纳米化学论文

以下是小编精心整理的《纳米化学论文(精选5篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！摘要：纳米技术的发明和运用对化学工业的发展有着重要意义，本文简要介绍了纳米科技在材料、生物技术、能源、环境等工业领域的应用。关键词：纳米技术材料生物能源环境人类对自然界的认识长期以来一直沿着宏观宇宙的大尺度和基本粒子的微观尺度两个方向发展。

第一篇：纳米化学论文

纳米材料化学的双语课程教学与实践

摘要: “纳米材料化学”是江苏大学材料学院无机非金属专业大四学生的一门选修课,该门课程采用了双语教学。针对 “纳米材料化学”课程双语教学中存在的系列问题,本文作者结合工作实践,就双语教学的教材选择、内容组织、教学手段和教学语言的运用等环节展开了深入探讨。

关键词: 纳米材料化学双语探索与实践

2001年8月,教育部印发了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》,明确提出了关于加强“双语教学”的要求;2004年8月,教育部又颁布了《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》,明确地将双语授课课程比例列入高校工作水平的考核指标。开展双语课教学,可以培养并激发学生对英语的学习兴趣和应用能力,改变学生学习外语而不能应用外语的弊端[1],是加快复合型国际化人才培养的重要举措。

鉴于此,我校在本科生教学中开展了多门专业课程的双语教学实践,“纳米材料化学”选修课是贯彻教育部相关文件精神的积极尝试。

1.教学前的准备

(1)双语教材的选择问题

纳米材料的研究是目前材料科学最活跃的学术领域之一,其研究成果日新月异。为了拓宽学生专业知识面和培养学生科研思维,教材内容应有足够的知识宽广性和学术新颖性,因此我们选择了Nanomaterials Chemistry:Recent Development and New DirectionsI[2](Wiley,2007)。这是一本全英文教材,它取材于近年来在各类国际知名期刊发表的科研论文,涵盖了纳米材料化学领域最新最前沿的研究成果。考虑到学生的专业英语基础较为薄弱,为了帮助他们克服畏惧情绪、树立学习英文教材的信心,根据英文原版教材的章节内容,我们推荐了一些中文参考书,如《纳米材料化学》(汪信,化学工业出版社,2006)、《表面活性剂与纳米技术》(李玲,化学工业出版社,2004)、《纳米材料的制备与应用技术》(李群,化学工业出版社,2008)和《纳米材料理化特性与应用》(倪星元,化学工业出版社,2006)等。

(2)教学内容的安排

鉴于“纳米材料化学”定位为选修课,课时量少,不可能在该领域各个分支上进行深入探讨,教学内容必须有所取舍、有所侧重。在教学过程中,我们重点介绍了该书前四章,内容包括纳米材料科学概述、各种类型的纳米材料的通用化学制备方法、纳米材料的物理化学特性和纳米材料的广泛应用领域等;而对该书的后续章节进行了适当的处理,将Peptide Nanomaterials和Dendrimers And Their Use As Nanoscale Sensors两章揉合到纳米材料制备、组装甚至表面改性中,将Surface Plasmon Resonances in Nanostructured Materials一章中重点内容穿插进纳米材料独特的光学特性一节中,而将Applications Of Nanostructured Hybrid Materials For Supercapacitors归并到了纳米材料的电子学应用领域一节中,剩下的章节专业性较强、难度较大,可以作为学有余力的学生的课外科技读物。

(3)备课指导思想

我们立足于英文原版教材,辅以中文参考书,按照中文教材的风格和我们惯用的思维方式对双语课教学内容进行了二次梳理和组织。“纳米材料化学”双语课的课程性质是材料类的专业选修课而不是英语辅导课,具有其本身的专业性和知识的系统性[3],我们不能仅仅考虑术语的英文表达和语法结构,而应着重考虑教学内容的组织、学科知识和研究方法的传授,以及学生专业知识体系的拓展。

