生物纳米材料

NanoTest 纳米力学测试系统的液体池模块能对生物材料、组织、细胞器、细胞层、软骨、静电支架、牙釉质等在液体环境中进行力学性能表征，不仅为生物材料以及组织研究人员和工程师提供完美的解决方案，也是组织工程和再生医学的研究者衡量他们感兴趣材料刚度的良好选择。

在众多类型的膜材料中，醋酸纤维素（Cellulose Acetate-CA）是最古老的材料之一，改性后的CA具有生物相容性好、脱盐性好、电位通量高、韧性好、成本相对较低等特点，使其仍然是一种非常有前景的材料。最近，混合基质膜材料（Mixed Matrix Membrane Materials-MMMS）受到高度重视，这主要归功于它们在增加机械稳定性、较低的塑化和抑制降解等方面的性能改进。纳米碳材料作为合适的填料在最终混合基质制备的膜上产生了新的先进性能。碳纳米管（CNTs），包括单壁和多壁SWCNTs和MWCNT碳纳米管、氧化石墨烯和石墨烯纳米板结构（GO，GNPS）目前处于膜技术用填料的第一线，可提高最终膜材料的各项物理化学性能。本论文使用高纯度碳纳米管、醋酸纤维素和二丙酮醇制备了混合基质膜，并研究了分散方法（主要是超声和转子-定子系统）对混合基质稳定性的影响，以及最终膜结构特性的影响。

增材制造的方法，如纳米打印可以大大简化高比表面积的纳米多孔薄膜的制备工艺。这种薄膜材料的应用很多，包括电催化、化学、光学或生物传感以及电池和微电子产品制造等。因此，VSParticle 提出了一种基于气溶胶的直写方法。VSP-P1 纳米印刷沉积系统能够实现具有独特性能的无机纳米结构材料的打印直写。

这项工作的中心目标是获得稳定的纳米复合物，用于胰岛素的输送。聚电解质纳米复合材料很少能保持稳定状态，并且经常发生聚集。通过钙离子诱导和聚电解质间的静电相互作用，制备了由海藻酸钠、硫酸葡聚糖、聚乙二醇4000、泊洛沙姆188、壳聚糖（CS）和牛血清白蛋白组成的胰岛素口服纳米复合物。壳聚糖对于纳米复合材料的最终尺寸至关重要，并且存在最适含量，可以合成400-600 nm尺寸的纳米复合材料。使用不同分子量（MW）和不同浓度的CS来制备具有强抗聚集性的纳米复合材料，合成后，用LUMiSizer评估纳米复合材料的稳定性。

用SP-ICP-MS分析ENPs水系样品中组成的分析是十分便捷的，样品处理只需稀释即可。然而,分析生物组织中的ENPs是更加困难,需要分析前进行消化处理。传统消化过程是使用强酸溶解释放出组织所需的元素。然而,这种类型的消化方式与ENP分析不相容,ENPs提取物可能会溶解。相反,另一种方法是使用强碱或酶类来消化组织,理想情况下不会改变ENPs。医学界最初开发这些非传统的抽取,分析人工关节磨损颗粒分析。这些提取已经应用于分析ENPs的一次尝试。一种ENP的提取方法是使用氢氧化四甲铵 (TMAH)进行化学消化。一种ENP的提取方法是使用氢氧化四甲氨（TMAH）进行化学消化。TMAH提取方法在粒子数量和总质量方面比组织消化使用声波超声法的回收率高,是一种很先进的技术在生物样品纳米材料分析方面。此实验是利用此提取方法并使用珀金埃尔默SP-ICP-MS NexION® 350Q进行分析。

这项工作的中心目标是获得稳定的纳米复合物，用于胰岛素的输送。聚电解质纳米复合材料很少能保持稳定状态，并且经常发生聚集。通过钙离子诱导和聚电解质间的静电相互作用，制备了由海藻酸钠、硫酸葡聚糖、聚乙二醇4000、泊洛沙姆188、壳聚糖（CS）和牛血清白蛋白组成的胰岛素口服纳米复合物。壳聚糖对于纳米复合材料的最终尺寸至关重要，并且存在最适含量，可以合成400-600 nm尺寸的纳米复合材料。

