纳米颗粒材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于它的尺寸很小，会产生很多特殊的效应，比如小尺寸效应、隧道效应以及大的比表面积效应等，因此使得纳米材料表现出不同的物理化学特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，因而现在纳米材料被广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。但由于其颗粒非常小，因此颗粒大小的检测也就成为了挑战，国际上对于超细颗粒的粒度测试一般有三种方法，即电子显微镜、动态光散射以及激光衍射。

颜料、油漆、墨水中微小颗粒的平均直径在数纳米至微米之间，它们的密度都比较低，用一般的（RCF在数万级的）高速离心机很难得到满意的结果。在进行这些样品沉淀材料的分析研究中，一般容量都不会很大，日立微量超速离心机CS150FNX（落地）及CS150NX（台式）是最好的选择。

通过准确获取应用于工程新型材料纳米颗粒的环境行为和颗粒大小、溶解率、颗粒团聚以及与样品基体的相互作用的准确数据来对这些新材料可能对环境健康造成危险的情况进行适当的描述。单粒子质谱技术的突破给自然生态系统对ppb级（ng/L）浓度纳米颗粒对环境影响的研究带来非常大的便利。本文使用syngistix™ 纳米应用模块颗粒测量/检测和自动数据处理，传输效率的测定（即颗粒的检测，在溶液百分比）是关键使用校准时确定ENP规模的基础上溶解标准。为了避免重合（即两个粒子在相同的脉冲被检测到），调整粒子浓度，使得在60s的检测时间内不多于1500个粒子被采集。溶解电势不同可能是区分粒子溶解过程和离子溶解过程的一个关键因素。这项研究在表明在各种各样交宽泛的条件下可以通过SP-ICP-MS定量计算Ag粒子的溶解率是可行的。而该方法在只有有限的方法可直接应用于水样的分析，特别是还要考虑ENP预期的溶解情况下显得尤为重要

近些年来，纳米颗粒材料被越来越广泛的应用于衣食住行等各领域内，由此带来的潜在的纳米颗粒污染问题，逐渐引起了人们的重视。单颗粒电感耦合等离子体质谱（spICP-MS）技术是近年来发展起来的可用于进行纳米颗粒表征的方法。使用此方法，可实现一次进样同时完成颗粒粒径、数量浓度、元素含量及粒径分布的分析。

ISO/TS 276871和ASTM E24562都将纳米粒子定义为100nm及以下的粒径，使其成为使用广泛的分类。由于科学和其他原因，不太严格的解释扩大了上限范围。现在许多大于100nm的纳米材料通常被称为纳米颗粒。开发这种尺寸范围的药物产品的动机在于改善其溶出度/生物利用度、靶向性、系统中的循环时间和药代动力学。

纳米颗粒的生产效率不断提高，并且已成为开发具有高性能新材料的重要组成部分。最终产物的性能不仅取决于纳米颗粒的化学性质，还取决于它们的大小，以及在整个加工过程中能保持分散均匀状态

伴随着工程纳米材料在各个不同产品和过程的使用不断增加，人们开始对纳米粒子（ENPs）的释放对环境和人类健康造成的影响产生了担心。当研究如何准确测定植物吸收的单颗粒ENPs时，样品制备成该研究的最大的挑战。目前的样品制备技术局限性在于，一旦纳米颗粒ENPs进入植物组织它的浓度及特性就不受控制，因为它们是主要依靠酸来溶解的。这种技术的缺陷我们可以通过仔细选择纳米颗粒ENPs提取执行分析程序来避免。单颗粒等离子体技术允许大量样品的快速分析，同时获得粒度、产量、浓度和粒度分布等信息。这项研究工作的目标是开发一种从植物中提取其吸收的纳米颗粒ENPs的程序并借助单颗粒等离子体质谱仪进行分析。

