纳米技术在生物制药领域的创新

第一篇：纳米技术在生物制药领域的创新

纳米技术在生物制药领域的创新

摘要：纳米技术即在1-100mm范围中研究物质反应与结构，并进行纳米结构检测的新型技术，纳米技术是一种新型交叉学科，纳米技术为生物医学诊断、生物分子结构的改造提供了新思路与新途径，但是，就现阶段来看，纳米技术还处于初级发展阶段，在临床中应用的品种还不多，该种技术在生物制药领域应用中最为关键的问题就是讲解产物的毒性问题，本文主要分析纳米技术的含义及其在生物制药领域的应用与创新。

关键词：纳米技术生物制药领域创新

Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2014.05.606

【中图分类号】R9【文献标识码】B【文章编号】1671-8801（2014）05-0373-01

纳米技术是一门新型交叉性学科，是一门与应用开发密切相关的高新技术，纳米技术已经在生物制药领域中得到了广泛的使用，纳米产业也是未来社会发展的支柱性产业，下面就针对纳米技术在生物制药领域中的应用进行深入的分析。

1纳米技术的含义

纳米技术即在1-100mm范围中研究物质反应与结构，并进行纳米结构检测的新型技术，纳米技术为生物制药与生命科学的研究提供了高效的研究方式，当物质粒度达到纳米级别之后，其化学性质与物理性质会发生变化，这就是“纳米效应”。“纳米效应”包括量子尺寸效应、小尺寸效应、界面效应与表面效应等内容，纳米技术有着十分广泛的影响面，能够向不同的领域中渗透，并带动能源产业、信息技术以及生物技术等学科的发展。纳米生物技术即用于研究生命现象的纳米技术，其研究内容包括纳米尺度的生物分子功能、结构与动态生物过程，不仅在生物医学中有广泛的应用范围，也能够应用在其他的社会需求中。纳米生物技术属于国际生物学科的前言技术，为人们改造与研究生物分子功能和结构提供了新的思维方式与手段，也能够为人们提供新的疾病诊断方式与治疗方法。

2纳米技术在生物制药领域中的应用分析

关于纳米药物载体的研究进展。

纳米药物载体即使用纳米颗粒作为载体，将药物置于纳米颗粒或者吸附于其表面，并结合特异性配体通过细胞表面特异性受体以及靶向分析受体结合，促进靶向治疗的方式。纳米药物载体有着特殊的性质，可以将不同药物在相应的时间运动到患者身体的特定部位之中。此外，纳米药物载体也能够调节好药物的靶向给药、释放速度、透皮吸收、靶向给药，有效降低用药不良反应。

2.1磁性纳米载体。磁性纳米载体是一种现代医药与纳米技术结合的产物，有着靶向性、生物相容性、小尺寸效应与功能集团的特点，能够有效优化药物使用效果，减低药物不良反应，在疾病诊断工作中也有着良好的使用成效。

2.2纳米粒药物载体。纳米粒药物载体属于纳米级别的亚微粒药物载体输送系统，该种技术可以将药物封存于纳米粒之中，可以有效提升生物膜通透性、调节释药速度，也可以有效提升药物利用度。

2.3纳米乳药物载体。纳米乳剂微乳，是一种由水、油、助表面活性剂、表面活性剂组成的胶体分散系统，其粒径为1到100nm，大小分布均匀，液体为球形，呈半透明或者透明状，有着良好的各向同性与热力稳定性。从质点大小进行分析，纳米乳药物载体有着乳状液与胶团特性；从结构进行分析，纳米乳包括油包水型、水包油型与双连续型几种类型。纳米乳有着良好的生物利用度、稳定性，可以有效提高难溶性药物溶。纳米乳可以自动形成，但是需要大量的表面活性剂，因此，在该种技术中，需要采取科学有效的措施降低其毒性与表面活性剂用量。在纳米乳处方中助表面活性剂、表面活性剂以及油的用量确定之后，就可以使用三角相图法来分析最佳组成比，在确定后，就可以能够选择适宜的制备工艺。

2.4高分子药物载体。高分子药物载体是一种利用高分子药物聚合物作为载体制作而成的药剂，高分子药物载体能够控制药物释放速度，该种药物载体聚合体被讲解之后，药物与载体会进入靶细胞，在进入靶细胞之后，表层载体就会出现降解的情况，此时，芯部药物的疗效就会充分的发挥出来，避免药物释放在其他的组织之中。这就能够有效提升药物的治疗效果，并减少药物对机体产生的毒副作用。

3纳米中药的研究进展

纳米中药即使用纳米技术制造的粒径不足100nm的中药原药、中药有效部位与中药有效成分的复方制剂，纳米中药是中药纳米化的产物，将纳米技术应用在中药制造中能够有效提升中药生产的标准化与现代化程序，也能够有效提升中药的生物利用率与药物活性，还可能降低药物的毒副作用。

纳米技术能够有效提升药剂的生物溶解度，将其应用在外用散剂中可以有效提升药物的分散性，助于药物的附着与涂布，此外，纳米技术能够丰富中药炮制技术，优化中药的使用效果，因此，纳米技术对传统中药制造产业带来了巨大的机遇与挑战，传统中药业要想实现发展，就需要将中医药理与纳米技术进行有机结合，充分的考虑到中药成分的复杂性以及中药处方的多样性，在生产过程中，也应该限制要纳米重要的范围与制备成本。

4结束语

总而言之，纳米技术是一种新型交叉学科，纳米技术为生物医学诊断、生物分子结构的改造提供了新思路与新途径，但是，就现阶段来看，纳米技术还处于初级发展阶段，在临床中应用的品种还不多，该种技术在生物制药领域应用中最为关键的问题就是讲解产物的毒性问题，相信在研究的不断深入之下，纳米技术必将在生物制药领域中发挥出更加广阔的前景。

参考文献

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[4]李向辉，王宏魁.纳米技术在生物制药领域中的应用研究[J].畜牧与饲料科学，2011（07）

第二篇：纳米技术在光学领域的应用

纳米技术在光学领域的应用

王蒙

（长春工程学院 理学院 吉林省长春市 邮编130026）

摘要:随着科学技术的不断发展，纳米技术在日趋成熟。纳米技术在许多领域都发挥着重要的作用，如应用纳米科学技术可以引发光电子、微电子、环保等诸多领域的革命，推动社会经济的腾飞；而纳米电子学、纳米光电子学和纳米光子学将成为21世纪信息时代的关键技术。由于纳米半导体光电子材料蕴藏着许多新的物理信息和可资利用的独特功能而具有极其广阔的发展前景。它是半导体光电子材料的一颗新星。它的出现，意味着半导体光电子材料向低维化方向发展。