总之,双语教学的目的就是培养学生善于利用英语作为获取纳米材料化学专业知识的工具。

2.课程的教学实施

(1)开课时间的选择

从专业知识的角度来讲,材料科学导论、有机化学、材料物理性能和材料测试技术等学科知识是研究纳米材料化学的基础,从而上述课程是纳米材料化学的先修课程。另外,为了保证教学效果,学生必须具备一定的英语词汇量和英文听说能力。我们选择在大四上学期开设这门选修课。此时学生经过前三年的专业基础课学习,基本构建起了专业知识体系,积累了足够的英语词汇,也达到了一定的英语综合水平,这时候开展双语教学容易收到良好的效果。

(2)教学手段的运用

纳米材料体系具有各异的形态和绚烂的色彩,而多媒体教学平台能以图片、视频甚至是音频来灵活直观地展示这个令人叹为观止的神秘世界。双语课多媒体课件制作的难点在于如何掌握好课件中英文语言的比例。实践发现,若采用全英文课件,学生因专业英语词汇基础较为薄弱,很难正确理解授课内容,容易产生畏惧心理。若始终采用中英文对照课件,课件将显得累赘臃肿,而且中英文的交替出现易使学生疲于在中英文句子中寻找对应词语的翻译,专业课演变成了翻译课,这样也就偏离了教学初衷。基于上述原因,在内容较为简单的教学初始阶段,我们采取中英文对照课件,以便学生尽快掌握基本的专业词汇。随着教学的进一步深入,我们逐步减少课件中的中文语言比例,仅在出现新的专业术语时附加中文注释。不过,多媒体教学不能完全取代传统的板书,比如纳米材料化学中涉及很多有机化学专业术语,由于幻灯片容量的限制,在多媒体课件上只能以甲乙丙丁、某醇某酸等命名法来展示,而通过板书可详细写出该物质的分子结构式,能更直观地向学生展示了该物质的组成方式,有益于学生理解反应过程、了解纳米材料制备原理。在课堂上现场回答学生提出的问题时,或在讲解分析学生的作业情况时,我们也需要采用板书的教学方式,以便更好地跟学生沟通。在教学过程中将板书与多媒体教学相结合,二者相得益彰。

(3)课件内容的组织

考虑到授课对象是大四学生,有些学生毕业后要参加工作,而有些学生则要继续深造,那么授课内容就应二者兼顾。在授课过程中,一方面我们介绍纳米材料化学在国内外产业中的应用,将学生的视野从传统的陶瓷、水泥、玻璃产业拓展到新兴的纳米材料产业,让学生对即将从事的工作领域有更全面的认识,另一方面我们也介绍纳米材料化学领域的发展趋势和新兴方向,以及国内外知名研究团队及其特色,培养学生在海量的科技文献中迅速捕捉到前沿科研动态的能力,为他们在报考研究生时选择科研方向提供一些有价值的参考信息。

(4)教学语言的使用

如果采用全英语讲授,学生会因专业英语能力较薄弱而一味关注英文表达,从而忽略课程本身要传达的专业知识,使得教学变成单纯的专业英语课程;但如果仅在多媒体课件上使用英语,而全采用中文教学,则基本没有英语氛围,难以培养学生用英文思考专业知识的能力,失去双语课教学的意义。可见,我们应该在课堂上把握好使用中英文的尺度。在课程刚开始,学生对专业术语还很陌生时,我们应以中文授课为主,有意识地向学生灌输专业词汇的构词方法,比如纳米材料中涉及的一些化学专业词汇,甲、乙、丙、丁等数字的词前缀表达方法,醇、醛、酮、胺、烷烃等词后缀的表达方式。由于专业词汇的词根重复频率较高,通过构词法的学习,学生能在较短时间内掌握基本的专业词汇,具备初步的专业文献的英文阅读理解能力。到了教学中后期,学生已经积累了一定量的专业英语词汇后,我们逐渐加大英文授课比例,用英语表述专业知识、解析专业词汇,只在重点和难点的教学时辅以中文解释,授课时应控制语速,做到有张有弛,给学生留有思考的时间[4]。