使用纳米颗粒（NPs）制备薄膜镀层材料日益受到了人们的重视，并且被广泛应用到如显示器、传感器、医疗器械、储能和能量收集材料等各种现代产品和研究领域。纳米粒子的合成方法已经广为人知，但为了能够在上述应用中使用它们，需要将纳米颗粒从溶液相转移到基材表面。为此，需要一种可控的沉积方法。附件白皮书回顾了在气-液界面处形成纳米颗粒单层膜的方法以及使用Langmuir-Blodgett和Langmuir-Schaefer方法制备薄膜后，将其转移到固体基底上的方法。如果您对如何沉积单层纳米球感兴趣，请下载附件的白皮书。

日前，由英国著名的薄膜沉积设备制造商Moorfield Nanotechnology公司生产的套纳米颗粒与磁控溅射综合系统在奥地利的莱奥本矿业大学Christian Mitterer教授课题组安装并交付使用。该设备由MiniLab125型磁控溅射系统与纳米颗粒溅射源共同组成，可以同时满足用户对普通薄膜和纳米颗粒膜制备的需求。

纳米材料在许多消费产品领域的快速发展和应用要求我们必须快速和准确地对不同粒径和成分的纳米颗粒（NP） 进行表征。有多种技术可用来表征由金属组成的和含有金属成分的纳米颗粒，但均受技术所限无法大规模应用1。相比于这些技术，单颗粒ICP-MS 技术（SP-ICP-MS）具有明显的优势和更广的应用范围，已有大量资料证明它可以快速对金属纳米颗粒和/ 或纳米材料的组成和数量进行表征。欧盟委员会（EC）（2011/696/EU）对“纳米材料”的建议定义为：纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一维或多维尺寸在1 纳米至100 纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。一般而言，SP-ICP-MS 纳米颗粒（NP）分析的挑战之一就是准确地表征粒径小于20 nm 的颗粒。为了检测到尺寸小于20 nm 的纳米颗粒，SP-ICP-MS方法必须具备高灵敏度、快速数据采集速率（ 75μ s 驻留时间）和低本底等特点。另外，具有自动阈值检测和实时本底扣除功能的数据处理软件也是至关重要的。本文介绍了搭载了独特射频发生器和离子透镜技术的珀金埃尔默公司NexION® 2000ICP-MS 配合Syngistix ™ 纳米应用软件模块可以准确地测量单一粒径或混合粒径纳米颗粒样品中粒径小于和等于10 nm 的纳米颗粒并对其进行表征。

微观颗粒 —— 这类颗粒非常有趣，因为它们被广泛应用于陶瓷、食品工业、电子、聚合物和塑料、化妆品和制药等领域。经证明，这些颗粒的大小和形状会影响材料的性能。一般而言，大多数材料都与尺寸相关。相同材料在纳米尺寸上的物理性质不同于宏观尺度上的物理性质。造成这种现象的有几个因素：首先，当材料到达纳米尺寸，经典力学不再能够描述这些过程，需要用到量子力学来描述。此外，材料的尺寸越小，比表面积增大，可能会影响材料的某些性能。

Oaku团队致力于通过纳米技术，特别是通过珠磨法制备了5％MXD纳米颗粒制剂（MXD-NPs）。该配方既具有MXD纳米颗粒的分散性，又通过使用靶向毛囊的纳米颗粒来增强毛发生长效果，从而解决MXD治疗AGA中的疗效和安全性之间的平衡问题。

纳米技术是21世纪最为活跃的研究领域之一。目前，对纳米的研究主要停留在对纳米材料制造方法的探索和纳米材料物性的表征水平上，其中超临界流体技术成功地被应用于纳米颗粒的制备尤为引人关注。

