納米流體技術的特點精選(九篇)
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第1篇：納米流體技術的特點范文
產品應用及技術進步，是一個古老而新興的話題，典籍中早就有“木牛流馬”等減少磨損，提高效率的記錄。進入21世紀以來，世界經濟飛速發展，伴隨著現代工業技術的發展，工業機械設備向著大功率小型化、自動化、高精度、縮小體積、減輕重量、增大功率、提高效率、增加可靠性的方向不斷發展，摩擦部件設計更為復雜、承受更大的載荷、更高的溫度、更惡劣的環境，技術及產品對現代設備設計、制造、運輸、管理，以及能源等國民經濟各相關產業發展的巨大牽制影響已經非常顯現。隨著工業文明水平的不斷提高，人們對產品的性能提出了更高要求，產品的主要使用性能和內涵也發生著巨大的變化。有專家指出“極壓抗磨”性能的突破，是技術突破的單元技術核心，這將是技術的一次革命。
近幾十年來，多種抗磨劑產品在市場涌現，國內外政府和科研機構也紛紛投入大量資金，開展先進技術的研究，雖然在“抗磨添加劑”技術開發方面取得了多項重要成果，在理論研究方面也取得了長足進展。但“抗磨添加劑”的“極壓”性能還不夠理想，特別在工業應用方面尚有待突破。長期以來，由于我國缺乏高性能油脂，工業領域設備的重要部位只能使用昂貴的進口油脂，但這些進口產品也只是一般理化性能優于國內同類產品，而在“極壓抗磨”性能方面與國內產品相比并沒有太大的突破，難以滿足高低溫、高低速、重載、超高真空等苛刻條件下的，而且價格昂貴，直接提高了生產成本，從某種程度上講，也制約了我國工業發展的速度。所以，技術的突破對于加速我國工業文明意義重大，應該引起廣泛關注。
一般來講，油技術的發展主要來自于兩個方面：一是通過基礎油生產技術的改進來提高基礎油的品質，二是通過油配方技術的改進來提高產品的性能。基礎油的生產技術是基礎，添加劑是關鍵，是改善油性能的核心。產品的每一次升級換代都是在添加劑技術獲得突破的基礎上實現的。現代技術性能突破的核心，就是產品在極限壓力條件下的抗磨效果突破。為防止設備軸承和齒輪等摩擦表面的點蝕、擦傷，過去多采用大體積笨重設備和高粘度的油形成厚的油膜，滿足耐沖擊性重負荷、高承載力條件的要求。但過高的油粘度會帶來動力損失浪費和溫度升高，以致油的氧化變質速度加快，造成機械事故和油品損失。而且過高的粘度對冷啟動也十分不利，一旦混入雜質和水分，也不易分離和沉降。過重的大體積設備在設計、制造、運輸、管理、能耗、以及對相關產業的牽制影響非常巨大。其實在條件下兩金屬表面相互作摩擦運動，如承受較大的沖擊負荷時，則不易保持彈性流體狀態，而呈邊界，也就是不能保持完全的連續油膜時，油的性能幾乎和粘度無關，這時油的抗沖擊負荷性能主要由油在摩擦化學作用條件下產生的油膜強度即“極壓抗磨”性能保證。因此，現代油液“極壓抗磨”性能，是產品減少摩擦磨損問題的最重要指標。
所以，為滿足現代設備大功率小型化、低能耗、重負荷、高速、高承載、高可靠性、長壽命運行不維修對流體油的技術要求，解決邊界造成的設備磨損和油粘度過高帶來的動力損失浪費等問題，就必須提高油的“極壓抗磨”性能，降低油的粘度。研究發現，添加了優質“極壓抗磨劑”的流體油液，“極壓抗磨性能”指標就會明顯提高。油的“極壓抗磨”性能越高，它的抗點蝕、擦傷能力越強，摩擦損失越小，從而極大地減少摩擦磨損、提高承載負荷、降低能耗、提高效率、降低噪音、減少機械故障、延長設備壽命，實現設備大功率小型化、節能減排的效果。而油的油膜強度即“極壓抗磨”性能，取決于油“極壓抗磨添加劑”的配方和生產工藝技術水平，這是決定摩擦化學條件下成膜強度的關鍵，也是提高油“極壓抗磨”性能的最有效手段。
珠海美昆印佳油有限公司，依據摩擦學理論，將納米金屬粒子預處理后與多種助劑按規定工藝生成無機有機納米復合物，密度接近基礎油，親油性提高，所配制的油不發生納米顆粒團聚和沉淀。在金屬摩擦作用下，帶負電荷的烴類分子和金屬表面正電荷相互吸引，形成有機無機納米復合物保護膜，這種保護膜具有抗極壓性能高，減摩、抗磨性能優異的特點，完全可以滿足現代機械設備在低粘度條件下對耐沖擊性、重負荷、高承載力條件的要求。與傳統技術相比，更高負荷條件下可以大大降低油粘度，降低重負荷、高承載設備對油粘度形成厚油膜來提高承載負荷的依賴，減少流體動力損失。同時可以大大降低設備體積和重量。該技術解決了金屬納米抗磨材料在流體產品中易團聚、沉淀、不能更好地發揮“極壓抗磨”作用兩項世界難題。應用特點是改善和提高油超重極壓負荷條件下的抗磨損性能。添加了抗磨劑的流體油液，“極壓抗磨性能”指標就會明顯提高，摩擦系數則大大降低，承載負荷也大幅度提升，既延長了設備使用壽命，又減少了因磨損造成的事故發生，是流體技術和相關設備向耐沖擊性重負荷、高承載力、低粘度、低能耗、設備設計制造向大功率小型化、高可靠性方向發展的核心技術保證。該技術完全自主創新、具有完全自主知識產權，技術通過了省部級科技成果鑒定，獲得了國家發明專利保護。
該公司技術總監夏成田介紹說，美昆印佳油公司生產的“喜樂”牌油較市面上常見的油具有三大特點：首先，大幅降低機械部件在運行時的磨損，大大降低了能耗，提高了運行功率，以汽車為例，在使用該品牌的油后根據路況和駕駛習慣不同百公里可節省燃料5―10%；其次，排放控制方面效果出乎意料，沒有膠質，沒有黑灰，低碳且環保；最后，有效地延長了運行部件的時間，降低了運行成本，經濟效果明顯。以汽車為例，市面上常見的油品種在汽車使用時一般的換油歷程是5000千米，而“喜樂”油可連續使用1萬千米，是一般油品的兩倍。
技術應用無處不在，推廣應用先進技術，投資少、見效快、效益大。推廣應用先進技術戰略意義重大，在軍事領域，可減少對國外能源、資源依賴給我國軍事戰略造成的威脅。軍事上可降低裝備體積和重量，延長裝備壽命、延長續航里程、提高子彈射程、減少維修類非戰斗機構、設備和人員配置、降低保障難度、提高戰斗力。
推廣應用先進技術綜合經濟效益巨大。其意義體現在每個工序環節、工業環節重復實現節能增效。經權威測試和實踐證明，在高耗能行業、運輸、機械制造和機械應用領域，應用先進技術可直接節能10％以上。“喜樂”油除了減少摩擦動力損失、降低油粘度、減少流體動力損失直接節省能源外，還可減少機械磨損、延長設備壽命、提高機械動力、減少維修管理成本、提高承載負荷、提高效率、以及減小設備體積、對相關產業的拉動促進等效益。而在一般傳統工業企業中，采用先進的產品實現節能1％，就相當于完成企業利潤10％的綜合效益。
珠海美昆印佳油有限公司董事長尹安明先生表示，目前，中國小汽車擁有量已突破兩億輛，對產品的需求量非常大，隨著汽車數量的逐年增長，油的需求空間也在不斷攀升，所以，發展前景十分廣闊。隨著政府環保工作開展的不斷深入，低碳理念漸漸深入人心，國家和每一位公民都在為保護環境、節能減排不斷努力，從這個層面講，一個品質優良、節能低碳的產品一定會被市場青睞。
第2篇：納米流體技術的特點范文
癌細胞的侵襲是生物層面上典型的集體行為,侵襲的路徑、模式、速度、細胞變化及其與侵襲環境的關聯是大于癌細胞尺度的研究,是生物和醫學研究所不涉及的領域.所以應用物理的手段研究癌細胞在侵襲過程中的動態行為,以及其在微環境的刺激(如藥物,生長因子)下自身侵襲模式的變化非常有必要.另外,癌細胞的變異具有很強的個體性差異,只有建立模型去統計和定量地認識、研究癌細胞的特性才可以得到具備一定普適性的結論.在傳統的癌癥研究中研究人員通常只能用小白鼠做實驗,腫瘤及癌癥的發展狀況需要通過活體切片才能了解.這不僅費時費力,最重要的是切片為靜態結果,并不能反推得到細胞侵襲過程中各種模式的成因和發展.另外廣泛使用于傳統意義癌細胞研究中的培養皿,始終存在不能模擬人體內癌細胞生長的三維環境的缺陷.腫瘤的產生、癌細胞的轉移以及細胞外間質組織中成纖維細胞的繁殖都是在三維空間中發生的,研究已經證實細胞在二維和三維空間中,在生物行為和細胞形態上通常存在巨大的差異[2].根據上述討論,要研究腫瘤細胞的侵襲行為最好可以通過在體外建立物理模型,模擬人體內癌細胞侵襲的微環境[3],在微米尺度對細胞群侵襲的方式、形態和空間位置進行連續觀測,定量研究細胞集體行為和侵襲機理.并且最好可以對微環境進行實時監測和控制,研究環境改變對于侵襲的影響[4].這項重任可以由三維微納米制造技術結合三維生物成像來擔當和實現.三維制造技術是一種以數字模型文件為基礎,運用可粘合材料在三維空間上將模型實體化的技術,過去其常被用于模具制造、工業設計等生產加工階段,后來隨著技術的成熟可以被用來直接制造成品.而三維打印技術(又稱3D打印)作為三維制造技術的一種,是采用分層加工、疊加成型的方式逐層增加材料來生成三維實體的方法[57],現正被廣泛用于各個領域.生物物理學家們通過優化三維制造技術或3D打印技術在體外初步建立起可以模擬體內微環境的三維微納米結構,研究了細胞群的生長方式[8]、相互作用以及遷移特點[4]并取得了階段性成果.優化后的這些技術更適合用于生物醫學領域,幫助人們在體外建立三維微納米結構模擬體內微環境,在微米尺度對細胞群的侵襲方式、侵襲機理進行研究,同時也為深入了解癌癥的致命機理,開辟癌癥治療的新思路打下基礎.
2三維微納米制造技術
以下介紹幾種現階段廣泛用于生物物理領域的三維微納米制造技術,并舉例說明其制造出的三維微納米結構在研究微流體、細胞的轉移、細胞間相互作用以及細胞-環境間相互作用中的應用,并在此基礎上分析其在癌癥生物物理研究中的應用前景.
2.1PDMS模塑法
首先,最簡單直接的也是人們最早想出來的方法是利用模具來加工三維結構.較早期,研究人員使用刻蝕了的玻璃和硅片作為模具,然后經過倒模形成簡單的三維結構用于微流體芯片的制作和微流體系統的研究.微流體系統是指特征尺寸在10到100μm之間可控制液體或氣體流動的裝置,多數用于化學分析、生物醫學等研究領域.經過20多年的研究和發展,微流體芯片的加工工藝已經發展得較為成熟.現在實驗室中常用到的加工材料是聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS).PDMS原本是一種黏稠透明狀液體,在與適量助凝劑混合之后便可凝固成形,這些性質使得PDMS具有加工快、成本低、易封裝等特點,除此之外它還具有良好的透氣性和生物兼容性.近些年隨著3D打印技術的發展更可以將模具直接打印出來,進一步簡化了PDMS芯片的制作工序.圖1介紹了GermánComina等人(2013年)使用商業化3D打印機在20min之內打印出精度大約為50μm的模板,經PDMS倒模制成液體混合芯片,用以研究不同結構的混合通道對液體的混合效果[9].該技術所使用的3D模板平均每個僅0.48美元,并且可以重復使用,制作出的微流體管道也能夠充分保留原有的設計細節.因此,GermánComina等人的研究為快速加工更為復雜的PDMS芯片或結構提供了一種很好的思路.另外,由于PDMS具有良好的生物兼容性,微流體芯片又具有與細胞大小(10μm量級)相近的特征尺寸(10μm到100μm),這就使得PDMS芯片非常適合用于細胞生物學研究領域.在這方面已經有研究人員利用PDMS在體外構建出特殊的三維微結構用于癌細胞在這些結構中的運動及生長特性的研究.圖2顯示Kuo等人使用三維PDMS芯片研究人乳腺癌細胞(MCF-7)在特定趨化因子分布下的三維轉移特性[10].首先他們在芯片底部的膠原蛋白中成功實現細胞生長因子(epidermalgrowthfactor,EGF,能促進細胞的增殖分化)濃度的線性分布,隨后將細胞團置入到帶有納米小孔陣列的薄膜上層使其處于EGF濃度梯度下,連續觀察6天的結果表明在三維結構中MCF-7在細胞EGF濃度梯度的作用下表現出一種明顯的定向遷徙的特點.基于該三維轉移芯片可以在光學顯微鏡下很方便地研究不同種腫瘤細胞在不同細胞趨化因子的作用下的遷徙特點.雖然現階段研究人員已經在所建立的微結構中研究并記錄了腫瘤細胞不同于在二維結構中的遷徙行為,然而上述研究中使用的傳統微結構加工技術所制作出的三維微結構多是由準三維結構(具有三維特征的二維結構)組合而成,尚不能做到體內組織真實三維結構的重現.本文筆者所在的研究組在這個方面做了嘗試,結合現有的快速精準的3-D打印技術和成熟的模塑法,基于一個真實病例在體外重構出一個具有真實血管三維微結構的PDMS芯片.研究組首先使用計算機三維輔助設計軟件(computeraideddesign,CAD)在血管造影圖的基礎上重建出血管的三維結構(如圖3(a)),之后使用3D打印機(美國3DSystems公司的ProjetHD3500噴墨式3D打印機)將血管的模型打印出來(如圖3(b)),模型的材料選擇的是一種特殊的蠟質(VisiJetM3Hi-Cast).將蠟基模型浸入PDMS中抽除氣泡并固定,放置于室溫待PDMS固化,接著使用正己烷溶液經多次超聲溶解去除蠟基模型,最后將其洗凈干燥獲得具有真實三維結構的PDMS芯片.(如圖3(c)).研究組使用的HD3500為當今世界上最高精度3D打印機之一,其精度可達16μm.圖4(b)是PDMS芯片的通道內表面的掃描電鏡照片,從圖中已經可以看到真實還原的血管的三維形貌,但是管道內壁較為粗糙.雖然打印機的加工精度為16μm,但是脫模之后得到的粗糙度卻大約為50μm,對于細胞(10μm量級)來說這個精度還不夠高.綜上所述,研究組目前已經能夠制作具有真實體內結構的PDMS芯片,用來研究毫米尺度的腫瘤細胞在血流帶動下的分流特點.但是由于受制作工藝的限制,芯片結構精度還不夠高而且管道為不可侵入的PDMS材質,故還不能滿足未來細胞尺度的特異性研究需求,如不同腫瘤細胞粘附血管內皮的能力和微觀機理、腫瘤細胞在血流中貼附血管內壁之后穿過血管向組織內部繼續侵襲的特點等.所以該工藝還有望從結構加工精度和結構材質兩個方面重點加以改進.