高校双语课的教学方法还处在探索当中,为了提高纳米材料化学双语课的教学质量,我们讲求师生互动,多与学生沟通,了解学生的学习需求和对教学的评价,根据反馈及时调整教学方法和教学内容。讲台不应是教师一个人的秀场,教学需要学生的积极参与,一些教学环节可通过以学生为主的研讨方式进行,促使学生积极、主动地利用搜索引擎和科技论文数据库查阅英文文献,引导学生掌握纳米材料化学研究和应用的新动态,为他们进入纳米领域工作和深造打下良好的基础。

纳米材料化学双语课更深层次的目的是营造双语气氛,提高学生的专业外语水平,增强学生的跨文化理解力,促使学生用外语思考并解决纳米科学领域问题的能力,增强学生的科研素养,为纳米材料化学研究培养新生力量和后备军。

参考文献:

[1]傅晶,黎俊波.大学有机化学实验双语教学的探索与实践[J].化学工程与装备,2007,7:232-233.

[2]Rao,C.N.R.Müler,A.and Cheetham,A.K.Nanomaterials Chemistry:Recent Development and New Directions[M].Berlin:Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA,2007.

[3]张新明,牟占生,李宗荣.大学双语教学与公共英语教学、专业英语教学的关系浅析[J].科技信息,2007,1:5-6.

[4]杨儒贵.谈谈双语教学的课程和教材建设[J].北京大学学报,2007,5:278-279.

作者：宋 娟

第二篇：化学工业中的纳米技术

摘要:纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。

关键词:纳米；生物；化学

 

纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术能在＜100nm的水平上合成、处理和表征物质，这是一个涉及多门学科的广阔领域，它包含有：纳米材料(nanomaterials)、纳米生物技术 (nanobiotechn010gy)、纳米电子学(nanoelechonics)和纳米系统(nanosystem)，如纳米电子机械系统NEMS和分子机械(m01ecular machine)等。而纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、润滑剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。

化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。

纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。

在能源工业中，Shenhua集团公司、Hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设，采用了纳米催化剂，取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油，在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域，当前工业样品应用的是铂催化剂，约2nm宽。

在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在Generale des EaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相LL，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。

由于可以精确地控制孔径，所以具有可观的近期应用前景。美国Pacific Northwest国家试验室已经创制一类称之为SAMMS结构，为在介孔载体上自组装的单层结构，含有规整的1-50nm的圆柱形孔，孔上用自组装方法涂上活性基团单层，可用于不同领域。已经利用SAMMS成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。

纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。

一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2，或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一代发电厂、煤液化工厂或气体液化厂。

由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。

在复合材料领域中，纳米粘土和POSS已经取得进展。在不远的将来，碳纳米管可能产生较大影响。但是，各种不同形状的树状分子结构以及它能易于功能化的性能，可以创制特殊结构的复合材料，使之具有各种性能。早在上世纪90年代中期，Bert Meijer教授就阐明了树状聚合物的结构，它是一群小分子，或是小分子的容器。一个“树状聚合物箱”(I)endrimer box)，如同有一个硬壳建于软性树状聚合物周围。如果一个小分子，如染料分子进入树状聚合物中，即可被封装在空穴中。通过对其末端基因的化学改性，全部或部分烷基化，树状聚合物就可以形成与线型聚合物可化学兼容的物质，以改进混合性能。在此情况下，树状聚合物的作用在于创建了分子微观环境，或是在塑料原料中形成“纳米观口袋”(nanoscopic pocket)来聚集染料分子。作为一种形态的、结构的或是界面改性剂，树状聚合物还可提高材料韧性，而对其加工性没有影响。在材料共混和复合中，它们还起着材料组分间的兼容剂和粘接剂的作用，因此可用于工程塑料添加剂。树状多支链聚合物已经被用作环氧树脂的增韧剂，加入重量比5％的树状聚合物可显著提高材料的坚韧性。通过可控相分离工艺，可以使树状聚合物良好地分散在树脂中，树状聚合物和树脂作用可以使接枝在树状结构上的环氧基团的化学键得到加强。杜邦公司制造和应用多支链结构物质作为聚合物共混中的添加剂，可以改善聚合物的加工性能。DSM公司已经将多支链的聚丙烯亚胺(PPl)聚合物工业化，主要用于廉价塑料和橡胶制造中作为添加剂，降低粘度。在涂料、油墨和粘合剂生产中也可应用。美国宇航局向Dow Corning公司和Matcrials Electrochemical

