亚纳米金粒子

美国麻省理工学院的一个科研小组利用金纳米粒子以及红外线，研制出了一个递送数种药物的可控装置。 　　科研小组在最新一期《美国化学学会-纳米》杂志上报告说，其设计所依据的原理是当金纳米粒子暴露在红外线之下时，它们就会融化，释放出其表面所携带的药物。不同形状的金纳米粒子会对不同波长的红外线发生反应，因此只要控制红外线的波长，就能控制金纳米粒子所携每种药物的释放时间。 　　癌症、艾滋病等很多疾病的治疗都涉及多种药物治疗方案。目前已有的药物递送装置最多只能释放两种药物，而且释放时间必须提前设定。而这种新型药物递送装置可以从患者体外进行控制，且理论上最多可以递送4种药物。

研究人员一直在努力开发高度可靠和灵敏的表面增强拉曼散射(SERS)基底，用于检测复杂系统中的化合物。在这项工作中，我们提出了一种用不完全包裹的普鲁士蓝(PB)构建Au核的策略，用于高可靠性和高灵敏度的SERS衬底。包裹的铅层可以提供内标(IS)来校准SERS信号浮动，而金岩心的暴露表面提供增强效应。信号自校准和增强之间的平衡(因此SERS可靠性和灵敏度之间的折衷)通过Au核上PB层的近似半包裹配置(即SW-Au@PB)来获得。提出的SW-Au@PB纳米粒子(NPs)表现出与原始Au NPs相似的增强因子，并有助于使用R6G作为探针分子的校准SERS信号的超低RSD (8.55%)。SW-Au@PB NPs同时实现的可靠性和灵敏度还可以检测草本植物中的有害农药残留，如百草枯和福美双，平均检测准确率高达92%。总的来说，这项工作主要为不完全包裹的纳米粒子提供了一种可控的合成策略，最重要的是，探索了在具有不同溶解度的危险物质的精确和灵敏的拉曼检测中的概念验证实际应用的潜力。a)IW-金@PB纳米颗粒的制造。b)IW-金@PB纳米粒子系统信号自校准能力的原理。c)模拟原始金纳米颗粒、IW-金@PB纳米颗粒和基于核壳的FW-金@PB纳米颗粒的局部电场分布。d)IW-金@PB纳米颗粒的拉曼光谱。e)具有不同铅包裹度的IW-金@PB纳米颗粒的典型TEM图像，包括LW-金@PB、SW-金@PB和NFW–金@PB纳米颗粒。f)原始金纳米颗粒、PB纳米颗粒和具有不同PB层包裹程度的IW-金@PB纳米颗粒的紫外/可见吸收光谱。g)关于IW-金@PB纳米颗粒红移的吸收光谱的放大图。R6G的典型SERS光谱，其中原始Au NPs、LW-Au@PB NPs、SW-Au@PB NPs和NFW–Au @ PB NPs作为SERS基底。b)当在硅片上蒸发SW-Au@PB NPs/R6G时，R6G特征峰(612cm-1)和IS峰(2155cm-1)的SERS强度以及它们在随机选择的15个点上的强度比。c)当在硅晶片上蒸发Au NPs/R6G时，R6G特征峰(612cm-1)的SERS强度穿过随机选择的15个点。d)硅晶片上SW-Au@PBNPs分布的典型SEM图像。e-f)硅晶片上蒸发的SW-Au@PB NPs/R6G (e)的校准SERS信号和Au NPs/R6G (f)的SERS信号的映射结果。g)疏水纸上SW-Au@PB NPs分布的典型SEM图像。h-I)SW-Au @ PB NPs/R6G(h)的校准SERS信号和Au NPs/R6G (i)的SERS信号在疏水纸上蒸发的映射结果。a-b)在硅片(a)和疏水纸(b)上具有不同R6G浓度的SW-Au@PB NPs/R6G的典型SERS光谱。c)R6G特征峰的校准SERS强度与R6G浓度的对数之间的对应关系。d)基于SW-Au@PB NPs和疏水纸，跨10个批次的R6G特征峰的相对SERS强度，在每个批次中随机选择5个点。e)长期储存SW-Au@PB NPs和疏水纸后R6G的典型SERS光谱。f)长期稳定性试验中R6G特征峰的相应相对SERS强度。a)基于SW-Au @ PB NPs/疏水纸系统的不同浓度百草枯的典型SERS光谱。b)百草枯特征峰的相对SERS强度与百草枯浓度对数的对应关系。c)基于SW-Au @ PB NPs/疏水纸系统的不同浓度的福美双的典型SERS光谱。d)福美双特征峰的相对SERS强度与福美双浓度的对数的对应关系。三种草本植物中百草枯(e)和福美双(f)的典型SERS光谱。相关成果以“Semi-wrapped gold nanoparticles for surface-enhanced Raman scattering detection”，发表在国际学术期刊“Biosensors and Bioelectronics”上。

