技术进步，是一个古老而新兴的话题，典籍中早就有“木牛流马”等减少磨损，提高效率的记录。进入21世纪以来，世界经济飞速发展，伴随着现代工业技术的发展，工业机械设备向着大功率小型化、自动化、高精度、缩小体积、减轻重量、增大功率、提高效率、增加可靠性的方向不断发展，摩擦部件设计更为复杂、承受更大的载荷、更高的温度、更恶劣的环境，技术及产品对现代设备设计、制造、运输、管理，以及能源等国民经济各相关产业发展的巨大牵制影响已经非常显现。随着工业文明水平的不断提高，人们对产品的性能提出了更高要求，产品的主要使用性能和内涵也发生着巨大的变化。有专家指出“极压抗磨”性能的突破，是技术突破的单元技术核心，这将是技术的一次革命。

近几十年来，多种抗磨剂产品在市场涌现，国内外政府和科研机构也纷纷投入大量资金，开展先进技术的研究，虽然在“抗磨添加剂”技术开发方面取得了多项重要成果，在理论研究方面也取得了长足进展。但“抗磨添加剂”的“极压”性能还不够理想，特别在工业应用方面尚有待突破。长期以来，由于我国缺乏高性能油脂，工业领域设备的重要部位只能使用昂贵的进口油脂，但这些进口产品也只是一般理化性能优于国内同类产品，而在“极压抗磨”性能方面与国内产品相比并没有太大的突破，难以满足高低温、高低速、重载、超高真空等苛刻条件下的，而且价格昂贵，直接提高了生产成本，从某种程度上讲，也制约了我国工业发展的速度。所以，技术的突破对于加速我国工业文明意义重大，应该引起广泛关注。

一般来讲，油技术的发展主要来自于两个方面：一是通过基础油生产技术的改进来提高基础油的品质，二是通过油配方技术的改进来提高产品的性能。基础油的生产技术是基础，添加剂是关键，是改善油性能的核心。产品的每一次升级换代都是在添加剂技术获得突破的基础上实现的。现代技术性能突破的核心，就是产品在极限压力条件下的抗磨效果突破。为防止设备轴承和齿轮等摩擦表面的点蚀、擦伤，过去多采用大体积笨重设备和高粘度的油形成厚的油膜，满足耐冲击性重负荷、高承载力条件的要求。但过高的油粘度会带来动力损失浪费和温度升高，以致油的氧化变质速度加快，造成机械事故和油品损失。而且过高的粘度对冷启动也十分不利，一旦混入杂质和水分，也不易分离和沉降。过重的大体积设备在设计、制造、运输、管理、能耗、以及对相关产业的牵制影响非常巨大。其实在条件下两金属表面相互作摩擦运动，如承受较大的冲击负荷时，则不易保持弹性流体状态，而呈边界，也就是不能保持完全的连续油膜时，油的性能几乎和粘度无关，这时油的抗冲击负荷性能主要由油在摩擦化学作用条件下产生的油膜强度即“极压抗磨”性能保证。因此，现代油液“极压抗磨”性能，是产品减少摩擦磨损问题的最重要指标。

所以，为满足现代设备大功率小型化、低能耗、重负荷、高速、高承载、高可靠性、长寿命运行不维修对流体油的技术要求，解决边界造成的设备磨损和油粘度过高带来的动力损失浪费等问题，就必须提高油的“极压抗磨”性能，降低油的粘度。研究发现，添加了优质“极压抗磨剂”的流体油液，“极压抗磨性能”指标就会明显提高。油的“极压抗磨”性能越高，它的抗点蚀、擦伤能力越强，摩擦损失越小，从而极大地减少摩擦磨损、提高承载负荷、降低能耗、提高效率、降低噪音、减少机械故障、延长设备寿命，实现设备大功率小型化、节能减排的效果。而油的油膜强度即“极压抗磨”性能，取决于油“极压抗磨添加剂”的配方和生产工艺技术水平，这是决定摩擦化学条件下成膜强度的关键，也是提高油“极压抗磨”性能的最有效手段。

珠海美昆印佳油有限公司，依据摩擦学理论，将纳米金属粒子预处理后与多种助剂按规定工艺生成无机有机纳米复合物，密度接近基础油，亲油性提高，所配制的油不发生纳米颗粒团聚和沉淀。在金属摩擦作用下，带负电荷的烃类分子和金属表面正电荷相互吸引，形成有机无机纳米复合物保护膜，这种保护膜具有抗极压性能高，减摩、抗磨性能优异的特点，完全可以满足现代机械设备在低粘度条件下对耐冲击性、重负荷、高承载力条件的要求。与传统技术相比，更高负荷条件下可以大大降低油粘度，降低重负荷、高承载设备对油粘度形成厚油膜来提高承载负荷的依赖，减少流体动力损失。同时可以大大降低设备体积和重量。该技术解决了金属纳米抗磨材料在流体产品中易团聚、沉淀、不能更好地发挥“极压抗磨”作用两项世界难题。应用特点是改善和提高油超重极压负荷条件下的抗磨损性能。添加了抗磨剂的流体油液，“极压抗磨性能”指标就会明显提高，摩擦系数则大大降低，承载负荷也大幅度提升，既延长了设备使用寿命，又减少了因磨损造成的事故发生，是流体技术和相关设备向耐冲击性重负荷、高承载力、低粘度、低能耗、设备设计制造向大功率小型化、高可靠性方向发展的核心技术保证。该技术完全自主创新、具有完全自主知识产权，技术通过了省部级科技成果鉴定，获得了国家发明专利保护。

该公司技术总监夏成田介绍说，美昆印佳油公司生产的“喜乐”牌油较市面上常见的油具有三大特点：首先，大幅降低机械部件在运行时的磨损，大大降低了能耗，提高了运行功率，以汽车为例，在使用该品牌的油后根据路况和驾驶习惯不同百公里可节省燃料5―10%；其次，排放控制方面效果出乎意料，没有胶质，没有黑灰，低碳且环保；最后，有效地延长了运行部件的时间，降低了运行成本，经济效果明显。以汽车为例，市面上常见的油品种在汽车使用时一般的换油历程是5000千米，而“喜乐”油可连续使用1万千米，是一般油品的两倍。

技术应用无处不在，推广应用先进技术，投资少、见效快、效益大。推广应用先进技术战略意义重大，在军事领域，可减少对国外能源、资源依赖给我国军事战略造成的威胁。军事上可降低装备体积和重量，延长装备寿命、延长续航里程、提高子弹射程、减少维修类非战斗机构、设备和人员配置、降低保障难度、提高战斗力。

推广应用先进技术综合经济效益巨大。其意义体现在每个工序环节、工业环节重复实现节能增效。经权威测试和实践证明，在高耗能行业、运输、机械制造和机械应用领域，应用先进技术可直接节能10％以上。“喜乐”油除了减少摩擦动力损失、降低油粘度、减少流体动力损失直接节省能源外，还可减少机械磨损、延长设备寿命、提高机械动力、减少维修管理成本、提高承载负荷、提高效率、以及减小设备体积、对相关产业的拉动促进等效益。而在一般传统工业企业中，采用先进的产品实现节能1％，就相当于完成企业利润10％的综合效益。

珠海美昆印佳油有限公司董事长尹安明先生表示，目前，中国小汽车拥有量已突破两亿辆，对产品的需求量非常大，随着汽车数量的逐年增长，油的需求空间也在不断攀升，所以，发展前景十分广阔。随着政府环保工作开展的不断深入，低碳理念渐渐深入人心，国家和每一位公民都在为保护环境、节能减排不断努力，从这个层面讲，一个品质优良、节能低碳的产品一定会被市场青睐。

第2篇：纳米流体技术的特点范文

癌细胞的侵袭是生物层面上典型的集体行为,侵袭的路径、模式、速度、细胞变化及其与侵袭环境的关联是大于癌细胞尺度的研究,是生物和医学研究所不涉及的领域.所以应用物理的手段研究癌细胞在侵袭过程中的动态行为,以及其在微环境的刺激(如药物,生长因子)下自身侵袭模式的变化非常有必要.另外,癌细胞的变异具有很强的个体性差异,只有建立模型去统计和定量地认识、研究癌细胞的特性才可以得到具备一定普适性的结论.在传统的癌症研究中研究人员通常只能用小白鼠做实验,肿瘤及癌症的发展状况需要通过活体切片才能了解.这不仅费时费力,最重要的是切片为静态结果,并不能反推得到细胞侵袭过程中各种模式的成因和发展.另外广泛使用于传统意义癌细胞研究中的培养皿,始终存在不能模拟人体内癌细胞生长的三维环境的缺陷.肿瘤的产生、癌细胞的转移以及细胞外间质组织中成纤维细胞的繁殖都是在三维空间中发生的,研究已经证实细胞在二维和三维空间中,在生物行为和细胞形态上通常存在巨大的差异[2].根据上述讨论,要研究肿瘤细胞的侵袭行为最好可以通过在体外建立物理模型,模拟人体内癌细胞侵袭的微环境[3],在微米尺度对细胞群侵袭的方式、形态和空间位置进行连续观测,定量研究细胞集体行为和侵袭机理.并且最好可以对微环境进行实时监测和控制,研究环境改变对于侵袭的影响[4].这项重任可以由三维微纳米制造技术结合三维生物成像来担当和实现.三维制造技术是一种以数字模型文件为基础,运用可粘合材料在三维空间上将模型实体化的技术,过去其常被用于模具制造、工业设计等生产加工阶段,后来随着技术的成熟可以被用来直接制造成品.而三维打印技术(又称3D打印)作为三维制造技术的一种,是采用分层加工、叠加成型的方式逐层增加材料来生成三维实体的方法[57],现正被广泛用于各个领域.生物物理学家们通过优化三维制造技术或3D打印技术在体外初步建立起可以模拟体内微环境的三维微纳米结构,研究了细胞群的生长方式[8]、相互作用以及迁移特点[4]并取得了阶段性成果.优化后的这些技术更适合用于生物医学领域,帮助人们在体外建立三维微纳米结构模拟体内微环境,在微米尺度对细胞群的侵袭方式、侵袭机理进行研究,同时也为深入了解癌症的致命机理,开辟癌症治疗的新思路打下基础.

2三维微纳米制造技术

以下介绍几种现阶段广泛用于生物物理领域的三维微纳米制造技术,并举例说明其制造出的三维微纳米结构在研究微流体、细胞的转移、细胞间相互作用以及细胞-环境间相互作用中的应用,并在此基础上分析其在癌症生物物理研究中的应用前景.

2.1PDMS模塑法

首先,最简单直接的也是人们最早想出来的方法是利用模具来加工三维结构.较早期,研究人员使用刻蚀了的玻璃和硅片作为模具,然后经过倒模形成简单的三维结构用于微流体芯片的制作和微流体系统的研究.微流体系统是指特征尺寸在10到100μm之间可控制液体或气体流动的装置,多数用于化学分析、生物医学等研究领域.经过20多年的研究和发展,微流体芯片的加工工艺已经发展得较为成熟.现在实验室中常用到的加工材料是聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS).PDMS原本是一种黏稠透明状液体,在与适量助凝剂混合之后便可凝固成形,这些性质使得PDMS具有加工快、成本低、易封装等特点,除此之外它还具有良好的透气性和生物兼容性.近些年随着3D打印技术的发展更可以将模具直接打印出来,进一步简化了PDMS芯片的制作工序.图1介绍了GermánComina等人(2013年)使用商业化3D打印机在20min之内打印出精度大约为50μm的模板,经PDMS倒模制成液体混合芯片,用以研究不同结构的混合通道对液体的混合效果[9].该技术所使用的3D模板平均每个仅0.48美元,并且可以重复使用,制作出的微流体管道也能够充分保留原有的设计细节.因此,GermánComina等人的研究为快速加工更为复杂的PDMS芯片或结构提供了一种很好的思路.另外,由于PDMS具有良好的生物兼容性,微流体芯片又具有与细胞大小(10μm量级)相近的特征尺寸(10μm到100μm),这就使得PDMS芯片非常适合用于细胞生物学研究领域.在这方面已经有研究人员利用PDMS在体外构建出特殊的三维微结构用于癌细胞在这些结构中的运动及生长特性的研究.图2显示Kuo等人使用三维PDMS芯片研究人乳腺癌细胞(MCF-7)在特定趋化因子分布下的三维转移特性[10].首先他们在芯片底部的胶原蛋白中成功实现细胞生长因子(epidermalgrowthfactor,EGF,能促进细胞的增殖分化)浓度的线性分布,随后将细胞团置入到带有纳米小孔阵列的薄膜上层使其处于EGF浓度梯度下,连续观察6天的结果表明在三维结构中MCF-7在细胞EGF浓度梯度的作用下表现出一种明显的定向迁徙的特点.基于该三维转移芯片可以在光学显微镜下很方便地研究不同种肿瘤细胞在不同细胞趋化因子的作用下的迁徙特点.虽然现阶段研究人员已经在所建立的微结构中研究并记录了肿瘤细胞不同于在二维结构中的迁徙行为,然而上述研究中使用的传统微结构加工技术所制作出的三维微结构多是由准三维结构(具有三维特征的二维结构)组合而成,尚不能做到体内组织真实三维结构的重现.本文笔者所在的研究组在这个方面做了尝试,结合现有的快速精准的3-D打印技术和成熟的模塑法,基于一个真实病例在体外重构出一个具有真实血管三维微结构的PDMS芯片.研究组首先使用计算机三维辅助设计软件(computeraideddesign,CAD)在血管造影图的基础上重建出血管的三维结构(如图3(a)),之后使用3D打印机(美国3DSystems公司的ProjetHD3500喷墨式3D打印机)将血管的模型打印出来(如图3(b)),模型的材料选择的是一种特殊的蜡质(VisiJetM3Hi-Cast).将蜡基模型浸入PDMS中抽除气泡并固定,放置于室温待PDMS固化,接着使用正己烷溶液经多次超声溶解去除蜡基模型,最后将其洗净干燥获得具有真实三维结构的PDMS芯片.(如图3(c)).研究组使用的HD3500为当今世界上最高精度3D打印机之一,其精度可达16μm.图4(b)是PDMS芯片的通道内表面的扫描电镜照片,从图中已经可以看到真实还原的血管的三维形貌,但是管道内壁较为粗糙.虽然打印机的加工精度为16μm,但是脱模之后得到的粗糙度却大约为50μm,对于细胞(10μm量级)来说这个精度还不够高.综上所述,研究组目前已经能够制作具有真实体内结构的PDMS芯片,用来研究毫米尺度的肿瘤细胞在血流带动下的分流特点.但是由于受制作工艺的限制,芯片结构精度还不够高而且管道为不可侵入的PDMS材质,故还不能满足未来细胞尺度的特异性研究需求,如不同肿瘤细胞粘附血管内皮的能力和微观机理、肿瘤细胞在血流中贴附血管内壁之后穿过血管向组织内部继续侵袭的特点等.所以该工艺还有望从结构加工精度和结构材质两个方面重点加以改进.