Research公司进行项目投资，开发等离子沉积树状聚合物涂料和树状聚合体富勒烯纳米复合材料，以用作微型和亚微型表面润滑。

纳米管和纳米角(namohorn)也在进行研究，主要是探索其在燃料电池中应用，用于储存氢和烃类。根据美国能源部计划，氢基燃料电池要在车辆上实际使用，氢含量(重量比)应达到6.5％，而目前只达到1.5％。预测到2005～2015年，氢基燃料电池可能在车辆上获得广泛应用。Nanomix公司长期的燃料电池计划是用氢作燃料，使系统拥有5～6kg氢，每辆车价格能在1000美元以下。另一种储氢介质是BASF公司的“Nanocube”，但此技术近期尚达不到放大和降低成本，個人用电子设备是其市场开发的第一个目标。

综上所述，纳米技术将不断发生变化，展望前景是光明的。当然，纳米技术也与其它技术一样，对环境和社会有正反两方面的影响。提高能源生产和供应效率，对产业和环境都是有好处的，例如通过减轻复合材料重量，应用替代能源(提高太阳能和风能效率及经济性)以及扩大燃料电池应用等，达到节省大量能源的效果。其它具有竞争力的方面为纳米粒子在医学上应用，有效地进行药品施放，但纳米粒子对人类健康的影响尚无定论。任何一个新的化合物和产品在批准应用之前都必须进行全面鉴定，在工业化前要经过长期应用研究。当前用以评价这类产品的通用程序和方法将面临许多挑战。

 

作者：陈强明

第三篇：浅谈纳米技术在化学工业中的应用

摘 要：纳米技术的发明和运用对化学工业的发展有着重要意义，本文简要介绍了纳米科技在材料、生物技术、能源、环境等工业领域的应用。

关键词：纳米技术 材料 生物 能源 环境

人类对自然界的认识长期以来一直沿着宏观宇宙的大尺度和基本粒子的微观尺度两个方向发展。从20世纪中期开始，人们逐渐发现，介于宏观和微观之间的尺度——介观尺度也具有重要意义，它是一个人类远未深入了解的尺度范围，纳米科技就是处于这一介观世界中“纳米尺度”上的科学技术。

纳米科技是指在纳米尺度（1～100nm）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米科技的最终目标是根据原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性，制造出具有特定功能的产品。

一、纳米材料的应用

从材料的角度看，纳米技术是通过综合控制材料到纳米尺度，引起材料性能发生显著改变，从而用于制备特定功能的产品。纳米材料的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比有显著的不同。

纳米材料大致可分为纳米粉体、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块体等四类。

纳米粉体材料可用于高密度磁记录材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学仪器抛光材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、各种药物制剂或药物载体等。纳米纤维可用于新型激光或发光二极管材料、高强度纤维（如碳纳米管）等。纳米薄膜可用于气体催化材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体的主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。

二、纳米生物技术的应用

纳米生物技术是纳米生物学的应用，即用先进的物理学、纳米科技手段研究生物学基本问题，特别是在单分子水平上研究生物大分子的结构、功能和相互作用；应用物理学定量的、大规模信息处理的思路和方法革新研究方法，开拓崭新的研究领域。如生物芯片、DNA计算机和生物信息学等等。纳米颗粒能用作医学诊断和治疗的工具，纳米生物技术的方法也用于发展具有多功能特性的新材料和新器件，如纳米生物传感器等。

三、纳米与能源

随着纳米技术的发展，高效率、低成本的太阳能发电将成为现实。

太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应。除了发展环保的可充电电池外，超级电容器作为一种新型的储能器件，具有无可替代的优越性。它储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。纳米材料应用于超级电容电极的研究，已经引起了越来越多的关注。以碳纳米管为例，它具有大的比表面积、导电性好、化学性能稳定，被认为是理想的超级电容电极材料。