2.2飛秒雙光子三維激光直寫技術
相較于傳統的PDMS模塑法,飛秒雙光子三維激光直寫技術在加工精度方面就有了很明顯的優勢.飛秒雙光子三維激光直寫技術的核心是雙光子聚合的化學反應.光引發劑吸收雙光子(或與光敏劑配合吸收光子)引發聚合物單體鏈式聚合反應,實現三維微納米結構制造.具體來說就是固定裝置物鏡焦點不變通過控制樣品臺的移動精確地控制位移,光敏材料被激光照射到的點吸收光子(雙光子的吸收遵循非線性光學理論,即吸收率正比于光強的平方)發生聚合反應逐點固化,進而在三維空間上實現聚合形成三維結構,從而精確控制材料的三維加工.也正是這種逐點加工的特點使飛秒雙光子激光直寫技術擁有更高的打印精度(二維特征尺度可達到100nm,三維特征尺度也可以小于150nm),為制造出更精細更具仿生性的細胞微環境結構提供了可能.2.2.1光刻膠生物支架目前最常用的光敏材料為光刻膠,它的主要成分是光敏化劑、光引發劑、有機溶劑和溶解抑制劑.現階段在生物物理研究中被廣泛使用的光刻膠包括:SU-8,Ormocomp等.TiemoBückmann等人就利用光刻膠作原材料,用浸入式三維激光直寫技術制造出了可調節泊松比、具有各向異性的蝴蝶結狀功能性原件[11],如圖5,該元件形狀特別同時精度較高有望在骨組織研究領域或生物體外細胞培養中得到應用.制造所使用的浸入式三維激光直寫技術實際上是在傳統三維激光直寫技術的基礎上做了改進,通過將光刻膠置于物鏡與玻璃襯底之間,有效降低傳統技術中與深度有關的光學畸變,從而實現在保留結構亞微米級特征尺寸的同時,還能將總體結構的打印高度提升至毫米級.這一微結構在高度尺寸上的突破也有望用于滿足研究癌細胞的細胞群或整體組織的移動、侵襲及細胞間交互作用時的需求.當三維激光直寫技術實現了高精度三維結構制造這第一步,科學家們就開始寄希望于在設計制作的特定結構中培養細胞,來實現體外的細胞行為觀察及病理學、藥理學研究,同時也希望能夠通過控制微結構運動,推進藥物目標傳遞、體內標記、活體組織檢查、細胞控制、短距離放射治療等方向的發展[12].因此FranziskaKlein等人就使用生物兼容性光刻膠Ormocomp作為材料,用飛秒雙光子激光直寫技術制造出三維結構來測量細胞的作用力[13].如圖6所示,該結構中的柱體高度為15μm,連接橫梁直徑為0.6μm,這也再次證明了激光直寫技術具有非常高的加工精度.該研究組通過在結構上添加一層纖維連接蛋白來使心肌細胞附著在生物支架上,并記錄心肌組織收縮使橫梁產生的位移量,測量支架的彈性系數,最后計算出心肌細胞收縮力.由此可見,飛秒雙光子激光直寫技術實現的精細結構的設計制造,有助于檢驗細胞生長、運動相關理論,了解相關物理參量,同時也為研究癌細胞侵襲過程中細胞間相互作用打下基礎.基于上述結果,SangwonKim等人同樣使用這種方法制造出了可以磁驅動的微型機器人[14],以實現三維細胞培養和定向運輸(如圖7所示).該研究組利用光刻膠SU-8作為材料,通過調試掃描速率、激光能量、薄層間距離等參數值,應用三維激光直寫技術制造了具有六面體和圓柱體多孔結構的兩種微型機器人.更重要的意義在于,該研究用蒸鍍的方式在微型機器人結構表面沉積上一層鎳以實現磁控制,沉積一層鈦以提升生物兼容性,一舉實現了微結構的磁驅動和人胚腎細胞(HEK293)在其上的培養.證明了機器人使用的材料不僅對細胞沒有毒性,而且還能夠實現細胞的黏著、增殖與遷移.此項研究的成果日后很有希望用于微結構中癌細胞的培養、多細胞群體在血管中的定點控制和藥物傳遞.2.2.2膠原蛋白、明膠生物支架上述的兩個研究都是采用在光刻膠制造的結構上附著一層生物兼容性材料(如纖維連接蛋白、金屬鈦等)的方法來提升三維結構表面的生物兼容性.但是這種方法使制造工藝變得繁瑣,且將研究范圍局限在三維結構表面,無法研究癌細胞侵入三維結構內部的過程.而膠原蛋白以及明膠類材料不但本身具有優良的生物兼容性,其良好的表面活性也利于細胞吸附,有研究者把細胞、細菌等直接和膠原蛋白、明膠混合,采用模塑法或雙光子聚合法將混合后的液態材料制成三維微結構.這里所說的模塑法是先利用PDMS等制作模板,再將膠原蛋白注入模板中成型、組裝,并利用化學方法和物理方法使膠原蛋白發生交聯反應,進而形成三維結構.圖8為YingZhang等人在膠原蛋白生物芯片中,通過觀察分析內表皮細胞的生長、內表皮細胞與血管周細胞的相互作用以及內表皮細胞與血液成分的相互作用,研究血管再生術和血栓癥[15].而在癌癥生物物理研究中,癌細胞的侵襲和轉移也需要探究其進入血管血液中和從血液中重新粘附血管進入組織的過程.相信該模型會為癌細胞在血管中移動或黏附、細胞－環境交互作用對侵襲的行為影響、藥物對癌細胞的行為影響等眾多方面研究提供新的思路.Connell等人將光敏分子混入明膠、牛血清蛋白等中成功配制出能有效提升細胞存活率的優良生物兼容性光刻膠,如圖9所示,并將不同細菌混合在光刻膠中制備出雖然具有物理間隔,兼備化學交互作用的結構,在體外研究了不同種細菌群落的相互作用[16].可見,相比上文提到的利用模塑法制造成的膠原蛋白矩形血管網絡,飛秒雙光子激光直寫技術加工的三維高精度復雜血管構造和其他組織,顯然在結構的仿生性上向前邁進了一大步,對升級現有微流體芯片制造技術,開拓嶄新的癌癥生物物理研究方向非常重要.自2013年初,筆者所在研究組開始使用飛秒雙光子三維激光直寫系統設計和制備可用于細胞研究的三維微納米生物兼容性結構.研究組通過用CAD設計出可直接被激光直寫系統識別的三維微納米結構,在活體外建立腫瘤細胞的三維轉移模型,并研究細胞轉移機理.圖10(a)是腫瘤細胞發生多點轉移的示意圖,腫瘤細胞脫離原發位置通過血管流向不同的遠端組織并進行轉移.通過CAD的方法可以構建圖示的三維結構,其中衍架結構(包括一處原始腫瘤位置,三處細胞轉移位置)用于支撐和固定細胞外基質,而其余中間空心管道用于模擬血管,連接原始腫瘤位置及轉移位置.圖10(b)的SEM照片顯示的是通過激光直寫系統加工出的轉移模型圖像,再一次證明了飛秒雙光子三維激光直寫系統具備較高加工精度,能夠用于制造非常精細的三維結構,滿足癌細胞三維體外研究精度的需求.進一步的工作正在進行當中.上述研究表明與模塑法相比利用光為媒介的飛秒激光三維直寫技術可以將打印精度大大提高,并且可以選擇多種高分子材料及生物兼容性材料作為加工基底.但從上述多個研究中也可以看出使用這種制造技術制造的三維結構尺寸多局限在毫米級以內,而單個細胞尺寸就達到10μm,如果用此方法大量建造研究癌細胞所需的三維生物結構,那么所需要的時間將以天數計算,而且還會對激光器造成極大的損耗.
2.3紫外線照射固化水凝膠成型技術
為了能在確保打印精度的同時提高打印速度,科學家們用紫外光(ultraviolet,UV)照射固化水凝膠(hydrogel)的方法進了行新的嘗試.水凝膠是一種高含水量的親水或雙親性聚合物材料,其具有與人體軟組織相似的力學性質且具有很好的生物兼容性,因此被廣泛用于組織工程中.傳統的水凝膠固化方法是利用高分子鍵間的化學作用或者物理作用使分子交聯成網絡,這個過程很難人為地精確調控,因此也無法實現對水凝膠固化所形成的結構進行設計.有一種改進的方案是用化學修飾的方法在水凝膠中透明質酸(hyaluronicacid,HA)的高分子側鏈上引入甲基丙烯酸基團,得到可以在紫外光照射下產生交聯的水凝膠,即被紫外光照射到的部分會固化成型,而沒有被紫外光照射到的部分依然呈液態,這樣通過控制曝光就可以實現對材料外部和內部結構的精確調控.基于以上基礎所設計的紫外光照射固化水凝膠的3D打印平臺原理如圖11,UV光源1通過冷光鏡過濾、透鏡聚焦后均勻照射到數字微鏡芯片(digitalmicromirrordevice,DMD)3上.由計算機控制的DMD接收CAD三維結構斷層切片圖像數據,偏轉芯片上面的幾百萬個微反射鏡陣列將UV圖像點陣反射到曝光平臺[8],精密投影鏡頭4把UV圖像點陣聚焦在焦平面上,使焦平面上的水凝膠單體薄層曝光固化[57].電動平臺5的位移通過計算機編程控制[3,8,17].其中DMD芯片3作為平臺的核心部件,可以精準地控制材料成型確保打印平臺的打印精度,其主要原因是DMD芯片能將計算機輸入的CAD圖像數據轉化成高分辨率、大尺度、動態的數字掩模.以德州儀器公司的DLP9500DMD芯片為例,它上面載有1920×1080個10.8μm×10.8μm大小的鋁鏡微陣列,每個微鏡都可通過尋址對應0/1開關通斷獨立控制偏轉±12的傾斜角,使其對應的像素點光束朝向或偏離光路,而開關速率可高達23kHz,這樣其產生的高分辨率動態掩模圖形就可以確保打印過程中較好的打印精度(～1—10μm).另外整個過程中水凝膠薄層的厚度是通過石英玻璃片和平臺表面之間注入的水凝膠單體的體積來控制.一般每10s左右就可以完成一個薄層的曝光,然后由計算機控制的電動平臺自動下移一段距離,注入新的單體,在已經固化的結構上面繼續曝光上一層.這樣通過多層疊加就可以快速重構出完整的任意三維復雜水凝膠結構,相較秒雙光子三維激光直寫技術逐點固化成型的加工方式,該技術大大縮短了復雜三維微納米結構的加工時間,實現了省時省力的目標.根據研究需要將細胞種植到3D打印的水凝膠支架上,可以進行必要的細胞生物物理體外研究.在實際研究應用中科學家們一般還會在透明質酸分子骨架引入細胞黏附肽、肝素等生物分子或是改性透明質酸的參數來調節水凝膠材料的性質,分析不同情況下細胞的存活率和黏附性能,調控細胞在水凝膠3D支架上的生長行為[7,18],以得到最優化的3D打印的材料,實現最大限度模擬體內微環境的目的Zhang等人就利用這種UV照射固化水凝膠的技術設計打印出一系列特定的三維微納米結構[8].圖12(a)是一種半球式結構的掃描電鏡照片,可以看出其結構非常規則且表面十分光滑.證明了這種打印技術加工精度較高而且比較適合用于加工較軟的生物材料,因此可以用作加工復雜的細胞外間質結構.之后他們又在這種半球式結構(材料含有15%的甲基丙烯酸明膠GelMA)上種植臍靜脈內皮細胞(HUVEC),培養4天后用共聚焦顯微鏡觀察,如圖12(a)—(d)可以看出在接近結構底部平面上(類似于二維培養皿)的細胞群和半球球面上的細胞群表現出不同的形態特征,細胞仿佛能識別這種幾何架構.日后的研究或許可以通過設計三維支架,也就是給細胞不同的幾何線索,來操縱HUVEC細胞群組成不同的組織形態.這種細胞與環境交互作用的研究也為探究癌細胞侵襲過程中與環境交互作用的機理提供了很好的思路.除此之外,Huang等人也利用這種技術打印出如圖13的蜂窩狀結構[18].通過設計三種不同的結構寬度,種入具有轉移性的宮頸癌細胞(Hala)或沒有轉移性的胚胎間充質干細胞(10T1/2),研究兩種細胞在不同寬度的三維結構中的生長情況和移動速率.其研究數據顯示三維結構的寬度對Hala有影響,隨結構寬度的增加Hala的體積減小遷移速率也減小,但是10T1/2的生長和移動卻沒有明顯地受到結構寬度的影響.這個結論也解釋了10T1/2遷移過程中對幾何線索相對不敏感的特性.也就是說癌變細胞對幾何線索比非癌變細胞更敏感,這種差異的背后機制很可能是潛在的癌癥治療策略.在UV數字投影(DMD-PP)固化水凝膠的核心技術的支持下,PranavSoman等人得到如圖14的條狀層疊結構,用來研究細胞在不同軟硬程度(彈性系數不同)的三維結構上的遷移表現[4].大多數實體瘤或是體內結構都表現出柔軟和彈性,癌細胞在面對軟硬不同的三維微環境所表現出來的侵襲特性也很有可能是不同的.因此他們用分別用含19%和95%的PEGDA材料打印出軟硬程度不同的兩類三維支架,其中較硬三維支架的壓縮模量(～5.5MPa)約是較軟支架(～0.9MPa)的6倍左右.人正常乳腺癌細胞(HMLE)與轉移性乳腺癌細胞(HMLET)被種植在這些結構上,經過相同的時間觀察其生長特性如圖14(c),(d)他們的實驗數據證實了在面對較軟的結構時轉移性癌細胞和非轉移性癌細胞的遷移表現出比較明顯的差異性,而在面對較硬的結構時這種差異則不明顯.如圖14(e),(f)這樣的實驗結果肯定了我們在體外還原體內復雜微環境的必要性,也就是說用傳統堅硬的結構來研究癌細胞的遷移行為是存在缺陷的.所以進一步的研究就需要探究能高度還原癌細胞生長微環境材料的參數.Linetal則用這種技術做出如下一種實心結構和一種多孔的結構.脂肪干細胞被封裝在結構內部,結構的主要材料是聚乙二醇(polyethylenegly-col,PEG)和鋰苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸酯,培養幾天后用力學測試與模擬MTS(mechan-icaltesting&simulation)實驗分析不同孔隙率結構中的細胞活性[19],如圖15(b).可以看出,24h以內兩種結構中的細胞活性基本相同,但在第三天和第七天兩種結構上的細胞活性表現出明顯差異(第三天p<0.01(),第七天p<0.05()),細胞在帶有孔隙的三維結構中比在實心的三維結構中有更高的生物活性.帶有孔隙的結構能提供給細胞生存代謝更多的氧氣,他們的工作再一次證明了細胞在面對結構特性不同的三維結構時所做出的反應是不同的.由此可見,紫外光照射固化水凝膠的方法已經能打印出一系列的體外三維微結構用于細胞生物物理的研究,并且取得了一些階段性成果.這種方法相較于模塑法和激光直寫技術具有兩個明顯的優點:一是它的材料本身有著良好的生物兼容性,無論是在力學性能或是化學通透性方面都能夠較好的模擬體內環境,更適合還原細胞生長的外在條件;二是它可以在實現較高精度(～1—10μm)的同時在短的時間內打印出一些較大的器件,所以用這種方法來建造研究癌細胞相關性質和侵襲機理所需尺度的三維生物結構比較合適.