2.2飞秒双光子三维激光直写技术

相较于传统的PDMS模塑法,飞秒双光子三维激光直写技术在加工精度方面就有了很明显的优势.飞秒双光子三维激光直写技术的核心是双光子聚合的化学反应.光引发剂吸收双光子(或与光敏剂配合吸收光子)引发聚合物单体链式聚合反应,实现三维微纳米结构制造.具体来说就是固定装置物镜焦点不变通过控制样品台的移动精确地控制位移,光敏材料被激光照射到的点吸收光子(双光子的吸收遵循非线性光学理论,即吸收率正比于光强的平方)发生聚合反应逐点固化,进而在三维空间上实现聚合形成三维结构,从而精确控制材料的三维加工.也正是这种逐点加工的特点使飞秒双光子激光直写技术拥有更高的打印精度(二维特征尺度可达到100nm,三维特征尺度也可以小于150nm),为制造出更精细更具仿生性的细胞微环境结构提供了可能.2.2.1光刻胶生物支架目前最常用的光敏材料为光刻胶,它的主要成分是光敏化剂、光引发剂、有机溶剂和溶解抑制剂.现阶段在生物物理研究中被广泛使用的光刻胶包括:SU-8,Ormocomp等.TiemoBückmann等人就利用光刻胶作原材料,用浸入式三维激光直写技术制造出了可调节泊松比、具有各向异性的蝴蝶结状功能性原件[11],如图5,该元件形状特别同时精度较高有望在骨组织研究领域或生物体外细胞培养中得到应用.制造所使用的浸入式三维激光直写技术实际上是在传统三维激光直写技术的基础上做了改进,通过将光刻胶置于物镜与玻璃衬底之间,有效降低传统技术中与深度有关的光学畸变,从而实现在保留结构亚微米级特征尺寸的同时,还能将总体结构的打印高度提升至毫米级.这一微结构在高度尺寸上的突破也有望用于满足研究癌细胞的细胞群或整体组织的移动、侵袭及细胞间交互作用时的需求.当三维激光直写技术实现了高精度三维结构制造这第一步,科学家们就开始寄希望于在设计制作的特定结构中培养细胞,来实现体外的细胞行为观察及病理学、药理学研究,同时也希望能够通过控制微结构运动,推进药物目标传递、体内标记、活体组织检查、细胞控制、短距离放射治疗等方向的发展[12].因此FranziskaKlein等人就使用生物兼容性光刻胶Ormocomp作为材料,用飞秒双光子激光直写技术制造出三维结构来测量细胞的作用力[13].如图6所示,该结构中的柱体高度为15μm,连接横梁直径为0.6μm,这也再次证明了激光直写技术具有非常高的加工精度.该研究组通过在结构上添加一层纤维连接蛋白来使心肌细胞附着在生物支架上,并记录心肌组织收缩使横梁产生的位移量,测量支架的弹性系数,最后计算出心肌细胞收缩力.由此可见,飞秒双光子激光直写技术实现的精细结构的设计制造,有助于检验细胞生长、运动相关理论,了解相关物理参量,同时也为研究癌细胞侵袭过程中细胞间相互作用打下基础.基于上述结果,SangwonKim等人同样使用这种方法制造出了可以磁驱动的微型机器人[14],以实现三维细胞培养和定向运输(如图7所示).该研究组利用光刻胶SU-8作为材料,通过调试扫描速率、激光能量、薄层间距离等参数值,应用三维激光直写技术制造了具有六面体和圆柱体多孔结构的两种微型机器人.更重要的意义在于,该研究用蒸镀的方式在微型机器人结构表面沉积上一层镍以实现磁控制,沉积一层钛以提升生物兼容性,一举实现了微结构的磁驱动和人胚肾细胞(HEK293)在其上的培养.证明了机器人使用的材料不仅对细胞没有毒性,而且还能够实现细胞的黏着、增殖与迁移.此项研究的成果日后很有希望用于微结构中癌细胞的培养、多细胞群体在血管中的定点控制和药物传递.2.2.2胶原蛋白、明胶生物支架上述的两个研究都是采用在光刻胶制造的结构上附着一层生物兼容性材料(如纤维连接蛋白、金属钛等)的方法来提升三维结构表面的生物兼容性.但是这种方法使制造工艺变得繁琐,且将研究范围局限在三维结构表面,无法研究癌细胞侵入三维结构内部的过程.而胶原蛋白以及明胶类材料不但本身具有优良的生物兼容性,其良好的表面活性也利于细胞吸附,有研究者把细胞、细菌等直接和胶原蛋白、明胶混合,采用模塑法或双光子聚合法将混合后的液态材料制成三维微结构.这里所说的模塑法是先利用PDMS等制作模板,再将胶原蛋白注入模板中成型、组装,并利用化学方法和物理方法使胶原蛋白发生交联反应,进而形成三维结构.图8为YingZhang等人在胶原蛋白生物芯片中,通过观察分析内表皮细胞的生长、内表皮细胞与血管周细胞的相互作用以及内表皮细胞与血液成分的相互作用,研究血管再生术和血栓症[15].而在癌症生物物理研究中,癌细胞的侵袭和转移也需要探究其进入血管血液中和从血液中重新粘附血管进入组织的过程.相信该模型会为癌细胞在血管中移动或黏附、细胞－环境交互作用对侵袭的行为影响、药物对癌细胞的行为影响等众多方面研究提供新的思路.Connell等人将光敏分子混入明胶、牛血清蛋白等中成功配制出能有效提升细胞存活率的优良生物兼容性光刻胶,如图9所示,并将不同细菌混合在光刻胶中制备出虽然具有物理间隔,兼备化学交互作用的结构,在体外研究了不同种细菌群落的相互作用[16].可见,相比上文提到的利用模塑法制造成的胶原蛋白矩形血管网络,飞秒双光子激光直写技术加工的三维高精度复杂血管构造和其他组织,显然在结构的仿生性上向前迈进了一大步,对升级现有微流体芯片制造技术,开拓崭新的癌症生物物理研究方向非常重要.自2013年初,笔者所在研究组开始使用飞秒双光子三维激光直写系统设计和制备可用于细胞研究的三维微纳米生物兼容性结构.研究组通过用CAD设计出可直接被激光直写系统识别的三维微纳米结构,在活体外建立肿瘤细胞的三维转移模型,并研究细胞转移机理.图10(a)是肿瘤细胞发生多点转移的示意图,肿瘤细胞脱离原发位置通过血管流向不同的远端组织并进行转移.通过CAD的方法可以构建图示的三维结构,其中衍架结构(包括一处原始肿瘤位置,三处细胞转移位置)用于支撑和固定细胞外基质,而其余中间空心管道用于模拟血管,连接原始肿瘤位置及转移位置.图10(b)的SEM照片显示的是通过激光直写系统加工出的转移模型图像,再一次证明了飞秒双光子三维激光直写系统具备较高加工精度,能够用于制造非常精细的三维结构,满足癌细胞三维体外研究精度的需求.进一步的工作正在进行当中.上述研究表明与模塑法相比利用光为媒介的飞秒激光三维直写技术可以将打印精度大大提高,并且可以选择多种高分子材料及生物兼容性材料作为加工基底.但从上述多个研究中也可以看出使用这种制造技术制造的三维结构尺寸多局限在毫米级以内,而单个细胞尺寸就达到10μm,如果用此方法大量建造研究癌细胞所需的三维生物结构,那么所需要的时间将以天数计算,而且还会对激光器造成极大的损耗.

2.3紫外线照射固化水凝胶成型技术

为了能在确保打印精度的同时提高打印速度,科学家们用紫外光(ultraviolet,UV)照射固化水凝胶(hydrogel)的方法进了行新的尝试.水凝胶是一种高含水量的亲水或双亲性聚合物材料,其具有与人体软组织相似的力学性质且具有很好的生物兼容性,因此被广泛用于组织工程中.传统的水凝胶固化方法是利用高分子键间的化学作用或者物理作用使分子交联成网络,这个过程很难人为地精确调控,因此也无法实现对水凝胶固化所形成的结构进行设计.有一种改进的方案是用化学修饰的方法在水凝胶中透明质酸(hyaluronicacid,HA)的高分子侧链上引入甲基丙烯酸基团,得到可以在紫外光照射下产生交联的水凝胶,即被紫外光照射到的部分会固化成型,而没有被紫外光照射到的部分依然呈液态,这样通过控制曝光就可以实现对材料外部和内部结构的精确调控.基于以上基础所设计的紫外光照射固化水凝胶的3D打印平台原理如图11,UV光源1通过冷光镜过滤、透镜聚焦后均匀照射到数字微镜芯片(digitalmicromirrordevice,DMD)3上.由计算机控制的DMD接收CAD三维结构断层切片图像数据,偏转芯片上面的几百万个微反射镜阵列将UV图像点阵反射到曝光平台[8],精密投影镜头4把UV图像点阵聚焦在焦平面上,使焦平面上的水凝胶单体薄层曝光固化[57].电动平台5的位移通过计算机编程控制[3,8,17].其中DMD芯片3作为平台的核心部件,可以精准地控制材料成型确保打印平台的打印精度,其主要原因是DMD芯片能将计算机输入的CAD图像数据转化成高分辨率、大尺度、动态的数字掩模.以德州仪器公司的DLP9500DMD芯片为例,它上面载有1920×1080个10.8μm×10.8μm大小的铝镜微阵列,每个微镜都可通过寻址对应0/1开关通断独立控制偏转±12的倾斜角,使其对应的像素点光束朝向或偏离光路,而开关速率可高达23kHz,这样其产生的高分辨率动态掩模图形就可以确保打印过程中较好的打印精度(～1—10μm).另外整个过程中水凝胶薄层的厚度是通过石英玻璃片和平台表面之间注入的水凝胶单体的体积来控制.一般每10s左右就可以完成一个薄层的曝光,然后由计算机控制的电动平台自动下移一段距离,注入新的单体,在已经固化的结构上面继续曝光上一层.这样通过多层叠加就可以快速重构出完整的任意三维复杂水凝胶结构,相较秒双光子三维激光直写技术逐点固化成型的加工方式,该技术大大缩短了复杂三维微纳米结构的加工时间,实现了省时省力的目标.根据研究需要将细胞种植到3D打印的水凝胶支架上,可以进行必要的细胞生物物理体外研究.在实际研究应用中科学家们一般还会在透明质酸分子骨架引入细胞黏附肽、肝素等生物分子或是改性透明质酸的参数来调节水凝胶材料的性质,分析不同情况下细胞的存活率和黏附性能,调控细胞在水凝胶3D支架上的生长行为[7,18],以得到最优化的3D打印的材料,实现最大限度模拟体内微环境的目的Zhang等人就利用这种UV照射固化水凝胶的技术设计打印出一系列特定的三维微纳米结构[8].图12(a)是一种半球式结构的扫描电镜照片,可以看出其结构非常规则且表面十分光滑.证明了这种打印技术加工精度较高而且比较适合用于加工较软的生物材料,因此可以用作加工复杂的细胞外间质结构.之后他们又在这种半球式结构(材料含有15%的甲基丙烯酸明胶GelMA)上种植脐静脉内皮细胞(HUVEC),培养4天后用共聚焦显微镜观察,如图12(a)—(d)可以看出在接近结构底部平面上(类似于二维培养皿)的细胞群和半球球面上的细胞群表现出不同的形态特征,细胞仿佛能识别这种几何架构.日后的研究或许可以通过设计三维支架,也就是给细胞不同的几何线索,来操纵HUVEC细胞群组成不同的组织形态.这种细胞与环境交互作用的研究也为探究癌细胞侵袭过程中与环境交互作用的机理提供了很好的思路.除此之外,Huang等人也利用这种技术打印出如图13的蜂窝状结构[18].通过设计三种不同的结构宽度,种入具有转移性的宫颈癌细胞(Hala)或没有转移性的胚胎间充质干细胞(10T1/2),研究两种细胞在不同宽度的三维结构中的生长情况和移动速率.其研究数据显示三维结构的宽度对Hala有影响,随结构宽度的增加Hala的体积减小迁移速率也减小,但是10T1/2的生长和移动却没有明显地受到结构宽度的影响.这个结论也解释了10T1/2迁移过程中对几何线索相对不敏感的特性.也就是说癌变细胞对几何线索比非癌变细胞更敏感,这种差异的背后机制很可能是潜在的癌症治疗策略.在UV数字投影(DMD-PP)固化水凝胶的核心技术的支持下,PranavSoman等人得到如图14的条状层叠结构,用来研究细胞在不同软硬程度(弹性系数不同)的三维结构上的迁移表现[4].大多数实体瘤或是体内结构都表现出柔软和弹性,癌细胞在面对软硬不同的三维微环境所表现出来的侵袭特性也很有可能是不同的.因此他们用分别用含19%和95%的PEGDA材料打印出软硬程度不同的两类三维支架,其中较硬三维支架的压缩模量(～5.5MPa)约是较软支架(～0.9MPa)的6倍左右.人正常乳腺癌细胞(HMLE)与转移性乳腺癌细胞(HMLET)被种植在这些结构上,经过相同的时间观察其生长特性如图14(c),(d)他们的实验数据证实了在面对较软的结构时转移性癌细胞和非转移性癌细胞的迁移表现出比较明显的差异性,而在面对较硬的结构时这种差异则不明显.如图14(e),(f)这样的实验结果肯定了我们在体外还原体内复杂微环境的必要性,也就是说用传统坚硬的结构来研究癌细胞的迁移行为是存在缺陷的.所以进一步的研究就需要探究能高度还原癌细胞生长微环境材料的参数.Linetal则用这种技术做出如下一种实心结构和一种多孔的结构.脂肪干细胞被封装在结构内部,结构的主要材料是聚乙二醇(polyethylenegly-col,PEG)和锂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸酯,培养几天后用力学测试与模拟MTS(mechan-icaltesting&simulation)实验分析不同孔隙率结构中的细胞活性[19],如图15(b).可以看出,24h以内两种结构中的细胞活性基本相同,但在第三天和第七天两种结构上的细胞活性表现出明显差异(第三天p<0.01(),第七天p<0.05()),细胞在带有孔隙的三维结构中比在实心的三维结构中有更高的生物活性.带有孔隙的结构能提供给细胞生存代谢更多的氧气,他们的工作再一次证明了细胞在面对结构特性不同的三维结构时所做出的反应是不同的.由此可见,紫外光照射固化水凝胶的方法已经能打印出一系列的体外三维微结构用于细胞生物物理的研究,并且取得了一些阶段性成果.这种方法相较于模塑法和激光直写技术具有两个明显的优点:一是它的材料本身有着良好的生物兼容性,无论是在力学性能或是化学通透性方面都能够较好的模拟体内环境,更适合还原细胞生长的外在条件;二是它可以在实现较高精度(～1—10μm)的同时在短的时间内打印出一些较大的器件,所以用这种方法来建造研究癌细胞相关性质和侵袭机理所需尺度的三维生物结构比较合适.