四、纳米技术在环境问题中的应用

随着纳米材料和纳米技术的日益发展，纳米环保技术也迅速发展，不仅拓展了人类利用资源和保护环境的能力，而且为彻底改善环境和从源头上控制新的污染创造了条件。

纳米材料因具有超大的比表面积及表面原子活性高等特点，对各种有毒有害气体具有很高的吸附效率，通过表面修饰及掺杂等工艺，还可以获得对某些微量物质的特别高的选择吸附功能，可广泛用于空气净化和尾气排放无害化、水净化与污水排放无害化、电磁及噪声污染的有效控制、节能与资源的有效利用等领域。

利用纳米技术还可以制备非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01%，因而在燃煤中可加入纳米级助燃催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防止有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车燃烧催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。而各种纳米光催化氧化材料，可以利用光能降解有机物，抗菌除臭，在净化环境、保护健康方面起着越来越重要的作用。

纳米技术将不断发生变化，将大大拓展和深化人们对客观世界的认识，使人们能够在原子、分子水平上制造材料及器件，导致信息、材料、能源、环境、医疗与卫生、生物与农业等领域的技术革命。当然，纳米技术也与其他技术一样，对环境和社会有正负两方面的影响。任何一个新的化合物和产品在批准应用之前都必须进行全面鉴定，在工业化前要经过长期应用研究。当前用以评价这类产品的通用程序和方法将面临许多挑战。

（作者单位：南通广播电视大学）

作者：费海娟

第四篇：铜基纳米材料在增强化学动力学治疗上的应用研究

摘 要： 和传统治疗相比，化学动力学治疗(CDT)被认为是一种低副作用且无创的治疗方法，在众多的治疗方法中脱颖而出.CDT通过金属离子介导的芬顿反应或类芬顿反应，将肿瘤中过表达的过氧化氢(H2O2)分解为剧毒的羟基自由基(·OH)，从而杀死肿瘤细胞.近年来，铜基纳米材料在CDT中蓬勃发展，极大地提高了CDT的效率.因此，基于铜基纳米材料，归纳了通过调节肿瘤微环境来增强CDT以及其他疗法的协同治疗，为开发新型的类芬顿试剂提供了思路借鉴.

关键词： 化学动力学治疗(CDT); 芬顿/类芬顿反应; 铜基纳米材料; 肿瘤微环境; 协同治疗

Key words： chemodynamic therapy(CDT); Fenton/Fenton-like reaction; copper-based nanomaterials; tumor microenvironment; synergistic therapy

0 引言

當前，癌症已严重威胁着世界各地人们的健康，严重影响着患者的生活质量[1-3].癌症传统的治疗方法包括手术、化学疗法、放射疗法等，这些方法会给患者带来极大的痛苦，并且伴有不可避免的副作用[4-5].作为一种新型的治疗方法，化学动力学治疗(CDT)被认为是一种副作用低的非侵入性治疗方法[6].CDT通过金属离子介导的芬顿或类芬顿反应来催化肿瘤微环境(TME)中过表达的H2O2产生剧毒的羟基自由基(·OH)，从而导致肿瘤细胞凋亡或坏死[7-8].与其他治疗方式不同，CDT具有以下优点：1) 不需要外部能量输入;2) 可以被内源性的刺激激活.最典型的CDT是亚铁离子(Fe2+)介导的芬顿反应[9]，然而，由于强酸度(pH=3～4)和低催化效率，Fe2+介导的CDT产生活性氧的效率较低[10].因此，迫切需要开发具有高效催化特性的化学动力学试剂.相对而言，Cu+催化的类芬顿反应表现出比Fe2+更好的动力学效果[11].据报道，Cu+催化的类芬顿反应具有相当大的反应速率，即使在中性环境中，也可以催化H2O2产生的羟基自由基，其催化作用比Fe2+介导的芬顿反应强160倍[12].此外，Cu+/Cu2+还原电位低，因此H2O2介导的Cu+/Cu2+比Fe2+/Fe3+循环更加简单[13].