关键词:纳米技术；光学；纳米材料；光电材料；半导体。

引言

半导体光电子材料经过几十年的发展，已经成为在国民经济和军事等领域得到广泛应用、充满生机的一类电子信息材料。在信息化时代加速了该材料的升级，使它更加异彩纷呈，引人瞩目。

在20世纪90年代全球掀起的纳米科技浪潮推动下，纳米半导体光电子材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料和纳米生物材料等纳米材料应运而生。纳米材料是指尺寸为1～100nm的各种固体材料。纳米半导体光电子材料是纳米材料家族中的重要成员，它的崛起是光电子材料发展的一次新的飞跃，成为发展新特性、新效应、新原理和新器件的基础。当半导体光电子材料的尺寸减小到纳米量级时，其物理长度与电子自由程相当，载流子的输运将呈现量子力学特性，宏观固定的准连续能带消失而表现出分裂的能级，因而传统的理论和技术已不再实用。纳米半导体光电子材料技术是一种多学科交叉的科学和技术，该领域充满了巨大的创新机会和广阔的发展前景。

1.关于纳米的概述

1.1:纳米的概念

纳米是一种长度度量单位，1纳米等于10亿分之一米(1nm=10-3μm=10-9m）相当于头发丝直径的10万分之一。1.2:纳米技术

纳米技术是指在原子分子层次上对物质精细的观测识别与控制的研究与应用，它将对于21世纪的信息科学、生命科学、分子生物学、新材料科学和生态系统可持续发展科学提供一个新的技术基础，这将引起一场产业革命，其深远的意义堪与 世纪的工业革命相媲美，它包括的领域甚为宽广。人们根据使用的目的不同而制造不同种类的材料，把纳米材料与光学材料的制造有机地结合起来，制造一类新的功能纳米光学材料是当今光学领域里科学工作者一项义不容辞的责任。

1.3:纳米材料

-9 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10m)的超细材料。其尺寸介于分子、原子与块状材料之间, 通常泛指1~ 100nm范围内的微小固体粉末。纳米材料是一种既不同于晶态也不同于非晶态的第三类固体材料, 它是以组成纳米材料的结构单元——晶粒、非晶粒、分离的超微粒子等的尺度大小来定义的。目前, 国际上将处于1~ 100nm尺度范围内的超微颗粒及其致密聚集体, 以及由纳米微晶所构成的材料, 统称之为纳米材料, 包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。它们是由2~ 106个原子、分子或者离子构成的相对稳定的集 团, 其物理和化学性质随着包含的粒子数目与种类而变化。纳米材料的颗粒尺寸是肉眼和一般显微镜下看不到的微小粒子, 只能用高倍电子显微镜进行观察。

1.4:纳米材料的性能

实验与理论表明, 纳米材料具有既不同于原子、分子、亦不同于宏观物体的特列性质, 例如: 所有的金属被细分到纳米微粒时, 将失去绚丽的光彩而成为对太阳光几乎全吸收的黑体, 利用此特性可进行高效光热转换, 可作为微波、红外隐形材料、优良的催化剂等。

无机非金属材料的光学性质亦随颗粒尺寸的减小而显著变化。例如硅片是不发光的, 但纳米多孔硅却能发光。研究表明, 鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及海龟等动物能识别方向的奥秘在于它们的体内含有

纳米磁性微粒, 依靠磁场而定向运动;金属、玻璃与氧化物、半导体等纳米颗粒构成复合材料时, 可以显著地改变力学、电学以及光学等性质。物质到纳米级以后, 具有常规粗晶粒材料不具备的奇异特性和反常特性, 展现出引人注目的应用前景。如铜到纳米级就不导电;绝缘的二氧化硅、晶体等, 在20nm时开始导电;高分子材料加入纳米材料制成的刀具, 比金刚石制品还坚硬等。由于纳米材料特殊的结构特征, 使它具有传统材料所不具有的物理和化学特性。

纳米材料的主要特性表现在一下几方面：①表面效应:纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化：②尺寸效应:由于颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应：③体积效应:由于纳米粒子体积极小, 所包含的原子数很少。因此, 许多现象如与界面状态有关的吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性质将显著与大颗粒传统材料的特性不同, 就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明, 这种特殊的现象通常称之为体积效应;④量子效应:介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒, 将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级, 能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或磁能比平均的能级间距还小时, 就会呈现一系列与宏观物体戳然不同的反常特性, 即量子效应。

除此之外，纳米材料和常规材料在理化性质方面还有许多不同的地方，如纳米材料有高强度、高韧性；高比热和热膨胀系数；异常电导率和扩散率等性质。2.纳米材料在光学领域的应用

2.1:纳米半导体材料与器件

硅纳米结构的尺寸小到一定范围时，将会出现量子限域效应、尺寸效应及表面效应等许多新的效应，从而使它呈现出诸多新颖性质，其中一个典型的例子就是由量子效应引起的硅纳米结构的高效发光。最近的研究表明硅纳米结构具有高效的可见发光，且发光波长可以通过对硅纳米结构尺寸改变进行调节。最近，科学家已经利用硅纳米结构所呈现的这些新颖性质和效应，开发出了高灵敏生物和化学传感器、高效率太阳能电池及发光二极管等器件。因此，该类纳米材料展现出广阔的应用前景

2.2:半导体复合纳米粒子

半导体符合纳米粒子由于具有量子尺寸效应，表面效应和小尺寸效应而具有优异的光学性质（如非线性光学响应及室温光致发光），光电催化特性和光电转换特性。半导体纳米粒子复合后的性质并不是单个纳米粒子性质的简单加和，而是具有更优异的性能，可用于光电太阳能转换，废物处理及功能陶瓷的制备等。研究半导体复合纳米粒子，发展新型纳米半导体复合材料是纳米半导体领域研究的新热点。2.2.1:半导体复合纳米粒子的制备

半导体复合纳米粒子的复合方式有核-壳结构、偶联结构（3）、固溶体和量子点量子阱。核-壳结构的复合纳米粒子制备时有一定的加料顺序，即先生成核，再在核外生成另一种半导体粒子对其进行包覆。偶联结构的复合粒子可分别制备然后混合或一次形成，这依赖于两种半导体粒子的属性、生成速率和溶度积的差别。固溶体的制备则必须在同一体系中同时完成。

2.3: 纳米光电材料的良好特性

用于光电的半导体材料在尺度缩小到纳米尺度时会表现出与大尺寸材料不同的光学点穴性质。这是因为当材料尺寸减小时会显现出量子化的效果。由于半导体的载流子限制在一个小尺寸的势阱中,在此条件下,导带和价带能带过渡为分立的能级。因而有效带隙增大,吸收光谱阈值向短波方向移动,这种效应就称为尺寸量子效应。