布鲁克TI系列纳米材料机械性能，压痕，划痕，摩擦磨损具有高精度，结合原位AFM功能，可获得精准数据，排除环境因素，底材因素。

本论文通过将分析化学中金属离子鉴别和分离的特征反应应用到金属纳米材料的合成与制备路线中，丰富和发展了纳米材料的液相化学合成方法。该合成思想具体通过采用室温液相、水热、回流等技术，辅以多种还原手段，选择性地合成了Ni，CO等金属纳米材料，并研究了所制备样品的结构、形貌、尺寸及其与性能之间的关系。主要内容归纳如下:1.发展了液相法合成多级结构纳米材料技术。把以往用来鉴别Ni+2的丁二酮肪作为配位剂引入Ni纳米材料的合成中，在表面活性剂SDBS的辅助下，水热合成了橙状结构的Ni纳米晶。其矫顽力Hc为120oe。2用金属还原方法制备了金属纳米材料。在水溶液中，用锌粉还原氯化镍在室温制得了镍纳米管。纳米管的平均内径30一150unl，壁厚约5一20mn。其矫顽力Hc为195Oe。在乙醇溶液中，合成了锌掺杂的镍纳米管。纳米管的平均内径100一Zoounl，壁厚10一20mn。其矫顽力Hc为5巧.6oe。选择活性Rnaye镍作为还原剂，晶种引导生长法合成了骨架结构的银。利用所合成的Ni纳米管作为还原剂制备了Ag树枝晶。丘.室温下制备金属钻纳米晶体。在室温下乙醇溶液中以水合胁还原合成了树枝状钻纳米晶体。研究表明影响产物形貌的根本因素是反应速度，树枝晶的形成可以用扩散限制模型解释。其矫顽力Hc为500Oe。为了控制反应速度从而控制最终产物的形貌，将广泛用于从废物中提取Cu，Fe，Co，Ni和其它一些金属离子的萃取剂N53o引入实验体系，利用N530与co+2离子的络合作用，制备了片状聚集的花状C。晶体。其磁矫顽力Hc为360Oe。

本文次以自然纳米结构（贝壳和骨质中的矿物质颗粒）的化学鉴定，证明通过红外近场显微镜技术能够解决以上问题。 纳米傅立叶红外光谱(nano-FTIR)是通过将傅立叶变换红外光谱技术(FTIR) 与散射式扫描近场光学显微技术（s-SNOM）结合获得的。对紫贻贝贝壳横截面抛光处理后，通过Nano-FTIR可以重复的观察到生物钙质微晶体的声子共振，以及生物文石质上明显不同的光谱特征。更重要的是，本研究次在紫贻贝贝壳中发现了尺寸为20nm左右、稀疏分布的纳米颗粒，其显著不同的光谱特征表明这些纳米颗粒为磷化物晶体。对人类牙齿界面的研究观察到了多组分磷酸盐的红外吸收峰。这些光谱在牙本质小管附近有明显的特征变换，证明了磷灰石纳米晶体的化学与结构的变化。红外光谱峰的强弱对应矿物质浓度变化，这点通过电镜得到印证。Nano-FTIR对结构的畸变反应敏感，因此非常适用于对生物矿物质形成和老化的研究。总体来说nano-FTIR适用于从微纳加工到临床骨科研究等多种学科中涉及复合材料的分析和鉴定工作。

西班牙巴斯克大学的Hillenbrand教授利用nano-FTIR实现了多组分高分子材料的纳米成分分析。研究人员通过检测聚苯乙烯（PS），聚丙烯酸（AC）以及聚偏氟乙烯（FP）混合样品的纳米区域的红外光谱，并与标准样品的纳米红外光谱做对比，得到样品组分的纳米分布图，分辨率达到了30 nm。通过分析样品C-F（1195cm-1），C=O（1740cm-1）及C-O（1155cm-1）峰的强度及波数的空间分布图，可得到对应的高分子组分及组成结构的空间分布。相关研究成果发表于Nature Communications, 2017, 8，14402. Nano-FTIR可以得到材料纳米分辨率的化学信息，分辨率高可达10 nm，是传统FTIR和ATR-IR无法企及的。

