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序 1992年,有一个人类知道的飞行最快的物体打到犹他州上空25千米的地球大气层上。它击中地球大气层时的运动速度是光速的百分之99.999,999,999,999,999,999,999,对于平常物体而言,这是有可能达到的最快速度。这个所谈到的物体就是宇宙射线,更准确地说是一颗宇宙粒子。它的本性和起源仍是个谜,但它却是从宇宙空间连绵不断降落到地球上的无数粒子之一。 20世纪的物理学建立在两个深奥而强大的理论基础之上:相对论和量子力学。前者是关于空间和时间的理论,当物体速度接近光速时,各种奇异的效应就完全显示出来。后者是关于物质的理论,所显示的效应甚至比相对论更古怪,不过主要表现在原子和亚原子的尺度上。由于宇宙射线是以非常接近光速运动的亚原子粒子,所以它把现代物理学的这两个基本理论的全部特色结合进一个单一实体。因此,在这人类认识到的物理实在的两个最基本方面的交叉点上,我们期待着能看到全新的甚或完全不同寻常的各种现象的活动。 天文学也许是最大众化的科学。如今,大家常常听到谈论黑洞、类星体和脉冲星。人们都听到过宇宙起始于一次大爆炸,而且报纸上定期展示给我们从哈勃空间望远镜发回的图片。可是,科学界以外的公众对宇宙射线却几乎什么也不知道,尽管实际上宇宙射线的产物每时每刻都在穿过我们的身体,对宇航员和甚至空中航线上的旅客可能是一种严重的致癌危险。 基本粒子物理学成为另一个颇具魅力的科学分支有其自身的合理性。例如Lep(设置在日内瓦附近的CERN实验室)的巨型加速器使亚原子碎片在周长许多千米的环形管道中运转。这些技术上的巨人创造着宇宙大爆炸刚发生后通常会有的物理条件。它们的建造和运行须耗费数十亿美元,对它们进行操作需要科学家和工程师们组成的真正意义上的大军。
http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/07/201207051142_375967_1644522_3.jpg欧核中心的结果是否是最后的发现? http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/07/201207051142_375968_1644522_3.jpg“上帝粒子”与上帝无关 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/07/201207051144_375969_1644522_3.jpg“上帝粒子”或是个大家庭 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/07/201207051144_375970_1644522_3.jpg“上帝”是否讨厌“上帝粒子” http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/07/201207051146_375971_1644522_3.jpg曾被怀疑可进行时空旅行的“上帝粒子” http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2012/07/201207051147_375972_1644522_3.jpg成为明星的“希格斯玻色子” 腾讯科技讯(Everett/编译)据国外媒体报道,2012年7月3日,似乎今天的人们都在为着同一样事件而等待,被喻为“上帝粒子”的希格斯玻色子让全世界为之疯狂。随着我们越来越接近这个神秘的基本粒子,在探索“上帝粒子”的过程中,一直不缺少关于该粒子的神话、谣言,而对于粒子物理学家而言,这项发现任务仅是至始至终的数学与理论模型。 在本周,欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)工作的物理学家们正在不懈地筹备一次大公告,这是否是我们一直等待的历史性时刻呢?