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1、纳米科技在纳米尺度内（1-100nm)控制物质,创造特定功能的材料、器件和系统在纳米尺度内（1-100nm)，探测物质的结构与性能在纳米尺度内（1-100nm)，认识物质的物理、化学和生物学性质变化的规律，加以利用纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米加工学、纳米测量学、纳米机械学、纳米电子学、纳米生物学、纳米医学。。2、名词解释：表面效应、纳米结构表面效应：微球的表面积增大和所包含的表面原数增多的现象。（球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。）纳米结构：纳米结构：是尺寸介于分子和微米尺度间的物体的结构；有一，二，三维物质。如这些物质的线度都在0.1-100nm范围内，则称为纳米物体。这些物体的结构则称为纳米结构。3、为什么要研究纳米材料？纳米材料有哪些特性？纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。零维的纳米粒子、一维的纳米线、二维的纳米薄膜、纳米尺度为基本单元构成的多种类型的纳米材料（纳米粉体材料、纳米块体材料、纳米薄膜材料、纳米复合材料）。半导体量子点（荧光、电镜），贵金属纳米颗粒（SERS、信号识别颗粒），金属氧化物纳米颗粒（超顺磁性），复合纳米颗粒（药物呈递、靶向），多功能纳米颗粒（成像、检测、治疗）。（1）表面与界面效应这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。（2）小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。（3）量子尺寸效应当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。（4）宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。（5）介电限域效应;介电限域是纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的体系介电增强的现象，主要来源于微粒表面和内部局域场强的增强。意义：首先，IT和BT持续发展的基础，社会和经济可持续发展要求：省材料、能源和空间，大的市场和高利润驱动。其次，创建新材料，发现独特的性质、现象和过程，为人类健康和疾病诊断与治疗提供新的理论和方法。最后，纳米材料作为一种非病毒性载体，具有良好的生物相容性。4、纳米粒子的表面修饰有哪些方法？纳米粒子有强烈的聚集倾向，可以通过表面修饰降低纳米粒子的表面能，可得到具有可溶性或者可分散性的纳米粒子。同时，适当的表面修饰还可以调节磁性纳米粒子与其他材料的相容性和反应特性，从而赋予特殊功能。常见方法有：1.采用有机小分子修饰粒子表面（通过修饰剂与稳定剂的相互作用或通过配体交换反应，实现一定的生物相容性及水溶性）；2.采用有机高分子修饰粒子表面（用生物相容性高的高分子修饰)；3采用SiO2修饰粒子表面（屏蔽偶极相互作用，优良的生物相容性、亲水性、稳定性）；4.采用其他无机纳米材料修饰粒子表面。5、什么是EPR效应？它在肿瘤治疗方面有什么意义？EPR效应：实体瘤的增强渗透滞留效应。正常组织中的微血管内皮间隙致密，结构完整，纳米颗粒、大分子和脂质颗粒不易透过血管壁。而实体瘤组织中血管丰富、血管壁间隙较宽、结构完整性差，淋巴回流缺失，造成纳米颗粒、大分子物质和脂质颗粒具有选择性、高通透性和滞留性。意义：EPR效应促进了纳米颗粒及大分子类物质在肿瘤组织中的选择性分布，可以增加药效并减少系统副作用。6、纳米生物医学/技术：一方面，是利用纳米技术（包括纳米材料）研究生命体的特征，发现新的生命现象和规律，为人类健康和疾病诊断与治疗提供新的理论和方法；另一方面，模拟生命体精细的调节机制，通过仿生研究制备新型纳米材料和建立新的纳米技术。7、纳米结构表征技术（1）透射电子显微镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。与光镜原理基本一致，用电子束作光源，用电磁场做透镜。电子束波长短，波长与电压的平方根成反比。样品制备：50nm超薄切片（机）、铜网（2）扫描式电子显微镜的电子束不穿过样品，仅在样品表面扫描激发出次级电子。放在样品旁的闪烁晶体接收这些次级电子，通过放大后调制显像管的电子束强度，从而改变显像管荧光屏上的亮度。显像管的偏转线圈与样品表面上的电子束保持同步扫描，这样显像管的荧光屏就显示出样品表面的形貌图像，这与工业电视机的工作原理相类似。扫描式电子显微镜的分辨率主要决定于样品表面上电子束的直径。放大倍数是显像管上扫描幅度与样品上扫描幅度之比，可从几十倍连续地变化到几十万倍。扫描式电子显微镜不需要很薄的样品；图像有很强的立体感；能利用电子束与物质相互作用而产生的次级电子、吸收电子和X射线等信息分析物质成分。（1）、（2）总结：利用电镜的透射或散射电子进行其它功能的分析，可以得到材料的其它一些信息。主要有：成分分析、晶体结构分析、粒度分析、阴极发光观察样品制备：a.