纳米盆银的妙用

纳米盆银的妙用 杜以会 金与银是大家爱不释手的金属饰 品 , 人们总觉得其愈大愈多才能显现 出它们的贵重 。 但你可能不知道 , 当 金和银变得很微小时更能显现它们的 真正价值 纳米是什么 近来 “ 纳米 ” 这个名词频频出现 在日常生活中 , 市面上琳琅满目的产 品 , 举凡纳米啤酒 、 纳米马桶 、 纳米 空气 , 甚至纳米水 , 使得社会大众一 头雾水 这些纳米产品是真的有特殊 效用 , 抑或只是商人谋利的嘘头 纳米是长度单位 , 纳米等于十亿 分之一公尺 , 约为人类头发直径的十 万分之一 通常材料尺寸小于 纳米 时 , 被称为 “ 纳米材料 ” 。 科学家发 现 , 当一种材料的尺寸微小化到纳米 程度时 , 它的物理及化学性质都会有 大幅度的变化 。 这一特性引起了人们 极大的关注 , 而开始开发各种不同的 纳米材料 , 例如纳米塑料 、 纳米金 属 、 纳米陶瓷 、 纳米磁性材料等 。 这 些材料的特殊性质主要源 自于纳米化 后产生的面效应 、 尺寸效应和量子 效应 。 纳米材料目前己广泛运用于很多 领域 , 诸如医药 、 信息 、 光电 、 化 工 、 生物工程等 。 想想看 , 如果能利 用纳米机械人在身体内来回穿梭 , 清 除体内的癌细胞或帮你疏通阻塞的血 管 能把一整个图书馆的书全塞进一 个指甲大小的内存里 , 以后学生上课 只需要携带一个小小的记忆卡 , 就可 以包含所有上课的 , 不必再背着 厚重的书包上下学 能发明出具有自 洁及杀菌作用的衣服 , 可以永远不用 洗 , 那会是多美好的事 。 在未来 , 这 些都可能因纳米科技的发展而不再是 天马行空的神话 有人说 世纪是一个没有病痛的 生物科技时代 。 生物科技正因纳米科 技的发展而有了重大的突破 , 因此不 少科学家觉得 , 人类接下来要迎接的 是生物科技时代 , 更是一个纳米时 代 纳米科技中的黄金战士 古今中外 , 黄金一直被认为是高 贵的象征 , 金光闪闪的外表总是吸引 。。 一 ,上 目 了众人的目光 。 金是一种极为稳定且 具抗氧化功能的材料 。 因此除了装饰 的用途外 , 金也可以当作一种养生食 品 , 添加在茶 、 酒及各种食材中 , 或 者用在除皱 、 美白等化妆保养品中。 金具有极佳的生物兼容性 , 在医学上 也常制作成假牙 、 心血管支架 。 当金材料的尺寸缩小到纳米等级 时 , 它的大小将远小于光的波长 , 由 于 “ 表面电浆共振 ” 的效应 , 某些光 波会被纳米金吸收 , 导致金不再金光 闪闪 , 而是呈现红宝石色 。 除了颜色 外 , 纳米金的熔点 、 硬度等性质与黄 金都有很大的不同 。 由于纳米金具有 许多独特的性质 , 近年来许多科学家 纷纷投入研究 , 纳米黄金的技术及应 用也以惊人的速度成长 , 举凡电子 、 半导体 、 触媒 、 染料 、 生医等领域 中 , 都可以发现它的踪迹 。 因为金有良好的生物兼容性 , 而 且纳米化的金表面具有特殊效应 , 容 易与硫氢基结合 , 所以纳米金常用于 生物医学上的检测 、 疾病诊断及基因 侦测 。 美国西北大学莫京博士在 年 发现 , 纳米金可与 轻易结合 , 若先 在纳米金表面接上单股的 做成试 剂 , 当待测样品中含有另一互 补的 链段时 , 因为碱基的配对 , 会使得 含有 链段的纳米金聚集在一起 , 形成较大的团聚物 , 这时纳米金的颜 色会由原本的红宝石色变成蓝色 。 利 用这个现象 , 便可用纳米金制作能检 测许多遗传疾病的 晶片 。 只要取一 滴血滴在芯片上 , 送入计算机做分 析 , 不一会儿便可知道基因可能带有 哪些潜在的遗传疾病 , 有助于遗传疾 病的预防与治疗 。 纳米金也容易与蛋白质结合 , 如 抗体、 酵素或细胞激素 , 最普遍的例子 就是在验孕棒上的应用 。 