尽管前景乐观，但基于铜基纳米材料的CDT在提高治疗效率方面仍然面临着严峻挑战.虽然肿瘤细胞中的H2O2水平高表达(1×10-4～1×10-3 mol·L-1)[14-15]，但不能持续地生成羟基自由基，达到令人满意的化学动力学效果.此外，肿瘤中具有高浓度的谷胱甘肽(GSH)(1×10-2 mol·L-1)，作为细胞中重要的抗氧化剂，GSH会清除羟基自由基，从而削弱治疗效果[16].因此，本文作者归纳了基于铜基纳米材料调节肿瘤微环境从而增强CDT以及其他疗法增强的CDT，为开发新颖的化学动力学试剂提供了思路.

1 调节肿瘤微环境增强的CDT

尽管相对于其他治疗手段而言，CDT具有独特的优势，但仍然存在一些缺点，限制了其在临床上的应用[17-19].近几年来，研究者们提出通过调节肿瘤微环境来增强化学动力学效果，包括降低肿瘤微环境的pH值，消耗肿瘤中过多的GSH，增加H2O2含量.然而，由于铜介导的类芬顿反应即使在弱酸性条件下仍能发生.基于此，接下来主要对消耗肿瘤中高水平的GSH和增加H2O2的含量展开叙述.

1.1 降低谷胱甘肽的浓度

作为一种细胞内的抗氧化剂，GSH具有清除羟基自由基的能力，肿瘤细胞中高浓度的GSH降低了化学动力学的催化效果[20].因此，降低肿瘤微环境中GSH的水平有助于提高化学动力学效果.基于铜离子与含有巯基的配体具有良好的配位作用，如图1所示，MA等[12]合成了自组装铜氨基酸硫醇盐纳米粒子，构建了含铜纳米制剂介导的化学动力学纳米平台.

当纳米粒子被癌细胞内吞后，会和肿瘤细胞中过表达的GSH发生氧化还原反应，GSH会将Cu2+还原为Cu+.然后，Cu+和H2O2反应生成羟基自由基，从而引起肿瘤细胞凋亡.整个反应的机制如下：

由于肿瘤细胞中存在高浓度的GSH和H2O2，依次引发氧化还原反应，还原型GSH将Cu2+还原成Cu+，同时生成氧化型的GSH(GSSG).体内和体外的实验结果都表明铜-氨基酸硫醇盐纳米粒子(Cu-Cy NPs)具有很强的CDT效果，能够有效地抑制耐药性的乳腺癌，同时没有明显的系统毒性.作为一种新型的金属有机硫醇类，Cu-Cy NPs具有很强的特异性，为癌症治疗提供了新的可能.

1.2 增加过氧化氢的含量

肿瘤中内源性的过氧化氢水平不足(1×10-4～1×10-3 mol·L-1)是限制化学动力学效率的另一巨大挑战[14].因此，许多研究者致力于设计出能够自供应H2O2的化学动力学试剂，这为癌症治疗开辟了新的方法.作为首个被报道的芬顿型金属过氧化物纳米材料，LIN等[18]用简易的方法制备了过氧化铜(CP)纳米点，在OH-的辅助下由H2O2与Cu2+ 经配位合成，这是一种通过自给H2O2从而增强CDT的简便策略，如图2(a)所示.

合成的CP纳米点粒径小(约为5 nm)，小粒径使它们能够充分利用增强的渗透性和保留效果，如图2(b)所示.在被癌细胞内化后，pH敏感的CP纳米点在酸性的内膜/溶酶体中被分解，同时释放出过氧化氢和Cu2+.反应的机制如下所示：

随后发生类芬顿反应，生成具有高毒性的·OH，产生的·OH通过脂质过氧化作用诱导溶酶体膜通透化，进一步导致癌细胞死亡.在整个治疗过程中小鼠体重没有发生明显变化，如图2(c)所示，说明材料具有良好的生物相容性.实验结果表明：治疗组在很大程度上抑制了肿瘤，这归因于材料在肿瘤中具有较高的积累，以及发生类芬顿反应产生高毒性的羟基自由基，从而杀死肿瘤细胞.这项研究首次合成了芬顿型的金属过氧化物，为设计自供应H2O2 的化学动力学纳米试剂提供了較好的范例.