量子尺寸效应除了会造成光学性质发生变化还会引起电学性质的明显改变。这是因为随着颗粒粒径的减少,有效带隙增大,光生电子具有更负的电位,相应地具有更强的还原性,而光生空穴因具有更正的电位而具有更强的氧化性。

表面效应是纳米光电子材料的另一个重要特性。纳米粒子表面原子所占的比例增大。当表面原子数增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子决定。由于表面原子数的增多会导致许多缺陷，从而决定了它有更高的活性。

由此可以看出纳米光电材料比普通光电材料有更高的光催化活性。3..纳米光学材料的功能转化

3.1:太阳能转换为化学能

光解水产生氢气（5，6）在CdS—ZnS体系中，不论是核-壳结构的CdS/ZnS还是ZnxCd1-xS固溶体，加入空穴俘获剂，连续光解，氢的产率远高于纯CdS粒子单独存在时的产率。入射波长λ>400nm时，连续光解10—12h，氢的产率随ZnS含量的增大而提高，Zn:Cd=1:1时，产率最高。

3.2:太阳能转换为电能

太阳能电池：太阳能电池的光电转换效率是四个因子的乘积：

η=Kthr×Kst×Y×f×100%(a)Kthr表征了由于半导体中光吸收的量子特性所引起的能量损耗，Kthr与半导体的禁带宽度有关。

(b)Kst表征能量储存的效率，即利用在光激发过程中产生的电子-空穴对的能量(≈Eg)作有用功的效率。光电太阳能电池中Kst=eφ0,cph/Eg φ0,cph—开路光电势

(c)Y是量子产率等于通过电池外电路传输的电子数与在光转换器表面的入射光量子数之比。Y=iph/eJ,在再生式电池中，iph=isp.c—电池的短路光电流。实际上，量子产率表征了光生电荷分离的效率。(d)f是电流-电压特性曲线的填充因子，由于Ohm电压降以及通过电流时光化学电池的超电压所引起的能量损耗，对于再生式电池，4.纳米光电材料的在光学领域的一些其他应用 4.1: 一维纳米材料

当一维半导体材料的直径与其德布罗意波长相当时，它的导带与夹带进一步分裂，其能隙会随着直径减小而变大。这样以来量子限制效应、非定域量子相干效应和非线性光学都会表现明显。

定向耦合器(DC)是波分复用网络中最常用的基本元件之一。Yamada等人首次报道了一种基于纳米线波导的定向耦合器,两个耦合波导的横截面尺寸为0.3μm ×0.3μm ,间距仅为0.3μm。由于两个波导之间很强的耦合作用,定向耦合器的耦合长度仅为10μm ,当耦合波导之间的间距减少时,波导长度还可以进一步缩短。由此可以制作出结构非常紧凑的3dB 耦合器。在此基础之上, 他们还制作了一种基于纳米线波导的Bragg反射型光上/ 下路复用器，它由两个在侧壁上刻有Bragg光栅的纳米线波导和两个基于纳米线波导的3dB耦合器构成。下路波长带宽不超过0.7nm ,下路波长时输出端的消光比为8dB ,其下路波长可以通过改变光栅参数来进行调节。

将SOI 纳米线引入到热光开关中,有助于器件尺寸和功耗的减小。Chu等人首次报道了基于纳米线波导的1×1、1×2 和1×4的Mach2Zehnder干涉型热光开关。光开关中采用的纳米线波导的横截面尺寸为300 nm×300nm ,这些热光开关器件所占的面积分别为140μm ×65μm、85μm×30μm 和190μm×75μm ,消光比超过30dB ,开关功耗低于90mW ,开关响应时间小于100μs。

4.2:纳米硅薄膜

纳米硅薄膜是由纳米尺寸的硅微晶粒构成的一种纳米固体材料,其晶粒所占的体积约为50 % ,另外50 %则为晶粒之间的大量界面原子所占据。纳米硅薄膜由于独特的结构而具有一系列独特性质,如电导率高、光热稳定性好、光吸收能力强、光学能隙宽化、光致发光等,而且还具有明显的量子尺寸效应。近年来,已成功地研制了纳米硅异质结二极管，并正展开纳米硅薄膜（11）太阳电池的研制,展现了纳米硅薄膜器件的广阔前景。

紫外光电探测器方面,O.M.Nayfeh等人制作了纳米Si薄膜紫外光电探测器。他们首先以电化学分解法在HF-H2O2混合液中制备了尺寸为1 nm的纳米Si晶。然后开始器件的制作:在P 型衬底上生长500nm的氧化层;接着用氢氟酸缓冲液在氧化层上刻蚀出器件图形;然后将硅片浸入纳米硅晶的酒精悬浊液中,用一种类似于金属电镀的电化学电镀方法,将纳米Si 晶淀积到已刻蚀出的氧化层图形中,淀积厚度约500 nm;最后,在纳米Si 晶膜上淀积一层厚为4nm 的半透明Au 层,Au 层之上和衬底背面分别淀积厚300 nm 的凹，凸点,作为器件的引出电极。器件对可见光有很好的过滤特性,而对紫外光有较好的响应。5.纳米材料在我们身边光学领域中的例子——光学树脂眼镜

激光具有单色性、方向性、相干性及高亮度等特点，利用激光测距、目标指示或瞄准等在军事及民用领域应用相当广泛，但是受激光直射的眼睛和光电设备的传感器等可能被致伤或破坏。目前市售的激光防护镜多为无机玻璃片，安全性较差，有些公司采用纳米新材料，以全新的理念及技术制作屏蔽激光的光学树脂镜片，此类产品目前产量不多。这些多功能防激光特种光学树脂镜片具有如下技术特点：

1）由于是把无机纳米材料均匀复合于有机树脂镜片中，因此镜片质轻、能抵御碎弹片冲击，保护人眼不受伤害。

2）属于介观材料的纳米粒子具有奇异的光学特性，能提高镜片的增透能力使视觉清晰；并能多光源、多光区屏蔽激光射线。

近年来，由于地球南北极上空出现的臭氧层空洞越来越大，紫外线直射地面，给人的眼睛和皮肤造成伤害，尤其是在高原地区高强度紫外线照射使许多老年人的眼睛患上白内障等眼科疾病。因此这些公司推出了可完全吸收波长280-400nm的紫外线，同时在可见光区具有高透过度的纳米复合光学树脂镜片。

太阳光（相当于T=6000K）的峰值波长约在480nm 左右，太阳辐射的大部分能量分布在可见区与紫外区。可见光最易透过人眼的屈光介质造成眼底损伤，紫外线则主要是损伤人眼的晶体，因此，夏日里利用太阳镜保护人们的眼睛是必须的。现在市售的太阳镜大部分是经染料染制而成，日久褪色，并且在可见光透率较低而影响人们的视线。这些公司推出的纳米复合树脂太阳镜具有优异的稳定性、瑰丽的色彩、奇异的光学特性、超凡的阳光阻隔能力。既能屏蔽紫外线，又能屏蔽部分近红外线，兼容太阳镜，树脂镜、水晶镜的特点，人们配戴这种眼镜后，视觉清晰，有种雨过天晴，尘埃落地、心旷神怡的感觉。