3三維微生態仿真系統的展望
第3篇：納米流體技術的特點范文
關鍵詞 工程力學 理論研究 發展趨勢
中圖分類號：U172 文獻標識碼：A
由于相關行業的發展與國民經濟和科學技術的發展同步，使得力學在其中多項技術的發展中起著重要的甚至是關鍵的作用。力學專業的畢業生既可以從事力學教育與研究工作，又可以從事與力學相關的機械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程專業的設計與研究工作，還可以從事數學、物理、化學、天文、地球或生命等基礎學科的教育與研究工作。從這個意義上講，力學專業培養人才的對口是非常寬的，社會對力學人才的需求也是很多的。
隨著力學學科的發展，在本世紀將產生一些新的學科結合點，如生物醫學工程、環境與資源、數字化信息等。經典力學與納米科技一起孕育了微納米力學將力學知識應用于生物領域產生了生物力學和仿生力學；這些都是近年來力學學科發展的亮點。可以預料，隨著社會的發展，力學學科與環境和人居工程等專業的學科交叉也將會進一步加強。
1工程力學研究方向
主要學習力學、數學基本理論和知識，受到必要的工程技能訓練，具有應用計算機和現代實驗技術手段解決與力學有關的工程問題的基本能力。畢業生應獲得以下幾方面的知識與能力：
（1）具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力；
（2）較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論基礎知識，主要包括固體力學、流體力學、電工與電子技術、市場經濟及企業管理等基礎知識；
（3）具有較強的解決與力學有關的工程技術問題的理論分析能力與實驗技能；
（4）具有較強的計算機和外語應用能力；
（5）具有較強的自學能力、創新意識和較高的綜合素質。
主干學科：力學。主要課程：理論力學、材料力學、彈性力學、流體力學、結構力學、電工與電子技術、計算機基礎知識及程序設計。
2工程力學發展趨勢與學科交叉
（1）固體力學方面：
經典的連續介質力學的模型和體系可能被突破，它們可能將包括某些對宏觀力學行為起敏感作用的細觀和微觀因素，以及它們的演化，從而使復合材料的強化、韌化和功能化立足于科學的認識之上。固體力學的發展，必將推動科學和工程技術的巨大進步。
（2）流體力學方面：
為了盡可能多地開采地下油氣，需要深入研究滲流機理并定量化。它的研究還有助于了解各種新陳代謝的宏觀機制。
化工流程的設計，很大程度上歸結為流體運動的計算問題。由于流動的復雜性，針對若干典型化工設備進行深入的研究，將為化工設計和生物技術產業化等提供新方法和基礎。而復雜流場計算需要各種計算方法和理論，必須發展新的計算機軟硬件，這就必須在計算流體力學上投入更大的力量。
（3）一般力學方面：
隨著技術的發展，諸如機器人、人造衛星和高速列車等等領域的發展，亟需解決多體系統的運動和控制、大尺度柔性部件和液體的運動穩定性、車輛與軌道作一個高度復雜非線性系統等的建模，求解理論和方法等的研究分析。
一般力學近來已經進入生物體運動的研究，例如研究人和動物行走、奔跑及跳躍中的力學問題。其研究結果可提供生物進化論方向的理性認識，也可為提高某些機構、機械的性能提供指導。
（4）力學與其他學科的交叉：
所為學科的交叉可分三類：學科內部不同分支交叉，例如流體彈性力學；兩種不同學科間的交叉，例如物理力學；兼有前兩者的特點，例如爆炸力學、物理化學滲流、生物力學等。
交叉學科并非兩個學科或分支學科的簡單加合，它基于源學科又有區別，它的發展有利于發展新學科并促進源學科的發展。
20世紀力學已經與工程交叉產生了工程力學，與地學結合產生了地球流體力學，與生命科學和醫學結合產生了生物力學等等。
3工程力學學習技巧與方法
工程力學主要課題是研究材料的力學性能、結構的安全穩定性問題。所涉及材料的強度、結構的剛度及穩定性、疲勞斷裂問題。通過力學分析，確定材料是否安全以及安全系數，為工程設計等做基礎。先學好理論力學，學會在二維、三維情況下對物系正確的受力、力矩分析。然后逐漸掌握最基本的四種形式：軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉、彎曲。掌握好處理四種形式的分析方法，最后學會強度、剛度校核。其中最關鍵的是要能準確并正確的認知其受力狀況。
第4篇：納米流體技術的特點范文
1引言
納米科技是指在納米尺度(1到100納米之間)上研究物質(包括原子、分子的操縱)的特性和相互作用(主要是量子特性)，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。納米科技成果擁有科技成果的特征和納米科技的特點。
2科技成果簡介
2.1成果定義和特征
科技成果是指對某一科學技術研究為內容，通過試驗研究、調查考察取得的具有一定實用價值或學術意義的結果，包括研究課題結束已取得的最后結果，研究課題雖未全部結束但已取得的可以獨立應用或具有一定學術意義的階段性成果。科技成果具有新穎性與先進性、實用性與重復性，有獨立、完整的內容和存在形式，應通過一定形式予以確認等特征。
2.2科技成果轉化描述
科技成果轉化是指為了提高生產力水平，對科學研究與技術開發產生的具有實用價值的科技成果進行的后續試驗、開發、應用、推廣，直至形成新產品、新工藝、新材料，發展新產業的相關活動。從宏觀上來看，科技成果轉化是一個由科技供給系統、科技轉化系統、科技需求系統和科技環境系統構成的大系統。在微觀方面，科技成果轉化一般包括實驗室研究、中間試驗、工業性實驗、工廠化生產等諸多環節。
2.3科技成果轉化三個發展階段
科技成果產生階段：該階段主要從確定研究開發項目開始，到初步成果（產品）形成才基本完成。科技成果轉移階段：該階段主要包括成果（產品）進入中試試驗和工業化試驗等。科技成果應用階段;該階段主要包括成果（產品）進入規模化生產，并進入市場等。
2.4科技成果轉化基本要求
科技成果轉化作為一項復雜的社會系統工程，需具備多方面條件，滿足多方面要求，如科技成果自身的成熟程度、轉化環境，以及相應的政策、社會服務與支持等都是重要的轉化條件，是順利轉化的基本要求。以下分別作說明。
2.4.1技術成熟度
技術成熟度，即科技成果適應社會生產發展需要的實際水平，是科技成果轉化的最根本的條件。技術成熟度特征:完全成熟的科技成果，應當是可以立即生產的；不夠成熟的成果則還需再投入進行二次開發，才可能投入生產，所需要投入量越大，表示成果就越不成熟。技術不成熟原因：技術認識不同，科技投入不足，使科研條件和科研深度都較為缺乏；中試環節薄弱，中試的欠缺使得成果的先進性、適應性、配套性、可靠性達不到要求，難以實現工業化生產的需要。例如：長期以來，由于經費短缺，我國中試基地建立的數目較少。以上海為例，2005年從基礎研究到中試再到產業化，投資比例為1：1.03：10.55，而較為合理的比例是1：10：100。中試的欠缺使我國科技成果的轉化率低，已經成為制約我國經濟持續發展的一個“瓶頸”。結論：科技成果要實現成果轉化，首先要求科技成果技術成熟。因而需加大投資力度，加強中試試驗研究力度，形成成熟的、可靠的科技成果，促進成果的推廣。
2.4.2轉化環境
轉化環境主要包括轉化的市場需求、政策和意識。第一，樹立以市場為導向的意識。要從科研源頭起與市場需求相結合，以形成產業化為根本目標，針對現有和潛在市場，開發具有市場前景的科技成果，促進科技成果的轉化；要避免科學研究與市場脫節，造成成熟的技術也無法進行推廣，致使大量的科技成果無法產業化。例如：美國儀器制造業對高科技成果的一項調查顯示：11項首次發明的新儀器，思路100%來自用戶；66項重大改進，85%來源自用戶；85項小改小革，67%來自用戶。結論：以市場為導向的研究，更容易促進科技成果的轉化，科研人員必須始終堅持以市場需求為出發點和歸宿。第二，科技發展政策。科學技術與政策的關系日益密切。科學技術的發展越來越依賴國家的支持，國家的科技投入和政策引導成為影響科技發展的重要因素。需著眼于促進經濟建設、依靠科技進步機制的形成和企業技術創新主體地位的建立來制定配套政策，加強政府以科技需求為導向的行為，強化政策的激勵引導作用。政策的制定要從科技成果轉化大系統和全過程出發，在促進科技成果供給的政策、促進科技成果轉化過程整體化的政策等方面，形成體系上的一體化，避免“頭疼醫頭”、“捉襟見肘”，形成不合力。例如：美國是獲諾貝爾自然科學獎最多的國家，一方面，美國較高的物質生活待遇吸引了高級人才；另一方面是美國適宜的科技政策和社會文化氛圍，推動了科技的發展。在這個意義上說，比爾•蓋茨出現在美國決不是偶然的。結論：要有激勵的政策，更容易促進科技成果的轉化。第三，科研成果轉化意識。成果轉化意識是一切成果轉化活動賴以發起的內驅力，是貫穿于成果轉化過程的內在動力；低科技成果轉化率的一個重要原因在于科技成果轉化意識的缺乏，如科技成果的價值意識、商品意識、社會科技開發意識不強。科技成果擁有者必須有強烈的轉化意識，才能從主觀上發揮其積極性，促進科技成果轉化的進程。例如：不少科研單位和科研人員把科研成果的獲得作為科研工作的最終目標，不能主動把科研成果作為商品推向社會;同時企業對購買科技成果表現冷淡，因而造成了大量的科技成果的擱置，導致科技成果轉化率低。結論：科研人員具有強烈的成果轉化意識，更容易促進科技成果的轉化。
2.4.3宣傳策略
科技成果的推廣必須注重市場宣傳和推廣，一方面加大宣傳力度，另一方面注重宣傳適度。主要宣傳策略如下：1.強化組織領導，健全科技宣傳網絡；2.明確目標責任，強化考核督查力度；3.整合科技資源，拓寬科技宣傳渠道；4.加強媒體合作，搞好科技宣傳；5.開展科技培訓，促進成果推廣；6.開展科技活動，豐富宣傳形式；7.加強技術交流，建立信息平臺；8.注重方式方法，宣傳適度確保質量。
2.5科技成果應用現狀分析
農業、工業、醫藥、軍事、材料、電子、生物、航天等領域的科研成果，大量的成果怎么處理呢？這些都需要進行成果轉化，這些新產品、新材料、新工藝，只有進行科技成果的轉化才能有真正的作用，同時科技成果也有市場需求。突出表現出兩個特點：一方面大量科研成果生成，一方面有巨大的市場需求。
2.5.1科技成果轉化率低
我國每年有2萬余項比較重大的科學技術研究成果和5千多項專利，但是其中最終轉化為工業產品的成果不足5%，而歐美發達國家轉化率則為45%以上。我國科學技術向生產轉化的比例為10%～15%，也遠低于發達國家的60%～80%。高新技術企業的產值在社會總產值的比例僅為2%，與歐美發達國家的25～30%相比，更是不可同日而語。結論：目前我國科技成果轉化率低。2.5.2科技成果轉化率低的原因我國科技成果轉化率低的原因主要有：科技成果本身存在先天不足，成熟度低；科技成果系統配套不夠；科技成果對企業缺乏吸納和轉化的動力與活力；科技成果轉化缺乏資金支持，相應的風險投資基金匱乏；科技成果中介機構不健全，社會服務職能不完善；體制上產學研系統各自獨立，科技與生產脫節；市場體制不成熟，法律保障不足。
3納米科技成果及產業
3.1納米科技成果及產業的特點
納米技術屬于高科技領域，因此與高科技成果有著共同的特征：高風險，高投入；高額的利潤前景；巨大的市場需求。納米科技為多學科交叉領域，其應用及產業化又具有許多獨特的特征：多學科交叉特性；潛在的高額利潤；潛在的市場需求。
3.2納米科技成果市場分析
納米技術有巨大的潛在市場，它與信息技術、生物技術共同成為二十一世紀社會發展的三大支柱，也是當今世界大國爭奪的戰略制高點。據權威的研究報告顯示，2000年納米技術對全世界GDP的貢獻為4000億美元，預測2010年納米技術對美國GDP的貢獻將達到10000億美元，日本納米技術的國內市場規劃也將達到273000億日元。納米科技的健康發展，對二十一世紀的社會和經濟發展、國家安全以及人們的生活和生產方式帶來巨大的影響。結論：納米技術及產業已成為世界各國搶占的巨大市場。
3.3納米科技成果轉化現狀
在納米科技產業化方面，除了納米粉體材料在少數幾個國家初步實現規模化生產外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫療材料等產品仍處于開發研制階段，要形成一定市場規模還需一段時間。目前成果以基礎研究為主，納米技術應用成果處于初期階段，產業化效果不理想，成果轉化率低。如果將納米產品的成熟程度按中試、批量生產和規模化生產劃分，其分布明顯呈劇烈遞減態勢。研究開發和規模化生產的距離較大，大約只有5%的實驗室成果最終能轉化為規模化生產。
3.4納米科技成果轉化率低原因
3.4.1投入的科研經費不足
成果轉化未知因素多，造成研究工作周期長、所需經費多；對科研的投入未考慮中試等應用技術研究，影響科技成果的轉化。
3.4.2缺乏風險意識和市場服務意識
納米技術產業與其它高新技術一樣都存在投資風險、政策性風險，市場風險和自由競爭風險等。同時，納米技術還存在著潛在風險。另外，科研工作者市場服務意識淡薄，缺乏主動為企業服務的意識。
3.4.3科研缺乏布局和規劃
缺乏制定戰略發展規劃以及科研與產業的合理布局，造成低水平重復和資源浪費；重視基礎性研究，輕視應用性研究，造成科研成果缺乏市場，成果難以被企業吸納和轉化。
3.4.4納米科技成果成熟度低
在研究中，研究人員常常只注重論文，納米科技成果論文水平很高，但產業化并不理想；注重實驗室開發，沒有潛心于后續的應用開發和技術支持，造成成果成熟度不夠，先天不足，難以轉化；大部分企業屬于生產型，缺乏持續創新和應用開發能力，只能接受非常成熟的技術。