2 基于铜基纳米材料的其他疗法增强的CDT

虽然CDT是一种具有低副作用且无创的治疗方法，具有良好的癌症治疗效果，但是受到肿瘤微环境的复杂性和异质性影响，化学动力学的效果在很大程度上会被抑制[21-23].因此，越来越多的研究试图把CDT和其他治疗方法结合在一起，从而达到增强的CDT效果.在未来，研究人员将研发围绕基于铜基纳米材料的其他疗法增强的CDT，这种化学动力学指导的协同治疗将会在肿瘤精确治疗医学领域中发挥更重要的作用.

2.1 CDT协同化学疗法

化学疗法是一种传统的癌症治疗方法，然而，长期的耐药性和不可避免的副作用限制了其在临床上的应用[24].随着纳米医学的迅速发展，现在可以将CDT和化学治疗结合起来，在提高CDT效果的同时降低药物的副作用.PENG等[25]通过Cu2+和双硫仑(DSF)的原位反应并负载二乙基二硫代氨基甲酸铜(II)(Cu(DDC)2)，成功合成了稳定的配位金属聚合物纳米粒子，如图3所示.

Cu2+和聚乙二醇-b-聚碳酸酯(PEC)侧链中的羧基发生配位作用，提供类似核交联的结构，增强了配位聚合物的稳定性.制备的纳米粒子具有以下几个优点：1) 可以通过调节Cu2+，DSF，PEC的进料比，改变Cu(DDC)2的载药量和纳米材料的特性;2) 在中性或微酸性条件下具有良好的稳定性;3) 当被肿瘤细胞内化后，释放Cu(DDC)2用于化学治疗和Cu2+介导的CDT.这种基于金属配位聚合物的纳米材料为化疗和CDT的协同治疗在肿瘤治疗中的应用提供了新的见解.

2.2 光热增强的CDT

光热治疗是利用光热剂吸收近红外光能，将其转化为热能，从而治疗肿瘤的新兴手段，由于其具有高选择性和低毒性，且对正常组织没有影响，受到广泛关注[26-28].根据文献报道[29]，化学动力学可以通过提高肿瘤部位的温度来进一步增强治疗效果，这为提高化学动力学在肿瘤治疗中的应用开辟了新的道路.硫化铜纳米颗粒具有良好的光热效果，被广泛用作光热试剂.WANG等[30]合成了具有空心结构的硫化铜，和实心的硫化铜相比，空心硫化铜纳米粒子的比表面积是实心硫化铜纳米粒子比表面积的1.7倍，这意味着纳米粒子具有更多的反应活性位点，大大提高了类芬顿反应的催化效果.同时，硫化铜具有良好的光热效果，进一步促进了羟基自由基的生成，从而增强了化学动力学反应效率.

如图4(a)所示，将材料尾静脉注射到小鼠体内，用808 nm的激光对小鼠进行照射，进而进行光热治疗;同时，材料还可以与肿瘤中高表达的H2O2发生化学动力学反应，生成·OH，光热治疗提供的热源增强了类芬顿反应的催化作用，进一步增强了肿瘤的治疗效果.如图4(b)所示，材料+激光(laser)这组肿瘤没有发生明显的增殖，这表明，CDT和光热治疗协同治疗具有杰出的癌症治疗效果，能够完全消灭肿瘤，如图4(c)所示.Cu9S8纳米粒子可以用作化学动力学试剂，催化肿瘤中的H2O2产生羟基自由基;另一方面，Cu9S8纳米粒子又可以作为光热试剂，催化提高Cu+介导的CDT效果.单纯的CDT很难达到预期的癌症治疗效果，而光热治疗和CDT的协同治疗对肿瘤的治疗起着显著的增强效果，这是由于光热治疗提供的热源增强了类芬顿反应的催化作用.这种将光热治疗、CDT和原位自生成核磁共振成像结合在一起的多模态影像指导的协同治疗，为开发更新型的类芬顿试剂指明了道路.因此，将光热治疗和CDT结合在一起的协同治疗有望成为提高CDT效果的良好策略.