随着人们生活质量的提高，配戴变色镜成为一种时尚，同时可以保护眼睛少受太阳光的伤害。本公司推出两种含纳米材料的光致变色树脂镜片：一种树脂镜片是在强烈阳光下变暗，阳光不足或回到室内立即恢复为原色的光致变色镜片；另一种树脂镜片在强烈阳光下变暗，回到室内约10小时后恢复为无色的镜片。综上所述，纳米材料与光学材料复合技术的研制成功，必将引起光学材料制造领域一场革命，它会赋予树脂镜片新的功能，造福人类。6.展望

虽然现在对纳米技术的研究在不断深入，但总的来说对纳米技术的研究还不够透彻，对纳米技术的研究还有非常大的发展空间。现在人们在根据不同目的制造不同种类的材料，把纳米材料同光学材料有机的结合起来，制造一类新的功能光学纳米材料是当今光学领域科学工作者一项义不容辞的责任。我们也完全有理由相信会有越来越多的新型纳米光学新材料不断问世，不断推动科学的进步及社会的发展。

纳米技术不仅在光学领域，也将会在其他如医药，军事等领域发挥其巨大作用，为全人类带来更好的生活。

收稿日期：2012.12.11 作者简介：王蒙 理学院应化1041班 1008411115

参考文献：

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第三篇：现代生物制药技术在医药领域的应用及展望

对现代生物制药技术应用的认识及展望

（2009级）

课

程：

现代生物技术及其应用

学

院： 艺术设计学院、人文·茶文化学院 学生姓名：

应

佳

学

号：

200907030115

专业班级：

广告学09

1指导教师：

周 伟

2011年 12 月 15日对现代生物制药技术应用的认识及展望

摘要:现代生物制药技术是一项与制药产业结合极为密切的高新技术,不断为医药行业提供新产品、新剂型,为制药界开创一条崭新之路,正在改变生物制药业的面貌,为解决人类医药难题提供最有希望的途径。作者根据自己短暂的选修课学习以及课后上网的查询在本文中列举了几项生物制药技术,并利用广告学专业知识对生物制药的未来应用展望进行了分析。

关键词:生物制药技术 应用 展望

1、生物制药技术简介

1.1基因工程技术

激素和许多活性因子是调节人体生理代谢与机能的重要物质,其活性强,临床疗效明显,但这些物质自然界甚为稀少,从人体及动物中提取难度大,来源有限,无法满足临床需要,而现代生物制药技术却为临床提供了这类廉价、高效的药品。胰岛素是治疗糖尿病的激素类药物,一般从动物中提取,其资源缺乏,价格昂贵,利用基因工程手段将人或动物胰岛素合成基因分离后移植到微生物细胞中,并实现基因表达,这样用基因工程手段得到基因重组微生物被称为基因工程菌,利用基因工程菌在200L发酵灌中产生10克胰岛素相当于450千克胰脏中提取的产量。人生长激素(简称HGH)是脑下垂体前叶分泌的由191种氨基酸组成蛋白质类激素,分子量为22000D。以前,人生长激素只能从人脑垂体前叶中分离纯化,应用深受限制,而目前利用基因工程技术动物细胞工艺可得到,并且与人生长激素相同,临床用于治疗垂体前叶HGH分泌障碍引起的侏儒症,促进烧伤及骨折等创伤性组织的恢复,也用于改善老年性肾萎缩的症状及治疗胃溃疡。

1.2酶及细胞固定化技术

微生物转化及酶催化工艺早已在制药工业中广泛应用。酶与固定化技术结合弥补酶的不足,在制药界取得显著发展,如用大肠杆菌酞化酶生产6一APA、犁头霉素生产氢化可的松、乳酸菌转化蔗糖制备右旋糖醉等。原西德BeohringerNannhein公司在青霉素酞化酶固定化方面取得了很大的进展,他们用聚丙酞胺凝胶包埋法制成微型小球状固定化酶已投人生产,其表面活性为100一150U/g,1kg固定化酶可生产500kg6一APA,能连续反应300次,他们用第二代工程菌的固定化酶转化率达到85%一90%,反应次数达900次,有人用固定化后活力可维持100天以上,固定化细胞、特别微生物细胞在抗生素、激素、氨基酸等药物的合成中得到广泛的研究和应用。用固定化酶的膜反应器分离布洛芬可得到许多有光学活性的化合物,体外试验证明其S一异构体比R一异构体活性高100倍。近年采用多种固定化系统组成的人工肾可在体内反复返转具有显著临床效果。

1.3细胞工程及单克隆抗体

植物细胞工程培养技术为开辟药物新资源、使微生物原料生产工业化、保护自然界生态平衡具有重要意义。中医临床应用之中,中草药数千种,其中89%来源地植物,初始靠手集野生资源,最后鉴于野生资源有限,及不断开发利用,难以满足需要,许多名贵药材如天麻、人参、当归、黄茂等均采用植物细胞,大规模培养技术,其所含有效成份较天然植物含量高。如培养的人参细胞中Ginselagoside含量较天然植物高5.7倍。培养的烟草细胞C。QIO含量较天然植物高16.30倍等等。由此可知,植物细胞工程将为人类创造一代新型中药制剂造福人类。动物细胞培养技术主要以植物的微生物难以生产出蛋白质类药品,并实现工业化、商品化。英国韦尔科母公司采用8立方米培养罐培养生产a一干扰素为工业化动物细胞培养典型实例,被称为“超大规模”动物细胞培养获得成功。1975年英国科学家通过淋巴细胞与骨髓细胞融合产生的杂交瘤,经体外培养、分离可得到一些无性繁殖细胞株,它们能分泌免疫学均一抗体。这种抗体为单克隆抗体,单克隆抗体一经间世显示巨大生命力,由于单克隆抗体目前在医药领域具有特异性强、操作方便等特点,因此现在已有越来越多的单克隆抗体代替传统的抗血清用于临床诊断。1981年美国批准第一个单克隆抗体诊断试剂后,1983一1984年又批准了37种,1985年美国FDA认可就有55种,到1987年底,美国已批准单克隆诊断试剂在上百种以上,它主要用于艾滋病、肿瘤性疾病、乙型肝炎及细菌性感染等疾病的诊断,临床疗效显著。由于单克隆抗体对相应抗原结合,具有高度专一性,因此有人试用肿瘤抗原的抗体作为抗肿瘤药物的携带者,将药物导人肿瘤细胞,从而使肿瘤药物有选择性杀伤肿瘤细胞而不伤害正常细胞,这种由单克隆抗体和抗癌药物组成的导向药物为“生物导弹”。