如何沉积纳米粒子——纳米粒子单层膜沉积实用指南 纳米颗粒的二维致密单层膜沉积是多种技术和科学研究的基础。例如，纳米粒子单层膜可以作为传感器上的功能层，也可以用来生产用于纳米球光刻的胶体掩模。但是，怎样才能高效、可靠地得到具有三维自由度的纳米颗粒溶液，并将这些颗粒限制在横跨大基底的(二维)单层中呢?传统的纳米颗粒沉积技术纳米颗粒沉积技术种类繁多。一些相对简单和快速的方法包括溶剂蒸发、浸渍镀膜和旋涂镀膜。然而，这些技术可能会浪费大量的纳米颗粒，并且无法有效控制纳米颗粒的密度和配位结构。溶剂蒸发溶剂蒸发容易产生所谓的咖啡渍圈环效应，这种效应是由马朗戈尼流动引起的。这将导致不均匀沉积，中心的纳米粒子沉积稀疏，而边缘则形成多层纳米粒子沉积。 浸渍镀膜另一方面，如果只是用纳米粒子覆盖基底，浸渍镀膜将是一种很好的技术。然而，使用这种方法沉积纳米颗粒单分子层是非常具有挑战性的。同时，浸渍镀膜需要大量的纳米颗粒，这在处理昂贵纳米颗粒材料时将成为一个大的限制因素。 旋涂镀膜旋涂镀膜也是一种很有吸引力的方法，因为它易于规模化放大，而且在半导体工业中是一种众所周知的技术。然而，使用这种方法，薄膜的质量和多个工艺参数紧密相关，如：自旋加速度、速度、纳米颗粒的大小、基材的润湿性和所用溶剂。这使得对薄膜属性的精确控制变得非常困难。而且，一般旋涂镀膜需要大量的纳米颗粒溶液。 气液界面的单层镀膜在这里，气液界面沉积纳米颗粒单层提供了一种高度可控的沉积方法，可以将其沉积在几乎任何基底上。纳米颗粒被限制在气液界面，界面面积逐渐减小，使得纳米颗粒更加紧密地聚集在一起，从而可以实现控制沉积密度的目的，因为单位区域面积沉积的纳米颗粒的数量很容易计算，这样对纳米颗粒的需求量就会大大降低。 单层薄膜形成后，可以通过简单的上下提拉基底即可将界面上的薄膜转移到基底上。 在线网络研讨会报名如果您对如何制备纳米颗粒单分子膜感兴趣，想获取更多这方面的知识，请报名参加由伦敦大学学院的Alaric Taylor博士举办的题为“纳米颗粒单分子层薄膜沉积实用指南”的网络研讨会。报告人Alaric Taylor简介：Alaric Taylor博士是伦敦大学学院工程和物理科学研究委员会（EPSRC）研究员，他在纳米光子材料的制造，尤其是通过在气-液界面开发胶体单层自组装方面有很高的造诣。 报告内容：? 详细讲解纳米颗粒沉积的具体操作? 指出需要注意的事情? 讲述纳米颗粒沉积的技巧 报告时间：2018年9月13日下午3:00（北京时间）报名联系：如需参会，请填好下列表格中的信息发送至，邮箱：lauren.li@biolinscientific.com；姓名单位邮箱电话特别提醒：因为可能会涉及电脑、系统、耳机等调试问题，建议大家提前5-10分钟进入链接。

40多年来，TSI生产的 凝聚核粒子计数器（CPC） 为研究人员在纳米粒子计数领域提供了重要的支持。TSI第4代新型CPC整体改进了软件功能和性能，将继续成为气溶胶研究领域的基准。 TSI 新一代CPC 在可靠性和适用性上正建立起无与伦比的标准。现在，CPC数据可存储于CPC中，存储数据可随时本地访问，甚至远程访问。此外，新型CPC的所有型号和平台均使用相同的架构进行构建，操作直观，使用简单。 无论您需要校准和验证其它仪器，还是需要比较不同仪器间的性能，TSI生产的CPC都将是您参考计数器的最值得依赖的选择。长期环境监测用户可尽情享受新软件所带来的便利，新软件改善了筛选和输出大型数据集的方式。 新一代CPC能够减少停机时间和降低维修成本，不仅为您提高可靠的粒子数据，还能够优化您的研究。和研究行业的领导者携手合作，使用TSI新一代CPC，彻底变革您的粒子数据。 关于TSI公司TSI公司研究、确定和解决各种测量问题，为全球市场服务。作为精密仪器设计和生产的行业领导者，TSI与世界各地的科研机构和客户合作，确立与气溶胶科学、气流、健康和安全、室内空气质量、流体力学及生物危害检测有关的测量标准。TSI总部位于美国，在欧洲和亚洲设有代表处，在其服务的全球各个市场建立了机构。每天，我们专业的员工都在把科研成果转化成现实。

澳大利亚国立大学（ANU）的物理学家使用纳米粒子开发新的光源，将使人们有能力揭开比人的头发还要细小数千倍的极微小物体世界的“面纱”。发表在最新一期《科学进展》杂志上的这一发现，可能会对医学科学产生重大影响。这种技术成本低、效率高，有助于创造新一代显微镜，观察小到十亿分之一米的物体。　　使用纳米颗粒，研究人员将相机和利用其他技术看到的光频率提高了7倍。研究人员说，光的频率可增加到多高是没有限制的。频率越高，使用该光源所能看到的物体越小。这项只需要一个纳米颗粒就能工作的技术，可被应用到显微镜中，帮助科学家以传统显微镜10倍的分辨率放大超微小事物的世界，例如细胞和单个病毒的内部结构。　　传统的光学显微镜无法为纳米级物体生成高度放大的图像。依靠超分辨率显微镜技术或使用电子显微镜可帮助实现，但这样的技术速度慢、成本高，而且还可能破坏样品。基于光的显微镜有助于解决这个问题。研究人员借助“极紫外线光”，可看到今天使用的传统显微镜无法看到的东西。　　ANU开发的技术也可作为一种质量控制措施，用于半导体行业，简化制造过程。电脑晶片由非常细小的元件组成，其特征大小几乎只有十亿分之一米。在芯片生产过程中，制造商使用微小的极紫外光光源实时监测这一过程，能及早诊断出任何问题，从而提高芯片制造的质量和产量。