在经典的量子物理模型中,百分之百的确认事件似乎将不太可能发生。当我们正在等待极为珍贵的“5西格玛”结果时,已经有了一些关于神秘的“上帝粒子”奇特的故事。自从大型强子对撞机的超导磁铁加速运转起来之后,“上帝粒子”古怪的行为已经被我们所认识、所困惑。 需要说明的是,寻找希格斯玻色子与“上帝”之间并不处在关联,希格斯也不是一个堪称“神圣”的事物,它由物理学家彼得·希格斯的名字命名,是一种自旋为零的基本粒子,并赋予了宇宙中物质的质量。因此,由于该粒子在标准模型中的地位,让我们认识到其中存在惊人的规律。 诺贝尔奖得主利昂·M·莱德曼(Leon M. Lederman)与科普作家迪克·特雷西(Dick Teresi)在1993年出版的书籍《上帝粒子:如果宇宙是答案,那什么才是问题?》中提到了令人难以捉摸的希格斯玻色子之谜。此后,主流媒体抓住了这个十分特别的名称,如同物理学家们努力寻找一个能解答宇宙终极规律的万能公式。虽然希格斯玻色子与上帝之间并不存在联系,但它却是宇宙万物的质量之源,是揭开宇宙中所有物质质量的关键步骤。 在2010年,美国费米国家实验室的万亿电子伏特加速器(Tevatron)工作的粒子物理学家提出了一个有趣的命题:希格斯玻色子是否还具有五种不同的类型,如果存在那么我们该如何命名它们呢?既然是被喻为“上帝粒子”,那么也许还有其他“孪生兄弟”粒子。该理论也被称为双希格斯子二重态模型(2HDM),暗示了宇宙中存在着更多希格斯玻色子,本项实验由费米实验室万亿电子伏粒子对撞机完成。但实验结果却令任何一个粒子物理学家感到惊讶,宇宙中可能不至存在一种希格斯粒子。 根据美国探索发现栏目工作人员詹妮弗(Jennifer Ouellette)调查,我们似乎对“上帝粒子”存在着潜在影响误解,许多物理学家认为“上帝粒子”不适合用于描述希格斯玻色子。费米实验室的科学家利昂·M·莱德曼在十多年前提出的这一词汇一直在此后的岁月中“误导”着一些人们,比如思想物理学家试图证明或者证伪与“上帝”存在有关的命题。如果希格斯玻色子是“上帝粒子”,那么许多粒子物理学家则是信奉多神教的人,因为希格斯玻色子可能不只一种。 从希格斯玻色子被提出到现在的发现成果看,该粒子在相当长的时间内逃避我们的探测,使得一些科学家们认为这是一个疯狂的发现之旅。在2009年,一位物理学家发表了一篇讲述为什么希格斯玻色子很难寻找的论文,其结果认为上帝讨厌希格斯玻色子的存在。 总的来说,该理论显得有些诡异,在希格斯玻色子被对撞机创造出来时,可发出特殊的传输信号,并在被探测器捕捉到之前却将加速器的信号磨灭了。因此,上帝并不想看到“上帝粒子”被人类所发现。而物理学家所希望的是通过对撞机实验发现“上帝粒子”所在的能量区间。 在1994年的科幻电影《时空特警》中,影片中的刺客进行了时间旅行,就如同回到过去的杀手将你的祖父杀死,而希格斯玻色子似乎被赋予类似的功能,甚至可进行时间旅行,在对撞机将其创造出来时它就进行了时间旅行,扼杀了向真实世界信号的发送。该情节酷似《时空特警》的续集。 根据范德比尔特大学理论物理学家汤姆·维勒(Tom Weiler)等介绍:“进行时间旅行的希格斯玻色子可能不会违背任何物理定律,基于该理论的希格斯粒子还会在同一时间形成一个被称为‘希格斯态’的粒子,可利用第五维时空进行时间旅行并回到过去。”根据相关研究人员的计算,这些“希格斯态”粒子的信号被送回到过去的某个时间上,因此该理论曾经被用于解释所有类型的“怪异的鬼把戏”。 对于“希格斯玻色子”成为一个类似名人效应的事物已经不不足为奇,尽管大多数的民众并不了解希格斯玻色子是何物,但这个曾经被假设的粒子显然更受到欢迎。有关“上帝粒子”的神话往往比真相来得更加夸张,并传出了似是而非的说法和传闻。而在欧洲核子研究中心宣布最新发现之际,该粒子已完全成为了世界的焦点。