3.4.5缺乏信息溝通缺乏信息溝通，導致產學研系統各自獨立，科技與生產脫節。從事納米科技研究的人員，分屬不同的行業和部門，條塊分割，由于缺乏相互交流，更缺乏與一線企業的交流與合作；由于信息不暢，造成成果難以滿足需求，以及成果和需求重復現象嚴重；企業間應用成果壁壘森嚴，難以推廣，導致不少低水平重復，重點不突出，阻礙了整體優勢的發揮。
3.4.6納米專業人才匱乏
納米科技由多學科交叉，因此需要具有多學科知識的復合型人才；納米科技的迅速發展，需要大量納米科技領域及其相關領域的人才。而中國傳統分門別類教育體制培養的“專業人才”，不能適應擁有多學科知識復合型納米研發人才的需要。因此，為推動我國納米材料產業的發展，需要培養一批復合型納米科研人員及納米經營管理人才。
3.4.7知識產權意識淡薄
中國納米技術近幾年有了突破性的發展，但知識產權意識在科學界尤其是開發應用領域仍然淡薄。專利數量有所增加，但是在總量上申請的專利還是很少。在我國，申請的專利大部分是納米粉體材料制備方面的專利，而國外的專利很多是納米應用專利。
3.4.8行業標準和技術規范缺乏
目前納米科技應用研究很熱，市場上出現了很多“納米商品”，然而，很多的“納米商品”還不是真正意義上的“納米產品”。市場上缺乏行業標準和技術規范的約束，一些人熱衷于炒作納米概念，造成初級產品過剩，浪費了社會整體資源；一些生產微米材料的企業，在其產品性能用途完全沒變的情況下，貼上納米標簽，搖身一變成了納米材料企業，誤導納米概念；一些企業在投入少量資金注冊了納米材料公司或納米材料應用公司后，就開始在經營業績上做文章，蓄意編造是專門從事納米科研、生產和應用的實力企業的假象，最終達到圈資、騙政策的目的。
4納米科技推廣應用思路
針對納米科技成果轉化率低及成果推廣過程中所存在的問題，促進納米科技的推廣應用，應切實做好以下工作。
4.1根據市場需求，選好研究目標
針對我國納米科技產業化處于初級階段，納米科技發展資金投入不足，納米科技產業化效果不理想等現狀，在有限的資金和設施條件下，納米科技的發展一定要從科研源頭上加以調控，科研項目選題要以市場需求為導向，以形成產業化為根本目標，強調創新意識和市場服務意識，發展具有競爭力的新技術和新產品，并推進傳統產業的發展，從而促進納米科技成果更快地得到推廣和應用。
4.1.1科研項目選題時應遵循的原則
創新性原則：強調科技源頭創新意識；產業化原則：以產業化為根本目標，能獨立形成新產品、新技術；競爭力原則：注重可提升產品競爭力的技術及材料，注重與傳統產業結合；市場化原則：以市場需求為導向，加強服務意識，注重市場推廣。
4.1.1.1強調科技源頭創新意識
自主創新已經成為科學技術發展的戰略基點和調整產業結構、轉變增長方式的中心環節。十一五發展規劃指出：“科學技術發展，要堅持自主創新、重點跨越、支撐發展、引領未來”。納米科技屬于高新技術領域，因而，必須強調創新意識，研究和開發具有源頭創新性的新技術和新產品，形成自主知識產權的新技術和新產品，實現技術發展的跨越，實現企業資本、社會資本和知識資本的有效組合及轉化增值。強調創新意識，發展納米科技，必須以市場為導向，以產業化為根本目標，發展成熟的技術，努力提升其競爭力，吸引企業及其它投資公司的參與和投資。加強納米科技源頭創新，要以納米電子學、納米尺度的加工及組裝技術、納米生物和醫學、納米材料學等科學前沿的理論和方法學為重點，爭取取得重大進展，獲得具有自己特色的發現和發明創造，促進納米科技的產業化。
4.1.1.2以產業化為根本目標，能獨立形
成新產品、新技術選題時要以產業化為根本目標，研究方向要與產業相結合，要策劃出一個行業的主體并且形成一個產業鏈條。開發市場前景廣闊、能夠獨立成新產品的先進技術，吸引以納米技術為關鍵生產技術的企業投資，推動納米技術的產業化進程。圍繞國家長遠發展目標，將納米技術與信息、環境、能源、生物醫藥及先進制造、海洋、空間等高新技術相結合，提高納米技術在這些產業中的含量，建立以納米技術為主旋律的一批納米產業及產業鏈并形成產品、商品，為提高我國的綠色GDP做貢獻。舉例1：信息產業中的納米技術以納米陣列體系為基礎的量子磁盤，1998年正式問世，存儲量高達465Gb/in2，相當于現在磁盤10萬個的存儲量。1999年，美國惠普公司在實驗室成功制造了100×100nm芯片。正像克林頓所說，利用現代的納米技術制備的超高密度存儲元器件，可以將美國國會所有的信息存儲在只有方糖大小的體積內。2000年，IBM公司通過納米技術把這種磁盤的存儲量提高到1000Gb/in2，相當于100萬個現在磁盤的存儲量。利用納米技術可以將動態隨機存儲器和電腦CPU縮小到70nm，晶體管的尺寸為100～200nm。結論：納米技術在電子信息產業中的應用，將成為21世紀經濟增長的一個主要發動機，其作用可使微電子學在20世紀后半葉對世界的影響相形見絀。舉例2：生物醫藥產業中的納米技術采用納米超順磁載體制作的示蹤劑使核磁共振檢出的癌細胞尺寸大大降低，便于早期診斷、早期治療；利用納米技術輸送生物大分子藥物，可克服其吸收差、穩定性低的缺點，實現其天然、高效等特點，顯示出良好的應用前景；根據藥物分子的性質設計納米顆粒表面及內部結構，從而達到人為地設計藥物的靶向目標及其釋放和作用方式，明顯提高藥效；利用納米技術制備支架、骨骼等植入材料，具有很好的生物相容性，并可發揮治療效果。結論：納米材料技術將在生物醫學、藥學、人類健康等領域有重大的應用。預計到2015年，納米技術在生物醫藥領域中的應用，全球市場將達到2000億元。
4.1.1.3注重發展提升產品競爭力的新技術和新材料
傳統行業的發展需要納米科技來提升其技術和產品的競爭力。傳統產業是國民經濟的重要組成部分，這就決定了發展納米產業應切入傳統產業，努力提升對傳統產業和產品的更新換代，提高競爭力，同時調整傳統產業結構，實現經濟增值。納米科技的發展需重視與傳統產業相結合。納米技術在傳統產業的應用具有投入少、見效快、市場前景廣闊等特點，因此，將納米科技與傳統產業結合，可以有力促進納米科技的推廣應用。加強與傳統產業合作，必須以市場需求為導向，發展具有市場潛力的產品和技術，通過納米技術顯著提高傳統產品的競爭力。加強與傳統產業合作，從一開始，就要積極吸納企業的參與投入，發展能顯著提高傳統產業和產品的新技術和新材料。舉例1：紡織行業中的納米技術納米催化劑在化纖原料滌綸聚酯合成中的應用，將使生產效率提高5倍以上，大大降低了生產周期和成本，這項技術在化纖行業的推廣可帶來數十億元的收益；利用納米技術對各類化纖進行改性，使之具有功能性，如吸水吸濕纖維、變色纖維、芳香纖維、磁性纖維、防輻射纖維、遠紅外纖維，還可采用復合紡絲法來生產功能化織物；納米功能氧化物填充到纖維中可制得各種差別化、功能化纖維，為纖維的發展帶來一場健康革命，其市場規模也超過二十億元。結論：納米技術的應用將對紡織行業的發展起到巨大的推動作用。舉例2：建材行業中的納米技術納米技術在建材領域的應用：利用納米材料的自潔功能可開發的抗菌防霉涂料、PPR供水管；利用納米材料具有的導電功能可開發的導電涂料；利用納米材料屏蔽紫外線的功能大大提高PVC塑鋼門窗的抗老化變形性能；利用納米材料可大大提高塑料管材的強度等。另外，納米抗菌不銹鋼塑料復合管、納米抗菌PPR管是在管材內層塑料中添加納米級抗菌材料，經共擠出而制成具有抗菌、衛生自潔功能的管材。僅以PVC塑鋼門窗為例，近幾年我國每年城鄉工業和民用建筑的建造量平均約12億平方米，需要門窗3億平方米，年需塑鋼門窗約3000萬平方米，年需硬PVC異型材約30萬噸。結論：納米材料在建材中具有廣闊的市場應用前景和巨大的經濟、社會效應。
4.1.1.4以市場需求為導向，加強服務意識，注重市場推廣
以市場成熟代替技術成熟是發展納米技術的最佳方式。改變傳統的“技術導向”為“市場導向”，始終堅持以市場需求為出發點和歸宿，以市場需求為拉動機制，著重推動具有應用前景的新技術和新產品的開發，注重對傳統產業的改造和提升，提升產品的競爭力，推動納米科技的產業化。著重發展有重大影響的方向與領域，注重納米技術與各個行業的交叉融合，使納米技術和產品能服務于各個行業。注重納米技術的市場推廣，加強納米科技與各個行業領域間的交叉融合，加強科研成果和企業及投資商之間的交流合作，建立信息交流平臺，創建科研成果轉化的渠道，為納米科技發展提供有力服務和支持。
4.2注重技術集成，實現自主創新
“創新”是科技發展的生命力所在。對于納米科技的發展，需加強新技術和新產品的原始性創新，提升產品和技術的競爭能力。同時在重視原始性創新的基礎上，更應該注重具有重大應用價值的集成創新，通過對集成要素的優勢整合，提升集成整體的競爭能力，實現更大的市場價值。
4.2.1技術集成創新有利于形成市場競爭力
長期以來，人們比較注重單項技術繼發展，這是技術開發初級階段的必然過程。但從科技與經濟結合的內在要求來看，單項技術的研究開發，因為缺乏與其它相關技術的銜接，在當前很難形成有市場競爭力的產品或新興產業，這就造成我國每年所取得的數萬項科技成果最終束之高閣，削弱了我國科技創新的基礎。
4.2.2技術集成創新將提高產業核心競爭力
核心競爭力的形成，不僅僅是一個創新過程，更是一個組織過程，使各種單項和分散的相關技術成果得到集成，其創新性以及由此確立的企業競爭優勢和國家科技創新能力在價值上遠遠超過單項技術的突破。加強技術集成創新，是企業實現自主創新的新思考，也是企業獲得競爭優勢、適應知識經濟發展的關鍵。
4.2.3納米技術的集成主要內容
4.2.3.1納米科技成果的集成
將分散的技術集中，形成一個可達目標功能的技術體系，即組合應用性技術成果，也稱為技術捆綁或技術整合。納米科技成果的集成應注意以下幾點：注重主題的策劃，選好技術與成果，實現目標顯示度。（1）注重主題的策劃以市場需求為導向，關注市場需求的多樣化，強化產品的競爭意識；以納米技術或產品為關鍵要素，解決需求中的重大問題，具有行業導向性與共性；拓展解決方案的豐富性，注重外部資源的易取性；強化研發時間的迅捷性，凸顯研發質量的配比性。（2）選好技術與成果始終堅持把市場需求作為出發點和歸宿點，選擇具有市場前景的技術和成果，選擇具有競爭優勢的納米材料或技術為關鍵技術要素，具有前景的技術與成果，注重其成熟度和可靠性。同時加大中試研究力度、中試研究領域和資金投入，注重集成要素中技術和成果的協調與融合，優勢互補，使集成整體具有新的價值。（3）實現目標顯示度注重目標功能的實現，不僅要實現各項集成要素的功能目標，還應實現集成系統的整體功能目標。集成要素和集成系統的功能定量指標應具有競爭性，以實現其產品的顯示度，有利于產品的推廣。
4.2.3.2注重技術集成創新
（1）從納米科技發展到產業鏈上的集成協作在產業鏈的銜接上，由于納米技術的跨學科性，急需將努力的方向由“單打獨斗”轉向“集成協作”。實驗和技術上存在局限性，而研究的廣泛和復雜，造成設施難以完備；技術的成熟度不夠；研究成本高和周期長，造成產業化難度大。因此，僅依靠某一個工業部門或者研究機構，將無法加快推動納米科技的應用和產業化的步伐。結論：要實現和促進納米技術的產業化發展，需要采用合理的產業化與投融資模式，推動納米技術產業鏈的全方位發展。這就是所謂的為了構筑我國納米產業發展的大戰略，也是目前國內眾多研究機構、企業正在的探索大聯合的適當途徑。（2）納米科技發展產業鏈上的集成協作方式第一，建立國家級研究開發平臺，充分發揮國家級研究開發平臺的作用，推動各研究部門之間的交流合作，實現軟硬件資源共享，避免重復建設。第二，建立產業孵化基地。“科研-孵化-企業”一條龍式的產業化模式，有利于推動科研成果產業化，因此，在有條件的地方應建立納米科技孵化基地。第三，加強產學研的合作。積極推進產學研一體化的進程，把研究、開發和應用過程的各個階段建成一個系統，使之緊密銜接、相互交替，保證從科研到生產整個過程的連續性，從而使科研單位前期的研究、開發優勢與企業工業化生產優勢融為一體，促進科技成果的轉化。（3）各領域科學研究人員間的協作從目前情況看，我國從事納米科技的研究人員，分屬不同的行業、部門，彼此之間信息溝通不暢，研究人員之間也缺乏必要的交流，致使研究力量大大分散，而且各地研究所重復研究、重復建設嚴重。納米科技屬于多學科交叉的前沿研究領域，要動員和組織信息、物理、化學、生物、醫藥、材料等學科的專家參與納米科技的研究開發，抓好多學科在納米科技方面的集成。結論：納米科技的多學科交叉特性必然要求加強各領域科學人員之間的協作。
4.2.3.3納米科技推廣注重技術集成創新的應用案例分析