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以色列物理学家研发使用黄金纳米粒子检测早期癌症的方法首次通过人体测试。以色列巴伊兰大学纳米科技及先进材料研究所的德奥尔· 菲克斯勒教授率领的团队，经过5年的研究证实了纳米技术在癌症早期诊断中的光明前景。他们研发的非侵入无辐射光学系统，被用于检测脑部、颈部及口腔癌症，也可用来检测位于舌头、咽喉部位的癌症发病情况。该方法已在动物身上测试成功，最近也通过了人类测试，被确认有效。 　　几分钟即可检测出癌症且成功率超过90% 　　这种发明是如何工作的?如果一位口腔感到疼痛并伴有其他病症的患者去看医生，有一种令人不安的可能就是，该患者正受到口腔癌、舌癌或喉癌的折磨。医生要求患者使用一种特殊的混合物漱口，几分钟后便能确认患者是否患有癌症。 　　这样的测试很简单，患者只要花上几分钟，用含有黄金纳米粒子的混合物漱口，这些粒子能够有效给癌细胞着色，着色部位被一个专门研发的工具扫描成图，医生便可在电脑屏幕上查看结果。当前的临床试验表明，该方法可成功检测出人类舌头及咽喉部位的癌症。舌癌的检测在特拉维夫大学牙医学院进行，咽喉癌的检测由舍巴医学中心耳鼻喉部完成。菲克斯勒说：&ldquo 我们将试验结果和病人活检结果进行对比，该试验的成功率超过90%。&rdquo 　　两种技术手段成就这一快速检测技术 　　菲克斯勒研发的检测方法包括了两种在医学领域还未充分展示其全部潜能的技术手段，&ldquo 物理扩散&rdquo 技术和&ldquo 纳米技术&rdquo 。 　　&ldquo 物理扩散&rdquo 技术发展于上世纪70年代末，主要的理论基础是光束在身体器官上的反射能够帮助检测肿瘤。对被器官阻碍的光线扩散的研究可以显示出器官哪一部分吸收或反射了光线，从而有助于检测癌细胞生长。菲克斯勒说：&ldquo 研究者们花费了很长时间构建模型，尝试找出光线反射原理下器官发生了什么，然而该领域的研究停滞了一段时间，因为该模型无法确切显示肿瘤是否被检测到，也无法确认扩散源是否来自身体的不同部分。作为基础研究的极好模型，事实证明它没有多少临床价值。&rdquo 他解释道：&ldquo 被称为漫反射的理论模型自20世纪80年代就很流行，但对癌症的检测不能仅依赖于光线对器官的反射这一依据，要确认癌细胞是否生长，我们需要能够更好地描绘器官图像的物质或微粒。&rdquo 　　&ldquo 大约12年前，一种被称为分子药剂的新思路进入人们的视线。&rdquo 菲克斯勒说。和先前寻求大体图像的思路不同，新思路希望寻求分子层面的结论。以此思路为基础，一种被称为&ldquo 对比成像&rdquo 的方法在近十年中研发出来。运用该方法，医生将一种秘密药剂注射到患者身体中，植于医生希望探测癌细胞生长的地方，从而获得所需图像，这种秘密药剂就是纳米粒子。其中，黄金纳米粒子因其无毒且与人体具有较好的集成度而被广泛使用。 　　&ldquo 事实上，纳米粒子是在我们血液中运行的小型机器人。&rdquo 菲克斯勒解释说，&ldquo 当纳米粒子在癌症抗体分子中时，我们可以观察到，这些粒子能够黏着于癌细胞。因此无需核磁共振或CT检查，癌细胞便可被识别出来。因为某种量子特性，黄金纳米粒子在一定的波长下能够对光线产生很强的反射作用。&rdquo 　　近年来，一种使用黄金纳米粒子成像的技术被研发出来，基于这种技术的疾病探测和治疗仪器随之出现，但这种仪器有个实质问题，即如何平衡创建高清质量的图像与所需黄金数量的关系。 　　新算法模型还可将该技术扩展于检测其他疾病 　　菲克斯勒和他的同事对自己的探测方法不断改进。&ldquo 这就像在寻找隧道。&rdquo 他解释道，&ldquo 仅探测外部环境找到隧道并不容易，有时候你需要等待有人从里面出来。我们不仅依据粒子反射的光线，同时还根据人体组织上光线扩散产生的效果检测癌细胞。&rdquo 　　研究人员改变了黄金纳米粒子传统的球形形状，把它做成了杆形，改变了粒子反射波的长度，使粒子更深入地穿透到人体组织中。更重要是，他们研发了一种数学算法，能将粒子反映的信息转化成实际的图像。&ldquo 粒子穿透组织，我们看不到反射。&rdquo 菲克斯勒说，&ldquo 但我们可看到它们如何在人体组织内影响光扩散。基于从组织细胞反射出来的光子数量，可建立计算数学函数。&rdquo 　　菲克斯勒的方法不限于癌症检测，他还在开发多发性硬化症的诊断方法。他的研究引起了国际科学界的关注， 去年6月，伦敦医学院为他颁发奖学金，资助其之后一年在伦敦国王学院与其他科学家一同继续此研究。44岁的菲克斯勒出生于特拉维夫，现任巴伊兰大学先进光学显微镜实验室主任。 他在瓦伦西亚大学完成博士后工作，曾在中国华南师范大学激光研究所担任客座教授。