3三维微生态仿真系统的展望

第3篇：纳米流体技术的特点范文

关键词 工程力学 理论研究 发展趋势

中图分类号：U172 文献标识码：A

由于相关行业的发展与国民经济和科学技术的发展同步，使得力学在其中多项技术的发展中起着重要的甚至是关键的作用。力学专业的毕业生既可以从事力学教育与研究工作，又可以从事与力学相关的机械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程专业的设计与研究工作，还可以从事数学、物理、化学、天文、地球或生命等基础学科的教育与研究工作。从这个意义上讲，力学专业培养人才的对口是非常宽的，社会对力学人才的需求也是很多的。

随着力学学科的发展，在本世纪将产生一些新的学科结合点，如生物医学工程、环境与资源、数字化信息等。经典力学与纳米科技一起孕育了微纳米力学将力学知识应用于生物领域产生了生物力学和仿生力学；这些都是近年来力学学科发展的亮点。可以预料，随着社会的发展，力学学科与环境和人居工程等专业的学科交叉也将会进一步加强。

1工程力学研究方向

主要学习力学、数学基本理论和知识，受到必要的工程技能训练，具有应用计算机和现代实验技术手段解决与力学有关的工程问题的基本能力。毕业生应获得以下几方面的知识与能力：

（1）具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；

（2）较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括固体力学、流体力学、电工与电子技术、市场经济及企业管理等基础知识；

（3）具有较强的解决与力学有关的工程技术问题的理论分析能力与实验技能；

（4）具有较强的计算机和外语应用能力；

（5）具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。

主干学科：力学。主要课程：理论力学、材料力学、弹性力学、流体力学、结构力学、电工与电子技术、计算机基础知识及程序设计。

2工程力学发展趋势与学科交叉

（1）固体力学方面：

经典的连续介质力学的模型和体系可能被突破，它们可能将包括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观和微观因素，以及它们的演化，从而使复合材料的强化、韧化和功能化立足于科学的认识之上。固体力学的发展，必将推动科学和工程技术的巨大进步。

（2）流体力学方面：

为了尽可能多地开采地下油气，需要深入研究渗流机理并定量化。它的研究还有助于了解各种新陈代谢的宏观机制。

化工流程的设计，很大程度上归结为流体运动的计算问题。由于流动的复杂性，针对若干典型化工设备进行深入的研究，将为化工设计和生物技术产业化等提供新方法和基础。而复杂流场计算需要各种计算方法和理论，必须发展新的计算机软硬件，这就必须在计算流体力学上投入更大的力量。

（3）一般力学方面：

随着技术的发展，诸如机器人、人造卫星和高速列车等等领域的发展，亟需解决多体系统的运动和控制、大尺度柔性部件和液体的运动稳定性、车辆与轨道作一个高度复杂非线性系统等的建模，求解理论和方法等的研究分析。

一般力学近来已经进入生物体运动的研究，例如研究人和动物行走、奔跑及跳跃中的力学问题。其研究结果可提供生物进化论方向的理性认识，也可为提高某些机构、机械的性能提供指导。

（4）力学与其他学科的交叉：

所为学科的交叉可分三类：学科内部不同分支交叉，例如流体弹性力学；两种不同学科间的交叉，例如物理力学；兼有前两者的特点，例如爆炸力学、物理化学渗流、生物力学等。

交叉学科并非两个学科或分支学科的简单加合，它基于源学科又有区别，它的发展有利于发展新学科并促进源学科的发展。

20世纪力学已经与工程交叉产生了工程力学，与地学结合产生了地球流体力学，与生命科学和医学结合产生了生物力学等等。

3工程力学学习技巧与方法

工程力学主要课题是研究材料的力学性能、结构的安全稳定性问题。所涉及材料的强度、结构的刚度及稳定性、疲劳断裂问题。通过力学分析，确定材料是否安全以及安全系数，为工程设计等做基础。先学好理论力学，学会在二维、三维情况下对物系正确的受力、力矩分析。然后逐渐掌握最基本的四种形式：轴向拉伸与压缩、剪切、扭转、弯曲。掌握好处理四种形式的分析方法，最后学会强度、刚度校核。其中最关键的是要能准确并正确的认知其受力状况。

第4篇：纳米流体技术的特点范文

1引言

纳米科技是指在纳米尺度(1到100纳米之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用(主要是量子特性)，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。纳米科技成果拥有科技成果的特征和纳米科技的特点。

2科技成果简介

2.1成果定义和特征

科技成果是指对某一科学技术研究为内容，通过试验研究、调查考察取得的具有一定实用价值或学术意义的结果，包括研究课题结束已取得的最后结果，研究课题虽未全部结束但已取得的可以独立应用或具有一定学术意义的阶段性成果。科技成果具有新颖性与先进性、实用性与重复性，有独立、完整的内容和存在形式，应通过一定形式予以确认等特征。

2.2科技成果转化描述

科技成果转化是指为了提高生产力水平，对科学研究与技术开发产生的具有实用价值的科技成果进行的后续试验、开发、应用、推广，直至形成新产品、新工艺、新材料，发展新产业的相关活动。从宏观上来看，科技成果转化是一个由科技供给系统、科技转化系统、科技需求系统和科技环境系统构成的大系统。在微观方面，科技成果转化一般包括实验室研究、中间试验、工业性实验、工厂化生产等诸多环节。

2.3科技成果转化三个发展阶段

科技成果产生阶段：该阶段主要从确定研究开发项目开始，到初步成果（产品）形成才基本完成。科技成果转移阶段：该阶段主要包括成果（产品）进入中试试验和工业化试验等。科技成果应用阶段;该阶段主要包括成果（产品）进入规模化生产，并进入市场等。

2.4科技成果转化基本要求

科技成果转化作为一项复杂的社会系统工程，需具备多方面条件，满足多方面要求，如科技成果自身的成熟程度、转化环境，以及相应的政策、社会服务与支持等都是重要的转化条件，是顺利转化的基本要求。以下分别作说明。

2.4.1技术成熟度

技术成熟度，即科技成果适应社会生产发展需要的实际水平，是科技成果转化的最根本的条件。技术成熟度特征:完全成熟的科技成果，应当是可以立即生产的；不够成熟的成果则还需再投入进行二次开发，才可能投入生产，所需要投入量越大，表示成果就越不成熟。技术不成熟原因：技术认识不同，科技投入不足，使科研条件和科研深度都较为缺乏；中试环节薄弱，中试的欠缺使得成果的先进性、适应性、配套性、可靠性达不到要求，难以实现工业化生产的需要。例如：长期以来，由于经费短缺，我国中试基地建立的数目较少。以上海为例，2005年从基础研究到中试再到产业化，投资比例为1：1.03：10.55，而较为合理的比例是1：10：100。中试的欠缺使我国科技成果的转化率低，已经成为制约我国经济持续发展的一个“瓶颈”。结论：科技成果要实现成果转化，首先要求科技成果技术成熟。因而需加大投资力度，加强中试试验研究力度，形成成熟的、可靠的科技成果，促进成果的推广。

2.4.2转化环境

转化环境主要包括转化的市场需求、政策和意识。第一，树立以市场为导向的意识。要从科研源头起与市场需求相结合，以形成产业化为根本目标，针对现有和潜在市场，开发具有市场前景的科技成果，促进科技成果的转化；要避免科学研究与市场脱节，造成成熟的技术也无法进行推广，致使大量的科技成果无法产业化。例如：美国仪器制造业对高科技成果的一项调查显示：11项首次发明的新仪器，思路100%来自用户；66项重大改进，85%来源自用户；85项小改小革，67%来自用户。结论：以市场为导向的研究，更容易促进科技成果的转化，科研人员必须始终坚持以市场需求为出发点和归宿。第二，科技发展政策。科学技术与政策的关系日益密切。科学技术的发展越来越依赖国家的支持，国家的科技投入和政策引导成为影响科技发展的重要因素。需着眼于促进经济建设、依靠科技进步机制的形成和企业技术创新主体地位的建立来制定配套政策，加强政府以科技需求为导向的行为，强化政策的激励引导作用。政策的制定要从科技成果转化大系统和全过程出发，在促进科技成果供给的政策、促进科技成果转化过程整体化的政策等方面，形成体系上的一体化，避免“头疼医头”、“捉襟见肘”，形成不合力。例如：美国是获诺贝尔自然科学奖最多的国家，一方面，美国较高的物质生活待遇吸引了高级人才；另一方面是美国适宜的科技政策和社会文化氛围，推动了科技的发展。在这个意义上说，比尔•盖茨出现在美国决不是偶然的。结论：要有激励的政策，更容易促进科技成果的转化。第三，科研成果转化意识。成果转化意识是一切成果转化活动赖以发起的内驱力，是贯穿于成果转化过程的内在动力；低科技成果转化率的一个重要原因在于科技成果转化意识的缺乏，如科技成果的价值意识、商品意识、社会科技开发意识不强。科技成果拥有者必须有强烈的转化意识，才能从主观上发挥其积极性，促进科技成果转化的进程。例如：不少科研单位和科研人员把科研成果的获得作为科研工作的最终目标，不能主动把科研成果作为商品推向社会;同时企业对购买科技成果表现冷淡，因而造成了大量的科技成果的搁置，导致科技成果转化率低。结论：科研人员具有强烈的成果转化意识，更容易促进科技成果的转化。

2.4.3宣传策略

科技成果的推广必须注重市场宣传和推广，一方面加大宣传力度，另一方面注重宣传适度。主要宣传策略如下：1.强化组织领导，健全科技宣传网络；2.明确目标责任，强化考核督查力度；3.整合科技资源，拓宽科技宣传渠道；4.加强媒体合作，搞好科技宣传；5.开展科技培训，促进成果推广；6.开展科技活动，丰富宣传形式；7.加强技术交流，建立信息平台；8.注重方式方法，宣传适度确保质量。

2.5科技成果应用现状分析

农业、工业、医药、军事、材料、电子、生物、航天等领域的科研成果，大量的成果怎么处理呢？这些都需要进行成果转化，这些新产品、新材料、新工艺，只有进行科技成果的转化才能有真正的作用，同时科技成果也有市场需求。突出表现出两个特点：一方面大量科研成果生成，一方面有巨大的市场需求。

2.5.1科技成果转化率低

我国每年有2万余项比较重大的科学技术研究成果和5千多项专利，但是其中最终转化为工业产品的成果不足5%，而欧美发达国家转化率则为45%以上。我国科学技术向生产转化的比例为10%～15%，也远低于发达国家的60%～80%。高新技术企业的产值在社会总产值的比例仅为2%，与欧美发达国家的25～30%相比，更是不可同日而语。结论：目前我国科技成果转化率低。2.5.2科技成果转化率低的原因我国科技成果转化率低的原因主要有：科技成果本身存在先天不足，成熟度低；科技成果系统配套不够；科技成果对企业缺乏吸纳和转化的动力与活力；科技成果转化缺乏资金支持，相应的风险投资基金匮乏；科技成果中介机构不健全，社会服务职能不完善；体制上产学研系统各自独立，科技与生产脱节；市场体制不成熟，法律保障不足。

3纳米科技成果及产业

3.1纳米科技成果及产业的特点

纳米技术属于高科技领域，因此与高科技成果有着共同的特征：高风险，高投入；高额的利润前景；巨大的市场需求。纳米科技为多学科交叉领域，其应用及产业化又具有许多独特的特征：多学科交叉特性；潜在的高额利润；潜在的市场需求。

3.2纳米科技成果市场分析

纳米技术有巨大的潜在市场，它与信息技术、生物技术共同成为二十一世纪社会发展的三大支柱，也是当今世界大国争夺的战略制高点。据权威的研究报告显示，2000年纳米技术对全世界GDP的贡献为4000亿美元，预测2010年纳米技术对美国GDP的贡献将达到10000亿美元，日本纳米技术的国内市场规划也将达到273000亿日元。纳米科技的健康发展，对二十一世纪的社会和经济发展、国家安全以及人们的生活和生产方式带来巨大的影响。结论：纳米技术及产业已成为世界各国抢占的巨大市场。

3.3纳米科技成果转化现状

在纳米科技产业化方面，除了纳米粉体材料在少数几个国家初步实现规模化生产外，纳米生物材料、纳米电子器件材料、纳米医疗材料等产品仍处于开发研制阶段，要形成一定市场规模还需一段时间。目前成果以基础研究为主，纳米技术应用成果处于初期阶段，产业化效果不理想，成果转化率低。如果将纳米产品的成熟程度按中试、批量生产和规模化生产划分，其分布明显呈剧烈递减态势。研究开发和规模化生产的距离较大，大约只有5%的实验室成果最终能转化为规模化生产。

3.4纳米科技成果转化率低原因

3.4.1投入的科研经费不足

成果转化未知因素多，造成研究工作周期长、所需经费多；对科研的投入未考虑中试等应用技术研究，影响科技成果的转化。

3.4.2缺乏风险意识和市场服务意识

纳米技术产业与其它高新技术一样都存在投资风险、政策性风险，市场风险和自由竞争风险等。同时，纳米技术还存在着潜在风险。另外，科研工作者市场服务意识淡薄，缺乏主动为企业服务的意识。

3.4.3科研缺乏布局和规划

缺乏制定战略发展规划以及科研与产业的合理布局，造成低水平重复和资源浪费；重视基础性研究，轻视应用性研究，造成科研成果缺乏市场，成果难以被企业吸纳和转化。

3.4.4纳米科技成果成熟度低

在研究中，研究人员常常只注重论文，纳米科技成果论文水平很高，但产业化并不理想；注重实验室开发，没有潜心于后续的应用开发和技术支持，造成成果成熟度不够，先天不足，难以转化；大部分企业属于生产型，缺乏持续创新和应用开发能力，只能接受非常成熟的技术。

3.4.5缺乏信息沟通缺乏信息沟通，导致产学研系统各自独立，科技与生产脱节。从事纳米科技研究的人员，分属不同的行业和部门，条块分割，由于缺乏相互交流，更缺乏与一线企业的交流与合作；由于信息不畅，造成成果难以满足需求，以及成果和需求重复现象严重；企业间应用成果壁垒森严，难以推广，导致不少低水平重复，重点不突出，阻碍了整体优势的发挥。