應用1：“以應用納米技術打造新世紀康居商住樓”思路（1）為了貫徹《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》以及“十一五”規劃中的要求，促進生態人居環境和綠色建筑的發展，提出集成整合最先進的納米技術研究成果，積極推動健康、環保的生態建筑技術的應用與推廣。為打造康居示范工程提供有力的技術支持和保障，致力于搭建三大公共技術平臺，即居住環境健康性和安全性公共技術平臺；建筑物與居家用品節能和環保性公共技術平臺；資源綜合利用公共技術平臺。（2）應用納米技術打造新世紀康居商住樓，可以體現在環保、健康、節能等方面的優勢上。具體應用可以包括外墻涂料、內墻涂料、變色玻璃、地毯地板門、廚房、家用電器、衛生潔具、床上用品、窗簾、玩具及衣物等。（3）面向生態人居環境和綠色建筑的發展的需要、面向《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》以及“十一五”規劃中的要求，新世紀康居樓的打造將對該行業及人們生活產生很大影響，將形成一個完整的產業鏈條，引導該行業的發展。以納米材料或技術為關鍵技術要素，具有競爭優勢；選擇具有很好市場前景的納米改性內外墻涂料、納米改性紡織品、納米改性陶瓷、應用納米技術的太陽能電池等技術和產品，打造一個健康、環保、節能的居住環境，具有競爭優勢。另外，選擇的納米改性內外墻涂料、納米改性紡織品、納米改性陶瓷等成果技術成熟度較好。應用2：“建立應用于汽車產業的納米技術產品產業鏈”思路（1）納米技術在汽車產業中的應用，可以包括納米材料改性內飾件、納米結構超強鋼板、納米結構鋁材料、高耐腐納米水性汽車涂料、納米隔熱涂料、納米材料改性高性能輪胎、高強度膠黏劑、納米汽車油、納米汽車燃油添加劑、納米傳感器、汽車動力應用納米新型太陽能電池、納米汽車尾氣催化凈化材料等。（2）面向十一五規劃的“建設環境友好型，資源節約型社會”，面向中國巨大的汽車產業市場，中國汽車產業發展在近幾年速度迅猛，是世界上最大最有潛力的市場。選擇具有很好市場前景的納米改性內飾件、納米改性涂料、納米改性高性能金屬材料、高強度膠黏劑、納米汽車尾氣催化凈化材料、納米汽車燃油添加劑及汽車動力應用納米新型太陽能電池等技術和產品，具有競爭優勢。納米技術在汽車上的廣泛應用，將降低汽車各部件磨損、降低汽車消耗、減少汽車使用成本，還能消除汽車尾氣污染，改善排放。可以預見，納米技術在汽車產業的應用將對該行業及人們生活產生很大影響，將形成一個完整的產業鏈條，引導該行業的發展。應用3：納米科技與新興行業、支撐行業及國家重大工程掛鉤納米科技與新興行業、支撐行業及國家重大工程的掛鉤可以吸引國家或地方政府等的財政撥款，同時可以吸引公司和企業的投資和參與。納米科技在新興行業、支撐行業及重大工程中等各領域中的滲透，將加快納米科技的產業化；納米科技在新興行業、支撐行業及重大工程中的應用，將提升這些行業的技術含量，增加其競爭優勢，推動其發展；同時對其產業結構的調整、經濟增長方式的改變具有深遠的影響。例如：納米技術及應用國家工程研究中心以產學研結合的方式，組織上海城建集團、上海高校和科研院所利用納米技術和其它技術集成解決道路隧道內的廢氣治理問題，這是納米科技在城市市政工程中的重要應用，該項目已列入國家支撐計劃。結論：通過集成技術、產學研合作等方式與新興行業、支撐行業及國家重大工程掛鉤，容易吸引投資，促進納米技術與其它技術和產業的融合，從而促進納米技術的發展。
4.3樹立誠信市場理念
4.3.1納米科技要健康跨越發展必須樹立誠信意識
誠信的本質首先是經濟規律，其次才表現為倫理性質。誠信不足，敗事有余。市場經濟就是信用經濟，信用是現代市場經濟的基石，沒有誠信，就沒有秩序，市場經濟和社會道德就會陷入混亂之中。目前納米科技應用研究很熱，市場上出現了魚目混珠的現象，虛假的“納米商品”，納米概念的炒作，嚴重擾亂了納米市場的秩序，誤導人們對納米的認識，損害了納米科技的形象，嚴重阻礙了納米科技的產業化發展。結論：納米科技要健康跨越發展必須樹立誠信意識，誠信的市場經濟理念。
4.3.2如何樹立誠信意識
加強誠信意識培養；健全市場競爭機制，讓誠信成為人們自覺遵奉的客觀經濟規律；強化監督，建立相互補充、相互制約的誠信監督體系；加快建立信用體系，規范信息傳遞和披露機制，發展資信評估行業；強化法制建設，為誠信規范提供堅實的法制保障。
4.4制定適合納米政策納米科技的應用推廣，需要制定適
合納米科技發展的政策，保障納米科技的可持續發展。
4.4.1制定發展規劃，實施專項行動
第一，堅持“有所為，有所不為”的方針，制定納米科技的發展戰略，制定我國納米科技發展的近期、中長期規劃，對納米技術的基礎研究進行整體規劃，制定國家納米科技產業的發展規劃，集中力量，重點突破。第二，根據市場要求，依托現有產業的優勢和基礎，確定重點發展的產業及產品，引導產業結構調整。第三，按照市場需求，集中優勢力量研究、開發具有自主知識產權、市場潛力大、技術可行的項目和對未來有重大影響的關鍵領域，突出特色。
4.4.2建立創新體系，強化專利保護意識
組建全新機制的實體性創新平臺，建立以企業為主、產學研結合的納米科技創新體系。強調納米科技的原始創新，注重技術創新、管理創新、制度創新的有機結合，在原始創新基礎上，同時注重集成創新，強化專利保護意識，提高知識產權保護在企業發展中的重要作用。另外，建立和健全納米技術成果產權保護制度，優先資助擁有自主知識產權的專利成果的產業化。
4.4.3重視人才培養，加強技術交流
制定人才優惠政策，鼓勵人才流動競爭，努力創造人盡其才、才盡其用的良好環境。建立培養和吸引納米科技人才的政策，培養高質量的納米技術人才和領軍人物，引進國外具有真才實學的優秀人才。加強國內外科研單位及企業之間關于納米技術的信息交流，建設開放式的國家納米技術信息交流平臺，加強國際交流和合作，擴大國際影響。
4.4.4加快基地建設，吸引多元投資
鼓勵科研單位、高等院校與生產企業共建納米技術創新基地、開放式研究開發中心等，改善基礎設施條件，對共性關鍵技術進行聯合攻關，建立以企業為主體，產學研結合的納米技術創新體系，加速納米技術的研究開發與產業化步伐。重視以政府政策資金為導向，建立多元投資融資體系，吸引風險投資及民間投資，使其大規模地介入納米技術產業并與科技界融合。同時，鼓勵納米科技型企業在資本市場上融資，加速納米成果的轉化和產業推進。4.4.5完善行業標準，規范技術市場重視標準意識，根據納米技術產品的性質、用途，參照國際標準，制定我國納米技術行業的產品標準，建立權威性的國家納米產品質量檢測中心，使納米產品的生產和銷售有章可循。盡快制定出臺相關的政策法規，規范納米市場，避免納米技術及應用研究重復建設和過度競爭。
4.4.6加強科普宣傳，倡導科學道德
重視納米技術的普及工作，加強對納米科技的科普教育，使大眾對納米科技有正確的科學認識，避免過分炒作和誤導。重視納米科技相關學科的建設工作，保障我國納米科技的可持續發展。
5納米科技成果介紹
納米技術及應用國家工程研究中心積極整合社會資源，積極推動納米技術成果的轉化。
5.1應用在環境領域的納米材料和技術
成果1：用于汽車尾氣催化凈化處理的介孔基催化材料成果簡介：孔道內擔載貴金屬Pt/Rh/Pd的氧化鋯基（氧化鋯/氧化鈰）復合納米介孔催化劑。該催化劑采用具有自主知識產權的涂覆工藝，成功負載于金屬載體表面，經檢測，排放性能及催化劑老化性能達到并優于歐IV標準（GB18352.3）。技術特點與優勢：特殊的介孔結構，高比表面積；貴金屬用量低，熱穩定性好；優良催化活性和穩定性；抗老化性好。產業化前景：2007年我國汽車產量達到900萬輛，并逐年遞增。同時，我國將面臨新車必須全部加裝凈化器的局面，該項目具有極其廣闊的市場前景，其經濟、社會和環境效益十分巨大。成果2：光催化凈化室內空氣應用技術光催化室內凈化技術現狀：不能有效地去除室內空氣中；危害性很大的細微顆粒物；催化劑活性組分易流失；微孔容易被顆粒物堵塞，致使催化劑失活。技術創新：將高流速高效率靜電除塵與光催化凈化室內空氣兩相單元技術有機的結合。技術內容：包括性能好低成本的金屬泡沫網狀載體的制備技術、光催化凈化活性組份在金屬泡沫載體上負載技術、凈化室內空氣污染物一體化新技術、金屬泡沫網狀物負載光催化材料、室內光催化凈化器。產業化前景：目前我國城鎮裝修過的房屋中80％存在甲醛超標問題。凈化室內裝修污染的市場規模達100億元，并正以每年30％的速度增長，據預測2008年將達到200億元的市場規模。5.2應用在能源領域的納米材料和技術成果3：鎳氫（MH/Ni）動力電池與鎳鋅動力電池技術內容：鎳氫動力電池技術；鋅鎳動力電池技術；在電極中添加納米添加劑；提高電池的循環壽命；提高電池的安全性。應用范圍：電動工具、割草機械、玩具模型、電動自行車、電動摩托車等。技術成果：《動力鎳氫電池用納米材料測試技術》項目被上海市高新技術成果轉化服務中心項目認定辦公室認定為上海市高新技術成果轉化項目。這意味著該中心又一項納米科技成果將走向市場。產業化前景：隨著WTO的加入，對動力電池的需求逐年增加。目前國內市場對鎳氫動力電池的年需求量在數千萬節以上，也將在上千億的一次電池市場中占據一席之地。
5.3應用在生物醫藥領域的納米材料和技術成果
4：超臨界粉碎技術成果簡介：超臨界粉碎技術，采用超臨界流體，通過改變壓力快速改變溶液的飽和度，使溶質瞬時成核、獲粒度均勻、超微細納米級、無污染高純度產品。通過此藥物微細化技術，實現中藥的微納米化，促進藥物的溶解性，提高藥物的生物利用度。成果內容：水飛薊素微納米顆粒，超臨界流體增強溶液分散技術（SEDS），粒徑尺寸介于50～300nm，納米化后的藥物在水中溶解速率得到顯著改善。谷甾醇納米顆粒，氣溶膠溶液萃取系統（ASES）技術，粒徑介于50～300nm，ASES處理后樣品結晶度降低；化學結構沒有明顯改變。產業化前景：超臨界微納米加工產品：如納米水飛薊素、植物甾醇可應用于相關藥物或油類產品，按1%的附加值計算，相關藥物或油品的產值達100億，該產品產值可達1億元。成果5：用于腹腔淋巴靶向治療的納米給藥系統成果簡介：以安全無毒的聚脂類生物降解聚合物為納米粒的骨架材料，用改良的乳化-液中干燥法制備載藥納米粒（NP）。腹腔化療方式治療卵巢癌，克服了紫杉醇游離藥物滲透性差、易過敏等缺點，并能實現產業化。技術特點和優勢：解決了材料的安全性，采用經FDA批準載體材料；制備工藝可實現產業化，粒徑及其分布可控制、重現性好，包裹率高，生產工藝條件不苛刻。產業化前景：全球卵巢癌每年新增病人19.2萬，死亡人數為11.4萬，其死亡率占婦科惡性腫瘤之首。建成應用示范點，年創產值可達1000萬元。成果6：基于納米生物探針的微流控陣列蛋白質芯片成果簡介：該芯片是一種納米生物技術與微生物芯片技術的集成產物。通過納米生物自組裝技術將靶蛋白配體組裝在納米粒子界面上，構成納米生物探針，可以特異性地與各種生物樣品（血清、細胞培養液等）中的靶蛋白結合，并最終被捕獲在微流控陣列的特定檢測區域，通過納米粒子所發出的光學信號實現對多種靶蛋白的高特異高靈敏的同步多元分析。技術特點和優勢：高靈敏、高分辨和低噪音；可以實現多種生物分子的同步檢測；具有在分析模式和使用便捷性上的多種優勢。產業化前景：主要應用領域有蛋白質的結構功能研究、醫學診斷和醫療、新藥開發、生物工業、低樣品消耗和快速的芯片反應器系統，以及特定用途的專家系統。
5.4應用在電子信息領域的納米材
料和技術成果7：CMP后清洗劑成果簡介：采用表面活性劑的分子設計技術，利用表面活性劑的協同效應，研制了一系列高性能CMP后清洗劑。技術特點和優勢：由表面活性劑、高性能功能性清洗助劑組成的水基清洗劑。適合拋光后高精度表面的超精密清洗。清洗效率高、對工件腐蝕小、殘留少等。技術現狀：用于硬盤清洗的清洗劑已得到世界最大硬盤基片生產商“深科技”的認可，指標達到國際先進水平。硅片清洗劑已在國內企業得到初步應用。產業化前景：可廣泛用于計算機硬盤、硅片、玻璃基片等表面的超精密清洗。系一次性使用，因而電子行業的清洗劑具有巨大的市場。CMP后清洗劑利潤豐厚，以每年銷售1千噸計，利潤在1000萬元以上。成果8：高性能納米粒子拋光液成果簡介：化學機械拋光技術（CMP）是迄今幾乎唯一可以達到全局平面化的超精加工技術，納米粒子拋光液是CMP技術的關鍵要素。通過解決納米粒子改性分散技術、納米粒子拋光液的配伍與精制技術、原子級拋光工藝技術等關鍵技術，成功制備出一系列含有納米磨粒的納米粒子拋光液。納米粒子拋光液由納米粒子研磨劑、功能性助劑、溶劑組成。技術特點和優勢：在計算機硬盤基片的拋光中可以達到表面粗糙度(Ra)小于0.5；數字光盤母盤玻璃基片拋光中表面粗糙度達到4.68；均達到國際先進水平。產業化前景：納米拋光液市場廣闊，用于高精加工的納米拋光液為消耗品，系一次性使用，不可循環使用以免影響拋光質量，因而拋光液市場容量較大。
第5篇：納米流體技術的特點范文
需強調的是，質譜也有局限性，雜質結構最可靠的確證還是依靠雜質單體的獲得和結合其他技術的綜合解析。手性雜質手性藥物中的對映異構體限量檢查越來越受關注，旋光光譜(ORD)、圓二色光譜(CD)的測定仍是目前首選的快速檢測方法;手性色譜法不僅可以定性而且是更可靠的定量手段［20］。HPLC在手性分離方面仍然占據主要地位，運用相對較廣泛的手性固定相多數是多糖類，鍵合相多糖類手性柱也日趨成熟，如ChiralIC柱。其他如環糊精、手性冠醚類、Pirkle型、蛋白質、配體、離子交換以及大環抗生素等手性固定相以及新型柱前衍生化法方面仍有一些新的發展，采用整體柱技術制備手性色譜柱近年來也成為熱點。由于UHPLC的出現，小粒徑的手性填料也必將成為今后的研究熱點。離子液體在手性藥物色譜分析上的研究也日漸增多。傳統的氣相色譜依托著環糊精衍生物等固定相在手性分離中仍然有一定的運用，而利用離子液體進行手性分離成為手性氣相色譜的發展方向之一。其他色譜技術，如超臨界流體色譜、模擬移動床色譜、高速逆流色譜等在手性藥物分析和對映體制備中繼續發揮著積極作用。CE具有獨特的分離機制，用于藥物光學異構體的分析仍是一個較好的選擇。毛細管區帶電泳(CZE)和膠束電動毛細管電泳(MEKC)仍是應用最多的模式。在CE研究中非水毛細管電泳、毛細管微乳電動色譜、2D-CE、3D-CE等也已成為熱點。另外，對毛細管柱的手性改性也是一些研究者關注的對象。由于毛細管電泳在手性分離上的優勢，新的手性添加劑仍是其重要的研究方向。而毛細管整體柱的快速發展，使得毛細管電色譜(CEC)技術在手性藥物分析上成為新的增長點［21］。基因毒性雜質的分析［4］171-191基因毒性雜質(GTIs)的毒性閾值水平也是目前關注的熱點。2006年歐洲藥品局(EMEA)首先頒布了EvaluationofMedicinesforHumanUse，GuidelineontheLimitsofGenotoxicImpurities，FDA于2008年也正式簽發了類似指南［22］。要識別這些雜質，應該對涉及合成過程的化學反應、與原材料有關的雜質等進行科學地評價。上述指南同時適用于輔料和藥物活性物質。