生物样品制备：由于生物样品主要由碳、氢、氧、氮等元素组成，散射电子的能力很低，在电镜下反差小，所以在进行电镜的生物样品制备时通常还须采用重金属盐染色或金属盐喷镀等方法来增加样品的反差，提高观察效果。例如负染色法就是用电子密度高，本身不显示结构且与样品几乎不反应的物质（如磷钨酸钠或磷钨酸钾）来对样品进行“染色”。由于这些重金属盐不被样品万分所吸附而是沉积到样品四周，如果样品具有表面结构，这种物质还能穿透进表面上凹陷的部分，因而在样品四周有染液沉积的地方，散射电子的能力强，表现为暗区，而在有样品的地方散射电子的能力弱，表现为亮区。这样便能把样品的外形与表面结构清楚地衬托出来。负染色法由于操作简单，目前在进行透射电镜生物样品制片时比较常用。有时为了保持生物体的原有形状，常用戊二醛、甲醛、锇酸蒸气等试剂进行固定后再进行染色。b.核酸样品制备：核酸分子链一般较长，采用普通的滴液或喷雾法易使其结构受到破坏，因此目前多采用蛋白质分子膜技术来进行核酸分子样品的制备。其原理是：很多球状蛋白均能在水溶液或盐溶液的表面形成不溶的变性薄膜，在适当的条件下这一薄膜可以成为单分子层，由伸展的肽链构成一个分子网。当核酸分子与该蛋白质单分子膜作用时，会由于蛋白质的氨基酸碱性侧链基团的作用，使得核酸从三维空间结构的溶液构型吸附于肽链网而转化为二维空间的构型，并从形态到结构均能保持一定程度的完整性。最后将吸附有核酸分子的蛋白质单分子膜转移到载膜上，用负染等方法增加样品的反差后置电镜观察。c.SEM生物样品制备：扫描电镜观察时要求样品必需干燥，并且表面能够导电。因此，在进行扫描电镜微生物样品制备时一般都需采用清洗、固定、脱水、干燥及表面镀金等处理步骤。生物样品的制备中，干燥是最关键的步骤。干燥过程除引起样品收缩之外，水的表面张力会使样品表面形貌发生很大的变化，这对扫描电镜的表面形貌观察特别有害。目前常用的干燥方法主要有空气干燥法、临界点干燥法、冰冻干燥法、真空干燥法和莰烯干燥法等。空气干燥法又称自然干燥法，就是将经过脱水的样品，让其暴露在空气中使脱水剂逐渐挥发干燥。此法的最大优点是简单易行和节省时间，它的致命缺点是在干燥过程中，组织会因脱水剂挥发时表面张力的作用而产生收缩变形。因此，此种方法一般只适用于外壳(表面)较为坚硬的样品。在采用空气干燥时，为了减少样品的收缩变形，除使用易挥发和表面张力小的脱水剂如乙醇、丙酮等外，还应使样品得到充分固定，特别是须经四氧化锇固定效果才较好。因为它会使组织变得较为坚硬，使收缩变形减少。临界点干燥法是一种消除了物相界面(液相／气相)，也就是消除了表面张力来源的干燥方法。这种方法由于没有表面张力的影响，所以样品不易收缩和损伤，此法所用的仪器结构不甚复杂，操作较为方便，所用的时间也不算长，一般约2h左右即可完成，所以，是最为常用的方法。所谓临界点，就是指使物质的气态和液态两相之间达到相同密度，成为均一流体状态时的温度和压力的总称。此时的温度称临界温度；此时的压力称临界压力。不同的物质都有其特定的临界点。冰冻干燥是将经冰冻的样品置于高真空中通过升华，除去样品中的水分或脱水剂的过程。冰冻干燥的基础是冰(或固态溶剂)从样品中升华，也就是使水分从固态直接转化为气态，不经过中间的液态,不存在气相和液相之间的表面张力对样品的作用，因此，能较好地避免或减少了在干燥过程中对样品的损伤。冰冻干燥方法有两种，即含水样品直接冰冻干燥和样品脱水后从有机溶剂中冰冻干燥。茨烯干燥法，莰烯是一种樟脑类无色结晶体，能溶于醚、环乙烷、环己烯和氯仿中，室温下呈固体状，能在较低的温度下升华，从固态直接变成气态，表面张力小，故经它干燥的样品较松软，变形小，操作也较简便。d、样品的表面导电处理金属镀膜法是采用特殊装置将电阻率小的金属，如金、铂、钯、银及碳等蒸发后覆盖在样品表面的方法。样品镀以金属膜(或碳膜)后，不仅能为入射电子提供通路，消除电荷积累的荷电现象，而且能提高二次电子发射率，增加倍噪比，提高图像反差，以便能获得细节丰富和分辩率高的图像。其次，样品经镀膜后，还能提高样品表面的机械强度，增强耐受电子束轰击能力，避免起泡、龟裂、穿孔、分解和漂移等不良现象的产生：此外，通过镀膜能把扫描电镜的信息来源限定于样品表面，即防止来自组织内部的信息参与成像。真空镀膜法是利用真空镀膜仪进行的。其原理是在高真空状态下(10-3Pa)，使某些金属物质加热到熔点以上时，蒸发成极细小的颗粒喷射到样品上，由于金属的沉积使样品表面形成一层薄金属膜。真空镀膜法所得的膜，金属颗粒较粗，膜不够均匀，操作较复杂并且费时，因此目前已经较少使用。真空蒸发仪主要用于制造碳膜、碳复型膜和金属投影。离子溅射镀膜法：在低真空中进行辉光放电时，由于离子冲击，阴极金属物质有飞溅现象称为溅射。利用离子溅射仪对样品进行金属镀膜的方法，称为溅射镀膜法。图10一4就是这种镀膜法的原理示意图。这种装置很简单，主要由真空部分(真空泵)和溅射部分(真空罩)组成，在真空罩内装有阴极和阳极，阴极对着阳极的一面装有用于溅射用的金属靶(黄金靶、铂靶、白金靶或钯靶等)，样品放在阳极的样品座上面。当真空罩内的真空度抽到10～1Pa时，在阴极与阳极之间加上1000～3000V的直流电压，两极之间产生弧光放电的电场。在电场的作用下，罩内残余的气体分子被电离为正离子和电子，正离子被阴极吸引轰击金属靶，激发出金属颗粒和电子，并被阳极