本仪器采用 3ω测试方法， 利用微/纳米薄膜材料导热引起加热器电信号的变化来检测其热导率。主要应用范围为微/纳米薄膜材料的热导率测量，可广泛应用于辅助各种功能薄膜材料的研究与开发，其涵盖范围包括高等院校及科研院所、集成电路散热材料、航空航天材料、热电材料与器件、信息存储与光电器件。

纳米材料因特殊表面能而产生荧光，在通常拉曼测试中无法消除。时间门控拉曼很好地解决了此类荧光干扰的问题，可以检测到样品真实的拉曼信息，为分析此类材料提供了有力的分析工具。

纳米复合材料是一类高性能材料，在各个行业都引起了人们的关注，例如汽车行业。它们包括一系列低成本但高性能的材料，具有对汽车制造有价值的机械、热和加工性能。这些整体性质由纳米尺度上的结构决定，因此，小尺度结构的准确分析对于纳米复合材料的表征和开发至关重要。 X 射线散射技术可以对影响纳米复合材料性能的许多参数提供前所未有的洞察力。纳米复合材料是由一种或多种材料组成的纳米颗粒或纤维(填充物)分散在大块(基体)材料中的复合材料。填料和基体都保留了它们本体材料的特性元素，而填料的纳米级参数为纳米复合材料提供了新的特性。 这些参数包括填料颗粒的分散、形状、取向和尺寸分布，以及它们与本体基质的相互作用。 1-4因此，纳米复合材料是一种非常广泛的材料，在生产过程中可以通过改变组成材料的物理和化学性质来精细地调整其性能。

以碳纳米管(CNTs) 为基体材料,用浓硝酸回流处理碳纳米管,TEM(透射电子显微镜) 研究表明碳纳米管的端帽被部分打开,通过液相反应对碳纳米管进行表面改性,制备CNTs/ Mo 复合电极材料,复合电极使电解液和导电材料的接触面积增大,使电极反应的有效表面积增大,反应场所有所增加,从而提高电极电化学反应的活性。基于此复合材料的超电容器具有高比电容、高稳定性、良好的可逆性和长寿命等特点。循环伏安结果表明:CNTs/ Mo 复合电极的比电容比纯CNTs 电极要高出20 %。

自原子力显微镜发明以来，原子力显微镜通过在纳米尺度上提供精确、可靠、无损的成像，在材料科学和元件工程中产生了革命性的影响。原子力显微镜被广泛用于纳米技术应用当中，像生物医学可植入驱动器、电池超薄阴极材料、光电探测器和存储器和逻辑电路开关。随着元件尺寸的不断缩小，材料的局部特性测量方式方法在提供精确的纳米尺度测量方面已经变得更加有效。局部的机械性能如粘附性和弹性模量是决定这些元件的可靠性和所含性能的关键参数。现有的原子力显微镜是基于纳米机械方法被引入测量机械性能，例如包括力体积谱和纳米压痕。 然而，其中一些技术相当耗时间，有些则具有破坏性，不能满足某些特定应用的高产量监测。 图1展示了Park Systems开发的原子力显微镜PinPoint纳米机械模式。Park Systems专利的PINPOINT技术比传统的力体积谱技术至少快两个数量级，这可以使用户在短时间内能够同时获取材料的定量力学特性和高分辨率形貌图。在操作过程中，探针针尖以接近-缩回的方式移动，确保两者间不会形成摩擦，消除了探针和样品间的持续接触所产生的侧向力，保持了针尖和样品间的良好状态，进而理想的测量软性或硬性样品，如硬盘和生物样品。在图像中的每一点获取力-距离曲线，用于计算被测样品的机械特性。在数据收集期间，XY 扫描器停止，并控制接触时间以给扫描器足够时间去获取精确和准确的数据。在本实验中，成功地定量了具有不同模量范围的4种不同材料。各试验所得结果均接近所测材料的标称值，证明了PinPoint模式在力学特性的定量方面所具备的优越性。此外，它又同时获得了高分辨率图像，显示了样品的表面特征。