2.3 CDT协同声动力治疗

声动力治疗是一种有效的无创肿瘤治疗方法，通过超声波激活声敏剂以产生活性氧，从而杀死肿瘤细胞[31].声动力治疗对深层肿瘤具有良好的治疗作用[32]，因此它在微创肿瘤治疗中具有广阔前景.研究表明：在超声辐射下可以增强类芬顿反应的活性，从而提高治疗效率[33-34].如图5所示，ZHONG等[35]采用一锅水热法合成了均匀的PtCu3纳米笼，用于CDT与声动力治疗的协同治疗.

PtCu3納米笼不仅可以作为类辣根过氧化物酶，在酸性条件下催化H2O2分解成·OH，而且可以作为类谷胱甘肽过氧化物酶，在氧化分子加速GSH消耗中起重要作用，进一步削弱了GSH清除肿瘤细胞中活性氧(ROS)的能力.此外，基于PtCu3在近红外有较强的吸收和强大的X射线衰减能力，可以用于光声/计算机断层扫描双模态成像.体内和体外实验的结果均表明CDT和声动力治疗的协同作用对肿瘤具有显著的治疗作用，并且没有发现明显的全身副作用.CDT协同声动力治疗扩大了纳米材料在深部肿瘤中的扩散，增加了ROS的产生，并有助于提高CDT在肿瘤中的治疗效率.

3 结论与展望

近年来，铜基纳米材料在CDT中的应用引起了广泛的研究兴趣，并且在临床上具有广阔的应用前景.铜基纳米材料作为类芬顿试剂在CDT中蓬勃发展，本文作者概述了铜基纳米材料通过调节肿瘤微环境或与其他治疗手段相结合，展现出良好的肿瘤治疗效果.然而，到目前为止，铜基纳米材料用于CDT仍处于起步阶段，依然存在着一些挑战，例如肿瘤中的H2O2不足以及过多的GSH等都限制了铜介导的CDT效果.因此，为了进一步扩大化学动力学的治疗效果，增强抗肿瘤作用，亟需开发新型、高效、有良好生物相容性的化学动力学试剂，合理地构建多功能的铜基纳米治疗平台.随着纳米医学的蓬勃发展，铜基纳米材料在肿瘤治疗方面将具有更广阔的应用前景.

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(責任编辑：郁慧)

作者： 程玉莹 周学素 闫歌 田启威 杨仕平

第五篇：新型仿生纳米材料可用于去除农业化学污染物

近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所质量安全课题组成功制备了新型三元仿生纳米复合材料(LDH@PDA@MPNs)，并解析了其结构特征、农业化学污染物吸附识别性能和控制去除机理。

研究表明，贻贝具有惊人的粘附性能和机械性能，这种超强粘弹性主要源于足腺分泌的粘蛋白，其可与三价铁离子通过化学配位和共价交联作用形成高分子网状弹性聚合物。

受此启发，研究团队通过自氧化聚合将多巴胺均匀修饰在二维层状双金属氢氧化物表面，形成聚多巴胺仿生界面(LDH@PDA);利用含儿茶酚基团的单宁酸与三价铁离子的金属—有机络合反应，在聚多巴胺仿生界面上锚定具有多孔结构的金属—多酚网络，借助PDA和金属—多酚网络的界面协同互作，赋予材料更多表面活性位点，进而提升其粘附和吸附特性。

结合纳米结构表征和物理化学性能分析技术，该研究发现，新型三元仿生纳米复合材料LDH@PDA@MPNs具有随机卷曲显微结构和海绵状或泡沫狀表层，与贻贝附足足丝—黏蛋白的生物有机界面构造和微观形貌十分相似。

该研究为制备新型仿生纳米吸附材料，研发污染控制去除技术，提高农产品质量安全水平提供了新路径。

作者：陈旭