2、应用展望

2.1加大研发投入,建立高效研发产品线。

国内大多数生物医药中小企业缺乏完善的自主研发体系,新产品研发效率低下。这与国内生物医药业研发投入严重不足有关。目前,国内生物医药企业大多数研发投入占销售收入不足10%,甚至低于2%,远低于国外同类企业的研发投入。没有足够的研发投入往往造成后续产品开发乏力。国内生物医药企业需要加大研发投入,建立或完善从上游构建、小试、中试放大、临床研究到最终生产的高效通用技术平台,为企业发展提供源源不断的新产品。国内少数企业,如沈阳三生,每年的研发投入占销售收入的10%,该公司陆续开发出了干扰素、IL-

2、EPO、重组人血小板生成素等一系列产品,经营业绩良好。

2.2哺乳动物细胞表达药物开发是国内生物医药的重大发展机会。

全球销售领先品种大部分都采用哺乳动物细胞培养的技术平台,目前,特别是单克隆抗体药物已经成为了生物医药的重要发展方向。在国内,大多数销售领先的主要品种不能实现国产化,往往不是由于专利限制,而是国内基本未能掌握该技术平台。预期在未来数年内,能真正解决哺乳动物细胞高效表达及大规模培养技术这一重大技术平台的国内企业,将会获得丰厚的利润回报。

2.3选择合适的产业化项目。

医药产品开发风险大,即使产品开发成功,一般每10个新药中大约只有3个能获得超过其开发费用的收入,而另外7个新药的收入还不足以补偿其研发费用。与其它化学药一样,大多数生物医药产品盈利能力低下,甚至亏损。因此,在生物医药研发立项前,必须对其进行科学、市场等方面的全面论证,以减少项目研发及市场销售失败风险。

生物医药产业是发展前景巨大的一个产业,随着“人类基因组”等生物医学的发展,越来越多的生物基因药物将被研发和投入生产,生物医药产业将蓬勃发展。

参考文献:

[1]何宏宇、文建平.欧美国家推动生物技术产业发展一瞥[J].中国药业,2005,2(14):16-17

[2]王宏飞.美国生物技术产业发展现状[J].全球科技经济望,2005(1):42-44

[3]文淑美.全球生物制药产业发展态势[J].中国生物工程杂志,2006,26(1):92-96

第四篇：纳米技术在水处理方面的应用

纳米技术在水处理方面的应用

[摘要]纳米技术包括纳米结构和纳米材料。通过简要阐述纳米科技的理念，介绍了纳米科技在水处理方面的应用，指出了在当今时代水资源缺乏的情况下，纳米科技必将为水处理工艺的发展带来巨大的影响。

[关键词]纳米材料；纳米TiO2,纳滤膜，水处理 [正文]

1、引言

纳米技术是指在1—100尺度上研究和应用院子、分子现象，由此发展气啦的多学科、基础研究与应用研究紧密联系的新的科学技术。它是现代物理和先进工程技术结合的产物。而当今世界面临着人口、资源与环境三大问题，水资源是各种资源中不可替代的一种重要资源。水资源与环境密切相关，也与人口简介有关，据预测，到2015年，全球将有2/3的人口生活在严重缺乏安全饮用水、工业用水或农业用水的地区。为了缓解这一状况，早在上个世纪70年代，全球就开始了对水质净化方法的研究，研究发现，纳米技术在水处理方面有特别的应用。

2、几种纳米技术在水处理方面的研究情况。

一、纳米TiO2氧化技术 纳米TiO2氧化作用原理是，在紫外光照射下，纳米TiO2表面会产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH)，使水中的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。纳米TiO2光催化氧化技术的优点是：降解速度快，一般只需几十分钟到几小时即可取得良好的废水处理效果；降解无选择性，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等；氧化反应条件温和，投资少，能耗低，用紫外光照射或暴露在阳光下即可发生光催化氧化反应：无二次污染，有机物彻底被氧化降解为CO2和H2O；应用范围广，几乎所有的污水都可以采用。现有国内外的几种试验研究情况如下：

1．有机磷农药废水处理。有机磷农药占我国农药产量的80％以上，其生产过程中有大量的有毒废水产生。据报道，采用纳米TiO2·SiO2负载型复合光催化剂，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，光照80min，试验用敌百虫已完全降解。

2．毛纺染废水处理。把表面涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反应器内，通过潜水泵使废水在反应器内循环进行光催化氧化处理。由于纳米TiO2具有巨大的比表面积，与废水中的有机物接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，并迅速将有机物分解成CO2和H2O，处理效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理，cod去除率和脱色率均较高。

3．氯代有机物废水处理。在模拟废水处理的试验中，以16mg／l3-氯一酚的水溶液为模拟废水，分别采用纳米TiO2光催化剂与臭氧联合、单独用光催化剂纳米TiO2和单独用纳米琴价铁三种方法对其进行处理。用内表面涂覆纳米TiO2光催化剂的陶瓷圆管处理5．5mg／l苯酚和三氯乙烯水溶液的试验表明，苯酚在1．5 h后完全分解，三氯乙烯也在2 h内完全分解。引自《苯酚的tioz薄膜光电催化降解及反应产物的分布》

4．含油废水处理。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难降解，使用纳米TiO2，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解这些有机物。

上述研究情况表明，纳米TiO2光催化氧化技术在彻底降解水中的有机污染物和可以利用太阳能等方面有着突出的优点，特别是当水中的有机污染物浓度很高或用其他方法难以处理时，具有更明显的优势，是其他传统方法无`法比拟的。

二、纳米膜分离技术

膜分离技术是近年来发展迅速，应用广泛的高新技术。与传统的分离技术相比，具有分

离效率高、无相变、无化学反应、体积小、能耗低和操作方便等优点。纳滤作为膜分离技术中的一种，是介于超滤和反渗透之间的孔径接近于1 nm 的新型压力驱动膜技术。它既能截留透过超滤膜的小分子有机物和多价盐离子，又能透析被反渗透所截留的无机盐。造纸废水

造纸废水主要来之造纸过程中纸浆的大量冲洗，采用纳滤膜替代传统的吸收和电化学处理法能更有效地去除深色木质素和纸浆漂白过程中产生的氯化木质素。Nuortila-Jokinen等在实验室，用平板纳滤膜 NF45 处理经浮选和过滤预处理后的造纸废水。Manttarri 等开发了造纸厂水循环系统，发现与超滤法处理过程比较，采用纳滤技术处理后得到的水不但透明、无色、不含阴离子废物，而且将透过水的COD、总硫和无机盐含量的去除由超滤法的 50%-60%提高到 80 %以上。引自《纳滤技术在水处理领域的应用》 垃圾渗滤液