3.4.6纳米专业人才匮乏

纳米科技由多学科交叉，因此需要具有多学科知识的复合型人才；纳米科技的迅速发展，需要大量纳米科技领域及其相关领域的人才。而中国传统分门别类教育体制培养的“专业人才”，不能适应拥有多学科知识复合型纳米研发人才的需要。因此，为推动我国纳米材料产业的发展，需要培养一批复合型纳米科研人员及纳米经营管理人才。

3.4.7知识产权意识淡薄

中国纳米技术近几年有了突破性的发展，但知识产权意识在科学界尤其是开发应用领域仍然淡薄。专利数量有所增加，但是在总量上申请的专利还是很少。在我国，申请的专利大部分是纳米粉体材料制备方面的专利，而国外的专利很多是纳米应用专利。

3.4.8行业标准和技术规范缺乏

目前纳米科技应用研究很热，市场上出现了很多“纳米商品”，然而，很多的“纳米商品”还不是真正意义上的“纳米产品”。市场上缺乏行业标准和技术规范的约束，一些人热衷于炒作纳米概念，造成初级产品过剩，浪费了社会整体资源；一些生产微米材料的企业，在其产品性能用途完全没变的情况下，贴上纳米标签，摇身一变成了纳米材料企业，误导纳米概念；一些企业在投入少量资金注册了纳米材料公司或纳米材料应用公司后，就开始在经营业绩上做文章，蓄意编造是专门从事纳米科研、生产和应用的实力企业的假象，最终达到圈资、骗政策的目的。

4纳米科技推广应用思路

针对纳米科技成果转化率低及成果推广过程中所存在的问题，促进纳米科技的推广应用，应切实做好以下工作。

4.1根据市场需求，选好研究目标

针对我国纳米科技产业化处于初级阶段，纳米科技发展资金投入不足，纳米科技产业化效果不理想等现状，在有限的资金和设施条件下，纳米科技的发展一定要从科研源头上加以调控，科研项目选题要以市场需求为导向，以形成产业化为根本目标，强调创新意识和市场服务意识，发展具有竞争力的新技术和新产品，并推进传统产业的发展，从而促进纳米科技成果更快地得到推广和应用。

4.1.1科研项目选题时应遵循的原则

创新性原则：强调科技源头创新意识；产业化原则：以产业化为根本目标，能独立形成新产品、新技术；竞争力原则：注重可提升产品竞争力的技术及材料，注重与传统产业结合；市场化原则：以市场需求为导向，加强服务意识，注重市场推广。

4.1.1.1强调科技源头创新意识

自主创新已经成为科学技术发展的战略基点和调整产业结构、转变增长方式的中心环节。十一五发展规划指出：“科学技术发展，要坚持自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”。纳米科技属于高新技术领域，因而，必须强调创新意识，研究和开发具有源头创新性的新技术和新产品，形成自主知识产权的新技术和新产品，实现技术发展的跨越，实现企业资本、社会资本和知识资本的有效组合及转化增值。强调创新意识，发展纳米科技，必须以市场为导向，以产业化为根本目标，发展成熟的技术，努力提升其竞争力，吸引企业及其它投资公司的参与和投资。加强纳米科技源头创新，要以纳米电子学、纳米尺度的加工及组装技术、纳米生物和医学、纳米材料学等科学前沿的理论和方法学为重点，争取取得重大进展，获得具有自己特色的发现和发明创造，促进纳米科技的产业化。

4.1.1.2以产业化为根本目标，能独立形

成新产品、新技术选题时要以产业化为根本目标，研究方向要与产业相结合，要策划出一个行业的主体并且形成一个产业链条。开发市场前景广阔、能够独立成新产品的先进技术，吸引以纳米技术为关键生产技术的企业投资，推动纳米技术的产业化进程。围绕国家长远发展目标，将纳米技术与信息、环境、能源、生物医药及先进制造、海洋、空间等高新技术相结合，提高纳米技术在这些产业中的含量，建立以纳米技术为主旋律的一批纳米产业及产业链并形成产品、商品，为提高我国的绿色GDP做贡献。举例1：信息产业中的纳米技术以纳米阵列体系为基础的量子磁盘，1998年正式问世，存储量高达465Gb/in2，相当于现在磁盘10万个的存储量。1999年，美国惠普公司在实验室成功制造了100×100nm芯片。正像克林顿所说，利用现代的纳米技术制备的超高密度存储元器件，可以将美国国会所有的信息存储在只有方糖大小的体积内。2000年，IBM公司通过纳米技术把这种磁盘的存储量提高到1000Gb/in2，相当于100万个现在磁盘的存储量。利用纳米技术可以将动态随机存储器和电脑CPU缩小到70nm，晶体管的尺寸为100～200nm。结论：纳米技术在电子信息产业中的应用，将成为21世纪经济增长的一个主要发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。举例2：生物医药产业中的纳米技术采用纳米超顺磁载体制作的示踪剂使核磁共振检出的癌细胞尺寸大大降低，便于早期诊断、早期治疗；利用纳米技术输送生物大分子药物，可克服其吸收差、稳定性低的缺点，实现其天然、高效等特点，显示出良好的应用前景；根据药物分子的性质设计纳米颗粒表面及内部结构，从而达到人为地设计药物的靶向目标及其释放和作用方式，明显提高药效；利用纳米技术制备支架、骨骼等植入材料，具有很好的生物相容性，并可发挥治疗效果。结论：纳米材料技术将在生物医学、药学、人类健康等领域有重大的应用。预计到2015年，纳米技术在生物医药领域中的应用，全球市场将达到2000亿元。

4.1.1.3注重发展提升产品竞争力的新技术和新材料

传统行业的发展需要纳米科技来提升其技术和产品的竞争力。传统产业是国民经济的重要组成部分，这就决定了发展纳米产业应切入传统产业，努力提升对传统产业和产品的更新换代，提高竞争力，同时调整传统产业结构，实现经济增值。纳米科技的发展需重视与传统产业相结合。纳米技术在传统产业的应用具有投入少、见效快、市场前景广阔等特点，因此，将纳米科技与传统产业结合，可以有力促进纳米科技的推广应用。加强与传统产业合作，必须以市场需求为导向，发展具有市场潜力的产品和技术，通过纳米技术显著提高传统产品的竞争力。加强与传统产业合作，从一开始，就要积极吸纳企业的参与投入，发展能显著提高传统产业和产品的新技术和新材料。举例1：纺织行业中的纳米技术纳米催化剂在化纤原料涤纶聚酯合成中的应用，将使生产效率提高5倍以上，大大降低了生产周期和成本，这项技术在化纤行业的推广可带来数十亿元的收益；利用纳米技术对各类化纤进行改性，使之具有功能性，如吸水吸湿纤维、变色纤维、芳香纤维、磁性纤维、防辐射纤维、远红外纤维，还可采用复合纺丝法来生产功能化织物；纳米功能氧化物填充到纤维中可制得各种差别化、功能化纤维，为纤维的发展带来一场健康革命，其市场规模也超过二十亿元。结论：纳米技术的应用将对纺织行业的发展起到巨大的推动作用。举例2：建材行业中的纳米技术纳米技术在建材领域的应用：利用纳米材料的自洁功能可开发的抗菌防霉涂料、PPR供水管；利用纳米材料具有的导电功能可开发的导电涂料；利用纳米材料屏蔽紫外线的功能大大提高PVC塑钢门窗的抗老化变形性能；利用纳米材料可大大提高塑料管材的强度等。另外，纳米抗菌不锈钢塑料复合管、纳米抗菌PPR管是在管材内层塑料中添加纳米级抗菌材料，经共挤出而制成具有抗菌、卫生自洁功能的管材。仅以PVC塑钢门窗为例，近几年我国每年城乡工业和民用建筑的建造量平均约12亿平方米，需要门窗3亿平方米，年需塑钢门窗约3000万平方米，年需硬PVC异型材约30万吨。结论：纳米材料在建材中具有广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效应。

4.1.1.4以市场需求为导向，加强服务意识，注重市场推广

以市场成熟代替技术成熟是发展纳米技术的最佳方式。改变传统的“技术导向”为“市场导向”，始终坚持以市场需求为出发点和归宿，以市场需求为拉动机制，着重推动具有应用前景的新技术和新产品的开发，注重对传统产业的改造和提升，提升产品的竞争力，推动纳米科技的产业化。着重发展有重大影响的方向与领域，注重纳米技术与各个行业的交叉融合，使纳米技术和产品能服务于各个行业。注重纳米技术的市场推广，加强纳米科技与各个行业领域间的交叉融合，加强科研成果和企业及投资商之间的交流合作，建立信息交流平台，创建科研成果转化的渠道，为纳米科技发展提供有力服务和支持。

4.2注重技术集成，实现自主创新

“创新”是科技发展的生命力所在。对于纳米科技的发展，需加强新技术和新产品的原始性创新，提升产品和技术的竞争能力。同时在重视原始性创新的基础上，更应该注重具有重大应用价值的集成创新，通过对集成要素的优势整合，提升集成整体的竞争能力，实现更大的市场价值。

4.2.1技术集成创新有利于形成市场竞争力

长期以来，人们比较注重单项技术继发展，这是技术开发初级阶段的必然过程。但从科技与经济结合的内在要求来看，单项技术的研究开发，因为缺乏与其它相关技术的衔接，在当前很难形成有市场竞争力的产品或新兴产业，这就造成我国每年所取得的数万项科技成果最终束之高阁，削弱了我国科技创新的基础。

4.2.2技术集成创新将提高产业核心竞争力

核心竞争力的形成，不仅仅是一个创新过程，更是一个组织过程，使各种单项和分散的相关技术成果得到集成，其创新性以及由此确立的企业竞争优势和国家科技创新能力在价值上远远超过单项技术的突破。加强技术集成创新，是企业实现自主创新的新思考，也是企业获得竞争优势、适应知识经济发展的关键。

4.2.3纳米技术的集成主要内容

4.2.3.1纳米科技成果的集成

将分散的技术集中，形成一个可达目标功能的技术体系，即组合应用性技术成果，也称为技术捆绑或技术整合。纳米科技成果的集成应注意以下几点：注重主题的策划，选好技术与成果，实现目标显示度。（1）注重主题的策划以市场需求为导向，关注市场需求的多样化，强化产品的竞争意识；以纳米技术或产品为关键要素，解决需求中的重大问题，具有行业导向性与共性；拓展解决方案的丰富性，注重外部资源的易取性；强化研发时间的迅捷性，凸显研发质量的配比性。（2）选好技术与成果始终坚持把市场需求作为出发点和归宿点，选择具有市场前景的技术和成果，选择具有竞争优势的纳米材料或技术为关键技术要素，具有前景的技术与成果，注重其成熟度和可靠性。同时加大中试研究力度、中试研究领域和资金投入，注重集成要素中技术和成果的协调与融合，优势互补，使集成整体具有新的价值。（3）实现目标显示度注重目标功能的实现，不仅要实现各项集成要素的功能目标，还应实现集成系统的整体功能目标。集成要素和集成系统的功能定量指标应具有竞争性，以实现其产品的显示度，有利于产品的推广。

4.2.3.2注重技术集成创新

（1）从纳米科技发展到产业链上的集成协作在产业链的衔接上，由于纳米技术的跨学科性，急需将努力的方向由“单打独斗”转向“集成协作”。实验和技术上存在局限性，而研究的广泛和复杂，造成设施难以完备；技术的成熟度不够；研究成本高和周期长，造成产业化难度大。因此，仅依靠某一个工业部门或者研究机构，将无法加快推动纳米科技的应用和产业化的步伐。结论：要实现和促进纳米技术的产业化发展，需要采用合理的产业化与投融资模式，推动纳米技术产业链的全方位发展。这就是所谓的为了构筑我国纳米产业发展的大战略，也是目前国内众多研究机构、企业正在的探索大联合的适当途径。（2）纳米科技发展产业链上的集成协作方式第一，建立国家级研究开发平台，充分发挥国家级研究开发平台的作用，推动各研究部门之间的交流合作，实现软硬件资源共享，避免重复建设。第二，建立产业孵化基地。“科研-孵化-企业”一条龙式的产业化模式，有利于推动科研成果产业化，因此，在有条件的地方应建立纳米科技孵化基地。第三，加强产学研的合作。积极推进产学研一体化的进程，把研究、开发和应用过程的各个阶段建成一个系统，使之紧密衔接、相互交替，保证从科研到生产整个过程的连续性，从而使科研单位前期的研究、开发优势与企业工业化生产优势融为一体，促进科技成果的转化。（3）各领域科学研究人员间的协作从目前情况看，我国从事纳米科技的研究人员，分属不同的行业、部门，彼此之间信息沟通不畅，研究人员之间也缺乏必要的交流，致使研究力量大大分散，而且各地研究所重复研究、重复建设严重。纳米科技属于多学科交叉的前沿研究领域，要动员和组织信息、物理、化学、生物、医药、材料等学科的专家参与纳米科技的研究开发，抓好多学科在纳米科技方面的集成。结论：纳米科技的多学科交叉特性必然要求加强各领域科学人员之间的协作。