p style=" text-indent: 2em " 根据英国《自然》杂志旗下《科学报告》近日发表的一项纳米科学研究，除了人体外，用于递送药物的医用纳米粒子也可以帮助治疗农作物的营养缺乏症，其将在农业生产领域帮助大幅提高作物产量。 /p p style=" text-indent: 2em " 在过去几十年中，脂质体作为一种先进的纳米药物传递系统，其优势已经被越来越多的人所承认。实际上，脂质体是指将药物包封于类脂质双分子层内而形成的微型泡囊体，这种纳米粒子可以穿过生物屏障，将填充在其内部的药物或其他物质递送至目标组织。它们已被证明可以有效地递送用来治疗癌症等疾病的药物。 /p p style=" text-indent: 2em " 由于这种纳米粒子的生物相容性良好，甚至可以被正常代谢，因此其作为载体的开发潜力巨大。此次，以色列理工学院研究人员艾维· 施罗德及其同事，测试了纳米粒子向幼苗和完全长成的樱桃番茄植株递送营养素的能力。研究团队分别采用两种方式对缺镁和缺铁的植株进行处理，一种是载有镁铁元素的纳米粒子，一种是不包含在纳米粒子内的工业镁和工业铁。 /p p style=" text-indent: 2em " 实验表明，经纳米粒子处理的植株克服了无法通过标准农业营养素治疗的急性营养缺乏症；施用14天后，经纳米粒子处理的营养缺乏植株恢复了健康，而用标准农业营养素处理的植株则没有。 /p p style=" text-indent: 2em " 研究人员表示，纳米粒子会遍布植株的叶子和根部，之后被植株细胞摄取，并在那里释放出营养物质。该研究结果表明，纳米粒子不但改变了许多疾病诊断、治疗和预防方法，将纳米技术应用于农业生产，同样有望提高作物产量。 /p p style=" text-indent: 2em " 编辑圈点 /p p style=" text-indent: 2em " 据估计，到2050年全球人口将达到98亿。人口在增长，耕地在减少，未来的地球如何养活如此多的人口令人担忧。对越来越多的人而言，饥饿的阴影正在远去，但它也很可能卷土重来。科学家们提出了多种多样的应对方案，比如学会食用蛋白含量丰富的昆虫或者在实验室培养人造肉。不过，这样的食物恐怕会让不少人反胃。依靠科技手段提高农作物产量，大概是最靠谱也最容易被接受的途径。 /p

最近几年，随着基于贵金属(如Pt、Pd、Au等)的纳米催化剂被深入研究，人们开始把注意力转移到非贵金属催化剂(Fe、Co、Ni、Cu等)的可控合成和催化性质研究上。如果能够开发出替代贵金属的非贵金属催化剂，无论是从基础研究还是工业应用上来说都是非常有价值的。不过，从物理和化学性质来说，贵金属和非贵金属的区别还是非常大的。　　考虑到金属催化材料一般是用来催化氧化还原反应，因此我们这里做一些简单的对比。对于贵金属来说，它们的纳米粒子一般来说性质比较稳定，经过还原后不太容易被氧化。即使在催化反应过程中，虽然位于表面的原子会发生价态的变化，但是对于纳米粒子的整体来说，这种价态的变化并不是那么的显著。相比之下，非贵金属的性质就更加难以控制和琢磨。对于Fe和Co来说，被还原后的金属纳米粒子非常不稳定，一旦接触空气就会被氧化。如果没有一些保护的配体或者载体，那么完全变成氧化物可能就是几秒钟的事。相对来说，Ni和Cu的金属态纳米粒子相对来说稳定一些。但是如果尺寸比较小(小于5 nm)，也非常容易被空气氧化。在绝大部分加氢反应中，非贵金属的催化剂都需要经过一个预先的还原过程来进行活化。而我们在对催化剂进行表征的过程中，很多时候催化剂已经接触了空气，和实际反应条件下的样品有区别了。这种差异在非贵金属催化剂上体现的特别明显。图1. 通过Kirkendall效应，实心的Co纳米粒子被氧化形成空心的CoO结构。图片来源：Science　　在氧化和还原的过程中，不仅仅是发生化学价态的变化，很多时候还会伴随着纳米粒子形貌的变化。十多年前，材料科学家们在制备Fe、Co纳米粒子的时候就发现这些实心的纳米粒子暴露空气后会逐渐被氧化，然后形成空心结构的CoO(Science, 2004, 304, 711)。这种现象可以用Kirkendall效应来解释。同时这也说明在化学态变化的同时，物质也在纳米尺度发生迁移。上述现象目前在非贵金属体系中比较普遍 而在贵金属体系则比较少见。考虑到在催化反应中，不光是催化剂的表面性质对反应性能影响很大，催化剂活性组分的几何结构也有至关重要的影响。因此，对于在氧化-还原过程中形貌会有显著变化的非贵金属催化剂，借助一些原位表征手段研究纳米粒子在氧化-还原过程中的结构演变就是很有意义的课题。　　在2012年，来自美国Brookhaven国家实验室和Lawrence-Berkeley国家实验室的电镜科学家就借助环境透射电镜研究了CoOx纳米粒子被H2还原到金属Co纳米粒子的过程(ACS Nano, 2012, 6, 4241)。如图2所示，小颗粒的CoOx粒子在逐步还原的过程中会发生团聚，然后得到大颗粒的金属Co纳米粒子。图2. 通过原位电镜来观察CoOx还原到金属Co的过程。图片来源：ACS Nano　　对于单组份的Co纳米粒子，情况可能还相对简单一些。对于双金属甚至更多组分的非贵金属纳米粒子，在氧化-还原条件下他们的结构演变就会变得更加复杂和有趣。最近，在2012年工作基础上，美国Brookhaven国家实验室的Huolin L. Xin博士和天津大学的杜希文教授等科学家用原位透射电镜研究了CoNi双金属纳米粒子在氧化的过程中形貌的变化(Nat. Commun., 2016, 7, 13335)。图3. CoNi合金纳米粒子逐渐被氧化为多孔的CoOx-NiOx结构。图片来源：Nat. Commun.　　首先，作者考察了单个的CoNi合金纳米粒子在400 ℃下被氧化的过程。如图3a所示，实心的具有规则几何外形的纳米粒子是初始的材料。经过61秒后，在这个纳米粒子的棱角处可以观察到形貌的变化。随着时间的延长，可以明显的观察到表面形成了一层衬度较低一些的氧化层。经过了大概十分钟后，整个纳米粒子的形貌已经发生了显著的变化，说明Co和Ni在氧化的过程中不是静止的，而是在运动。再经过一段时间，实心的纳米粒子就会呈现一种核壳结构出现了氧化层和金属内核之间的明显界限。如果延长粒子在氧气气氛中的时间，金属态的内核会进一步的被氧化，直到变成一个具有多孔性质的氧化物结构(如图3b和图3c所示)。为了考察在氧化过程中Co和Ni两种元素的分布情况，作者对中间形成的结构进行了EELS elemental mapping。如图3所示，本来是充分混合的CoNi合金粒子经过氧化后，发生了部分的分离。在氧化后的粒子上，可以看到在表面形成了一个富含Co的薄层。在原文中，作者对这个氧化过程进行了三维的元素分析，确认了Co和Ni发生了空间上的部分分离。　　为了解释在原位电镜实验中观察到的现象，作者对这个氧化过程进行了理论上的计算和分析。通过经典的固体物理和物理化学的理论，作者比较了Co和Ni的氧化趋势的强弱，发现Co更容易被氧化。同时，作者还考察了Co和Ni在氧化过程中的速率，发现Co具有更前的结合O的能力，也更容易在氧化的过程中发生迁移。这样结合起来就解释了在原位电镜实验中观察到了Co和Ni发生部分的分离的现象。　　总的来说，这项工作发现了非贵金属纳米粒子中一些有趣的现象。而这些现象其实和催化过程都是有紧密的关系，可以帮助我们更好的理解非贵金属催化剂在氧化-还原条件下的一些行为。