垃圾渗滤液的处理一直是世界性难题。目前，主要采用为厌氧好氧等生物处理法，但中后期渗滤液中含有很高浓度的溶解有机质，其中 75％为可生化性差的腐植酸和富里酸(平均分子量 1000Da)，导致生化法出水难以达标排放。与生化法相比，膜分离技术受原水水质的变化影响小，在这种难降解废水的处理中具有明显的优势。纺织印染废水

纺织印染厂在对织物进行煮漂和染色后，需使用大量的清水对织物进行冲洗，产生的废水中会含有大量的盐、染料、表面活性剂、洗涤剂等各种污染物，导致印染废水成为较难处理的工业废水之一。不过随着膜分离技术的发展，纳滤膜技术已在纺织印染工业中得到了成功的运用。C.Tang 等使用纳滤膜处理高无机盐含量的纺织染色废水，在操作压力为 500 kPa 条件下，通量可以达到很高，而且染料的截留率超过 98%，因此，可以实现废水的回收利用。引自《中国高新技术企业》

三、纳米膜技术

纳米膜技术是一种膜分离技术。膜孔径处于纳米级，适宜于分离分子量在200-1000，分子尺寸约为1的溶解组分的膜工艺被称为纳滤(nf)。nf膜分离需要的跨膜压差一般为0．5-2．0 mpa，比用反渗透膜达到同样的渗透能量所必需施加的压差低0．5-3mpa。nf分离是一种绿色水处理技术，特点是：能截留分子量大于10o的有机物以及多价离子，允许小分子有机物和单价离子透过：可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行，耐污染：运行压力低，膜通量高，装置运行费用低；可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理效果。纳米膜技术在水处理试验研究成功应用于制糖、制浆造纸、电镀、机械加工以及化工反应催化剂的回收等行业的废水处理。

1． 日用化工废水处理。用nf膜处理日用化工废水的应用研究表明，nf膜耐酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，不存在膜污染问题。

2． 杀虫剂废水处理。一般的水处理方法不能除去污染水中的低分子有机农药。通过研究nf膜对不含酚杀虫剂的截留性能，发现除了二氯化物以外，其他杀虫剂的截留率均高于96．7％，所有杀虫剂在nf膜上的吸附能力均受其疏水性的影响

3． 化纤、印染工业废水处理。nf可以用于印染过程排水中染料及助剂的脱除和回用。处理染料聚合浆料时，由于大多数染料的分子量在几百到几千，nf膜可以让一些无机盐或小分子通过，而对较大的染料分子进行截取，粗染料浆液经nf系统后，染料可以富集，而无机盐的浓度下降，脱盐率大于98％，染料损失率小于o．1％，而且可以在高温下运行。引自《光电催化降解染料废水》

4． 生活污水处理。采用常用的生物降解和化学氧化相结合的方法处理生活污水时，增加一个nf系统，让能被微生物降解的小分子(分子量小于100)通过，不能生物降解的有机大分子(分子量大于10o)被截留下来经化学氧化后再生物降解，这样就可以充分发挥生物降解的作用，节省氧化剂或活性炭的用量，降低最终残留物的含量。引自《纳米TiO2与纳滤膜在水处理中的应用》

5． 造纸废水处理。采用nf膜技术替代传统的化学处理法能更有效地除去深色木质紊。木浆漂白过程产生的氯化木质紊是带负电的，容易被带负电性的nf膜截留，并且对膜不会产生污染。另外，因为整个处理过程中对阳离子(nal的脱除率并没有严格要求，采用反渗透技术就显得没有必要。采用超滤／纳滤处理牛皮纸制造废水有很好的效果。

四、纳米光催化剂

纳米光催化剂主要用于污水处理方面，主要成分是特殊工艺制备的纳米二氧化钛，粒径均匀，分散性好，光催化效果强，在可见光或紫外光的作用下具有很强的氧化还原能力，化学性能稳定，能将甲醛、甲苯、二甲苯、氨、氡、TVOC等有害有机物、污染物、臭气、细菌、病毒、微生物等有害有机物彻底分解成无害的CO2 和 H2O，并具有去除污染物、亲水性、自洁性等特性，性能持久，不产生二次污染。纳米光催化剂适合于各种空气污染治理的光触媒喷剂、纳米抗菌涂料、污水处理(可将造纸厂、印染厂、酒精厂和化工厂等废水中的大分子有机物进行降解，使之变成CO2、H2O。)、纳米抗菌自洁纤维、防晒化妆品、抗紫外线产品、电子材料等产品，产品比表面积大！光催化效率高！分解有害气体速度快！纳米光催化剂在废水处理的应用：强氧化还原能力，可以将污水中汞、铬、铅、以及氧化物等降解为无毒物质。绿色环保！添加0.1%的纳米光催化剂的印染废水中，COD的去除率可达86%。纳米二氧化钛对污水处理无残留，杀菌面广，效力强，无腐蚀，无刺激，无毒，不受有机污物，水质硬软，pH、温度等影响，而且是长效的。引自《光电催化降解染料废水》

五、纳米材料在重金属水处理方面的应用

纳米材料的基本构成决定了它超强的吸附能力。应用纳米材料的水处理技术当属纳米宏观应用研究范畴。因此纳米技术可以用在水处理产业中，用于提高水的质量。国外有研究者将纳米技术与资源、污染控制联系在一起，认为纳米技术可以在环境修复、低成本脱盐等领域发挥作用。美国莱海大学的环境工程学教授张伟贤领导的研究小组已经合成出了一种直径不到50纳米的铁微粒，这些微粒能以更快的速度使地下水恢复清洁；我国也有这方面的初步研究，吉林大学的韩炜教授及其研究小组也利用纳米铝粉制备出AlO（OH）纳米纤维，并将AlO（OH）纳米纤维与玻璃纤维、活性炭复合，去除含低浓度重金属Cd2+离子的待净化溶液效果很好，与传统的水源净化方法相比，该技术成本更低、效率更高。

六、纳米技术在水处理的应用前景

上世纪九十年代中期以来，纳米技术发展很快，尤其在水处理中的应用研究，前景十分广阔。

1．纳米技术对印染废水、农药废水的处理。纳米tio2颗粒用于对废水和空气中的有机污染物、重金属等有害特质进行催化氧化和还原，起到净化水体和空气的作用。传统上对印染废水、农药废水的处理难度大，效益不明显。以纳米tio2对印染废水、农药废水的处理具有特别重要的意义。