磁性纳米粒子/磁性纳米颗粒(Magnetic Nanoparticles, MNPs)是近年来发展迅速且极具应用价值的新型材料,在现代科学的众多领域如生物医药、磁流体、催化作用、核磁共振成像、数据储存和环境保护等得到越来越广泛的应用。 在科学家、工程师、化学家和物理学家的共同努力下,纳米技术使得生命科学和健康医疗领域在分子和细胞水平上取得很大的进展。磁性纳米粒子是纳米级的颗粒,一般由铁、钴、镍等金属氧化物组成的磁性内核及包裹在磁性内核外的高分子聚合物/硅/羟基磷灰石壳层组成。最常见的核层由具有超顺磁或铁磁性质的Fe3O4或γ-Fe2O3制成,具有磁导向性(靶向性),在外加磁场作用下,可实现定向移动,方便定位和与介质分离。最常见的壳层由高分子聚合物组成,壳层上偶联的活性基团可与多种生物分子结合,如蛋白质、酶、抗原、抗体、核酸等,从而实现其功能化。因此磁性纳米粒子兼具磁性粒子和高分子粒子的特性,具备磁导向性、生物兼容性、小尺寸效应、表面效应、活性基团和一定的生物医学功能。 由于其独特的物理、化学特性,磁性纳米粒子可以简化繁琐复杂的传统实验方法,缩短实验时间,是一种新型的高效率的试剂。目前,磁性纳米粒子在生物医药方面主要应用在磁性分离、磁性转染、核酸/蛋白质/病毒/细菌等的检测、免疫分析、磁性药物靶向、肿瘤热疗、核磁共振成像和传感器等。下文将具体介绍磁性纳米粒子的性质及在生物医学领域的主要应用, 并列出对应于不同应用的具体产品。 磁性纳米粒子的性质 磁性纳米粒子有一系列独特而优越的物理和化学性质。随着合成技术的发展,已成功生产出一系列形状可控、稳定性好、单分散的磁性纳米粒子。磁性纳米粒子具有的磁性使其易于进行富集和分离,或进行定向移动定位。磁效应由具有质量和电荷的颗粒运动形成。这些颗粒包括电子、质子、带正电和负电的离子等。带电颗粒旋转产生磁偶极,即磁子。磁畴指一个体积的铁磁材料中所有磁子在交换力的作用下以同一方向排列。这个概念将铁磁与顺磁区别开来。铁磁性材料有自发磁化强度,在无外加磁场时,也具有磁性。铁磁材料的磁畴结构决定磁性行为对尺寸大小的依赖性。当铁磁材料的体积低于某个临界值时,即成为单磁畴。这个临界值与材料的本征属性有关,一般在几十纳米左右。极小颗粒的磁性来源于基于铁磁材料磁畴结构的尺寸效应。这个结论的假设是铁磁颗粒在具有最低自由能的状态对小于某个临界值的颗粒有均匀的磁性,而对较大颗粒的磁性不均匀。前者较小颗粒称为单磁畴颗粒,后者较大的颗粒称为多磁畴颗粒。当单磁畴颗粒的直径比临界值更进一步降低,矫顽力变成零,这样的颗粒即成为超顺磁。超顺磁由热效应造成。超顺磁纳米粒子在外加磁场作用下具有磁性,而在外加磁场移除后不具有磁性。在生物体内,超顺磁颗粒只在有外加磁场时具有磁性,这使得它们在生物体内环境中具有独特优点。铁、钴、镍等晶体材料都有铁磁性,但由于氧化铁磁铁(Fe3O4)是地球上天然矿物中最具磁性的,且生物安全性高(钴和镍等材料具有生物毒性),因而在多种生物医学应用中,超顺磁形式的氧化铁磁性纳米粒子最常见。 铁磁流体(磁流体)是在外加磁场作用下变得具有很强磁性的液体,它是既具有磁性又具有流动性的新型功能材料。铁磁流体是由纳米级的铁磁或亚铁磁构成的胶体溶液,颗粒悬浮于载体溶液中,载体溶液通常为有机溶剂或水。纳米颗粒完全被表面活性剂包裹以防止聚合成团。铁磁流体通常在无外加磁场时不保持磁性,因而被归类为超顺磁。铁磁流体中的纳米粒子在正常条件下由于热运动不发生沉降。 球形颗粒的磁性纳米粒子的比表面积(表面积与体积之比)与直径成反比。对于直径小于0.1um的颗粒,其表面原子的百分数急剧增大,此时表面效应显著。颗粒直径减小,比表面积显著增大,同时表面原子数迅速增加。当粒径为1nm时表面原子数为完整晶粒原子总数的99%,此时构成纳米粒子的几乎所有原子都分布在表面上,在表面原子周围形成很多悬空键,具有不饱和性,易与其他原子结合形成稳定结构,表现出高化学活性。因此,固定目标分子/原子效率高。[font='