研究人员发现新型光伏纳米粒子可以发射相同的光子流。图片来源：美国《每日科学》网站据最新一期《自然光子学》杂志报道，美国麻省理工学院研究人员证明，新型光伏纳米粒子可发出单一的、相同的光子流，这可能为研发新的量子计算技术和量子隐形传态设备铺平道路。量子计算的大多数路线使用超冷原子或单个电子的自旋作为量子比特，以构成此类设备的基础。大约20年前，一些研究人员提出使用光作为基本量子比特单位的想法。这样做的好处在于无需再使用控制量子比特的昂贵而复杂的设备，只需要普通的镜子和光学探测器。研究人员表示，有了这些类似量子比特的光子，就可用家用线性光学系统建造一台量子计算机。因此，这些光子的准备是关键，他们最终选择了铅－盐类钙钛矿纳米颗粒。纳米颗粒形式的卤化铅钙钛矿有着极快的低温辐射速率，光发射得越快，输出就越有可能具有定义明确的波函数，因此，快速的辐射速率使卤化铅钙钛矿纳米颗粒能够发射量子光。为了测试它们产生的光子是否真的具有这种特性，研究人员采用了标准测试，即检测两个光子之间的洪－欧－曼德尔干涉。在没有任何辐射增强或光子结构的情况下，结果显示出高达0.56±0.12的校正可见度。这些结果证明了钙钛矿纳米晶体作为不可区分的单光子的可扩展胶体源的独特潜力。

科学日报报道，近日美国加州大学圣塔芭芭拉分校的科学家们设计了一种具有一对独特且重要特性的纳米粒子。这种球形粒子的组成成分是银，它被包裹在一个涂满缩氨酸的壳内部，后者使得它能够攻击肿瘤细胞。此外，这个壳是蚀刻的，因此那些没有攻击到目标的纳米粒子会自行分解和消除。这项研究被发表在期刊《自然材料》(Nature Materials)上。 两个单独的银纳米粒子(红色和绿色)选中前列腺癌细胞为目标 　　纳米粒子的核心利用了一种名为电浆子光学(plasmonics)的现象。在电浆子光学里，纳米结构的金属，例如金和银，在被光线照射时会发生共振，且集中在靠近表面的地磁场。通过这种方式，荧光染料被增强，看起来比自然状态&mdash &mdash 也即没有金属存在时&mdash &mdash 要明亮10倍。但当核心被蚀刻时，这种增强效果会消失，粒子也就变得暗淡。 　　加州大学圣塔芭芭拉分校鲁奥斯拉蒂研究实验室发明了一种简单的蚀刻技术，利用了生物相容的化学制品快速分解和移除活体细胞外部的银纳米粒子。这种方法只会留下完整的纳米粒子用于成像或者量化，从而揭示了那些细胞被定位攻击目标，以及每一个细胞被内在化了多少。 　　&ldquo 这种分解是创造针对特定刺激物做出反应的药物的一个有趣概念。&rdquo 分子，细胞和发育生物学学院(MCDB)鲁奥斯拉蒂实验室的博士后研究员、斯坦福-桑福德伯纳姆医学研究所的盖里· 博朗(Gary Braun)这样说道。&ldquo 通过分解过剩的纳米粒子并通过肾进行清理，它能最小化偏离目标的毒性。&rdquo 　　这种移除无法渗透目标细胞的纳米粒子的方法非常独特。&ldquo 通过关注那些真正进入细胞的纳米粒子，我们能够理解哪些细胞是目标，并从更细节的角度研究组织传输通道。&rdquo 博朗说道。 　　有些药物能够独自穿透细胞膜，但很多药物，尤其是RNA和DNA基因药物，是带电的分子，它们会被细胞膜所阻隔。这些药物必须通过内吞作用进入细胞，在这个过程中细胞会吞没并吸收分子。&ldquo 一般需要纳米粒子作为载体来保护药物并护送它进入细胞，&rdquo 博朗说道。&ldquo 而这正是我们所要测量的：通过内吞作用载体的内在化。&rdquo 　　由于纳米粒子有一个核心壳结构，研究人员可以实现不同的表面涂层并对比各自肿瘤目标选择和内在化的效率。通过使用不同的目标受体转换表面药剂从而实现不同疾病的目标选择&mdash &mdash 或者细菌的目标生物体。根据博朗表示，这一方法应该能够发展一种药物传输极大化的方法。 　　&ldquo 这些新的纳米粒子拥有某些了不起的特性，在朝肿瘤传输目标药物相关的研究中它已经证明是一种非常有用的工具。&rdquo 加州大学圣塔芭芭拉分校纳米医学中心和MCDB学院特聘教授埃尔基· 鲁奥斯拉蒂(Erkki Ruoslahti)这样说道。&ldquo 它们在治疗感染方面也有潜在的应用。由可抵抗所有抗生素的细菌导致的危险感染越来越常见，现在急需解决这类问题的新方法。银常被用作抗细菌药剂，而我们的目标技术或可能将利用银纳米粒子治疗体内任何地方的感染变为现实。&rdquo (