4.2.3.3纳米科技推广注重技术集成创新的应用案例分析

应用1：“以应用纳米技术打造新世纪康居商住楼”思路（1）为了贯彻《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》以及“十一五”规划中的要求，促进生态人居环境和绿色建筑的发展，提出集成整合最先进的纳米技术研究成果，积极推动健康、环保的生态建筑技术的应用与推广。为打造康居示范工程提供有力的技术支持和保障，致力于搭建三大公共技术平台，即居住环境健康性和安全性公共技术平台；建筑物与居家用品节能和环保性公共技术平台；资源综合利用公共技术平台。（2）应用纳米技术打造新世纪康居商住楼，可以体现在环保、健康、节能等方面的优势上。具体应用可以包括外墙涂料、内墙涂料、变色玻璃、地毯地板门、厨房、家用电器、卫生洁具、床上用品、窗帘、玩具及衣物等。（3）面向生态人居环境和绿色建筑的发展的需要、面向《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》以及“十一五”规划中的要求，新世纪康居楼的打造将对该行业及人们生活产生很大影响，将形成一个完整的产业链条，引导该行业的发展。以纳米材料或技术为关键技术要素，具有竞争优势；选择具有很好市场前景的纳米改性内外墙涂料、纳米改性纺织品、纳米改性陶瓷、应用纳米技术的太阳能电池等技术和产品，打造一个健康、环保、节能的居住环境，具有竞争优势。另外，选择的纳米改性内外墙涂料、纳米改性纺织品、纳米改性陶瓷等成果技术成熟度较好。应用2：“建立应用于汽车产业的纳米技术产品产业链”思路（1）纳米技术在汽车产业中的应用，可以包括纳米材料改性内饰件、纳米结构超强钢板、纳米结构铝材料、高耐腐纳米水性汽车涂料、纳米隔热涂料、纳米材料改性高性能轮胎、高强度胶黏剂、纳米汽车油、纳米汽车燃油添加剂、纳米传感器、汽车动力应用纳米新型太阳能电池、纳米汽车尾气催化净化材料等。（2）面向十一五规划的“建设环境友好型，资源节约型社会”，面向中国巨大的汽车产业市场，中国汽车产业发展在近几年速度迅猛，是世界上最大最有潜力的市场。选择具有很好市场前景的纳米改性内饰件、纳米改性涂料、纳米改性高性能金属材料、高强度胶黏剂、纳米汽车尾气催化净化材料、纳米汽车燃油添加剂及汽车动力应用纳米新型太阳能电池等技术和产品，具有竞争优势。纳米技术在汽车上的广泛应用，将降低汽车各部件磨损、降低汽车消耗、减少汽车使用成本，还能消除汽车尾气污染，改善排放。可以预见，纳米技术在汽车产业的应用将对该行业及人们生活产生很大影响，将形成一个完整的产业链条，引导该行业的发展。应用3：纳米科技与新兴行业、支撑行业及国家重大工程挂钩纳米科技与新兴行业、支撑行业及国家重大工程的挂钩可以吸引国家或地方政府等的财政拨款，同时可以吸引公司和企业的投资和参与。纳米科技在新兴行业、支撑行业及重大工程中等各领域中的渗透，将加快纳米科技的产业化；纳米科技在新兴行业、支撑行业及重大工程中的应用，将提升这些行业的技术含量，增加其竞争优势，推动其发展；同时对其产业结构的调整、经济增长方式的改变具有深远的影响。例如：纳米技术及应用国家工程研究中心以产学研结合的方式，组织上海城建集团、上海高校和科研院所利用纳米技术和其它技术集成解决道路隧道内的废气治理问题，这是纳米科技在城市市政工程中的重要应用，该项目已列入国家支撑计划。结论：通过集成技术、产学研合作等方式与新兴行业、支撑行业及国家重大工程挂钩，容易吸引投资，促进纳米技术与其它技术和产业的融合，从而促进纳米技术的发展。

4.3树立诚信市场理念

4.3.1纳米科技要健康跨越发展必须树立诚信意识

诚信的本质首先是经济规律，其次才表现为伦理性质。诚信不足，败事有余。市场经济就是信用经济，信用是现代市场经济的基石，没有诚信，就没有秩序，市场经济和社会道德就会陷入混乱之中。目前纳米科技应用研究很热，市场上出现了鱼目混珠的现象，虚假的“纳米商品”，纳米概念的炒作，严重扰乱了纳米市场的秩序，误导人们对纳米的认识，损害了纳米科技的形象，严重阻碍了纳米科技的产业化发展。结论：纳米科技要健康跨越发展必须树立诚信意识，诚信的市场经济理念。

4.3.2如何树立诚信意识

加强诚信意识培养；健全市场竞争机制，让诚信成为人们自觉遵奉的客观经济规律；强化监督，建立相互补充、相互制约的诚信监督体系；加快建立信用体系，规范信息传递和披露机制，发展资信评估行业；强化法制建设，为诚信规范提供坚实的法制保障。

4.4制定适合纳米政策纳米科技的应用推广，需要制定适

合纳米科技发展的政策，保障纳米科技的可持续发展。

4.4.1制定发展规划，实施专项行动

第一，坚持“有所为，有所不为”的方针，制定纳米科技的发展战略，制定我国纳米科技发展的近期、中长期规划，对纳米技术的基础研究进行整体规划，制定国家纳米科技产业的发展规划，集中力量，重点突破。第二，根据市场要求，依托现有产业的优势和基础，确定重点发展的产业及产品，引导产业结构调整。第三，按照市场需求，集中优势力量研究、开发具有自主知识产权、市场潜力大、技术可行的项目和对未来有重大影响的关键领域，突出特色。

4.4.2建立创新体系，强化专利保护意识

组建全新机制的实体性创新平台，建立以企业为主、产学研结合的纳米科技创新体系。强调纳米科技的原始创新，注重技术创新、管理创新、制度创新的有机结合，在原始创新基础上，同时注重集成创新，强化专利保护意识，提高知识产权保护在企业发展中的重要作用。另外，建立和健全纳米技术成果产权保护制度，优先资助拥有自主知识产权的专利成果的产业化。

4.4.3重视人才培养，加强技术交流

制定人才优惠政策，鼓励人才流动竞争，努力创造人尽其才、才尽其用的良好环境。建立培养和吸引纳米科技人才的政策，培养高质量的纳米技术人才和领军人物，引进国外具有真才实学的优秀人才。加强国内外科研单位及企业之间关于纳米技术的信息交流，建设开放式的国家纳米技术信息交流平台，加强国际交流和合作，扩大国际影响。

4.4.4加快基地建设，吸引多元投资

鼓励科研单位、高等院校与生产企业共建纳米技术创新基地、开放式研究开发中心等，改善基础设施条件，对共性关键技术进行联合攻关，建立以企业为主体，产学研结合的纳米技术创新体系，加速纳米技术的研究开发与产业化步伐。重视以政府政策资金为导向，建立多元投资融资体系，吸引风险投资及民间投资，使其大规模地介入纳米技术产业并与科技界融合。同时，鼓励纳米科技型企业在资本市场上融资，加速纳米成果的转化和产业推进。4.4.5完善行业标准，规范技术市场重视标准意识，根据纳米技术产品的性质、用途，参照国际标准，制定我国纳米技术行业的产品标准，建立权威性的国家纳米产品质量检测中心，使纳米产品的生产和销售有章可循。尽快制定出台相关的政策法规，规范纳米市场，避免纳米技术及应用研究重复建设和过度竞争。

4.4.6加强科普宣传，倡导科学道德

重视纳米技术的普及工作，加强对纳米科技的科普教育，使大众对纳米科技有正确的科学认识，避免过分炒作和误导。重视纳米科技相关学科的建设工作，保障我国纳米科技的可持续发展。

5纳米科技成果介绍

纳米技术及应用国家工程研究中心积极整合社会资源，积极推动纳米技术成果的转化。

5.1应用在环境领域的纳米材料和技术

成果1：用于汽车尾气催化净化处理的介孔基催化材料成果简介：孔道内担载贵金属Pt/Rh/Pd的氧化锆基（氧化锆/氧化铈）复合纳米介孔催化剂。该催化剂采用具有自主知识产权的涂覆工艺，成功负载于金属载体表面，经检测，排放性能及催化剂老化性能达到并优于欧IV标准（GB18352.3）。技术特点与优势：特殊的介孔结构，高比表面积；贵金属用量低，热稳定性好；优良催化活性和稳定性；抗老化性好。产业化前景：2007年我国汽车产量达到900万辆，并逐年递增。同时，我国将面临新车必须全部加装净化器的局面，该项目具有极其广阔的市场前景，其经济、社会和环境效益十分巨大。成果2：光催化净化室内空气应用技术光催化室内净化技术现状：不能有效地去除室内空气中；危害性很大的细微颗粒物；催化剂活性组分易流失；微孔容易被颗粒物堵塞，致使催化剂失活。技术创新：将高流速高效率静电除尘与光催化净化室内空气两相单元技术有机的结合。技术内容：包括性能好低成本的金属泡沫网状载体的制备技术、光催化净化活性组份在金属泡沫载体上负载技术、净化室内空气污染物一体化新技术、金属泡沫网状物负载光催化材料、室内光催化净化器。产业化前景：目前我国城镇装修过的房屋中80％存在甲醛超标问题。净化室内装修污染的市场规模达100亿元，并正以每年30％的速度增长，据预测2008年将达到200亿元的市场规模。5.2应用在能源领域的纳米材料和技术成果3：镍氢（MH/Ni）动力电池与镍锌动力电池技术内容：镍氢动力电池技术；锌镍动力电池技术；在电极中添加纳米添加剂；提高电池的循环寿命；提高电池的安全性。应用范围：电动工具、割草机械、玩具模型、电动自行车、电动摩托车等。技术成果：《动力镍氢电池用纳米材料测试技术》项目被上海市高新技术成果转化服务中心项目认定办公室认定为上海市高新技术成果转化项目。这意味着该中心又一项纳米科技成果将走向市场。产业化前景：随着WTO的加入，对动力电池的需求逐年增加。目前国内市场对镍氢动力电池的年需求量在数千万节以上，也将在上千亿的一次电池市场中占据一席之地。

5.3应用在生物医药领域的纳米材料和技术成果

4：超临界粉碎技术成果简介：超临界粉碎技术，采用超临界流体，通过改变压力快速改变溶液的饱和度，使溶质瞬时成核、获粒度均匀、超微细纳米级、无污染高纯度产品。通过此药物微细化技术，实现中药的微纳米化，促进药物的溶解性，提高药物的生物利用度。成果内容：水飞蓟素微纳米颗粒，超临界流体增强溶液分散技术（SEDS），粒径尺寸介于50～300nm，纳米化后的药物在水中溶解速率得到显著改善。谷甾醇纳米颗粒，气溶胶溶液萃取系统（ASES）技术，粒径介于50～300nm，ASES处理后样品结晶度降低；化学结构没有明显改变。产业化前景：超临界微纳米加工产品：如纳米水飞蓟素、植物甾醇可应用于相关药物或油类产品，按1%的附加值计算，相关药物或油品的产值达100亿，该产品产值可达1亿元。成果5：用于腹腔淋巴靶向治疗的纳米给药系统成果简介：以安全无毒的聚脂类生物降解聚合物为纳米粒的骨架材料，用改良的乳化-液中干燥法制备载药纳米粒（NP）。腹腔化疗方式治疗卵巢癌，克服了紫杉醇游离药物渗透性差、易过敏等缺点，并能实现产业化。技术特点和优势：解决了材料的安全性，采用经FDA批准载体材料；制备工艺可实现产业化，粒径及其分布可控制、重现性好，包裹率高，生产工艺条件不苛刻。产业化前景：全球卵巢癌每年新增病人19.2万，死亡人数为11.4万，其死亡率占妇科恶性肿瘤之首。建成应用示范点，年创产值可达1000万元。成果6：基于纳米生物探针的微流控阵列蛋白质芯片成果简介：该芯片是一种纳米生物技术与微生物芯片技术的集成产物。通过纳米生物自组装技术将靶蛋白配体组装在纳米粒子界面上，构成纳米生物探针，可以特异性地与各种生物样品（血清、细胞培养液等）中的靶蛋白结合，并最终被捕获在微流控阵列的特定检测区域，通过纳米粒子所发出的光学信号实现对多种靶蛋白的高特异高灵敏的同步多元分析。技术特点和优势：高灵敏、高分辨和低噪音；可以实现多种生物分子的同步检测；具有在分析模式和使用便捷性上的多种优势。产业化前景：主要应用领域有蛋白质的结构功能研究、医学诊断和医疗、新药开发、生物工业、低样品消耗和快速的芯片反应器系统，以及特定用途的专家系统。

5.4应用在电子信息领域的纳米材

料和技术成果7：CMP后清洗剂成果简介：采用表面活性剂的分子设计技术，利用表面活性剂的协同效应，研制了一系列高性能CMP后清洗剂。技术特点和优势：由表面活性剂、高性能功能性清洗助剂组成的水基清洗剂。适合抛光后高精度表面的超精密清洗。清洗效率高、对工件腐蚀小、残留少等。技术现状：用于硬盘清洗的清洗剂已得到世界最大硬盘基片生产商“深科技”的认可，指标达到国际先进水平。硅片清洗剂已在国内企业得到初步应用。产业化前景：可广泛用于计算机硬盘、硅片、玻璃基片等表面的超精密清洗。系一次性使用，因而电子行业的清洗剂具有巨大的市场。CMP后清洗剂利润丰厚，以每年销售1千吨计，利润在1000万元以上。成果8：高性能纳米粒子抛光液成果简介：化学机械抛光技术（CMP）是迄今几乎唯一可以达到全局平面化的超精加工技术，纳米粒子抛光液是CMP技术的关键要素。通过解决纳米粒子改性分散技术、纳米粒子抛光液的配伍与精制技术、原子级抛光工艺技术等关键技术，成功制备出一系列含有纳米磨粒的纳米粒子抛光液。纳米粒子抛光液由纳米粒子研磨剂、功能性助剂、溶剂组成。技术特点和优势：在计算机硬盘基片的抛光中可以达到表面粗糙度(Ra)小于0.5；数字光盘母盘玻璃基片抛光中表面粗糙度达到4.68；均达到国际先进水平。产业化前景：纳米抛光液市场广阔，用于高精加工的纳米抛光液为消耗品，系一次性使用，不可循环使用以免影响抛光质量，因而抛光液市场容量较大。