在过去数十年里，人们的气候保护意识有所提高，生物纳米技术也取得了重大进展。因此，考虑到迫切的可持续性需求，木基纳米材料已在能源、生物医学、建筑等众多领域得到应用，或作为石油基聚合物的替代品[1]。尽管如此，更详细地了解植物细胞壁的纳米尺度结构将极大地提高这些材料的性能[2]。

对于新材料的研究和新工艺的开发一直需要一个完备的实验室要求。制备统一的纳米粒子对储能的高电容开发来说是一个关键点，同样，合适的粒径分布对于高性能热电材料和核热推进系统也起着至关重要的作用。从市面上购买的陶瓷材料通常粒径分布范围很大，不能很好的满足研发的需求。为了解决这样的一个问题，我们通过行星式球磨机和振动研磨的探索，也开发出了能够很好降低D50粒径和产生完美的粒径分布，但是我们为了进一步的达到理想的粒径要求，经过几年的科研攻关，我们开发出了PULVERISETTE7premium line机型。她可以达到更小的粒径分布和更统一的粒径范围，可以实现纳米级的研磨。在实验室水平上实现超细研磨。

作为一种优良的磁性材料，四氧化三铁纳米粒 子在作为磁记录材料、磁流体的基本材料、特殊催化剂原料、磁性颜料等方面显示出许多 特殊的功能，在生物技术领域和医学领域亦有着很好的应用前景。

ATAGO（爱拓）阿贝折光仪NAR-1T，又称：阿贝折射仪，折射率检测仪测量各类纳米材料、复合材料折射率（nD），帮助企业研发中心进行材料分析、产品研发。

碳纳米管以其独特的结构和优异的性能，在纳米、生物、能源、催化、电子材料等领域有很大的应用潜力。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来；目前碳纳米管的合成和应用已经成为材料科学研究的前沿热点。然而，由于其分散性以及与基体材料的相容性问题制约着碳纳米管材料的发展；为解决这两个问题，很多科研工作者致力于碳纳米管表面改性的研究，以提升其分散性和相容性。XPS作为一种表面分析技术，由于其表面敏感性，这就使XPS成为碳纳米管研究过程中一种必不可少的研究手段。本文通过ESCALAB Xi+对改性前后的碳纳米管进行检测分析，探索不同改性工艺获得的改性碳纳米管的结构与组成信息，文章中将详细介绍如何利用XPS准确的获得材料表面组成和化学态信息。

大麻油和大麻分离物具有较差的水溶性，这会降低其生物利用度，并导致口服或局部给药后治疗作用延迟。然而，当以纳米乳剂的形式消费时，它们提供了极高的生物利用度和治疗效果，并被人体迅速和完全吸收。CBD American Shaman与ISM合作，开发一种稳定、水溶性、全天然纳米乳液的配方和生产工艺，该纳米乳液由CBD和富含萜烯的大麻油制成.

对二氧化碳的透过性能是保鲜膜材料的重要性能指标之一。本文利用压差法设备VAC-VBS压差法气体渗透仪测试了纳米保鲜膜的二氧化碳透过量，并通过对试验原理、设备参数及适用范围、试验过程等内容的介绍，为塑料薄膜材料二氧化碳透过性能的测试与研究提供参考。

近年来在纳米复合材料方面引起了大家极大的兴趣-采用小尺寸微粒填料-来改善热塑性和热固性材料的特性。通过测量复合材料玻璃化转变（Tg）过程中比热容（Cp）变化情况是快速定量颗粒填料对基体材料性能影响的方法之一。克里斯多佛• 希克证明了可以利用高速扫描DSC（Hyper DSC）技术来测试刚性无定形部分，也可以用于探寻刚性无定形部分是否在玻璃化转变温度与受到升温速率抑制的分解起始温度之间存在刚性无定形部分的反玻璃化转变过程。在本文的研究中，我们引用了克里斯多佛希克讨论过的结论，证明了高速扫描DSC表征纳米复合材料的强大能力。采用本文中证明的快速升-降温方法，可以将精确的比热测定范围扩展到较高温度区间。这有助于鉴定无定形聚合物体系的反玻璃化作用-纳米复合材料键的松弛过程。这种方法进一步扩展了功率补偿型DSC在亚稳态聚合物体系中的应用。