5 月 7 日消息，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院的周欣研究员团队利用肿瘤微环境与正常组织的差异，开发出了一种可智能识别肿瘤的模块化自组装纳米粒子 GQD NT。这是一种能够实现癌症精准检测与治疗的纳米粒子，可显著降低癌症检测治疗过量使用药物带来的副作用。这种纳米粒子通过在肿瘤中不断变形，延长了粒子内的药物在肿瘤中的驻留时间、增强了药物在肿瘤中的穿透性，以极低的药物剂量实现了癌症光动力疗法的长时磁共振成像检测与高效治疗。图源 Pixabay简单来说，药物过量是造成癌症检测与治疗副作用大的主要原因。这是因为现有药物对病灶的靶向不足，难以富集于肿瘤区域，且在病灶部位停留时间短，需要进行大剂量注射以达到预期成像检测与治疗效果。这里提到的光动力疗法（PDT）是一种新兴的治疗癌症的疗法，因为所使用的光敏剂（PSs）只有在受光照射时才具有活性和毒性，并且具有高度的时空选择性。为了最大化其疗效，通常需要反复应用 PDT 来消融各种肿瘤。然而，由于不断的 PSs 注入导致总剂量过高，会引起严重的副作用。因此，研究人员研发出了一种基于酸度激活的石墨烯量子点纳米转化器 (GQD NT) 作为载体，用于实现长时间肿瘤成像和重复 PDT。在 Arg-Gly-Asp 肽的指导下，GQD NT 可主动靶向肿瘤组织，进而在肿瘤酸性中松弛、增大，从而有望在肿瘤中滞留较长时间。然后，GQD NT 会分解成小块，以更好的方式渗透进肿瘤中。在激光照射下，GQD NT 会产生温和的高温热疗效应，从而提高细胞膜渗透性，并促进 PSs 的摄取。最具突破性的是，制备好的 GQD NT 不仅“打开”了荧光 / 磁共振信号，而且实现了高效的重复 PDT。总的来说，这项研究开发了一种智能载体，通过编程变形增强了 PSs 在肿瘤内积累、保留和释放，从而克服了重复 PDT 中过度注射的障碍。图源 Pexels据称，GQD NT 可以使用十分简易的步骤将药物分子封装于其中，通过肿瘤微环境促发 GQD NT 变形，逐步提高药物在病灶部位的富集浓度。小鼠实验发现，GQD NT 在癌症检测中的造影剂使用量仅为现有临床技术的 6% 至 22%。在注射后 4 至 36 小时内，肿瘤部位的造影剂与正常组织对比度高，边界明显，极大延长了磁共振成像时间。团队基于 GQD NT 设计的光动力学治疗方法，单次光动力学治疗后，肿瘤体积下降 82%，两次光动力学治疗后，肿瘤被完全消融。在实验中，光敏药物的总剂量降至 1.76 至 3.50 微摩尔 / 千克的极低水平，与文献报道相比降低了 90%（单次治疗）至 95%（两次治疗），且所用的低剂量激光不会造成皮肤损伤，有望克服光动力学治疗中光敏药物过量的问题。

p 　　韩国科学技术信息通信部发布消息称，韩国先进软性物质研究团组利用纳米粒子研制出表面活性剂。该研究结果刊登在国际学术杂志《自然》上。 /p p 　　表面活性剂是广泛用于肥皂、洗涤剂、洗发水等生活用品的化学物质。在一个分子中存在易粘附于水和易粘附于油两个部分，使用表面活性剂可将水、油分离，呈现水滴形态。因此，利用表面活性剂传送特定物质(药物等)可作为新一代医学材料，特别是作为调节液体水滴的技术可广泛应用于制药、疾病诊断、新药开发等领域。 /p p 　　现有调节液体水滴的技术多采用“分子表面活性剂”，是使表面活性剂包裹的液体水滴受到外部刺激的分子结构设计方式，但想实现两种以上刺激反应难度较大。此次研究组利用纳米粒子具有杀死细菌以及运送酵素等多种功能的特点，研制出可在多种刺激下控制液体水滴的“纳米粒子表面活性剂”，比现有分子表面活性剂具有更多样的功能。通过纳米表面活性剂可对电、光、磁场全部反应,磁场和光可以调节液体水滴的位置以及移动、旋转速度,并可以与电场结合。例如,使用操纵液体水滴移动或组合的工具可将活体细胞植入液体水滴里培养或将利用液体水滴还原细胞内的酵素反应等需要特殊环境的制药、生物医学领域。 /p p br/ /p