第5篇：纳米流体技术的特点范文

需强调的是，质谱也有局限性，杂质结构最可靠的确证还是依靠杂质单体的获得和结合其他技术的综合解析。手性杂质手性药物中的对映异构体限量检查越来越受关注，旋光光谱(ORD)、圆二色光谱(CD)的测定仍是目前首选的快速检测方法;手性色谱法不仅可以定性而且是更可靠的定量手段［20］。HPLC在手性分离方面仍然占据主要地位，运用相对较广泛的手性固定相多数是多糖类，键合相多糖类手性柱也日趋成熟，如ChiralIC柱。其他如环糊精、手性冠醚类、Pirkle型、蛋白质、配体、离子交换以及大环抗生素等手性固定相以及新型柱前衍生化法方面仍有一些新的发展，采用整体柱技术制备手性色谱柱近年来也成为热点。由于UHPLC的出现，小粒径的手性填料也必将成为今后的研究热点。离子液体在手性药物色谱分析上的研究也日渐增多。传统的气相色谱依托着环糊精衍生物等固定相在手性分离中仍然有一定的运用，而利用离子液体进行手性分离成为手性气相色谱的发展方向之一。其他色谱技术，如超临界流体色谱、模拟移动床色谱、高速逆流色谱等在手性药物分析和对映体制备中继续发挥着积极作用。CE具有独特的分离机制，用于药物光学异构体的分析仍是一个较好的选择。毛细管区带电泳(CZE)和胶束电动毛细管电泳(MEKC)仍是应用最多的模式。在CE研究中非水毛细管电泳、毛细管微乳电动色谱、2D-CE、3D-CE等也已成为热点。另外，对毛细管柱的手性改性也是一些研究者关注的对象。由于毛细管电泳在手性分离上的优势，新的手性添加剂仍是其重要的研究方向。而毛细管整体柱的快速发展，使得毛细管电色谱(CEC)技术在手性药物分析上成为新的增长点［21］。基因毒性杂质的分析［4］171-191基因毒性杂质(GTIs)的毒性阈值水平也是目前关注的热点。2006年欧洲药品局(EMEA)首先颁布了EvaluationofMedicinesforHumanUse，GuidelineontheLimitsofGenotoxicImpurities，FDA于2008年也正式签发了类似指南［22］。要识别这些杂质，应该对涉及合成过程的化学反应、与原材料有关的杂质等进行科学地评价。上述指南同时适用于辅料和药物活性物质。基因毒性杂质的控制在药物研究的初期就应考虑，并贯穿于整个药物研发、生产以及上市过程。基因毒性杂质的检测属于痕量分析，对灵敏度、选择性、重现性和耐用性有更高的要求，最常用的分析方法也是LC和GC，及其与质谱的联用。超临界流体色谱法(SFC)和CZE方法最近在GTIs检测中也有一些报道。对于无紫外可见吸收的GTIs，可以选择电雾检测器(CAD)、蒸发光散射检测器(ELSD)等检测器。如果检测器对于GTIs没有特别的专属性，色谱分离就显得尤其重要。若采用GC，常用的检测器是FID和MS，也可以根据GTIs的结构特征来选择理想的检测器(例如ECD)。处方前和早期阶段的分析方法处方前研究应根据不同检测项目的需要选择适当的分析方法。对于药物的鉴别，赋形剂和包装的鉴定，FTIR，NIR和拉曼等光谱技术依然是重要的手段，一些分析技术如衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)也开始广泛应用到药物研究中。电感耦合等离子体光谱(ICP)，原子光谱和X射线荧光对外来金属污染物的检测已成为必不可少的技术。对于一些新型给药系统，目前药物分析研究的热点集中在高通量的样品前处理技术、自动化技术的研究上。上述研究除了对应的相关技术外，色谱方法仍是最重要和应用最广泛的定性定量手段。HPLC方法液相色谱的发展以色谱填料的发展为基础，新的不同机制的固定相的不断涌现带动了整个液相色谱的发展。由于所研究的化合物实体类型越来越多，对分离的要求也更高，新的功能化和吸附模式的固定相不断涌现，例如用于极性化合物分离的亲水作用色谱(hydro-philicinteractionliquidchromatography，HILIC)，多功能有机杂化硅胶、聚合物固定相、核壳型填料和纳米及亚微米填料等。UHPLC方法亚微米颗粒(＜2μm)填充的微径和纳米级口径的色谱柱，具有高柱效、高分辨率、高峰容量和高流量等优点，促进了UHPLC在药物定性和定量分析中的广泛应用。特别是针对杂质研究，结合扫描速度更快、分辨率更高的质谱检测更具优势。随着更小颗粒填料的使用，能够在更宽的线速度范围内保持恒定柱效，将大幅度改善液相色谱的分离度与灵敏度，微高效液相(micro-HPLC)［23］和纳米高效液相色谱(nano-HPLC)［24］将成为未来几年药物色谱分析发展的新热点。整体柱技术在药物色谱分析领域，整体柱已成为药物色谱分析研究的热点［25］。近年来它在高效、快速、高通量分离分析方面得到了较快的发展，并开始广泛用于药物小分子和生物大分子的分析。整体柱具有通透性优良、制备简单和背压极低等特点，其在快速分离分析和二维液相色谱中具有明显优势，而通过制备超长柱不仅可弥补整体柱载样量的不足，同时也可有效提高其分离能力。目前整体柱的研究主要集中在有机聚合物整体柱，无机-有机杂化整体柱，β-环糊精硅胶杂化的手性整体柱的研究。基因工程药物质量研究蛋白类药物结构复杂，加上生产过程所造成的微观不均一性的存在，使得这种复杂性倍增，而且在编译DNA过程中，可能产生非预期的蛋白序列。除了生物大分子的常规分析外，药物分析技术的发展主要体现在以下几个研究领域。肽图分析肽图分析的主要手段是利用蛋白酶对特定的位点进行分解，再采用HPLC-UV或LC-MS等方法进行分离和测定，对蛋白质和多肽结构研究和特性鉴别具有重要意义。传统的方法存在酶解时间长、酶的自身分解以及测定重复性较差等问题。一些研究者利用激光照射提高酶解速度［26］。在溶液中加入钙离子、减少甲基化和固定化酶等可以解决酶的稳定性问题。其中，由于固定化酶的再使用性、减少底物稀释以及可连续使用等优势已经越来越被广泛的运用到肽图分析中，并且与LC-MS联用后，可以实现对基因工程药物高通量的肽图分析［27］。另外，由于CE具有样品和试剂消耗低，分离效率高，分析速度快，分离模式多样等优势，加上近年来其检测技术的改善和与质谱联用技术的日趋成熟，使得其在肽图的分析中发挥着越来越大的作用［28］。氨基酸分析目前氨基酸分析研究主要致力于缩短分析时间，随着同位素标记的发展［29－30］和微波技术的成熟，氨基酸的分析速度变得越来越快。毛细管电泳与质谱联用技术快速高效，已经常被用于氨基酸分析，通过同位素标记，其检测的灵敏度大幅提高。而一些在线的前处理技术与色谱技术的联用为高通量的实现提供了帮助。相对分子质量测定基因工程药物相对分子质量测定的传统方法主要是凝胶电泳或者高分辨质谱，利用沉降速度的差异也可以测定大分子物质的相对分子质量［31］。同时，纳米技术的发展也带动了相对分子质量测定技术的发展，研究表明加入碳纳米管可以使得聚丙烯酰胺凝胶电泳分离的效果大大提高［32］。生物大分子结构的研究生物大分子的生物活性取决于它们复杂的空间构象，常规研究方法有圆二色谱、红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射和低温电子显微镜等。利用多维NMR进行蛋白质的结构和分子相互作用研究，以及利用生物质谱进行其结构和定量研究仍是目前研究的热点。

体内药物分析及药物代谢体内药物分析逐步从以静态物质为中心向以动态生命科学为基础的方向转变，研究药物的吸收、代谢、分布、排泄、立体选择性、药物的相互作用、药物对内源性代谢的影响，为新药发现提供了新的途径。利用核磁共振、色谱质谱联用等技术，结合化学计量学方法(模式识别、多元校正、多元曲线分辨)，采用组学和系统生物学方法，研究生物体整体或组织细胞系统的动态代谢变化，特别是药物对内源代谢、遗传变异乃至各种物质进入代谢系统的特征和影响，发现相关生物标志物，也是体内药物分析近年来发展的重要方向。体内药物分析中的联用技术联用技术是分析体内药物和代谢物最常用的技术，如GC-MS、LC-MS/MS、HPLC/ICP-MS、LC-NMR、CE-ESI-MS等，它将分离、定量和定性融为一体。近年来，UHPLC及其联用技术因其具有较高的分辨率和较快的分析速度使其在药物代谢研究中备受青睐［33］。在体内药物分析中，GC作为一种成熟的方法已发展到一个瓶颈期，新的技术革新主要着眼于色谱柱和原有仪器的改进以及便携式微型GC的发展。GC-MS由于EI离子源较难得到分子离子峰因而也面临着未知物测定的难题，利用HRAM-APCI-GC联用技术可以得到准确的分子离子峰，有效地解决了这一难题。近年来，二维气相色谱(GC×GC)成为GC发展新的增长点，结合TOF/MS的联用技术，使之具有更高的灵敏度和分辨率，特别适合于中药复杂体系分析、兴奋剂检测以及临床和法医毒理学中的药物毒物分析［34］。新的LC与MS的联用技术层出不穷，例如同位素标记/稀释技术可以拓展LC-ESI-MS的线性范围及降低基质效应;微喷雾和纳喷雾(nano-ESI)技术提高了微量样品分析的灵敏度;具有高通量、灵敏度和准确度的HPLC-MAL-DI/TOF-MS;能得到很多的碎片信息和更小的基质效应的LC-(coldEI)-MS技术;LC与线性离子阱(lineariontrap，LIT)质谱的联用，与三维离子阱相比，贮存离子能力提高，空间电荷效应有一定改善;在线分析中SPE与UPLC-QqLIT的联用;LC-Q-TOF，LC-TOF-TOF、LC-线性离子阱静电轨道阱联用质谱仪(LTQ-Orbitrap)等技术的应用将使得药物开发、药物代谢分析、临床医学、毒物学研究以及蛋白质组学等方面的研究将更为广泛和深入［35－36］。在这些技术中，接口是影响联用的一个关键因素，例如CE-MS最成熟的是电喷雾离子化接口(ESI)，新发展起来的无鞘流及低鞘流接口在分离效能和灵敏度方面表现出较大的吸引力，扩大了CE-MS的应用范围［37］。芯片电泳中激光解析离子化(LDI)接口也逐渐被应用，此外还有如CE-APEI-MS、CE-IT-MS、CE-API-MS等接口模式。代谢研究中的高分辨质谱技术新型高分辨质谱(HRMS)除了可得到所有待分析物质全扫描MS数据，其系统的精密度目前可与三重串联四极杆质谱相媲美，增强了其定量测定能力。而且HRMS可以得到超过预设质量范围的信息，因而能够对未知待测物进行测定，这是他区别于传统多重检测研究代谢组学的一个特点。未来代谢组学的发展趋势将是利用MS特别是HRMS在更宽的质量范围收集全扫描数据，同时对代谢物进行定性和定量分析。尽管当前MS的检测灵敏度和耐用性得到了显著提高，但许多问题仍不能得到解决，今后还应更加关注代谢物离子的提取效率和仪器分辨率的提高。新型HRMS如LTQ-Orbitrap、傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICR)的推出克服了以往TOF-MS在分析不同浓度待测物时质量准确度变化的缺点，并可在较大的动态范围内进行定量分析［38］。新的解吸附电喷雾离子化(DESI)技术几乎不需要样品前处理，利用喷雾解吸附、离子化，并将待测物导入质谱仪，可用于生物样品中药物代谢物的原位测定。新型MALDI技术(例如硅胶解析以及纳米技术的研究)将更加减少基质对测定结果的干扰［39］。利用13C，15N和34S同位素标记结合HRMS，用于体内生物小分子、蛋白质以及核酸的检测，也是人们关注的焦点。代谢研究中的NMR利用NMR进行代谢产物特别是大分子物质的结构确证是研究代谢的另一重要方法。最突出的技术进步就是2D-NMR方法的发展。它从根本上改变了NMR技术用于解决复杂结构问题的方式，使NMR技术成为解决复杂结构问题的最重要的方法。2D-NMR的发展扩展了杂核磁共振(X-NMR)的研究，如1H-13CHSQC和1H-15NHSQC等的广泛研究和使用［40］。近几年已出现3D-NMR技术来替代2D-NMR方法，用于生物大分子的结构测定。初步探索的结果表明3D-NMR方法可以同时检测13C，15N和1H之间的相互作用，能提供许多2D-NMR方法所不能提供的结构信息，从而简化结构解析过程［41］。近年来，一些新技术的出现也使NMR效能得到显著提高，例如更高的磁场强度、低温探针、微线圈探针、先进脉冲序列、同位素标记等。代谢研究中的CE技术CE技术在生物样品中大分子物质及其代谢产物的分析测定中具有显著的优越性。CE新技术为体内小分子的测定提供了有力工具，微芯片电泳、3D毛细管电泳、毛细管凝胶电泳(CGE)，以及在微流控芯片上构建多维分析系统也为大分子物质的分离分析提供了新的技术平台。由于CE的灵敏度仍不够高，所以改进检测方法和样品富集技术一直是CE方法的研究重点［21］。体内药物分析中的前处理技术传统的生物样品处理方法主要是液液萃取、液固萃取以及沉淀等方法。分子印迹技术在色谱分离中由于其存在固有的色谱性能缺陷，使得其在定量药物分析领域应用受到限制，但在样品前处理领域仍有着广泛的应用前景。样品的前处理技术的发展趋势是用样量更少和选择性更高，如液相微萃取、固相微萃取技术、利用离子液体的微萃取技术、膜分离技术、碳纳米管技术、分子印迹技术等。而LC-MS的普及使在线固相萃取变得越来越重要。

现今仍然面临两个挑战:一是色谱分离机制必须与样品成分的理化性质相契合;二是在第一维色谱中分离的样品成分不能在接下来的分离中损失。在中药常量元素和痕量元素的质量控制中，传统的原子光谱技术依然占据主导地位，但一些灵敏度更高，分析速度更快、专属性更好的技术(如ICP-MS)应用越来越多［48］。中药质量控制是中药发展的核心所在，多元化的中药质量控制方法和注重中药的系统化研究将是发展趋势，生物效价和代谢组学等生物检测方法将会更广泛的应用于中药质量控制。中药对照品的建立也是今后工作的重点和难点，借助高速逆流色谱制备及NMR定量等技术手段，将使其能够得以更有效的实现。技术的不断进步和药物研究水平的不断提高，为药物分析学科的发展提供了广阔的空间，药物分析学正经历着前所未有的巨大变化。传统的药物分析学主要侧重于采用常规的分析方法对药物质量进行静态控制，而现代药物分析学科的发展将为新药的发现、药物的制造和药物的有效性和安全性的动态监测提供全方位强大的技术服务和保障，并引导药物科学取得新的进步。

作者：狄斌 苏梦翔 单位：中国药科大学 教育部药物质量与安全预警重点实验室

第6篇：纳米流体技术的特点范文

关键词：磁性液体；应用；制造；超声波

CharacterandApplicationsofMagnetsLiquids

Abstract：Inthispaper，theapplicationsandcharacteristicofmagnetsliquidisalsogiven．

Keywords：magnetsliquids；applications；manufacture；ultrasonicwave

1引言

磁性液体最初是1965年美国宇航局为了解决太空服头盔转动密封的技术难题而率先研制成功的。宇航员进入太空所穿宇航服的一个关键部位--颈部，必须用液体磁性材料制作。颈部是宇航帽与宇航服连接之处，既要让宇航员的头部能够自由转动，又要密封度高。如果密封不够，宇航服里的氧气泄漏，宇航员生命受到威胁。这个连接部位，若用固体物质显然太硬，而一般液体物质密度不够，惟有液体的纳米磁性材料符合要求。

所谓磁性液体（MagneticLiquids），并非是指液态的磁性材料（物质处于液态的温度都高于其居里温度，所以目前还没有液态的磁性材料），而是把用表面活性剂处理过的纳米级超细磁性微粒高度分散于基液中形成的一种均匀胶体溶液。该溶液在重力和磁场作用下也不会出现凝聚和沉淀现象，具有固体的磁性和液体的流动性，因此具有许多独特的性质，在电子、仪表、机械、化工、环境、医疗等行业领域都具有独特而广泛的应用。根据用途不同，可以选用不同基液的产品。