基因毒性雜質的控制在藥物研究的初期就應考慮，并貫穿于整個藥物研發、生產以及上市過程。基因毒性雜質的檢測屬于痕量分析，對靈敏度、選擇性、重現性和耐用性有更高的要求，最常用的分析方法也是LC和GC，及其與質譜的聯用。超臨界流體色譜法(SFC)和CZE方法最近在GTIs檢測中也有一些報道。對于無紫外可見吸收的GTIs，可以選擇電霧檢測器(CAD)、蒸發光散射檢測器(ELSD)等檢測器。如果檢測器對于GTIs沒有特別的專屬性，色譜分離就顯得尤其重要。若采用GC，常用的檢測器是FID和MS，也可以根據GTIs的結構特征來選擇理想的檢測器(例如ECD)。處方前和早期階段的分析方法處方前研究應根據不同檢測項目的需要選擇適當的分析方法。對于藥物的鑒別，賦形劑和包裝的鑒定，FTIR，NIR和拉曼等光譜技術依然是重要的手段，一些分析技術如衰減全反射紅外光譜法(ATR-FTIR)也開始廣泛應用到藥物研究中。電感耦合等離子體光譜(ICP)，原子光譜和X射線熒光對外來金屬污染物的檢測已成為必不可少的技術。對于一些新型給藥系統，目前藥物分析研究的熱點集中在高通量的樣品前處理技術、自動化技術的研究上。上述研究除了對應的相關技術外，色譜方法仍是最重要和應用最廣泛的定性定量手段。HPLC方法液相色譜的發展以色譜填料的發展為基礎，新的不同機制的固定相的不斷涌現帶動了整個液相色譜的發展。由于所研究的化合物實體類型越來越多，對分離的要求也更高，新的功能化和吸附模式的固定相不斷涌現，例如用于極性化合物分離的親水作用色譜(hydro-philicinteractionliquidchromatography，HILIC)，多功能有機雜化硅膠、聚合物固定相、核殼型填料和納米及亞微米填料等。UHPLC方法亞微米顆粒(＜2μm)填充的微徑和納米級口徑的色譜柱，具有高柱效、高分辨率、高峰容量和高流量等優點，促進了UHPLC在藥物定性和定量分析中的廣泛應用。特別是針對雜質研究，結合掃描速度更快、分辨率更高的質譜檢測更具優勢。隨著更小顆粒填料的使用，能夠在更寬的線速度范圍內保持恒定柱效，將大幅度改善液相色譜的分離度與靈敏度，微高效液相(micro-HPLC)［23］和納米高效液相色譜(nano-HPLC)［24］將成為未來幾年藥物色譜分析發展的新熱點。整體柱技術在藥物色譜分析領域，整體柱已成為藥物色譜分析研究的熱點［25］。近年來它在高效、快速、高通量分離分析方面得到了較快的發展，并開始廣泛用于藥物小分子和生物大分子的分析。整體柱具有通透性優良、制備簡單和背壓極低等特點，其在快速分離分析和二維液相色譜中具有明顯優勢，而通過制備超長柱不僅可彌補整體柱載樣量的不足，同時也可有效提高其分離能力。目前整體柱的研究主要集中在有機聚合物整體柱，無機-有機雜化整體柱，β-環糊精硅膠雜化的手性整體柱的研究。基因工程藥物質量研究蛋白類藥物結構復雜，加上生產過程所造成的微觀不均一性的存在，使得這種復雜性倍增，而且在編譯DNA過程中，可能產生非預期的蛋白序列。除了生物大分子的常規分析外，藥物分析技術的發展主要體現在以下幾個研究領域。肽圖分析肽圖分析的主要手段是利用蛋白酶對特定的位點進行分解，再采用HPLC-UV或LC-MS等方法進行分離和測定，對蛋白質和多肽結構研究和特性鑒別具有重要意義。傳統的方法存在酶解時間長、酶的自身分解以及測定重復性較差等問題。一些研究者利用激光照射提高酶解速度［26］。在溶液中加入鈣離子、減少甲基化和固定化酶等可以解決酶的穩定性問題。其中，由于固定化酶的再使用性、減少底物稀釋以及可連續使用等優勢已經越來越被廣泛的運用到肽圖分析中，并且與LC-MS聯用后，可以實現對基因工程藥物高通量的肽圖分析［27］。另外，由于CE具有樣品和試劑消耗低，分離效率高，分析速度快，分離模式多樣等優勢，加上近年來其檢測技術的改善和與質譜聯用技術的日趨成熟，使得其在肽圖的分析中發揮著越來越大的作用［28］。氨基酸分析目前氨基酸分析研究主要致力于縮短分析時間，隨著同位素標記的發展［29－30］和微波技術的成熟，氨基酸的分析速度變得越來越快。毛細管電泳與質譜聯用技術快速高效，已經常被用于氨基酸分析，通過同位素標記，其檢測的靈敏度大幅提高。而一些在線的前處理技術與色譜技術的聯用為高通量的實現提供了幫助。相對分子質量測定基因工程藥物相對分子質量測定的傳統方法主要是凝膠電泳或者高分辨質譜，利用沉降速度的差異也可以測定大分子物質的相對分子質量［31］。同時，納米技術的發展也帶動了相對分子質量測定技術的發展，研究表明加入碳納米管可以使得聚丙烯酰胺凝膠電泳分離的效果大大提高［32］。生物大分子結構的研究生物大分子的生物活性取決于它們復雜的空間構象，常規研究方法有圓二色譜、紅外光譜、拉曼光譜、X射線衍射和低溫電子顯微鏡等。利用多維NMR進行蛋白質的結構和分子相互作用研究，以及利用生物質譜進行其結構和定量研究仍是目前研究的熱點。
體內藥物分析及藥物代謝體內藥物分析逐步從以靜態物質為中心向以動態生命科學為基礎的方向轉變，研究藥物的吸收、代謝、分布、排泄、立體選擇性、藥物的相互作用、藥物對內源性代謝的影響，為新藥發現提供了新的途徑。利用核磁共振、色譜質譜聯用等技術，結合化學計量學方法(模式識別、多元校正、多元曲線分辨)，采用組學和系統生物學方法，研究生物體整體或組織細胞系統的動態代謝變化，特別是藥物對內源代謝、遺傳變異乃至各種物質進入代謝系統的特征和影響，發現相關生物標志物，也是體內藥物分析近年來發展的重要方向。體內藥物分析中的聯用技術聯用技術是分析體內藥物和代謝物最常用的技術，如GC-MS、LC-MS/MS、HPLC/ICP-MS、LC-NMR、CE-ESI-MS等，它將分離、定量和定性融為一體。近年來，UHPLC及其聯用技術因其具有較高的分辨率和較快的分析速度使其在藥物代謝研究中備受青睞［33］。在體內藥物分析中，GC作為一種成熟的方法已發展到一個瓶頸期，新的技術革新主要著眼于色譜柱和原有儀器的改進以及便攜式微型GC的發展。GC-MS由于EI離子源較難得到分子離子峰因而也面臨著未知物測定的難題，利用HRAM-APCI-GC聯用技術可以得到準確的分子離子峰，有效地解決了這一難題。近年來，二維氣相色譜(GC×GC)成為GC發展新的增長點，結合TOF/MS的聯用技術，使之具有更高的靈敏度和分辨率，特別適合于中藥復雜體系分析、興奮劑檢測以及臨床和法醫毒理學中的藥物毒物分析［34］。新的LC與MS的聯用技術層出不窮，例如同位素標記/稀釋技術可以拓展LC-ESI-MS的線性范圍及降低基質效應;微噴霧和納噴霧(nano-ESI)技術提高了微量樣品分析的靈敏度;具有高通量、靈敏度和準確度的HPLC-MAL-DI/TOF-MS;能得到很多的碎片信息和更小的基質效應的LC-(coldEI)-MS技術;LC與線性離子阱(lineariontrap，LIT)質譜的聯用，與三維離子阱相比，貯存離子能力提高，空間電荷效應有一定改善;在線分析中SPE與UPLC-QqLIT的聯用;LC-Q-TOF，LC-TOF-TOF、LC-線性離子阱靜電軌道阱聯用質譜儀(LTQ-Orbitrap)等技術的應用將使得藥物開發、藥物代謝分析、臨床醫學、毒物學研究以及蛋白質組學等方面的研究將更為廣泛和深入［35－36］。在這些技術中，接口是影響聯用的一個關鍵因素，例如CE-MS最成熟的是電噴霧離子化接口(ESI)，新發展起來的無鞘流及低鞘流接口在分離效能和靈敏度方面表現出較大的吸引力，擴大了CE-MS的應用范圍［37］。芯片電泳中激光解析離子化(LDI)接口也逐漸被應用，此外還有如CE-APEI-MS、CE-IT-MS、CE-API-MS等接口模式。代謝研究中的高分辨質譜技術新型高分辨質譜(HRMS)除了可得到所有待分析物質全掃描MS數據，其系統的精密度目前可與三重串聯四極桿質譜相媲美，增強了其定量測定能力。而且HRMS可以得到超過預設質量范圍的信息，因而能夠對未知待測物進行測定，這是他區別于傳統多重檢測研究代謝組學的一個特點。未來代謝組學的發展趨勢將是利用MS特別是HRMS在更寬的質量范圍收集全掃描數據，同時對代謝物進行定性和定量分析。盡管當前MS的檢測靈敏度和耐用性得到了顯著提高，但許多問題仍不能得到解決，今后還應更加關注代謝物離子的提取效率和儀器分辨率的提高。新型HRMS如LTQ-Orbitrap、傅里葉變換離子回旋共振質譜(FTICR)的推出克服了以往TOF-MS在分析不同濃度待測物時質量準確度變化的缺點，并可在較大的動態范圍內進行定量分析［38］。新的解吸附電噴霧離子化(DESI)技術幾乎不需要樣品前處理，利用噴霧解吸附、離子化，并將待測物導入質譜儀，可用于生物樣品中藥物代謝物的原位測定。新型MALDI技術(例如硅膠解析以及納米技術的研究)將更加減少基質對測定結果的干擾［39］。利用13C，15N和34S同位素標記結合HRMS，用于體內生物小分子、蛋白質以及核酸的檢測，也是人們關注的焦點。代謝研究中的NMR利用NMR進行代謝產物特別是大分子物質的結構確證是研究代謝的另一重要方法。最突出的技術進步就是2D-NMR方法的發展。它從根本上改變了NMR技術用于解決復雜結構問題的方式，使NMR技術成為解決復雜結構問題的最重要的方法。2D-NMR的發展擴展了雜核磁共振(X-NMR)的研究，如1H-13CHSQC和1H-15NHSQC等的廣泛研究和使用［40］。近幾年已出現3D-NMR技術來替代2D-NMR方法，用于生物大分子的結構測定。初步探索的結果表明3D-NMR方法可以同時檢測13C，15N和1H之間的相互作用，能提供許多2D-NMR方法所不能提供的結構信息，從而簡化結構解析過程［41］。近年來，一些新技術的出現也使NMR效能得到顯著提高，例如更高的磁場強度、低溫探針、微線圈探針、先進脈沖序列、同位素標記等。代謝研究中的CE技術CE技術在生物樣品中大分子物質及其代謝產物的分析測定中具有顯著的優越性。CE新技術為體內小分子的測定提供了有力工具，微芯片電泳、3D毛細管電泳、毛細管凝膠電泳(CGE)，以及在微流控芯片上構建多維分析系統也為大分子物質的分離分析提供了新的技術平臺。由于CE的靈敏度仍不夠高，所以改進檢測方法和樣品富集技術一直是CE方法的研究重點［21］。體內藥物分析中的前處理技術傳統的生物樣品處理方法主要是液液萃取、液固萃取以及沉淀等方法。分子印跡技術在色譜分離中由于其存在固有的色譜性能缺陷，使得其在定量藥物分析領域應用受到限制，但在樣品前處理領域仍有著廣泛的應用前景。樣品的前處理技術的發展趨勢是用樣量更少和選擇性更高，如液相微萃取、固相微萃取技術、利用離子液體的微萃取技術、膜分離技術、碳納米管技術、分子印跡技術等。而LC-MS的普及使在線固相萃取變得越來越重要。
現今仍然面臨兩個挑戰:一是色譜分離機制必須與樣品成分的理化性質相契合;二是在第一維色譜中分離的樣品成分不能在接下來的分離中損失。在中藥常量元素和痕量元素的質量控制中，傳統的原子光譜技術依然占據主導地位，但一些靈敏度更高，分析速度更快、專屬性更好的技術(如ICP-MS)應用越來越多［48］。中藥質量控制是中藥發展的核心所在，多元化的中藥質量控制方法和注重中藥的系統化研究將是發展趨勢，生物效價和代謝組學等生物檢測方法將會更廣泛的應用于中藥質量控制。中藥對照品的建立也是今后工作的重點和難點，借助高速逆流色譜制備及NMR定量等技術手段，將使其能夠得以更有效的實現。技術的不斷進步和藥物研究水平的不斷提高，為藥物分析學科的發展提供了廣闊的空間，藥物分析學正經歷著前所未有的巨大變化。傳統的藥物分析學主要側重于采用常規的分析方法對藥物質量進行靜態控制，而現代藥物分析學科的發展將為新藥的發現、藥物的制造和藥物的有效性和安全性的動態監測提供全方位強大的技術服務和保障，并引導藥物科學取得新的進步。
作者：狄斌 蘇夢翔 單位：中國藥科大學 教育部藥物質量與安全預警重點實驗室
第6篇：納米流體技術的特點范文
關鍵詞：磁性液體；應用；制造；超聲波
CharacterandApplicationsofMagnetsLiquids
Abstract：Inthispaper，theapplicationsandcharacteristicofmagnetsliquidisalsogiven．
Keywords：magnetsliquids；applications；manufacture；ultrasonicwave
1引言
磁性液體最初是1965年美國宇航局為了解決太空服頭盔轉動密封的技術難題而率先研制成功的。宇航員進入太空所穿宇航服的一個關鍵部位--頸部，必須用液體磁性材料制作。頸部是宇航帽與宇航服連接之處，既要讓宇航員的頭部能夠自由轉動，又要密封度高。如果密封不夠，宇航服里的氧氣泄漏，宇航員生命受到威脅。這個連接部位，若用固體物質顯然太硬，而一般液體物質密度不夠，惟有液體的納米磁性材料符合要求。
所謂磁性液體（MagneticLiquids），并非是指液態的磁性材料（物質處于液態的溫度都高于其居里溫度，所以目前還沒有液態的磁性材料），而是把用表面活性劑處理過的納米級超細磁性微粒高度分散于基液中形成的一種均勻膠體溶液。該溶液在重力和磁場作用下也不會出現凝聚和沉淀現象，具有固體的磁性和液體的流動性，因此具有許多獨特的性質，在電子、儀表、機械、化工、環境、醫療等行業領域都具有獨特而廣泛的應用。根據用途不同，可以選用不同基液的產品。
2磁性液體的分類
磁性液體按材料、超微粒的制作、分散方法等不同，分為以下幾類：
（1）鐵氧體型磁性液體主要以金屬氧化物作為磁性微粒，以水、碳氫化合物、礦物油、精制油、二酯基液、透平油氟醚油等為基液。
（2）金屬型磁性液體以金屬或合金作為微粒，按基液的不同分為非導體型和導體型。非導體型金屬磁液一般以甲苯或煤油為基液，導體型則以非磁性金屬膜（或合金膜）去覆蓋磁性金屬微粒。