日本北陆尖端科学技术大学院大学日前宣布，该校研究人员研制出金银纳米粒子，它可用于制作高灵敏度生物传感器，以帮助医生检查患者的血液、尿液或者基因诊断等。 　　研究人员首先制作出直径约14纳米(1纳米等于十亿分之一米)的金纳米粒子，然后在其表面覆盖厚度约4纳米的银薄膜，接着在银薄膜上再覆盖一层厚度为0.1纳米的金，形成了金夹银的结构。研究人员观察这种结构的特性后发现，其不仅具有与单纯银纳米粒子相同的灵敏度，而且还具有金的特性——化学稳定性高，而且容易与生物体内相关分子结合。 　　领导这项研究的该校副教授前之园信也说：“如果使用这种纳米粒子，生物传感器的性能将实现飞跃性提高，成本也将大幅降低。”

p style=" text-indent: 2em " 美国研究人员设计出一种新型纳米粒子，能同时将两种药物运送到大脑肿瘤部位，增强对一种死亡率很高的脑瘤——多形性胶质母细胞瘤的治疗效果，已在动物实验中取得成功。 /p p style=" text-indent: 2em " 多形性胶质母细胞瘤是一种难以治疗的常见恶性脑肿瘤，死亡率很高。直接注射药物难以通过血脑屏障抵达大脑和肿瘤细胞迅速对单一药物产生抵抗力，是治疗该疾病的两大难点。 /p p style=" text-indent: 2em " 美国麻省理工学院研究人员在英国《自然· 通讯》杂志上报告说，他们给脂质体纳米粒子加上转铁蛋白涂层，能使粒子顺利通过血脑屏障，并准确抵达肿瘤部位同时避开正常细胞。 /p p style=" text-indent: 2em " 脂质体是一种中空的人工球状微粒，外壳是脂质双分子层。研究人员在脂质体内部装上化疗药物替莫唑胺，负责破坏肿瘤细胞的ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）；用外壳装载一种名为“ＪＱ－１”的实验药物，负责阻止肿瘤细胞修复ＤＮＡ损伤。两者联合发挥作用，能减少药物抵抗。 /p p style=" text-indent: 2em " 与直接注射药物相比，用这种加了转铁蛋白涂层的脂质体运送药物能起到更好的效果，实验鼠的脑部肿瘤缩小的幅度更大，生存率也更高。此外，新方法还能避免直接注射药物导致的一些不良反应。 /p p style=" text-indent: 2em " 研究人员说，该方法还能用于运送其他抗癌药物。血脑屏障的存在使许多药物无法用于脑肿瘤，新技术将改变这种状况，扩大选择范围。 /p

金三角催化活性位动态变化过程及催化反应前后形貌变化　　在能源催化领域，对纳米粒子活性位分布及动态变化的认识是设计催化材料和提高能源催化效率的关键。　　近日，中国科学院先进化学电源实验室徐维林课题组及美国A. Paul Alivisatos课题组利用动态光学超分辨成像技术，对纳米粒子不同位点催化过程中的荧光信号的进行跟踪，获取了Sb修饰的TiO2纳米棒及金三角不同位点的活性信息及随时间依赖关系(PNAS 2015 , doi:10.1073/pnas. 1502005112)。　　该课题组对Sb修饰的二氧化钛纳米棒及金三角催化过程中的活性位跟踪，发现纳米粒子缺陷处具有更高的催化活性，但是其稳定性较差，如端点及角的位置活性位具有低活长效性的特点，而在中间部位活性位具有高活稳定性的特点。尤其是有一些活性位呈现出“自愈”现象，即催化位点失活后由于吸附物种的脱附重新体现出催化活性，这一发现对于指导催化剂合成具有重要意义。　　该工作获得973 项目、自然科学基金、“青年千人计划”及美国能源部支持。　　(能源催化过程课题组)

“纳米银”是“银纳米颗粒”的简称或俗称，指由银原子组成的颗粒，其粒径通常在1~100nm范围。银材料表面具有抑菌性质早已为人熟知，其机理是位于材料表面的银原子可以被环境中的氧气缓慢氧化，释放出游离的银离子（Ag+），这些银离子通过与细菌壁上巯基结合，阻断细菌的呼吸链，最终杀死附着在材料表面的细菌。由于纳米颗粒的小尺寸效应和表面效应，随着颗粒尺寸的减小，纳米银的表面原子数与其内部原子数的比例急速升高，最终导致其银离子的释放速率显著增高，杀菌效果更加显著。利用纳米银抑菌特性的各种产品，包括纺织品、化妆品、药品等，以及其他工业产品，越来越多的研发并被投入使用。这些纳米银最终将会进入到环境中，对生态环境和生物健康产生影响。快速地检测和表征在各种不同的环境基体下的纳米粒子的技术手段因此显得极为必要，而珀金埃尔默公司的单颗粒ICP-MS技术则可以很好的应对这项挑战。本实验带您了解不同的废水中，单颗粒ICP-MS测定纳米银的能力。样品水样：是从加拿大魁北克省蒙特利尔附近的污水处理厂抽取。废水：是经过污水处理厂最终处理后排放到河里的废水，在二级沉降池后收集。混合溶液：经过生物处理后离开曝气池，到达二级沉降池处理悬浮物和沉积物的废水，从二级曝气池收集。海藻酸盐：一种在废水中可以检测到并由废水中溶解性有机碳组成的ppm级多糖。海藻酸盐溶液被用作于比较废水样品的一个已知的控制和替代物。用去离子水溶解从褐藻提取的海藻酸钠（Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri, USA）配制成浓度为6ppm的海藻酸盐溶液，并震荡一个小时。实验平均粒径为67.8±7.6nm的用PVP包裹的Ag ENPs标准品（用TEM定值，nanoComposix™ Inc., San Diego, California, USA），加入10mL到所有样品中，使浓度为10ppb（5,000,000粒/mL）。样品用去离子水稀释10-1000倍，测试前超声5分钟。所有样品一式三份。使用PerkinElmer NexION® 300D/350D ICP-MS进行分析，采用SP-ICP-MS模式，在Syngistix™ 软件纳米分析模块下进行。实验参数如表1所示。实验结果图1显示了0.1ppb（50,000粒/mL）Ag ENPs标准品的粒径分布，相当于66.1±0.1nm的平均粒径，浓度为52,302±2102粒/mL。对粒径的测试结果和TEM定值的一致性表明海藻酸盐基并不影响测量精度。图1：在6ppm海藻酸盐溶液中的Ag的粒径分布在确定海藻酸盐溶液技术的准确度的基础上，排放废水和混合溶液样品进行下一步的测量。图2和图3显示了废水和混合溶液各自的粒径分布。分析前样品稀释100倍，表2显示了粒径大小和颗粒浓度的测试结果。另外，平均粒径与证书标称值一致，颗粒浓度接近计算值，表明没有废水基体会影响测量结果。这些结果表明，可以准确测量在废水样品中的Ag ENPs。图2：稀释100倍废水中Ag的粒径分布图3：稀释100倍的混合溶液中Ag的粒径分布结论实验证明SP-ICP-MS具有准确测试三种不同类型废水样品中的银纳米粒子的能力。虽然废水基体很复杂，但是它们不会抑制SP-ICP-MS准确测量粒径和纳米粒子浓度的能力。想要了解更多详情，请扫描二维码下载完整的应用报告。