怀孕的女性会 分泌 一 种特殊的荷尔蒙 咙 叩 , 人绒毛膜促 性腺激素 , 把怀孕女性的尿液滴在含 有纳米金试剂的验孕棒上 , 比 荷尔 蒙便会与纳米金反应呈现红宝石色 , 如 此就可得知怀孕与否 。 此外 , 也有科学 家利用纳米金结合特殊的抗体 , 用来做 为标的癌细胞的工具 。 利用纳米金的方 法 , 比传统的方法灵敏且准确 , 未来在 基因学 、 免疫学、 临床诊断等方面极具 开发价值 。 纳米金在生物医学上的另一个妙 用 , 是在 “ 药物释放芯片 ” 上的应 用 。 美国麻省理工学院以好的硅 芯片做为基材容器 , 把要传送的药物 填充在容器中 , 再镀上纳米金薄膜覆 盖于容器上 , 薄膜只有 纳米厚 。 然 后把芯片植入或吞入体内 , 医生或病 人只要经 由微处理器控制芯片释放微 弱的电压 , 便可使金薄膜溶解 , 把一 定量的药物释放出来 , 也可控制每一 药剂释放的时间及地点 。 此外 , 因为 金具有很好的生物兼容性 , 所以金薄 膜在体内溶解出来的金 , 并不会在体 内引起毒性或发炎反应 。 纳米金的复合物长久以来被当作 一种调节关节炎的药物 , 但部分病人 在使用这类药物时 , 会引起有害的副 作用 。 医学实验发现 , 把纳米金施打 入 患有类风湿性关节炎老鼠的关节 中 , 纳米金会与诱发类风湿性关节炎 的内皮细胞生长因子结合 , 并抑制血 管新生 , 达到抗关节炎的效果 。 纳米金还可以当作触媒使用 。 日 本的科学家发现 , 纳米金是能把一氧 化碳氧化成二氧化碳的触媒 , 因此可 利用于口罩 、 防毒面具 、 热水器等 , 防止一氧化碳中毒 。 与工业上常用的 白金触媒相比 , 白金触媒需要在高温 下进行反应 , 且不能有水汽 , 而纳米 金触媒在室温下就能进行反应 , 且不 受水汽影响 。 另有研究指出 , 纳米金 具有抗自由基的能力 , 是维生素 的 倍 , 因此纳米金也可添加在生医材料 中 , 增加材料在体内的安定性 。 杀菌高手纳米银 银是生活中常见的一种亮白色金 属 , 性稳定 , 很早以前人们便懂得把 银拿来制造货币 、 器皿或银饰 , 而目 前在电子工业及底片的制造上 , 银也 有相当大的用量 。 银也具有非常良好 的导电性及导热性 , 但因单价较高 , 所以在导电导热材料上的使用远不及 铜普遍 。 市面上 已有许多纳米银抗菌产 品 , 但到目前为止 , 纳米银的抗菌机制 仍有许多不同的说法 。 一般认为银经纳 米化后 , 表面裸露出的银原子急逮增 加 , 在溶液中能解离出许多银离子 , 而 这些银离子便是抗菌的主要功臣 。 此 外 , 纳米银粒子在溶液中可持续释放出 银离子 , 长期保有抗菌功效 , 因此被喻 为 “ 永久性的杀菌剂 ” 。 纳米银在医疗上有许多应用 , 例 如在床单被套 、 止血纱布或导管中添 加纳米银 , 可防止细菌的滋生及疾病 的传染 , 也可降低病人在手术时被病 菌感染的机率 。 另外 , 把纳米银混入 人工皮肤敷料中 , 使用在需要长期利 用敷料保护伤口的烧烫伤病患身上 , 可有效地避免细菌感染。 近年来 , 纳米银的研究更发展至 运用于人体的植入材料方面 。 例如 , 添加在固定人工关节的骨水泥中取代 传统的抗生素 , 可抑制细菌的滋生 , 避免术后造成的组织感染 , 而且不会 对骨细胞产生毒性 。 抗生素是目前使 用最广泛的医疗抗感染药物 , 但也由 于使用的泛滥 , 导致细菌产生抗药 性 , 使得有些病症面临无药可用的地 步 。 纳米银因为其特殊的杀菌机制 , 不会有细菌产生抗药性的问 。 与直 接利用银离子杀菌比较 , 银离子容易 与体内的氯离子结合 , 产生氯化银沉 淀 , 进而诱发体内的免疫反应 。 而以 纳米银当作抗菌剂 , 不仅对细胞的刺 激性及毒性都较低 , 而且抗菌时效也 比较久 。 