材料在纳米尺度上的力学性能是其在生物学，工业以及结构材料中应用的基础。原子力显微镜探针和样品的相互作用过程中受多种力的影响-弹性力，粘性力，引力，范德华力等等。因此非常有必要利用不同的测试方式对材料进行可重复的精确测试。

将氧化铁纳米粒子与银纳米粒子、金纳米粒子、银磁铁矿和金磁铁矿分别通过内吞作用引入到成纤维细胞中，形成多功能复合纳米粒子。含有无毒纳米粒子的细胞在外部磁场中是可置换的，可以在微流控通道中进行操作。在表面增强拉曼散射(SERS)映射、激光消融电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)微研磨和低温软x射线断层扫描(cryo soft- xrt)的基础上，得到了内体系统中复合纳米结构的分布。完整的玻璃化细胞冷冻软x光检查显示复合纳米粒子包裹体形成内聚体。纳米粒子提供了内质网环境中表面生物分子组成的SERS信号。SERS数据表明，纳米粒子在内质粒和溶酶体的恶劣环境中具有较高的稳定性和等离子体性质。该光谱指向银磁铁矿和金磁铁矿纳米结构表面的分子组成，与其他复合结构非常相似，但不同于研究细胞内纯银和金SERS纳米组成所得到的结构。由LA-ICP-MS数据可知，磁铁矿复合材料的吸附效率大约是纯金、银纳米颗粒的2 - 3倍。

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纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。

纤维素是多聚糖，是植物细胞壁的主要成分。在将纤维素纺丝成纳米尺度的纳米纤维素中，将宽度为4～100 nm长度为几μ m左右、高长宽比（100 以上）的物质称为纤维素纳米纤维（Cellulose Nanofiber：CNF），作为最尖端的生物质新材料而受到了广泛关注。CNF除了重量轻、强度大的特点之外，还具有高隔气性、吸附性、透明性等优异性能。另外，由于材料源于植物纤维，因此，是一种在生产和废弃的过程中环境负荷都非常小的材料。今后在汽车材料、电子材料、包装材料等的应用中具有很大的潜力。通过X射线衍射，可以对CNF的结晶度进行评价，预计该技术将应用于零件和材料的质量控制。

在科研领域，行星式球磨仪有着非常广泛的应用，它可以对软性、硬性、脆性及纤维性样品进行研磨（干磨或湿磨）及混合处理，在很多实验室，行星式球磨仪通常也被用来研磨土壤、矿石、陶瓷、煤炭、水泥熔渣、肥料、木炭等样品，但基于其特殊的工作原理，行星式球磨仪可发挥的作用远不止磨碎这么简单，今天我们一起探讨下行星式球磨仪在机械合金化领域、纳米材料领域的应用。

磷酸铁锂是商业锂电池中一种常用的正材料。虽然磷酸铁与锂离子相互作用经过一相变终变成纯的磷酸铁锂是已知的，但是充放电过程中的磷酸铁锂去锂离子的具体工作机制还是存在争议的。I. T.Lucas等人利用Neaspec公司的纳米傅里叶变换红外光谱技术(nano-FTIR)对磷酸铁锂在锂电池的充放电过程中的相位分布进行了具体的研究。根据对不同充放电阶段的正材料红外吸收光谱的研究，实验结果直接证明，充放电的中间过程部分脱锂的正材料同时存在磷酸铁锂与磷酸铁两种相位。通过建立三维层析成像的模型建立与分析，由磷酸铁组成的外壳包围由磷酸铁锂组成的核心的“外壳-核心结构”模型适合解释该实验所得结果。分析表明在脱锂的过程中，核心部分的磷酸铁锂慢慢的变小直至终消失。