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。

过去二十年中，随着工程纳米材料（ENMs）产量和使用量迅速增加，它们向环境中释放带来了潜在危害。因此，研究他们对环境影响至关重要。对环境中工程纳米材料进行合适的生态危害评价和管理，需要对工程纳米材料准确定量暴露和影响1，最理想方式通过原位分析并给出物理化学特性。然而，由于环境介质中纳米粒子浓度非常低，大多数分析技术并非适合2。最近出版了关于自然新鲜水和合成复杂水样中金属纳米粒子的持久性、聚合和溶解性的研究3-7。一直以来，颗粒尺寸采用色散光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）测量颗粒尺寸，而溶解量采用超滤测定。这些常规技术对测定复杂水体中存在低浓度的胶体形态非常有限。另外，单颗粒ICP-MS（SP-ICP-MS）被公认为一种定量和定性低浓度的金属纳米粒子最有前途的方法8-10。相对目前方法，SP-ICP-MS可快速有效并提供更多信息的技术。它能够测定颗粒尺寸分布、颗粒数量浓度、溶解金属比例等。而且，它能够区分不同元素粒子。SP-ICP-MS原理基于测量一个单粒子产生的信号强度。悬浮纳米粒子必须有效稀释，以确保一次只有一个单颗粒到达等离子体中，然后被原子化和离子化，产生相对高信号强度，在一个脉冲中被检测出。如果在颗粒悬浮物包含相同可溶性的元素，该元素将产生一个连续不变信号，形成均一分布的结果。Duegeldre11-15首次采用理论方法处理了自然金属胶体的信号强度与时间关系记录图，随后Laborda等16,17支持了该方法。本工作使用珀金埃尔默NexION 350X ICP-MS和纳米应用Syngistix TM模块软件测定和定性环境水体中金属纳米粒子。

用LaVision的图像增强器IRO，Imager Intense 相机和染料激光器构成了一套OH PLIF 自由基测量系统。对在反应流中产生的纳米颗粒特性进行了表征。

由于工程纳米颗粒 (EN) 在各行业中的使用不断增加以及对环境和消费者风险开展的后续研究也在不断增加，对纳米颗粒 (NP) 表征的需求在近年呈现爆炸式增长的趋势。

相较于传统的纳米颗粒纯化方法，如超速离心、搅拌室过滤、透析或者色谱方法，中空纤维洗滤（中空纤维切向流过滤）是一种更加高效、快速的替代方法。中空纤维洗滤可以用于纯化多种纳米颗粒，包括脂质体、胶乳颗粒、磁珠以及纳米管。中空纤维洗滤是一种基于膜分离的技术，膜孔径的大小决定了大分子或颗粒是被截留还是通过。这是一种流动的过程，样品温和循环通过管状膜。通过缓冲液的置换，可以获得纯化的纳米颗粒。中空纤维膜洗滤可以从研发体积直接线性放大到生产规模。通过增加膜纤维数量并维持关键操作参数，大体积样品可在和小规模研发体积一致的条件下完成。

本文通过使用真空干燥箱对不同类型纳米颗粒进行干燥处理，研究了干燥条件对纳米颗粒性能的影响。实验结果表明，温度、真空度和干燥时间是影响纳米颗粒性能的关键参数。

工程制造的纳米颗粒在提高半导体材料到食品、药品、化妆品以及消费品等各类产品的性能或性质方面的使用正在迅速增加。由于这些材料的理化性质较为新颖，它们的许多环境归宿和毒理学性质仍然不为人知。因此，人们对一种能够快速、准确而灵敏地完成各种类型样品中纳米颗粒表征与定量的技术的需求也日益增长。通过近期实现的一些针对特定应用的硬件和软件增强功能，ICP-MS 已证明能够满足这些要求。• 高灵敏度 ― 小颗粒的信号强度随直径的立方而降低• 低背景可改善小粒径的检测• 时间分辨模式中的快速扫描，扫描间的稳定时间降至最短• 即使在快速扫描模式下也可有效去除多原子干扰• 管理复杂计算和超大数据集的专用软件

相比于传统临床手段，纳米颗粒的治疗手段表现出更好的组织特异性和生物相容性，且具有易于功能化的优点，具有潜在的临床应用价值。纳米颗粒载药过程需要利用特定的物理化学性质包裹特定类型的药物，载药策略和实施这些策略的过程对于载药系统的稳定性至关重要。