与几年前因为 而火红的杀菌 剂光触媒二氧化钦相较 , 利用二氧化钦 杀菌 , 需要足够的紫外光光源来产生氧 口 化作用杀死细菌 , 在光源较不足的 室内 , 杀菌能力便大打折扣 , 且氧 化作用产生的自由基可能对细胞也 有伤害 。 而纳米银不依赖其它物质 的激发 , 本身就可产生杀菌作用 。 但纳米银因为颗粒小 , 稳定性不 佳 , 彼此间容易聚集成大颗粒 , 而 降低抗菌效果 。 因此如何把纳米银 均匀地分散在材料中 , 是制作纳米 银产品的最大课题 。 纳米材料的隐忧 纳米科技颠覆了人们传统的思 维 , 为人类带来了科技上重大的革 命 。 目前各国都积极投入纳米相关 的研究 , 美国 、 日本每年花费数 亿美金在纳米科技的研究上 , 国 内近几年也积极地推动纳米科技与 相关产业 。 但在享受纳米科技为我 们带来便利的同时 , 是否也带来了 意想不到的隐忧呢 当我们使用纳米颗粒来运输药 物或杀菌时 , 这些纳米颗粒可以轻 易地进入细胞 , 而细胞无法代谢掉 这些金属颗粒 , 时间长久是否会对 细胞造成影响 这些纳米颗粒会不 会与体内的蛋白质或 发生作用 , 而改变了蛋白质的功能或 的遗传 讯号呢 有科学家直言 , 纳米科技 就如同基因改造技术一样 , 在短时 间内可能还无法发现它带来的害 处 , 长时间的广泛使用后 , 对于环 境与生物体的冲击是无法预料的 。 因此在推动纳米科技的同时 , 它可 能带来的负面影响是需要重视的 。 更安全 , 更有效 一一传感器技术在采矿业的崛起 英联邦科学和工业研究组织 致力于开创采矿业的领先技术 在‘人舀一产匕叮矛甲份,曰卜户卜抽厂妇了二万丫 对于采矿工业来说 , 传感器技术 似乎是不太重要的。 然而近年来 , 随着 新技术的发展 , 传感器技术在提高生产 力和安全性的作业中被证明具有关键性 的作用。 在这方面 , 没有一个地区比澳 大利亚更有发言权 , 那里的英联邦科学 和工业研究组织 工 一直在忙于 研究依靠传感器技术采矿的工业项目。 正确的时机 为了对主要行业的从业者提供指 导 , 英联邦科学和工业研究组织可以花 上几年甚至十几年的时间 , 对尚未进入 商业领域的技术规程进行研究和试用 。 年 , 该组织启动了一个项目 , 目的 是发展露天煤矿吊斗铲的自动化技术 。 该系统适用于大型起重机开凿岩石表层 进行爆破钻井 , 并利用传感器技术 , 为 不太稳固的地下世界创建数字地形测 绘 。 虽然该系统还需要一名起重机驾 驶员 , 但它确实实现了一定程度的操作 自动化 , 因此理论上更加提高了效率和 精度。 对于那些数百万美元价值的操作 设备 , 该技术还能避免人为进行的野蛮 操作 , 减少它们的维护成本 。 英联邦 乔纳森 罗伯茨说 , 他相信现在是一个 正确的时机 , 证明项目最终是富有成果 的 。 “ 我们现在做着两个概念项目的 验证 , 我们花了几个星期的时间对大型 起重机进行系统测试 —后一个项目早在 年就完成了。 正如我们的大多数 项目中一样 , 技术领先 , 并一直作为行 业的标杆被追赶。 ” 罗伯茨说 , “ 这项 技术已经成熟 , 现在的传感器更加强 大 、 价格合理而又供应齐全 那种在 世纪 年代中期被我们用来处理信 息的昂贵的计算机系统 , 如今己经被标 准的笔记本电脑取而代之 。 最终 , 这个 项目提高了现有采矿工业的效率 。 ” 激光的采用 在压力变化协助 项目上使 用的传感器是激光扫描仪 , 它通过激光 束测量物体和物体之间的距离。 这种激 光传感器位于起重机的臂轴上 , 左右旋 转 , 直到创建出地下空间的图片 。 这项 技术最初源于工厂的设计 , 以防止人类 接触危险的设备 。 最初的时候 , 激光只是作为测绘 装置的辅助技术出现在采矿部门的 。 从