（3）復合型磁性液體他是以普通磁性液體和非磁性微粒復合形成的一種新型磁性液體。
3磁性液體的性質
由于磁性液體同時具有磁性和流動性，因此具有許多獨特的磁學、流體力學、光學和聲學特性。
磁性液體表現為超順磁性，本征矯頑力為0，沒有剩磁；在外磁場下，磁性液體被磁化，滿足修正的伯努利方程。與常規伯努利方程相比，添加了一項磁性能，使磁性液體具有其他流體所沒有的、與磁性相關聯的新性質：例如磁性液體的表觀密度隨外磁場強度的增加而增大。
當光通過稀釋的磁性液體時，會產生光的雙折射效應與雙向色性現象。當磁性液體被磁化時，使相對于磁場方向具有光的各向異性，偏振光的電矢量平行于外磁場方向比垂直于外磁場方向吸收更多，具有更高的折射率。磁場有關，呈各向異性；磁性液體在交變場中具有磁導率頻散、磁粘滯性等現象。
4磁性液體的制作方法
（1）獲得磁性液體的基本條件
①顆粒尺寸應小于某一臨界尺寸，該臨界尺寸在10nm以下。
②顆粒在溶劑中應達到一定的表面活性化要求，從而即使在范德瓦爾斯等各種能量的作用下，也不發生凝聚。
（2）磁性液體的制作工藝
以磁性氧化物超微粒子的制作工藝為例
磁性氧化物化學穩定，容易制成粉末，用途廣泛。磁性液體用氧化物的粒徑絕大多數應分布在10nm以下。一般是以磁鐵礦等鐵氧體氧化物為主體，由金屬鹽類水溶液通過共沉淀法制成納米級超微粒。以磁鐵礦（Fe2O3·2Fe3O4）為例，就是在Fe2＋和Fe3＋的濃度比為1∶2的鐵鹽溶液中加入堿溶液，例如NaOH溶液，使其析出Fe2O3·2Fe3O4。在反應過程中，通過調整溶液溫度、鐵鹽濃度、堿的中和過剩量、反應時間等，可以對顆粒尺寸進行控制。
此外，下述方法也可獲得氧化物超微顆粒：
①將固相反應得到的鐵氧體在含有表面活性劑的油中進行長時間的球磨。
②使鐵氧體構成金屬的醇鹽，并把他溶于乙醇等溶劑中，加水分解獲得。
③利用等離子體、弧光等使金屬蒸發，在含有適量氧的稀薄氣體中凝聚獲得
5磁性液體的應用
（1）磁性液體原被稱為“磁流體”，也有稱為“磁液”的。磁性液體應用最廣泛的是磁性密封技術，尤其在要求真空、防塵、或封氣體等特殊環境中的動態密封最為適用。在高保真揚聲器、電機阻尼、磁性傳感器等方面磁性液體均具有獨特的應用。
磁性液體密封原理磁性液體旋轉軸動密封是一種非接觸式密封（即動件和靜件沒有直接接觸），其工作原理是：由環狀永磁體，導磁極靴和導磁轉軸構成閉合磁路，利用永磁體中的磁能，在轉軸與極靴極齒頂端的齒形間隙中產生強弱相間的非均勻磁場，將磁性液體緊緊吸住，形成磁性液體“O”型密封環，把間隙堵死，從而達到密封的目的。如圖1和圖2所示。
主要特點：
①無磨損，因為磁性液體具有液體的性質，并且由于基液具有性，所以還可起作用。
②密封度好，用于真空時可以達10～5Pa。
③無泄漏。
（2）磁性液體真空密封連接器是一種能夠在2個相對封閉的空間內提供相互的可靠旋轉連接的裝置。全系列的設計使其在多種場合得到廣泛應用，例如單晶硅爐、各類鍍膜設備、氣相沉積、液晶再生、半導體刻蝕系統等超高真空系統和設備。如圖3所示。磁性液體真空密封連接器組件根據各類常用真空設備使用的真空旋轉軸連接器技術參數設計制造，可直接替代相應的真空密封連接器使用，基本不需對原設備進行改造。
（3）磁性微粉是各類磁性器件的主要原料，現代通訊，信息等的發展使諸如電感等磁性器件向超微化方向發展，因而對磁性微粉這類材料的需求更為嚴格。
Fe3O4是目前使用極廣泛的磁性材料，如圖4所示，近年的研究對其在磁性紀錄等方面應用取得了不少突破，其納米化產品效能如吸波效應、催化作用等，人們也正在進行大量的試驗，應用前景十分廣闊。
主要技術指標：
平均粒徑：10～30nm晶型：γ形
（4）磁性液體阻尼器，磁性液體的表觀性質在磁場作用下會發生較大的改變，例如密度、粘滯性等，因為磁場的作用，磁性液體可以定位在一定區域內，磁性液體這些和磁性有關的獨特性質，可以利用磁性液體制作高性能的阻尼器件。他是由一個非磁性的慣性塊、一個安裝了磁性體的輪圈以及一定量的磁性液體組成。其基本原理就是在輪圈與非磁性慣性塊的間隙中注入磁性液體，利用磁性體的強力磁場作用，使磁性液體在非磁性慣性塊和磁性體之間形成一層磁性液體層，從而使該非磁性慣性塊懸浮在磁性液體層上。這樣就使磁性液體既具有了液體滑動軸承的功效，又由于磁場的作用而無泄漏之憂。同時磁性液體的粘性作用又產生了最佳的阻尼效果。在實際應用時將輪圈與步進電機的轉軸固定，當電機加速或減速時，由于非磁性慣性塊的慣性作用使其穩定時間大幅度地縮短，同樣也可抑制電機在其共振頻域的振幅。當電機勻速轉動時，由于輪圈和非磁性塊是同時回轉的，因此幾乎沒有能量損失。
（5）磁性液體軸承電機，現代硬盤技術的飛速發展，硬盤轉速的提高對電機性能提出了更高的要求，目前，希捷等專業硬盤廠商已經在其主流產品使用了磁性液體軸承電機來滿足硬盤驅動器高轉速、高穩定、低噪音的要求。
磁性液體軸承是利用被磁場固定在電機轉軸部位的磁性液體，旋轉時形成的液體膜使電機轉軸懸浮并自動定中，電機運轉時，電機軸與電機其他部件沒有直接接觸，這樣電機工作時的磨損小、噪音低，如使用了SoftSonicTMFDB（流體軸承）的SeagateBarracuda（r）ATAIV，其聲強僅為20dB，并且還是現在市場主流硬盤內部數據傳輸率最高的產品。
磁性液體軸承電機可以應用在多種需要高速穩定運轉的場合，例如激光打印機，轉速可以達到10000～30000rpm，噪音僅35dB左右。
6結語
此外，磁性液體還廣泛應用于電聲器件、選礦、工業廢液處理、熱交換、磁回路傳熱器、生物磁等方面，隨著對磁性液體理化性質的深入認識，以及對超微磁性粒子、穩定劑和載液的深入研究，穩定性更好、性能更高的實用化磁流體將不斷出現，并將在更多領域發揮重要作用。
參考文獻
［1］周文運．永磁鐵氧體和磁性液體設計工藝［M］．成都：電子科技大學出版社，1991．
［2］梁志華，裴寧，鄧朝陽．磁流體密封技術應用的現狀與展望［J］．與密封，2000，（1）．
第7篇：納米流體技術的特點范文
1.1藥物載體
許多藥物都有細胞毒性，在殺死病毒細胞的同時，也會對正常細胞造成損傷。因而，理想的藥物載體不僅應有較好的生物相容性、較高的載藥率，還應具有靶向性，即到達目標病灶部位才釋放藥物分子。無機納米材料的大小和表面的電荷等理化性質決定了納米材料的性能，研究這些可控特性可應用在生物醫學領域中。例如，用多孔硅作為藥物載體遞送柔紅霉素，治療視網膜疾病持續時間從幾天延長到3個月。通過調控將納米粒子孔徑從15nm變為95nm，使柔紅霉素的釋放率增大了63倍，從而調控藥物的釋放。用介孔二氧化硅納米粒子運載化療藥物、探針分子向腫瘤細胞進行遞送，可用于癌癥等疾病的靶向性治療和早期診斷。介孔二氧化硅在藥物傳輸、靶向給藥、基因轉染、組織工程、細胞示蹤、蛋白質固定與分離等方面有廣泛的應用。碳納米管及其衍生材料可開發用于電敏感的透皮藥物釋放，又可作藥物載體進行持續性釋放。比如，用超支化聚合物修飾碳納米管，可以從復合物的羥基末端聚集活性基團，從而增強溶解性能，作為抗癌的藥物載體，也可以用作藥物緩釋載體。用聚乙烯亞胺修飾多壁碳納米管，分散性好，能降低對細胞的毒性，進一步結合在殼聚糖/甘油磷酸鹽上，能增加凝膠的機械強度。同時，改變溶液的pH值、溫度等來構建具有雙緩釋功能的溫敏性凝膠，能減少凝膠的突釋現象。納米鉆石（dND）裝載化療藥物具有較低的毒性和較高的生物兼容性。將葉酸等靶向分子修飾納米鉆石表面，用于裝載抗癌藥物，以H2N-PEG-NH2作為橋梁分子，形成納米靶向載藥系統，對C6細胞具有靶向作用，為研制腫瘤靶向治療提供了參考依據。為了避免被單核細胞、巨噬細胞系統等非特異性吸收，并讓藥物優先進入腫瘤細胞，用超支化縮水甘油（PG）修飾納米鉆石得到dND-PG，有較好的生物相容性，能避免被正常細胞的巨噬細胞非特異性攝取。加載抗癌藥物阿霉素顯示出對腫瘤細胞具有選擇性的毒性作用，可作為腫瘤藥物載體，對腫瘤細胞進行選擇性給藥。將藥物分子插入LDHs的層間形成藥物-LDHs的納米雜化物，藥物與LDHs層間的相互作用以及空間位阻效應能有效地控制藥物釋放，減少藥物發生酶解作用。LDHs表面存在大量的羥基，便于進行表面功能化修飾，增強靶向性，避免被巨噬細胞吞噬而從人體內清除，提高藥物的輸送效率。LDHs適合裝載不同類型的藥物，將藥物插入到LDHs的層間結構，藥物以陰離子形式裝載并被控釋。通過共沉淀法在LDHs層間成功地嵌入維生素C，維生素C的陰離子垂直插于LDHs層間，熱穩定性顯著增強。通過離子交換反應來釋放維生素C，延長釋放時間。
1.2蛋白質載體
納米材料在診斷、藥物輸送、生物功能材料、生物傳感器等方面得到了迅猛的發展，出現了疾病治療、診斷、造影成像等多種功能的組合。無機納米材料在生物大分子藥物的載體，包括運載蛋白質、多肽、DNA和siRNA等方面的研究較多。納米多孔硅有較好的生物相容性、生物可降解性和可調控的納米粒徑，可作為藥物輸送系統。殼聚糖修飾多孔硅后可用于運載口服給藥的胰島素，改善胰島素的跨細胞滲透，增加與腸道細胞黏液層的表面接觸，提高細胞的攝入，可用于口服遞送蛋白質和多肽。納米羥基磷灰石與蛋白質分子有高親和性，可用作蛋白質藥物緩釋載體，能提供鈣離子，造成腫瘤細胞過度攝入，從而抑制腫瘤細胞活性，誘導腫瘤細胞凋亡。
1.3基因載體
基因治療是遺傳性疾病的臨床治療策略，主要依賴于發展多樣性的載體。無機納米材料用于基因療法是利用無機粒子和可生物降解的多聚陽離子合成新型的納米藥物載體，如介孔二氧化硅作為基因載體可用于腫瘤治療，促進體外siRNA的遞送。乙醛修飾的胱氨酸具有自身熒光的特點，可對pH值和谷胱甘肽進行響應。通過熒光標記類樹狀大分子的二氧化硅納米載體具有分級的孔隙，不僅毒性低、基因裝載率高，轉染率也較高。引發谷胱甘肽二硫鍵裂解，可促進質粒DNA（pDNA）釋放，并能使用自發熒光來實時示蹤。又如，通過π-π共軛、靜電作用等非共價鍵作用力結合，能將DNA、RNA等生物大分子和化學藥物固定在氧化石墨烯上。
1.4骨移植
臨床上可用自體骨移植來治療創傷、感染、腫瘤等造成的骨缺損，由于骨移植的來源有限，且手術時間長，易導致失血過多和供骨區并發癥等，應用受到限制。將異體骨用作骨移植，則存在免疫排斥反應，且易被感染。而人工骨同自體骨有相近的療效，人工骨材料可采用鈦、生物陶瓷、納米骨、3D模擬人工骨髓等納米材料。例如，納米二氧化硅可替代骨組織，促進人工植入材料與肌肉組織融合。納米羥基磷灰石與人體內的無機成分相似，其粒子有小尺寸效應、量子效應及表面效應等，可用作牙種植體或作為骨骼材料，能避免產生排斥反應，促進血液循環，促進人體骨組織的修復、整合和骨缺損后的治愈。
1.5臨床診斷和治療
磁性氧化鐵納米粒子可作為造影劑用于腫瘤診斷中，對腫瘤分子產生磁共振分子影像或多模態腫瘤分子影像，也可用于循環腫瘤細胞的分離、富集。免疫磁分離法基于磁性雜化材料可導電，在外部磁場下積累，可用于臨床熱療。磁熱療以磁流體形式進入腫瘤組織，利用腫瘤細胞與正常細胞之間不同的熱敏感度，將外部磁場產生的磁能轉化成熱能從而殺死腫瘤細胞。磁性納米粒子還可用于生物傳感器中，利用磁現象和納米粒子從液相中分離并捕獲生物分子。用綠色熒光蛋白標記，形成溫敏的磁性納米固相生物傳感器，用磁性材料制成固相生物傳感器的支架，在磁場作用下，響應更快，表面易于更新，可用于免疫診斷。磁性納米氧化鐵作為臨床應用的磁性納米材料，受到人們的廣泛關注。Fe3O4和γ-Fe2O3的特殊磁性質使其在靶向腫瘤藥物載體、磁療、熱療、核磁共振成像、生物分離等生物醫學領域中得以應用。用無機納米材料制作激發熒光探針進行臨床診斷，如用介孔二氧化硅制成的細胞熒光成像探針利用量子點良好的光穩定性、較長的熒光壽命和較高的生物相容性，結合介孔二氧化硅可特異性地識別Ramos細胞的特點，并用激光共聚焦顯微鏡對Ramos細胞進行熒光成像，實現了對腫瘤細胞的早期診斷、檢測成像。富勒烯特殊的結構和性質使其可以廣泛地應用于光熱治療、輻射化療、癌癥治療等醫學領域，也可作為核磁共振成像的造影劑用于臨床診斷。但富勒烯不溶于水，對生物體存在潛在的毒性，限制了其在臨床的應用。富勒烯結合含羥基的親水性分子可改善其溶解性，羥基化富勒烯無明顯毒性，可作為抗氧化劑。聚羥基富勒烯利用近紅外光激活體內的納米材料，用光熱對腫瘤細胞定位，避免了金納米粒子、碳納米管等在體內造成聚積，利用免疫刺激作用來抑制腫瘤細胞的轉移、生長，從而減小腫瘤的尺寸，最終造成腫瘤細胞凋亡。因此，改造碳納米結構，在成像、吸附、藥物裝載與靶向運輸等生物醫學工程方面有潛在的應用價值。銀納米粒子殺菌活性遠高于銀離子，在殺菌抑菌方面得到廣泛的應用，可用于外科手術中的傷口愈合、藥學、生命科學等生物和臨床醫學領域。金納米粒子有較好的生物相容性，功能化的金納米粒子可用于生物分析、藥物檢測、臨床診斷等生物醫藥領域，可作為納米探針檢測重金屬離子、三聚氰胺等小分子，也可檢測DNA、蛋白質等生物大分子，還可以用于對細胞表面和細胞內部的多糖、核酸、多肽等的精確定位。鎳納米粒子固定在海藻酸水凝膠中，通過熱敏感粒子與鎳磁納米粒子交聯形成囊狀結構，組成熱磁雙敏感的磁性納米粒子。在交變磁場下緩慢釋放水凝膠中的鎳納米粒子，通過遠程調控來激發水凝膠中成纖維細胞的凋亡。無機納米材料的類別不同，在尺寸、形貌上有很大的變動范圍，因其核心材料的量子特性，已日益成為涉及臨床診斷、成像和治療的手段，為納米材料在生物醫學上的應用提供更多的可能。
2展望
納米技術作為新時代的疾病治療模式，為未來的臨床用藥提供了新的可能，在生物醫學的應用上有很大的前景。目前，癌癥治療主要包括手術、放療和化療等手段，而藥物劑量增多會造成副作用。納米粒子可以作為靶向藥物載體、成像造影劑、化療、熱療、磁療系統，可通過血腦屏障，在治療神經系統疾病中有很大的潛力，有望成為攻克癌癥的新手段。無機納米材料在藥物載體、臨床診斷和治療等方面有廣闊的應用前景，但目前的研究大多處于實驗階段。無機納米材料在生物醫學應用中有待解決的問題包括：