金纳米颗粒是现代材料研究的热门领域。它们有独特的光学、电子和热学特性，在各种应用中被使用，包括诊断分析、显微学和电子学等。尽管在寻找新材料方面引起很大兴趣，但其实它们自古代就被用做彩色玻璃的染料。金纳米颗粒溶液显示了与其“宏观”形态不同的光学特性，它们有微红的颜色，并随着颗粒尺寸增加改变。这些光学特性可使用LAMBDA 265 UV/Vis可见分光光度计测量。

根据欧盟委员会 (EC) 建议 (2011/696/EU)，出于监管的目的，纳米材料是“含有呈未结合态、聚集体或聚结物颗粒的天然材料、人为偶发 材料或制造材料，其中 50% 以上颗粒的粒径分布数量中，三维尺寸 至少有一维介于 1 nm-100 nm 之间”。具有纳米级外形尺寸或内部 结构的材料表现出材料宏观尺度形态中不存在的独特性质。Agilent 8900 串联四极杆 ICP-MS (ICP-MS/MS) 具有低背景 ( 0.2 cps) 和高达 Gcps/ppm 的灵敏度，非常适合小颗粒检测。此外，8900 系统能够以极短的 (0.1 ms) 驻留时间运行，支持非常快速的时间分辨分析 (TRA) 采集，从而可提高信噪比。

当表征某一特定过程种颗粒体系的特性时不仅需要考虑到多方面因素的影响还要考虑到最终的使用。表征颗粒体系时必须要包括但不仅仅局限于以下几点：粒径分布、表面积、孔隙率、形状和颗粒的带电性。实际上，将所有的表征参数结合起来可以让我们对颗粒有更清晰的认识。通过粉体流动性、分散性、药物疗效、干燥涂层效果、悬浮稳定性、油墨质量、金属粉末成粉及金属框架强度、压片问题、污染物识别、颗粒堆积行为、颗粒聚集、反射效率、球度和注塑成型等特性均可以对颗粒特性进行描述和表征。上述表征参数适合所有的材料，但本文我们会以油墨中的纳米颗粒作为例子进行分析（ISO中对与纳米颗粒的定义为：小于100nm的颗粒，但在本文中讨论的粒径小于1000nm）。油墨生产环节主要包括：化学混合、胶体稳定、研磨和稀释，从早期的研发到最后的产品质量，各个环节均有严格的质量控制。油墨的生产包含多个过程，其中每一个过程都会对颗粒特性产生影响进而最终影响油墨的质量。市面上有很多种油墨，包括胶印油墨、平版印刷油墨、喷墨印刷油墨、柔印油墨和凹版印刷油墨等。虽然油墨种类很多生产过程大体相似，下面中总结了油墨各个生产过程中颗粒特性测试的重要性。需要注意的是，许多产品的生产过程都过包括下述提到的步骤。对于生产过程控制、质量控制和研发来讲可使用一种或多种分析方法。

由于其独特的磁性性质，磁铁矿纳米颗粒（Fe3O4）是一类新兴的多功能生物医学材料，已用于磁流体热疗应用、磁共振成像、免疫分析、催化和靶向药物输送。本文提出了一种高效的微波辅助合成路线，其收率明显高于常规加热工艺。

有一系列的分析技术都可以用来测量纳米颗粒的粒径。下面我们列出了六种方法，它们都可以提供总体层面(E)或者单个纳米颗粒层面(SP)的信息:1. 动态光散射(E)2. 圆盘离心(E)3. 纳米粒子追踪分析(SP)4. 可调谐电阻脉冲传感（SP）5. 原子力显微镜(SP)