2．纳米tio2光催化作用。纳米tio2光催化材料本身具有良好的化学稳定性、光催化氧化和还原能力，可制成透明薄膜并且可掺杂材料多等优点，这种材料越来越受人青睐。tio2光催化研究发展方向将主要表现在：tio2材料性能进一步探讨；掺杂和光催化效率的研究：tio2光催化剂薄膜的探索；探寻新的光催化分解对象——有机生物体。

3．纳米技术的发展和应用将会给环境污染治理技术的发展开创新的领域。纳米科技是一门新兴的学科，其在水处理中的应用才刚开始，但已初显端倪。可以预见，随着研究工作的不断深入和实用化水平的提高，纳米水处理技术将在21世纪得到发展，并对解决全球性的水荒和水体污染问题起到十分重要的作用。引自《中国高新技术企业》

3、结语

随着国家“节能减排”发展策略的不断深入，以及人们环保意识的加强，废水资源再生利用已经成为包括我国在内的世界各国实现水资源可持续发展的重要战略之一。纳米科技是一门新兴的学科，其在水处理中的应用才刚开始，但已初显端倪。可以预见，随着研究

工作的不断深入和实用化水平的提高，纳米水处理技术 将在21世纪得到发展，并对解决全球性的水荒和水体污染问题起到十分重要的作用。参考文献：

1、中国高新技术企业 作者: 芦明霞 牟世娟

2、姚清照，刘正宝．光电催化降解染料废水．工业水处理1999(6)：15-16

3、樊彩海，孙彦平．苯酚的tioz薄膜光电催化降解及反应产物的分布．太原理工大学学报．2000，31(5)：20-23

4、纳滤技术在水处理领域的应用

曹晓兵，王晓

5、纳米TiO2与纳滤膜在水处理中的应用 作者：熊蓉春 雷晓东

第五篇：纳米技术在环境保护中的应用

纳米技术在环境保护中的应用

101221202 汪丹

摘要：现在全世界的环境问题已经严重影响到人们的日常生活和身体健康，以及地球上其他的生物。温室效应使南北极冰川融化，海平面升高；森林被破坏使得大量动植物灭绝，水土流失；工业乱排导致大气污染、水污染；环境被严重破坏导致气候异常，灾难多发等等这些都是人类在以自我为中心的价值观下发展工业造成的。人类如果继续这样不顾环境的发展工业和科技，那么我想，电影《1012》中的情景很快就会出现。为了我们的子孙，为了地球上的其他生物，我们必须开发清洁能源，利用绿色材料，利用技术来坚持可持续发展，而纳米技术和纳米材料就是其中一个不错的选着。近几年随着纳米技术的崛起，那纳米技术和纳米材料被越来越多的用于防止大气污染、水污染、噪音污染等，本文就介绍了纳米技术以及它在环境保护各方面的运用。纳米技术不仅可以克服很多传统环保措施不足，我相信，随着此技术的不断发展，他会给环境保护工程做出更多的贡献。

关键字：环境保护

纳米技术

纳米材料

大气污染

水污染

众所周知，在整个自然生态系统中，人类仅仅是其中一环。然而，随着经济和科技的发展，人类社会的不断地进步，人类在整个自然生态系统中的影响范围和程度越来越深远。在理性主义和人类中心等价值观和科技进步的双重影响下，人类活动在征服自然的过程中对资源的使用和对生态环境的破坏也达到空前的程度，引发了一系列环境问题。例如当今威胁人类的十大生态环境问题有：人口膨胀、能源危机、大气污染、臭氧层的破坏、生物资源急剧减少、全球变暖、森林减少、土地荒漠化与水土流失、水污染与水资源短缺、危险性废物越境转移。[1]

现在环境问题已经威胁到人类的生存和发展，因此，环境保护也应该成为全世界人必须共同关注的话题。为了人类社会的持续进步和人类后代的生存，人类必须要坚持可持续发展，而为了实现可持续发展我们可以利用充分开发清洁能源，节能减排，利用绿色材料，崇尚低碳生活等方法。其中，随着纳米材料的悄然崛起，纳米技术在环境保护方面的应用也越来越多，人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展。为彻底改善环境和控制新的污染源产生, 纳米材料为其提供了技术支持。

一、纳米技术及其特性

纳米技术就是在1～100nm 尺度范围内, 研究电子、原子和分子内在规律和特征, 并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术；纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。[2]纳米材料通常以其表面原子数占总原子数比例大，还有显示量子尺寸效应这两个重要特点而影响其各种物理和化学性能, 使纳米颗粒具有独特的性质。纳米材料具有小尺寸效应(又称体积效应)①、表面效应②等独特性质，这使得纳米材料具有辐射、吸收、催化、吸附等奇特的性能，因而在许多方面有着广阔的应用前景。由于纳米材料具有的特殊性能使得它在水处理和大气处理中有着广泛的应用。[3]

二、纳米材料在大气污染治理方面的应用

大气污染一直都是各国政府需要解决的难题，空气中超标的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物是影响人类健康的有害气体。在我国，“大气污染导致每年有30到70万人因烟尘污染提前死亡，2500万儿童患慢性咽炎，400万到700万农村妇女儿童受害。”[4]酸雨是大气污染的一种重大表现。世界目前已有三大酸雨区，给人类环境带来了多方面的不良影响，如土壤酸化与贫瘠化，作物减产，余下减少或灭绝等。而纳米材料和纳米技术的应用为解决这些气体的污染问题提供了新的方法。案例：作为一家长期致力于燃油处理技术开发和应用，并经政府主管部门认定的高新技术企业，中国北京远通有限责任公司携具有国际先进水平的EPS纳米燃油装置亮相2009中国（北京）国际城市交通、地铁轨道交通及市政设施展览会。

该项技术经中国科学院渗流流体力学研究所、中国原子能研究院核物理研究所中子实验室、美国国家标准技术研究院中子研究中心反复检测对比研究确认：经过EPS纳米燃油装置处理后，燃油的成分均为纳米级，全部小于3纳米。这个结论权威地证实了，经EPS纳米燃油装置处理后的燃油全部成为纳米燃油，其物理性能发生了巨大变化，这是到目前为止世界上唯一产生纳米燃油的技术。[5]

经纳米燃油技术处理过的燃油可以称为“改性纳米燃油”，其燃烧过程与未处理过的燃油有显著不同，通过对车辆发动机的最佳优化匹配调整，达到显著的节油和环保效果。普通汽车加装该装置：可以节省燃油10%至30%，净化尾气50%至90%，增加动力10%至30%，并能降低发动机噪音，抑制积碳生成，延长发动机寿命。[6]

此案例充分说明纳米技术在节能减排方面的巨大贡献，利用EPS纳米燃油装置，燃油可以得到充分的燃烧，不仅减少了燃油量，而且还减少了燃油燃烧不充分带来的大量CO、NO、SO2的排放，对大气污染的防治起到重要作用。其实，除此之外，纳米技术还通过其他途径治理大气污染。

