复旦大学：《材料失效分析 Materials Failure Analysis》课程教学资源（课件讲稿）电子器件用纳米材料的生物性、毒理学及安全性（主讲：方晓生）

Nanotechnology i HIFU therapy 电子器件用纳米材料的生物性、毒理学及安全性 主讲教师:方晓生 单位:材料科学系 办公室:材料1楼314室 联系方式:xShfang@fudan.edu.cn 65642996(0)

1 电子器件用纳米材料的生物性、毒理学及安全性 主讲教师： 方晓生 单 位： 材料科学系 办 公 室： 材料1楼314室 联系方式： xshfang@fudan.edu.cn 65642996（O）

提纲 纳米材料概论 二、纳米材料的生物性 □三、纳米材料的毒理学及安全性 □四、纳米器件性能可靠性分析案例

提纲 一、纳米材料概论  二、纳米材料的生物性  三、纳米材料的毒理学及安全性 四、纳米器件性能可靠性分析案例 2

纳米材料 当物质到纳米尺度以后,大约是在1~100纳米这个范围空 间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既具不同 于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构 成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有 特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。 尺度在纳米范围 (约1~100纳米) 纳米材料的内涵 具有常规材料不 具有的特殊性能

当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100纳米这个范围空 间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同 于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构 成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有 特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。 纳米材料 纳米材料的内涵 具有常规材料不 具有的特殊性能 尺度在纳米范围 (约 1～100纳米) 3

纳米材料的奇异性能 1cm3的块体 直径为1nm的颗粒组成 比表面为~107倍

纳米材料的奇异性能 1cm3 的块体 直径为1nm的颗粒组成 比表面为～107 倍 4

纳米材料的奇异性能 纳米材料的特有性能是由于其特殊结构,使之产生多个特 殊效应,如量子效应、表面效应、界面效应和小尺寸效应, 从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。由于纳米材 料在生物、磁、热、光、电、催化等方面具有奇异的特性, 使其在诸多领域有着非常广泛的应用前景,并已经成为当今 世界科技前沿的热点之一

纳米材料的奇异性能 纳米材料的特有性能是由于其特殊结构，使之产生多个特 殊效应，如量子效应、表面效应、界面效应和小尺寸效应， 从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能。由于纳米材 料在生物、磁、热、光、电、催化等方面具有奇异的特性， 使其在诸多领域有着非常广泛的应用前景，并已经成为当今 世界科技前沿的热点之一。 5

肿瘤诊断新型纳米材料的研制 中科院生物物理所研究利用无机纳米材料仿生合成了新型纳米肿 瘤诊断试剂一一铁蛋白纳米颗粒。这是一种由氧化铁纳米内核及 铁蛋白外壳两部分组成的双功能纳米小体,蛋白壳能够特异识另 肿瘤细胞,氧化铁纳米内核能够催化底物使肿瘤显色,区分正常 细胞和肿瘤细胞

肿瘤诊断新型纳米材料的研制 中科院生物物理所研究利用无机纳米材料仿生合成了新型纳米肿 瘤诊断试剂——铁蛋白纳米颗粒。这是一种由氧化铁纳米内核及 铁蛋白外壳两部分组成的双功能纳米小体，蛋白壳能够特异识别 肿瘤细胞，氧化铁纳米内核能够催化底物使肿瘤显色，区分正常 细胞和肿瘤细胞

研制出肿瘤诊断新型纳米材料 Figure: Fluorescence staining of human liver cancer cells using fitc-conjugated HFn in the presence(right)or absence (left)of anti-TfRl. Scale bar =50 um) 磁性颗粒通常被认为是一种惰性物质,但发现在纳米尺度下,它具 有蛋白酶的催化活性。这种基于这种铁蛋白纳米颗粒而发展的新型纳 米诊断技术具有操作简便、经济、快速的特点,实现了肿瘤特异识别 与显色一步完成,使临床常用免疫组化诊断从4小时缩短为1小时, 为癌症病人的治疗嬴得时间

研制出肿瘤诊断新型纳米材料 磁性颗粒通常被认为是一种惰性物质，但发现在纳米尺度下，它具 有蛋白酶的催化活性。这种基于这种铁蛋白纳米颗粒而发展的新型纳 米诊断技术具有操作简便、经济、快速的特点，实现了肿瘤特异识别 与显色一步完成，使临床常用免疫组化诊断从 4 小时缩短为 1 小时， 为癌症病人的治疗赢得时间。 Figure: Fluorescence staining of human liver cancer cells using FITC-conjugated HFn in the presence (right) or absence (left) of anti-TfR1. (Scale bar = 50 μm)

利用纳米颗粒遥控药物的缓释 Nanotechnology in HIFU therapy 最近,科研人员开发出一种新的药物缓释系统,可以遥控药物在 体内的的释放过程。研究报道了在热敏的溶胶-凝胶共聚高分子溶 液中引入氧化铁纳米颗粒作为局域热源的药物缓释系统

利用纳米颗粒遥控药物的缓释 最近，科研人员开发出一种新的药物缓释系统，可以遥控药物在 体内的的释放过程。研究报道了在热敏的溶胶-凝胶共聚高分子溶 液中引入氧化铁纳米颗粒作为局域热源的药物缓释系统

利用纳米颗粒遥控药物的缓释 B D 在人体的体温下,该系统会形成凝胶,将药物成分固定住。通过外加交 变磁场,氧化铁纳米颗粒会产生热量。在达到凝胶的转变温度之后,该 系统转化为液态,从而将药物释放出来。而后如果去掉磁场的作用,系 统的温度降低,又转化成凝胶,药物的释放也随之终止。如果再加磁场 的作用,又会引发再次的给药。该系统不仅能够遥控药物的释放,而且 还可以被注射入人体内,并且会随时间逐渐分解

利用纳米颗粒遥控药物的缓释 在人体的体温下，该系统会形成凝胶，将药物成分固定住。通过外加交 变磁场，氧化铁纳米颗粒会产生热量。在达到凝胶的转变温度之后，该 系统转化为液态，从而将药物释放出来。而后如果去掉磁场的作用，系 统的温度降低，又转化成凝胶，药物的释放也随之终止。如果再加磁场 的作用，又会引发再次的给药。该系统不仅能够遥控药物的释放，而且 还可以被注射入人体内，并且会随时间逐渐分解

通过脑部染色-纳米颗粒协助脑部手术 众所周知,脑部手术是非常难做的手术。其中最难的部分就 是区分肿瘤和健康的脑组织一肿瘤部分切除的越精确,手术成功 和病人康复的机会才会更大。最近,研究人员报道了一个新的系 统,利用负载有染料的纳米颗粒来协助脑部手术的进行。 目前最常用的方法是利用手术前拍摄的病人脑部的图像来协 助分辨肿瘤组织;当然,医生也会根据自己实际观察到的情况进 行判断。但实际上,癌变组织和正常脑组织往往很难区分

通过脑部染色-纳米颗粒协助脑部手术 众所周知，脑部手术是非常难做的手术。其中最难的部分就 是区分肿瘤和健康的脑组织 – 肿瘤部分切除的越精确，手术成功 和病人康复的机会才会更大。最近，研究人员报道了一个新的系 统，利用负载有染料的纳米颗粒来协助脑部手术的进行。 目前最常用的方法是利用手术前拍摄的病人脑部的图像来协 助分辨肿瘤组织；当然，医生也会根据自己实际观察到的情况进 行判断。但实际上，癌变组织和正常脑组织往往很难区分