纳米颗粒（NPs）是开发改性（如光学、热学或机械性能）新材料的重要组成部分[1]。为了符合性能、成本及安全要求，必须严格控制颗粒大小、形状和浓度等参数。小角X射线散射（SAXS）是一种完善的可追溯性尺寸测量技术[2,3,4]。最近有研究表明，根据同步辐射设施采集的SAXS数据可以确定NPs的数量浓度，且量值溯源到标准单位制（SI）[5]。通过本应用手册我们可以证明，使用SAXS实验室设备，采集时间为10分钟，同样可以获得可溯源数量浓度

纳米技术的发展将对各个行业领域产生重要影响。由于纳米颗粒 (NP) 的理化性质较为新颖，它们的许多环境归宿和毒理学性质仍然不为人知。因此，人们对一种能够快速、准确而灵敏地完成各种类型样品中纳米颗粒表征与定量的技术的需求也日益增长。ICP-MS 技术中称作单颗粒 ICP-MS (sp-ICP-MS) 的方法可用来测定单个纳米颗粒。该方法在一次快速分析中可同时测定纳米颗粒的粒径、粒径分布、元素组成和计数浓度。我们对 ICP-MS 硬件和软件的最新升级进一步改善了这一技术。安捷伦针对 ICP-MS MassHunter 软件开发出一种专用的单纳米颗粒应用模块 (G5714A)，可简化使用 Agilent 7900 ICP-MS 进行 sp-ICP-MS 分析的过程。7900 ICP-MS 系统使用短驻留时间（1 ms 以下）和快速时间分辨分析 (TRA) 模式，能够在快至 100 ?s 的采样速率下完成单元素采集，且无需稳定时间。该方法在单颗粒信号脉冲期间可进行多次测定，显著降低了相邻颗粒信号重叠的风险。该方法的另一优势在于可使用较低的样品稀释比例和更短的样品采集时间。sp-ICP-MS 分析产生的海量数据可由单纳米颗粒应用模块管理并处理。本文利用金 (Au) 和银 (Ag) 纳米颗粒参比标样对配备单纳米颗粒应用模块的 Agilent 7900 ICP-MS 性能进行了评估。

至今为止，已有的大多数SP-ICP-MS报道聚焦于无干扰的纳米颗粒，而这种反应模式SP-ICP-MS还未被广泛使用。本工作将专注于证明在反应模式SP-ICP-MS下，NexION通用池技术应用于测定纳米颗粒。

纳米技术的发展将对各个行业领域产生重要影响。由于纳米颗粒 (NP) 的理化性 质较为新颖，它们的许多环境归宿和毒理学性质仍然不为人知。因此，人们对一 种能够快速、准确而灵敏地完成各种类型样品中纳米颗粒表征与定量的技术的需 求也日益增长。ICP-MS 技术中称作单颗粒 ICP-MS (sp-ICP-MS) 的方法可用来 测定单个纳米颗粒。该方法在一次快速分析中可同时测定纳米颗粒的粒径、粒径 分布、元素组成和计数浓度 [1-3]。我们对 ICP-MS 硬件和软件的最新升级进一 步改善了这一技术。 安捷伦针对 ICP-MS MassHunter 软件开发出一种专用的单纳米颗粒应用模 块 (G5714A)，可简化使用 Agilent 7900 ICP-MS 进行 sp-ICP-MS 分析的过程。 7900 ICP-MS 系统使用短驻留时间（1 ms 以下）和快速时间分辨分析 (TRA) 模式，能够在快至 100 μs 的采样速率下完成单元素采集，且 无需稳定时间。该方法在单颗粒信号脉冲期间可进行多次 测定，显著降低了相邻颗粒信号重叠的风险。该方法的另 一优势在于可使用较低的样品稀释比例和更短的样品采集时 间。sp-ICP-MS 分析产生的海量数据可由单纳米颗粒应用 模块管理并处理 [4]。 本文利用金 (Au) 和银 (Ag) 纳米颗粒参比标样对配备单纳 米颗粒应用模块的 Agilent 7900 ICP-MS 性能进行了评估。