（一）空气中硫氧化物的净化

二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，而这些有害气体一般都是燃料不充分燃烧产生的。如果在燃料燃烧的同时加入纳米级催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，防止产生二氧化硫进入空气中。经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0．01％，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。

（二）汽车尾气净化

随着经济的发展，人们的生活水平提高了，越来越多的人买汽车。然而，汽车尾气的排放会直接污染人们的生活空间及呼吸层，对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料，对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。[7]纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的NO、CO等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。

（三）室内空气净化 现在，装修材料中往往加入大量的有害化学物质。所以，新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米TiO2的降解效果最佳。纳米TiO2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧化膜能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应③，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。即利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。[8]而且，在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米TiO2光催化剂可具有杀菌、除臭作用。

三、纳米技术在水污染治理方面的应用

案例：2006长江淡水豚中外联合考察队经历了39天长江航行后遗憾宣布，来回近3400公里考察未发现一头白鳍豚，这个结果证明白鳍豚种群状况极度濒危，可能成为世界上第一个被人类消灭鲸类动物。白鳍豚是仅生存中国长江中下游珍稀水生哺乳动物，属国家一级保护动物，被列为世界最濒危12种动物之一。白鳍豚5岁～6岁性成熟，1年怀胎，一年哺乳，一胎一仔，习惯以小家庭形式生活。这一消息让人感到恐惧，如果再不好好地治理长江，好好地治理水污染，会有更多的物种灭绝。

长江生态恶化，是沿江经济布局不合理恶果。据统计，全国两万多家化工企业，分布长江沿岸就有9000多家，占全国45%。三峡库区大中型工矿企业3000多家，化工厂有2000多座。这些化工企业污染严重，为发生重大污染事件埋下严重隐患，一旦发生污染事故，后果不堪设想。[9] 随着人口的增加和工农业生产的增长，人类的用水量大大增加，排污量也空前猛增，水污染非常严重，加剧了水资源危机的程度。当前，全球80多个国家的15亿人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态，所以保护水资源,节约用水势在必行。污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等，污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。而，纳米技术在水污染治理方面也有突出表现，纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质，它们从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。所以，纳米技术在污水处理的很多领域都起到重要作用。

（一）处理无机污染废水

污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力。[10]如纳米TiO2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。

（二）处理有机污染废水[11]

案例：中科院采用纳米TiO2 粉末, 利用太阳光进行光催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液,在多云和阴天的条件下光照12h, 浓度为0.5mmol/L 的苯酚已降解为零, 浓度为1mmol/L 的十二烷基苯磺酸钠基本降解完全且无二次污染[12] 大量研究表明纳米TiO2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质。例如纳米Ru／TiO2作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳④的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。此外，用纳米TiO2催化降解技术来处理毛织染整废水，具有省资、高校、节能的优势，最终能使有机物完全矿化，不存在二次污染等问题，显示出良好的应用前景。[13]

（三）自来水的净化处理

新型纳米净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AI203的10～20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100％除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。[14]

四、纳米技术在其它环保领域的应用

（一）噪声控制

飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长设备的使用寿命册。[15]

（二）固体废物处理

现在，人类生活垃圾的排放量也大得惊人，而，纳米技术及纳米材料可以应用于城市固体垃圾处理。它的作用主要有两个方面：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米TiO2催化技术可以使城市垃圾J决速降解，其速度可达到大颗粒TiO2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。[16]

（三）防止电磁辐射

近年来电磁场对人体健康的影响问题已经成为一个新的研究热点。在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，通过在墙内加入纳米材料层或涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。此外，中科院理化所利用纳米技术研究出了新一代手机电磁屏蔽材料，不仅可以实现手机信号抗干扰能力，同时还大大降低电磁波辐射。

（四）在照明工程方面的应用

人类夜晚照明需要大量的电力，通过照明节电可以带来巨大的社会、经济和生态效益。[17]而火力发电排放的CO2、SO2、烟尘悬浮物等会引起温室效应、酸雨和环境污染。在照明工程中，最理想的节电措施是充分利用太阳光来照明，利用一些纳米材料的光致发光特性是可行的办法，白昼吸收自然光并贮存起来，晚上再直接把光射到需要的地方，这从多孔硅光致发光现象得到了验证。

五、纳米技术在环境保护应用上的前景 随着纳米科技和纳米材料的研究深入，特别是纳米科技与环境保护和环境治理的进一步有机结合，许多环保难题将会得到解决。现在有很多纳米技术的成功研究都没有用到世纪中，我相信，在不久的将来，这些技术都会出现在我们的日常生活中，诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题都将会得到解决。我们将充分享受纳米技术给人类带来的洁净环境。有理由相信，纳米科技作为一门新兴科学，必将对环境保护产生深远的影响，利用纳米科技解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”

注释：

①小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。

②表面效应：超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。

③生化反应即生物化学反应，就是指在生物的细胞内进行的化学反应。④有机碳总量即溶解于水中的有机物总量折合成碳计算的量。参考文献：

[1] 向德平.《社会问题》[M].中国人民大学出版社,2011.3：299 [2] 张立德,牟季美.《纳米材料和纳米结构》[M].北京:科学出版社,2001.6：59-62.[3] 李逢波.无机纳米材料在电力环保中的应用[J].中国科技信息,2010.(4)[4] 向德平.《社会问题》[M].中国人民大学出版社,2011.3：306 [5] 《EPS纳米燃油技术开创燃油史重大技术突破》，http://auto.ifeng.com/usecar/news/2009 0820/87018.shtml [6] 《EPS纳米燃油技术的作用机理》，http:// [10] 马荣萱，李继忠．《纳来技术及其材料在环境保护中的应用》[J]．环境科学与技术，2006．29f7)：1 12-115．

[11]邓勇航.《纳米材料在环境保护领域的应用研究》[J].广西轻工业(化工与材料)，2008,2(2)[12]韩玮.《绿色化学、纳米材料与环境保护》[J].中国环保产业,2004,(8);46-48.[13]胡伟武,冯传平.《纳米材料和纳米技术在环境保护发面的应用》[J].化工新型材料，2007.35(增刊)[14]邓勇航.《纳米材料在环境保护领域的应用研究》[J].广西轻工业(化工与材料)，2008,2(2)[15]戴晓峰．《纳米技术在环境保护中的应用》[J]．生物学杂志，2006，23(4)：61-62． [16]罗明良,蒲春生．《纳米技术及材料在环保中的应用与展望》[J]．化工新型材料，2001，29：27-28．

[17]陈仲林，张玉奇，严得忠．《纳米技术在绿色照明工程中的应用前景》[J]．照明工程学报，1997，3：48—52．