（1）提高疾病治療的針對性、靶向性和可調控性；
（2）使無機納米材料相對固定在腫瘤細胞表面，不至于擴散到正常組織，從而提高腫瘤部位的有效濃度，減少毒副作用；
（3）納米材料有潛在的毒性，可降低納米材料的毒副作用以達到臨床應用的標準；
（4）尋找優質材料，優化結構，提高材料的生物相容性、生物安全性，并針對不同的藥物溶解性設計特定的載體和功能材料骨架，增加細胞的攝取和利用；
（5）生物合成方法與其他合成方法相結合，無機與有機材料組合成復合材料，組裝成集檢測與治療于一體、多靶點的功能材料；
第8篇：納米流體技術的特點范文
【關鍵詞】機械制造；工藝；精密加工
機械技術是機電控制系統最重要的基礎技術。近些年來，各種新興技術快速發展，傳統機械技術也受到嚴峻挑戰，它的主要支柱，如機械設計、制造工藝等出現了重大的變化，這些為機電控制系統的運用創造條件。
1、機械設計與制造工藝
1.1 機械設計
機械設計技術主要包括產品結構設計、工藝設計、材料選用及設計理論和方法等。目前，傳統的機械設計技術和方法，已不能滿足現代生產實踐的需要。例如，汽輪機葉片結構設計、數控機床設計、高效節能電機設計等，一般的機械設計技術已很難實現設計要求。如高度自動化的數控機床，在生產加工中不能實施人工補償和調整，應在設計上采用新結構、新材料，保證機床結構及工藝中的高精度、高剛度、微少熱變形和良好的精度保持性。現在，設計方法已由直覺設計、經驗設計發展到現代設計。設計方法是在設計的各個階段應用先進理論和有效方法，解決設計中遇到的各類問題。現代設計涉及系統工程、仿真技術、優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計(CAD）、動態載荷和模態分析等內容。它是應用現代信息技術，進行科學思維，有效利用設計方法。提高了設計的水平、設計質量和設計效率，促進了機械設計技術的高速發展。
1.2 制造工藝
（1）高效率。這是現代制造技術的一個重要特征。制造工藝的高效可縮短加工周期，提高加工速度。如：冷加工工藝，一般采用三種方法：①提高切削速度。因涂層刀具、TiC硬質合金刀具、陶瓷刀具和金剛石刀具等一批高性能刀具的使用，高速切削的線速度可達10m/s以上。②采用新的加工工藝。對一些性能特殊、不易加工的材料，要采用新的加工工藝，比如在振動和加溫過程中進行切削；應用激光、電火花、化學腐蝕等方法進行加工。③實行集中加工方法。加工中心等設備集各類加工于一體，在計算機控制條件下，完成對工件的各種切削加工，縮短了加工周轉時間和輔助時間。
（2）高精度。精度對計算機科學、國防、航空航天、核工業、制造產業等技術領域的發展做出的貢獻重大。
（3）高柔性。加工的柔性化是機械技術發展的重要方向。加工柔性化是加工品種的多樣性，加工的靈活性和多適應性。各類程控、數控機床和工業機器人等高度自動化設備的出現，使柔性制造系統成為現實。柔性制造系統分為柔性制造單元、柔性制造自動線和柔性制造系統，它們都是以數控設備為基礎的，以自動運儲系統連接，由計算機控制的能加工多品種零部件的自動化生產系統。它的出現有力推動了機械制造工藝的發展。
制造工藝對高精度的要求，使得傳統機械技術與新興技術相結合，形成了現代機械技術的重要發展方向，即精密機械技術，包括精密加工技術和微機械技術。
2、精密加工技術與微機械技術
2.1 精密加工技術
（1）精密切削技術。目前，直接用切削方法獲得高精度仍然是一種常用方法。但是，要用切削方法獲得高精度和高水平的表面粗糙度，必須排除機床、刀具、工件和外界等因素的影響。比如，為了提高機床的加工精度，要求機床具有高的剛度，小的熱變形和良好的抗振性能。這就要求采用更先進的技術，如空氣靜壓軸承、精密陶瓷導軌、微驅動和微進給技術、精密定位技術、精密控制技術及其他先進技術。當然，提高機床主鈾的轉速也是行之有效的辦法。現在超精密加工機床的轉速已從每分鐘幾千轉提高到幾萬轉。
（2）模具成型技術。據相關資料顯示，汽車、飛機、電機、儀表及家電產品的1/3以上零部件是用模具加工出來的，預計近幾年產品粗加工的3/4和精加工的1/4將由模具來完成。模具成型的關鍵是如何提高模具本身的加工精度。它已成為衡量一個國家制造技術水平的重要標志之一。電解加工工藝可以使模具達到微米級精度，并能有效地解決工件的表面質量問題。數控電火花成型機床能可靠地解決電極自動更換相重復定位精度間題，有利于復雜型腔的加工。
（3）超精密研磨技術。用于集成電路基板的硅片，其表面粗糙度要求達到1~2mm，需要進行原子級的研磨拋光。用傳統的磨削、研磨和拋光等方法已很難滿足。為此，采用各種新原理、新方法的超精密研磨就應運而生。比如，包括彈性發射加工和流體動壓型懸浮研磨的非接觸研磨；利用機械加工液，促進化學反應的機械化學研磨。這些新的研磨原理和方法，將為超精密研磨做出貢獻。
（4）微細加工技術。為了滿足電子元器件體積越來越小，運行頻率越來越高，能量消耗越來越小的要求。日本利用超微細離子技術，在半導體上的加工精度達到了幾百個埃的水平。
（5）納米技術。它是一個多學科交叉的學科，是現代物理和先進工程技術結合的產品。納米機械技術發展十分迅速。它能在硅片上刻寫幾個納米寬的線，這表明信息存儲的數據密度能提高幾個數量級。
2.2 微機械技術
目前，微細加工技術已從一維、二維的平面結構發展到三維立體結構，這為微機械制作打下了良好的基礎。
（1）微機械驅動技術。微機械技術能不能進入更廣泛的應用范圍，驅動技術是個關鍵。現在一般運用靜電力學原理的靜電動機和壓電元件制成的微驅動器，其動作響應快、精度較高、易于操作。
（2）微機械傳感技術。微機械除了要求傳感器微型化，還要求它具有更高的分辨率、靈敏度和數據密度。目前，用大規模集成電路技術已能生產如力傳感器、加速度傳感器、觸覺陣列傳感器等微型傳感器。而為了適應微機械的特點和要求，已在研究開發無源傳感器、復合傳感器及驅動、傳感合一的集成部件。
第9篇：納米流體技術的特點范文
關鍵詞：機械制造技術；發展趨勢；特征
中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A
一、現代機械制造技術及其特征
中國機械工程學會研究提出了未來20年機械工程技術發展路線圖。選擇了機械工程技術最重要的產品設計、成形制造、智能制造、精密與微納制造、再制造和仿生制造等6大技術領域，以及在我國機械工業發展中處于基礎地位、對主機和成套設備性能產生重大影響的流體傳動與控制、軸承、齒輪、模具、刀具五大基礎領域，研究、制定了面向2030年的技術路線圖。從上述11個領域凝練出影響我國制造業發展的8大機械工程技術問題，即:復雜系統的創意、建模、優化設計技術，零件精確成形技術，大型結構件成形技術，高速精密加工技術，微納器件與系統（MEMS），智能制造裝備，智能化集成化傳動技術和數字化工廠。
現代機械制造技術具備以下特征：（1）機械制造科學是由機械、計算機、信息、材料、自動化等學科有機結合而發展起來的一門跨學科的綜合科學，它隨不同對象和時間而改變功能結構及信息系統。（2）柔性、集成、并行工作。現代機械制造系統具有多功能性和信息密集性，能夠制造生產成本與批量無關的產品，能按訂單制造，滿足產品的個性要求。（3）制造智能化。能夠代替熟練工人的技藝，具有學習工程技術人員多年實踐經驗和知識的能力，并用以解決生產實際問題。智能制造系統能發揮人的創造能力和具有人的智能和技能，強調以人為系統的主導者這一總的概念。在智能制造系統中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撐，反過來智能又促進集成水平的提高。（4）設計與工藝一體化。傳統的制造工程設計和工藝分步實施，造成了工藝從屬于設計、工藝與設計脫離等現象，影響了制造技術的發展。產品設計往往受到工藝條件的制約，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，設計與工藝必須密切結合，要以工藝為突破口，形成設計與工藝的一體化。（5）精密加工技術是關鍵。精密和超精密加工技術是衡量先進制造技術水平的重要指標之一。當前，納米加工技術代表了制造技術的最高精度水平。（6）產品生命周期的全過程。現代制造技術是一個從產品概念開始，到產品形成、使用，一直到處理報廢的集成活動和系統。在產品的設計中，不僅要進行結構設計、零件設計、裝配設計，而且特別強調拆卸設計。使產品報廢處理時，能夠進行材料的再循環。節約能源，保護環境。
二、現代機械制造技術的未來發展趨勢
（一）精密工程技術
精密工程技術以超精密加工的前沿部分、微細加工、納米技術為代表,將進入微型機械電子技術和微型機器人的時代;超精密加工的加工精度在2000年已達到01001μm(1nm),在21世紀初開發的分子束生長技術、離子注入技術和材料合成、掃描隧道工程(STE)可使加工精度達到010003～010001μm(013～011nm),現在精密工程正向其終極目標――原子級精度的加工逼近,也就是說,可以做到移動原子級別的加工。
微型機械是一個新興的、多學科交叉的高科技領域，面臨許多課題，涉及許多關鍵技術。當一個系統的特征尺寸達到微米級和納米級時，將會產生許多新的科學問題。例如隨著尺寸的減少，表面積與體積之比增加，表面力學、表面物理效應將起主導作用，傳統的設計和分析方法將不再適用。為摩擦學、微熱力這等問題在微系統中將至關重要。微系統尺度效應研究將有助于微系統的創新。
微型機械不是傳統機械直接微型化，它遠超出了傳統機械的概念和范疇。微型機械在尺度效應、結構、材料、制造方法和工作原理等方面，都與傳統機械截然不同。微系統的尺度效應、物理特性研究、設計、制造和測試研究是微系統領域的重要研究內容。
在微系統的研究工作方面，一些國內外研究機構已在微小型化尺寸效應，微細加工工藝、微型機械材料和微型結構件、微型傳感器、微型執行器、微型機構測量技術、微量流體控制和微系統集成控制以及應用等方面取得不同程度的階段性成果。微型機械加工技術是微型機械發展的關鍵基礎技術，其中包括微型機械設計微細加工技術、微型機械組裝和封裝技術、為系統的表征和測量技術及微系統集成技術。
（二）制造系統的柔性化、集成化和智能化
現代制造技術的發展，使高質量和高效率成為可能。現代制造系統的發展是：NC（數控）FMS（柔性制造系統）CIMS（計算機集成制造系統）IMS（智能制造系統）。計算機集成制造系統是一個工廠的全盤集成制造系統，它借助計算機將經營決策、產品設計、生產準備、零件加工、產品裝配、檢查和銷售等各個自動化子系統有機地綜合集成起來，成為高效益、高柔韌性、自動化、智能化的生產系統。先進工業國的柔性制造系統已相當廣泛。我國起步較晚，但數控技術和柔性制造技術也已得到較廣泛的應用，CIMS（計算機集成制造系統）的研究已取得了相當的成就，并開始在全國進行試點、推廣，現已取得了良好的效果和效益。
（三）機械制造的靈捷化
靈捷化是指使生產推向市場準備時間縮為最短，使機械制造廠的機制能靈活轉向。未來市場的一個基本特征：不確定性表現為動態多變和不可預期。面對高度不確定的市場，經營上和生產上的靈活性、機敏性變得相當重要。
虛擬制造從根本上改變了設計、試制、修改設計、規模生產的傳統制造模式。制造過程中的虛擬技術是指面向產品生產過程的模擬和檢驗。檢驗產品的可加工性、加工方法和工藝的合理性，以優化產品的制造工藝、保證產品質量、生產周期和最低成本為目標，進行生產過程計劃、組織管理、車間調度、供應鏈及物流設計的建模和仿真。虛擬化的核心是計算機仿真，通過仿真軟件來模擬真實系統，以保證產品設計和產品工藝的合理性，保證產品制造的成功和生產周期，發現設計、生產中不可避免的缺陷和錯誤，提高系統快速響應市場變化的能力。
（四）特種加工技術
特種加工技術是一種直接利用電能、熱能、光能、化學能、聲能、電化學能來進行加工的方法。它可以加工高強度、高硬度、高脆性、耐高溫等難切削材料，以及精密細小和復雜形狀的零件。特種加工如電化學加工、電解加工、電子束加工、超聲波加工和激光加工、水射流加工等加工方法，已經開始在一些先進的制造廠家中應用。
（五）綠色化趨勢
制造業新的課題就是快速實現制造的綠色化。綠色制造則通過綠色生產過程(綠色設計、綠色材料、綠色設備、綠色工藝、綠色包裝、綠色管理)生產出綠色產品,產品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用。目前綠色制造技術有以下幾個方面：
(1)精密成形技術成形制造技術包括鑄造、焊接、塑性加工等。精密成形技術包括:精密鑄造(濕膜精密成形鑄造、剛型精密成形鑄造、高精度造芯)、精密鍛壓(冷濕精密成形、精密沖裁)、精密熱塑性成形、精密焊接與切割等。
(2)無切削液加工無切削液加工的主要應用領域是機械加工行業,無切削液加工簡化了工藝、減少了成本并消除了冷卻液帶來的一系列問題,如廢液排放和回收等等。
(3)快速成形技術快速原型零件制造技術(RPM),其設計突破了傳統加工技術所采用的材料去除的原則,而采用添加、累積的原理。其代表性技術有分層實體制造(LOM),熔化沉積制造(FDM)等等。
以上這些技術之所以都被歸于綠色制造工藝,是因為這些工藝和技術不僅減少了原材料和能源的耗用量或縮短了開發周期、減少了成本,而且有些工藝的改進對環境起到保護作用。這一切除了工藝革新外,還必須依靠信息技術,通過計算機的模擬、仿真,實現綠色制造。
參考文獻
[1]張廣琳.淺議機械制造技術及其發展方向[J].科技創業家2012(4).