2磁性液体的分类

磁性液体按材料、超微粒的制作、分散方法等不同，分为以下几类：

（1）铁氧体型磁性液体主要以金属氧化物作为磁性微粒，以水、碳氢化合物、矿物油、精制油、二酯基液、透平油氟醚油等为基液。

（2）金属型磁性液体以金属或合金作为微粒，按基液的不同分为非导体型和导体型。非导体型金属磁液一般以甲苯或煤油为基液，导体型则以非磁性金属膜（或合金膜）去覆盖磁性金属微粒。

（3）复合型磁性液体他是以普通磁性液体和非磁性微粒复合形成的一种新型磁性液体。

3磁性液体的性质

由于磁性液体同时具有磁性和流动性，因此具有许多独特的磁学、流体力学、光学和声学特性。

磁性液体表现为超顺磁性，本征矫顽力为0，没有剩磁；在外磁场下，磁性液体被磁化，满足修正的伯努利方程。与常规伯努利方程相比，添加了一项磁性能，使磁性液体具有其他流体所没有的、与磁性相关联的新性质：例如磁性液体的表观密度随外磁场强度的增加而增大。

当光通过稀释的磁性液体时，会产生光的双折射效应与双向色性现象。当磁性液体被磁化时，使相对于磁场方向具有光的各向异性，偏振光的电矢量平行于外磁场方向比垂直于外磁场方向吸收更多，具有更高的折射率。磁场有关，呈各向异性；磁性液体在交变场中具有磁导率频散、磁粘滞性等现象。

4磁性液体的制作方法

（1）获得磁性液体的基本条件

①颗粒尺寸应小于某一临界尺寸，该临界尺寸在10nm以下。

②颗粒在溶剂中应达到一定的表面活性化要求，从而即使在范德瓦尔斯等各种能量的作用下，也不发生凝聚。

（2）磁性液体的制作工艺

以磁性氧化物超微粒子的制作工艺为例

磁性氧化物化学稳定，容易制成粉末，用途广泛。磁性液体用氧化物的粒径绝大多数应分布在10nm以下。一般是以磁铁矿等铁氧体氧化物为主体，由金属盐类水溶液通过共沉淀法制成纳米级超微粒。以磁铁矿（Fe2O3·2Fe3O4）为例，就是在Fe2＋和Fe3＋的浓度比为1∶2的铁盐溶液中加入碱溶液，例如NaOH溶液，使其析出Fe2O3·2Fe3O4。在反应过程中，通过调整溶液温度、铁盐浓度、碱的中和过剩量、反应时间等，可以对颗粒尺寸进行控制。

此外，下述方法也可获得氧化物超微颗粒：

①将固相反应得到的铁氧体在含有表面活性剂的油中进行长时间的球磨。

②使铁氧体构成金属的醇盐，并把他溶于乙醇等溶剂中，加水分解获得。

③利用等离子体、弧光等使金属蒸发，在含有适量氧的稀薄气体中凝聚获得

5磁性液体的应用

（1）磁性液体原被称为“磁流体”，也有称为“磁液”的。磁性液体应用最广泛的是磁性密封技术，尤其在要求真空、防尘、或封气体等特殊环境中的动态密封最为适用。在高保真扬声器、电机阻尼、磁性传感器等方面磁性液体均具有独特的应用。

磁性液体密封原理磁性液体旋转轴动密封是一种非接触式密封（即动件和静件没有直接接触），其工作原理是：由环状永磁体，导磁极靴和导磁转轴构成闭合磁路，利用永磁体中的磁能，在转轴与极靴极齿顶端的齿形间隙中产生强弱相间的非均匀磁场，将磁性液体紧紧吸住，形成磁性液体“O”型密封环，把间隙堵死，从而达到密封的目的。如图1和图2所示。

主要特点：

①无磨损，因为磁性液体具有液体的性质，并且由于基液具有性，所以还可起作用。

②密封度好，用于真空时可以达10～5Pa。

③无泄漏。

（2）磁性液体真空密封连接器是一种能够在2个相对封闭的空间内提供相互的可靠旋转连接的装置。全系列的设计使其在多种场合得到广泛应用，例如单晶硅炉、各类镀膜设备、气相沉积、液晶再生、半导体刻蚀系统等超高真空系统和设备。如图3所示。磁性液体真空密封连接器组件根据各类常用真空设备使用的真空旋转轴连接器技术参数设计制造，可直接替代相应的真空密封连接器使用，基本不需对原设备进行改造。

（3）磁性微粉是各类磁性器件的主要原料，现代通讯，信息等的发展使诸如电感等磁性器件向超微化方向发展，因而对磁性微粉这类材料的需求更为严格。

Fe3O4是目前使用极广泛的磁性材料，如图4所示，近年的研究对其在磁性纪录等方面应用取得了不少突破，其纳米化产品效能如吸波效应、催化作用等，人们也正在进行大量的试验，应用前景十分广阔。

主要技术指标：

平均粒径：10～30nm晶型：γ形

（4）磁性液体阻尼器，磁性液体的表观性质在磁场作用下会发生较大的改变，例如密度、粘滞性等，因为磁场的作用，磁性液体可以定位在一定区域内，磁性液体这些和磁性有关的独特性质，可以利用磁性液体制作高性能的阻尼器件。他是由一个非磁性的惯性块、一个安装了磁性体的轮圈以及一定量的磁性液体组成。其基本原理就是在轮圈与非磁性惯性块的间隙中注入磁性液体，利用磁性体的强力磁场作用，使磁性液体在非磁性惯性块和磁性体之间形成一层磁性液体层，从而使该非磁性惯性块悬浮在磁性液体层上。这样就使磁性液体既具有了液体滑动轴承的功效，又由于磁场的作用而无泄漏之忧。同时磁性液体的粘性作用又产生了最佳的阻尼效果。在实际应用时将轮圈与步进电机的转轴固定，当电机加速或减速时，由于非磁性惯性块的惯性作用使其稳定时间大幅度地缩短，同样也可抑制电机在其共振频域的振幅。当电机匀速转动时，由于轮圈和非磁性块是同时回转的，因此几乎没有能量损失。

（5）磁性液体轴承电机，现代硬盘技术的飞速发展，硬盘转速的提高对电机性能提出了更高的要求，目前，希捷等专业硬盘厂商已经在其主流产品使用了磁性液体轴承电机来满足硬盘驱动器高转速、高稳定、低噪音的要求。

磁性液体轴承是利用被磁场固定在电机转轴部位的磁性液体，旋转时形成的液体膜使电机转轴悬浮并自动定中，电机运转时，电机轴与电机其他部件没有直接接触，这样电机工作时的磨损小、噪音低，如使用了SoftSonicTMFDB（流体轴承）的SeagateBarracuda（r）ATAIV，其声强仅为20dB，并且还是现在市场主流硬盘内部数据传输率最高的产品。

磁性液体轴承电机可以应用在多种需要高速稳定运转的场合，例如激光打印机，转速可以达到10000～30000rpm，噪音仅35dB左右。

6结语

此外，磁性液体还广泛应用于电声器件、选矿、工业废液处理、热交换、磁回路传热器、生物磁等方面，随着对磁性液体理化性质的深入认识，以及对超微磁性粒子、稳定剂和载液的深入研究，稳定性更好、性能更高的实用化磁流体将不断出现，并将在更多领域发挥重要作用。

参考文献

［1］周文运．永磁铁氧体和磁性液体设计工艺［M］．成都：电子科技大学出版社，1991．

［2］梁志华，裴宁，邓朝阳．磁流体密封技术应用的现状与展望［J］．与密封，2000，（1）．

第7篇：纳米流体技术的特点范文

1.1药物载体

许多药物都有细胞毒性，在杀死病毒细胞的同时，也会对正常细胞造成损伤。因而，理想的药物载体不仅应有较好的生物相容性、较高的载药率，还应具有靶向性，即到达目标病灶部位才释放药物分子。无机纳米材料的大小和表面的电荷等理化性质决定了纳米材料的性能，研究这些可控特性可应用在生物医学领域中。例如，用多孔硅作为药物载体递送柔红霉素，治疗视网膜疾病持续时间从几天延长到3个月。通过调控将纳米粒子孔径从15nm变为95nm，使柔红霉素的释放率增大了63倍，从而调控药物的释放。用介孔二氧化硅纳米粒子运载化疗药物、探针分子向肿瘤细胞进行递送，可用于癌症等疾病的靶向性治疗和早期诊断。介孔二氧化硅在药物传输、靶向给药、基因转染、组织工程、细胞示踪、蛋白质固定与分离等方面有广泛的应用。碳纳米管及其衍生材料可开发用于电敏感的透皮药物释放，又可作药物载体进行持续性释放。比如，用超支化聚合物修饰碳纳米管，可以从复合物的羟基末端聚集活性基团，从而增强溶解性能，作为抗癌的药物载体，也可以用作药物缓释载体。用聚乙烯亚胺修饰多壁碳纳米管，分散性好，能降低对细胞的毒性，进一步结合在壳聚糖/甘油磷酸盐上，能增加凝胶的机械强度。同时，改变溶液的pH值、温度等来构建具有双缓释功能的温敏性凝胶，能减少凝胶的突释现象。纳米钻石（dND）装载化疗药物具有较低的毒性和较高的生物兼容性。将叶酸等靶向分子修饰纳米钻石表面，用于装载抗癌药物，以H2N-PEG-NH2作为桥梁分子，形成纳米靶向载药系统，对C6细胞具有靶向作用，为研制肿瘤靶向治疗提供了参考依据。为了避免被单核细胞、巨噬细胞系统等非特异性吸收，并让药物优先进入肿瘤细胞，用超支化缩水甘油（PG）修饰纳米钻石得到dND-PG，有较好的生物相容性，能避免被正常细胞的巨噬细胞非特异性摄取。加载抗癌药物阿霉素显示出对肿瘤细胞具有选择性的毒性作用，可作为肿瘤药物载体，对肿瘤细胞进行选择性给药。将药物分子插入LDHs的层间形成药物-LDHs的纳米杂化物，药物与LDHs层间的相互作用以及空间位阻效应能有效地控制药物释放，减少药物发生酶解作用。LDHs表面存在大量的羟基，便于进行表面功能化修饰，增强靶向性，避免被巨噬细胞吞噬而从人体内清除，提高药物的输送效率。LDHs适合装载不同类型的药物，将药物插入到LDHs的层间结构，药物以阴离子形式装载并被控释。通过共沉淀法在LDHs层间成功地嵌入维生素C，维生素C的阴离子垂直插于LDHs层间，热稳定性显著增强。通过离子交换反应来释放维生素C，延长释放时间。

1.2蛋白质载体

纳米材料在诊断、药物输送、生物功能材料、生物传感器等方面得到了迅猛的发展，出现了疾病治疗、诊断、造影成像等多种功能的组合。无机纳米材料在生物大分子药物的载体，包括运载蛋白质、多肽、DNA和siRNA等方面的研究较多。纳米多孔硅有较好的生物相容性、生物可降解性和可调控的纳米粒径，可作为药物输送系统。壳聚糖修饰多孔硅后可用于运载口服给药的胰岛素，改善胰岛素的跨细胞渗透，增加与肠道细胞黏液层的表面接触，提高细胞的摄入，可用于口服递送蛋白质和多肽。纳米羟基磷灰石与蛋白质分子有高亲和性，可用作蛋白质药物缓释载体，能提供钙离子，造成肿瘤细胞过度摄入，从而抑制肿瘤细胞活性，诱导肿瘤细胞凋亡。

1.3基因载体

基因治疗是遗传性疾病的临床治疗策略，主要依赖于发展多样性的载体。无机纳米材料用于基因疗法是利用无机粒子和可生物降解的多聚阳离子合成新型的纳米药物载体，如介孔二氧化硅作为基因载体可用于肿瘤治疗，促进体外siRNA的递送。乙醛修饰的胱氨酸具有自身荧光的特点，可对pH值和谷胱甘肽进行响应。通过荧光标记类树状大分子的二氧化硅纳米载体具有分级的孔隙，不仅毒性低、基因装载率高，转染率也较高。引发谷胱甘肽二硫键裂解，可促进质粒DNA（pDNA）释放，并能使用自发荧光来实时示踪。又如，通过π-π共轭、静电作用等非共价键作用力结合，能将DNA、RNA等生物大分子和化学药物固定在氧化石墨烯上。

1.4骨移植

临床上可用自体骨移植来治疗创伤、感染、肿瘤等造成的骨缺损，由于骨移植的来源有限，且手术时间长，易导致失血过多和供骨区并发症等，应用受到限制。将异体骨用作骨移植，则存在免疫排斥反应，且易被感染。而人工骨同自体骨有相近的疗效，人工骨材料可采用钛、生物陶瓷、纳米骨、3D模拟人工骨髓等纳米材料。例如，纳米二氧化硅可替代骨组织，促进人工植入材料与肌肉组织融合。纳米羟基磷灰石与人体内的无机成分相似，其粒子有小尺寸效应、量子效应及表面效应等，可用作牙种植体或作为骨骼材料，能避免产生排斥反应，促进血液循环，促进人体骨组织的修复、整合和骨缺损后的治愈。

1.5临床诊断和治疗

磁性氧化铁纳米粒子可作为造影剂用于肿瘤诊断中，对肿瘤分子产生磁共振分子影像或多模态肿瘤分子影像，也可用于循环肿瘤细胞的分离、富集。免疫磁分离法基于磁性杂化材料可导电，在外部磁场下积累，可用于临床热疗。磁热疗以磁流体形式进入肿瘤组织，利用肿瘤细胞与正常细胞之间不同的热敏感度，将外部磁场产生的磁能转化成热能从而杀死肿瘤细胞。磁性纳米粒子还可用于生物传感器中，利用磁现象和纳米粒子从液相中分离并捕获生物分子。用绿色荧光蛋白标记，形成温敏的磁性纳米固相生物传感器，用磁性材料制成固相生物传感器的支架，在磁场作用下，响应更快，表面易于更新，可用于免疫诊断。磁性纳米氧化铁作为临床应用的磁性纳米材料，受到人们的广泛关注。Fe3O4和γ-Fe2O3的特殊磁性质使其在靶向肿瘤药物载体、磁疗、热疗、核磁共振成像、生物分离等生物医学领域中得以应用。用无机纳米材料制作激发荧光探针进行临床诊断，如用介孔二氧化硅制成的细胞荧光成像探针利用量子点良好的光稳定性、较长的荧光寿命和较高的生物相容性，结合介孔二氧化硅可特异性地识别Ramos细胞的特点，并用激光共聚焦显微镜对Ramos细胞进行荧光成像，实现了对肿瘤细胞的早期诊断、检测成像。富勒烯特殊的结构和性质使其可以广泛地应用于光热治疗、辐射化疗、癌症治疗等医学领域，也可作为核磁共振成像的造影剂用于临床诊断。但富勒烯不溶于水，对生物体存在潜在的毒性，限制了其在临床的应用。富勒烯结合含羟基的亲水性分子可改善其溶解性，羟基化富勒烯无明显毒性，可作为抗氧化剂。聚羟基富勒烯利用近红外光激活体内的纳米材料，用光热对肿瘤细胞定位，避免了金纳米粒子、碳纳米管等在体内造成聚积，利用免疫刺激作用来抑制肿瘤细胞的转移、生长，从而减小肿瘤的尺寸，最终造成肿瘤细胞凋亡。因此，改造碳纳米结构，在成像、吸附、药物装载与靶向运输等生物医学工程方面有潜在的应用价值。银纳米粒子杀菌活性远高于银离子，在杀菌抑菌方面得到广泛的应用，可用于外科手术中的伤口愈合、药学、生命科学等生物和临床医学领域。金纳米粒子有较好的生物相容性，功能化的金纳米粒子可用于生物分析、药物检测、临床诊断等生物医药领域，可作为纳米探针检测重金属离子、三聚氰胺等小分子，也可检测DNA、蛋白质等生物大分子，还可以用于对细胞表面和细胞内部的多糖、核酸、多肽等的精确定位。镍纳米粒子固定在海藻酸水凝胶中，通过热敏感粒子与镍磁纳米粒子交联形成囊状结构，组成热磁双敏感的磁性纳米粒子。在交变磁场下缓慢释放水凝胶中的镍纳米粒子，通过远程调控来激发水凝胶中成纤维细胞的凋亡。无机纳米材料的类别不同，在尺寸、形貌上有很大的变动范围，因其核心材料的量子特性，已日益成为涉及临床诊断、成像和治疗的手段，为纳米材料在生物医学上的应用提供更多的可能。

2展望

纳米技术作为新时代的疾病治疗模式，为未来的临床用药提供了新的可能，在生物医学的应用上有很大的前景。目前，癌症治疗主要包括手术、放疗和化疗等手段，而药物剂量增多会造成副作用。纳米粒子可以作为靶向药物载体、成像造影剂、化疗、热疗、磁疗系统，可通过血脑屏障，在治疗神经系统疾病中有很大的潜力，有望成为攻克癌症的新手段。无机纳米材料在药物载体、临床诊断和治疗等方面有广阔的应用前景，但目前的研究大多处于实验阶段。无机纳米材料在生物医学应用中有待解决的问题包括：

（1）提高疾病治疗的针对性、靶向性和可调控性；

（2）使无机纳米材料相对固定在肿瘤细胞表面，不至于扩散到正常组织，从而提高肿瘤部位的有效浓度，减少毒副作用；

（3）纳米材料有潜在的毒性，可降低纳米材料的毒副作用以达到临床应用的标准；

（4）寻找优质材料，优化结构，提高材料的生物相容性、生物安全性，并针对不同的药物溶解性设计特定的载体和功能材料骨架，增加细胞的摄取和利用；

（5）生物合成方法与其他合成方法相结合，无机与有机材料组合成复合材料，组装成集检测与治疗于一体、多靶点的功能材料；

第8篇：纳米流体技术的特点范文

【关键词】机械制造；工艺；精密加工

机械技术是机电控制系统最重要的基础技术。近些年来，各种新兴技术快速发展，传统机械技术也受到严峻挑战，它的主要支柱，如机械设计、制造工艺等出现了重大的变化，这些为机电控制系统的运用创造条件。

1、机械设计与制造工艺

1.1 机械设计

机械设计技术主要包括产品结构设计、工艺设计、材料选用及设计理论和方法等。目前，传统的机械设计技术和方法，已不能满足现代生产实践的需要。例如，汽轮机叶片结构设计、数控机床设计、高效节能电机设计等，一般的机械设计技术已很难实现设计要求。如高度自动化的数控机床，在生产加工中不能实施人工补偿和调整，应在设计上采用新结构、新材料，保证机床结构及工艺中的高精度、高刚度、微少热变形和良好的精度保持性。现在，设计方法已由直觉设计、经验设计发展到现代设计。设计方法是在设计的各个阶段应用先进理论和有效方法，解决设计中遇到的各类问题。现代设计涉及系统工程、仿真技术、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计(CAD）、动态载荷和模态分析等内容。它是应用现代信息技术，进行科学思维，有效利用设计方法。提高了设计的水平、设计质量和设计效率，促进了机械设计技术的高速发展。

1.2 制造工艺

（1）高效率。这是现代制造技术的一个重要特征。制造工艺的高效可缩短加工周期，提高加工速度。如：冷加工工艺，一般采用三种方法：①提高切削速度。因涂层刀具、TiC硬质合金刀具、陶瓷刀具和金刚石刀具等一批高性能刀具的使用，高速切削的线速度可达10m/s以上。②采用新的加工工艺。对一些性能特殊、不易加工的材料，要采用新的加工工艺，比如在振动和加温过程中进行切削；应用激光、电火花、化学腐蚀等方法进行加工。③实行集中加工方法。加工中心等设备集各类加工于一体，在计算机控制条件下，完成对工件的各种切削加工，缩短了加工周转时间和辅助时间。

（2）高精度。精度对计算机科学、国防、航空航天、核工业、制造产业等技术领域的发展做出的贡献重大。

（3）高柔性。加工的柔性化是机械技术发展的重要方向。加工柔性化是加工品种的多样性，加工的灵活性和多适应性。各类程控、数控机床和工业机器人等高度自动化设备的出现，使柔性制造系统成为现实。柔性制造系统分为柔性制造单元、柔性制造自动线和柔性制造系统，它们都是以数控设备为基础的，以自动运储系统连接，由计算机控制的能加工多品种零部件的自动化生产系统。它的出现有力推动了机械制造工艺的发展。

制造工艺对高精度的要求，使得传统机械技术与新兴技术相结合，形成了现代机械技术的重要发展方向，即精密机械技术，包括精密加工技术和微机械技术。

2、精密加工技术与微机械技术

2.1 精密加工技术

（1）精密切削技术。目前，直接用切削方法获得高精度仍然是一种常用方法。但是，要用切削方法获得高精度和高水平的表面粗糙度，必须排除机床、刀具、工件和外界等因素的影响。比如，为了提高机床的加工精度，要求机床具有高的刚度，小的热变形和良好的抗振性能。这就要求采用更先进的技术，如空气静压轴承、精密陶瓷导轨、微驱动和微进给技术、精密定位技术、精密控制技术及其他先进技术。当然，提高机床主铀的转速也是行之有效的办法。现在超精密加工机床的转速已从每分钟几千转提高到几万转。

（2）模具成型技术。据相关资料显示，汽车、飞机、电机、仪表及家电产品的1/3以上零部件是用模具加工出来的，预计近几年产品粗加工的3/4和精加工的1/4将由模具来完成。模具成型的关键是如何提高模具本身的加工精度。它已成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志之一。电解加工工艺可以使模具达到微米级精度，并能有效地解决工件的表面质量问题。数控电火花成型机床能可靠地解决电极自动更换相重复定位精度间题，有利于复杂型腔的加工。

（3）超精密研磨技术。用于集成电路基板的硅片，其表面粗糙度要求达到1~2mm，需要进行原子级的研磨抛光。用传统的磨削、研磨和抛光等方法已很难满足。为此，采用各种新原理、新方法的超精密研磨就应运而生。比如，包括弹性发射加工和流体动压型悬浮研磨的非接触研磨；利用机械加工液，促进化学反应的机械化学研磨。这些新的研磨原理和方法，将为超精密研磨做出贡献。

（4）微细加工技术。为了满足电子元器件体积越来越小，运行频率越来越高，能量消耗越来越小的要求。日本利用超微细离子技术，在半导体上的加工精度达到了几百个埃的水平。

（5）纳米技术。它是一个多学科交叉的学科，是现代物理和先进工程技术结合的产品。纳米机械技术发展十分迅速。它能在硅片上刻写几个纳米宽的线，这表明信息存储的数据密度能提高几个数量级。

2.2 微机械技术

目前，微细加工技术已从一维、二维的平面结构发展到三维立体结构，这为微机械制作打下了良好的基础。

（1）微机械驱动技术。微机械技术能不能进入更广泛的应用范围，驱动技术是个关键。现在一般运用静电力学原理的静电动机和压电元件制成的微驱动器，其动作响应快、精度较高、易于操作。

（2）微机械传感技术。微机械除了要求传感器微型化，还要求它具有更高的分辨率、灵敏度和数据密度。目前，用大规模集成电路技术已能生产如力传感器、加速度传感器、触觉阵列传感器等微型传感器。而为了适应微机械的特点和要求，已在研究开发无源传感器、复合传感器及驱动、传感合一的集成部件。

第9篇：纳米流体技术的特点范文

关键词：机械制造技术；发展趋势；特征

中图分类号：TH16 文献标识码：A

一、现代机械制造技术及其特征

中国机械工程学会研究提出了未来20年机械工程技术发展路线图。选择了机械工程技术最重要的产品设计、成形制造、智能制造、精密与微纳制造、再制造和仿生制造等6大技术领域，以及在我国机械工业发展中处于基础地位、对主机和成套设备性能产生重大影响的流体传动与控制、轴承、齿轮、模具、刀具五大基础领域，研究、制定了面向2030年的技术路线图。从上述11个领域凝练出影响我国制造业发展的8大机械工程技术问题，即:复杂系统的创意、建模、优化设计技术，零件精确成形技术，大型结构件成形技术，高速精密加工技术，微纳器件与系统（MEMS），智能制造装备，智能化集成化传动技术和数字化工厂。

现代机械制造技术具备以下特征：（1）机械制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合而发展起来的一门跨学科的综合科学，它随不同对象和时间而改变功能结构及信息系统。（2）柔性、集成、并行工作。现代机械制造系统具有多功能性和信息密集性，能够制造生产成本与批量无关的产品，能按订单制造，满足产品的个性要求。（3）制造智能化。能够代替熟练工人的技艺，具有学习工程技术人员多年实践经验和知识的能力，并用以解决生产实际问题。智能制造系统能发挥人的创造能力和具有人的智能和技能，强调以人为系统的主导者这一总的概念。在智能制造系统中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撑，反过来智能又促进集成水平的提高。（4）设计与工艺一体化。传统的制造工程设计和工艺分步实施，造成了工艺从属于设计、工艺与设计脱离等现象，影响了制造技术的发展。产品设计往往受到工艺条件的制约，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，设计与工艺必须密切结合，要以工艺为突破口，形成设计与工艺的一体化。（5）精密加工技术是关键。精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标之一。当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。（6）产品生命周期的全过程。现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直到处理报废的集成活动和系统。在产品的设计中，不仅要进行结构设计、零件设计、装配设计，而且特别强调拆卸设计。使产品报废处理时，能够进行材料的再循环。节约能源，保护环境。

二、现代机械制造技术的未来发展趋势

（一）精密工程技术

精密工程技术以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表,将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代;超精密加工的加工精度在2000年已达到01001μm(1nm),在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程(STE)可使加工精度达到010003～010001μm(013～011nm),现在精密工程正向其终极目标――原子级精度的加工逼近,也就是说,可以做到移动原子级别的加工。

微型机械是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，面临许多课题，涉及许多关键技术。当一个系统的特征尺寸达到微米级和纳米级时，将会产生许多新的科学问题。例如随着尺寸的减少，表面积与体积之比增加，表面力学、表面物理效应将起主导作用，传统的设计和分析方法将不再适用。为摩擦学、微热力这等问题在微系统中将至关重要。微系统尺度效应研究将有助于微系统的创新。

微型机械不是传统机械直接微型化，它远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面，都与传统机械截然不同。微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。

在微系统的研究工作方面，一些国内外研究机构已在微小型化尺寸效应，微细加工工艺、微型机械材料和微型结构件、微型传感器、微型执行器、微型机构测量技术、微量流体控制和微系统集成控制以及应用等方面取得不同程度的阶段性成果。微型机械加工技术是微型机械发展的关键基础技术，其中包括微型机械设计微细加工技术、微型机械组装和封装技术、为系统的表征和测量技术及微系统集成技术。

（二）制造系统的柔性化、集成化和智能化

现代制造技术的发展，使高质量和高效率成为可能。现代制造系统的发展是：NC（数控）FMS（柔性制造系统）CIMS（计算机集成制造系统）IMS（智能制造系统）。计算机集成制造系统是一个工厂的全盘集成制造系统，它借助计算机将经营决策、产品设计、生产准备、零件加工、产品装配、检查和销售等各个自动化子系统有机地综合集成起来，成为高效益、高柔韧性、自动化、智能化的生产系统。先进工业国的柔性制造系统已相当广泛。我国起步较晚，但数控技术和柔性制造技术也已得到较广泛的应用，CIMS（计算机集成制造系统）的研究已取得了相当的成就，并开始在全国进行试点、推广，现已取得了良好的效果和效益。

（三）机械制造的灵捷化

灵捷化是指使生产推向市场准备时间缩为最短，使机械制造厂的机制能灵活转向。未来市场的一个基本特征：不确定性表现为动态多变和不可预期。面对高度不确定的市场，经营上和生产上的灵活性、机敏性变得相当重要。

虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误，提高系统快速响应市场变化的能力。

（四）特种加工技术

特种加工技术是一种直接利用电能、热能、光能、化学能、声能、电化学能来进行加工的方法。它可以加工高强度、高硬度、高脆性、耐高温等难切削材料，以及精密细小和复杂形状的零件。特种加工如电化学加工、电解加工、电子束加工、超声波加工和激光加工、水射流加工等加工方法，已经开始在一些先进的制造厂家中应用。

（五）绿色化趋势

制造业新的课题就是快速实现制造的绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程(绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理)生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。目前绿色制造技术有以下几个方面：

(1)精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括:精密铸造(湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯)、精密锻压(冷湿精密成形、精密冲裁)、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。

(2)无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业,无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题,如废液排放和回收等等。

(3)快速成形技术快速原型零件制造技术(RPM),其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则,而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造(LOM),熔化沉积制造(FDM)等等。

以上这些技术之所以都被归于绿色制造工艺,是因为这些工艺和技术不仅减少了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、减少了成本,而且有些工艺的改进对环境起到保护作用。这一切除了工艺革新外,还必须依靠信息技术,通过计算机的模拟、仿真,实现绿色制造。

参考文献

[1]张广琳.浅议机械制造技术及其发展方向[J].科技创业家2012(4).