据物理学家组织网近日报道，新加坡国立大学工程学院生物工程系的研究人员研制出一种新技术，能够通过纳米粒子将红外光转化为紫外光和可见光，为深层肿瘤的非侵入性疗法铺平了道路。据称，该技术能够抑制肿瘤生长，控制其基因表达，是世界上首个使用纳米粒子治疗深层肿瘤的非侵入性光动力疗法。相关论文发表在近日出版的《自然医学》杂志上。 　　领导该项研究的新加坡国立大学副教授张勇(音译)说，人体内的基因会释放出一些特定的蛋白，从而保证机体的健康。但有些时候这个过程也会出现差错，导致包括癌症在内的一些疾病的产生。此前人们已经发现非侵入性光疗法能够控制基因的表达，纠正这一过程。但使用紫外光有一定副作用，有时甚至得不偿失 而可见光穿透力较弱，无法照射到组织深处的肿瘤。为此，他和他的团队开发出一种外面包裹着一层介孔(处于宏观和微观之间的尺度)二氧化硅的纳米粒子。他们发现，这种纳米粒子在被引入患者病灶区域后，可将近红外光转化为可见光或紫外光。通过这种方法就能有效激活基因，控制蛋白质的表达，从而达到治疗癌变细胞的目的。 　　研究人员称，与紫外光和可见光相比，近红外光安全且具有更强的穿透力，它能达到更深层的目标肿瘤组织而不会对健康细胞造成伤害，他们正计划将其扩展到其他以光为基础的疗法当中。该技术具有极为广泛的应用前景，除光疗法外，还可以被用于生物成像和临床诊断，借助这些纳米粒子可以获得更清晰精确的癌细胞图像。目前该项目已经获得了来自新加坡A*STAR研究所和新加坡国家研究基金的资助，下一步该团队还将借此技术开发出用于快速诊断的试剂盒。

宁志军博士展示喷涂了胶体量子点的薄膜实验样品。 　　加拿大研究人员设计并测试了一种新型固态、稳定的光敏纳米粒子&mdash &mdash 胶体量子点技术，该技术或将用于开发更为廉价、柔性的太阳能电池及更好的气体感应器、红外激光器、红外发光二极管。此项研究成果发表在最新一期《自然· 材料》上。 　　胶体量子点基于两种类型的半导体收集阳光：N型(富电子)和P型(乏电子)。但N型半导体材料暴露于空气中时，会与氧原子结合，失去其电子，转变成P型材料。 　　论文第一作者、多伦多大学电气与计算机工程系博士后宁志军在接受科技日报记者采访时说，其研究小组开发的新型胶体量子点技术，可使N型材料在暴露于空气中时，不与氧结合。同时维持稳定的N型和P型层，不仅能提高光的吸收效率，还打开了同时获得光捕获和电传导最佳性能的新型光电器件的大门，这也意味着可利用新技术开发出更复杂的气象卫星、遥控设备、卫星通信或污染检测仪。 　　宁志军称，这仅是此项材料创新研究的第一步，利用这种新材料可构建出新的器件结构。与普通硅材料电池相比，胶体量子点材料可在低温下合成，耗能低且工艺简单。这种溶液可处理的无机材料增强了电池的稳定性和便携性。研究发现，碘是兼备高效和空气稳定性的量子点太阳能电池的完美配体。 　　由于吸收光谱可达红外区域，这种N-P混合型新材料可吸收更多光能，从而使太阳能转换效率最高可达8%。改进性能还仅是这种新型量子点太阳能电池结构的开始，未来这些功能强劲的量子点可与油墨混合，喷涂或印刷到轻薄、柔软的屋面瓦表面，从而大大降低太阳能电力的成本，造福普通民众。 　　宁志军介绍，胶体量子点太阳能光伏技术在最近10年里已取得飞速发展，太阳能转换效率已从最初的0.1%提高到实验室条件下的10%左右。但要实现该技术的商业化，还需持续改进其绝对性能，或电力转换效率。

Syrris专注于为化学研发人员设计制造自动化仪器，在流动化学、微反应器和自动化技术方面处于世界领先水平。 此次在南方科技大学成功安装的是Syrris公司独家的Altas和Aisa两套纳米粒子合成系统。纳米粒子相对于普通材料，可以提供更独特或更优异的性能，如磁、光、电气等物理属性。通过化学工艺参数的准确控制来确保需要的纳米粒子性能，如：粒子形状、大小、表面结构组成等。纳米粒子的合成方式有两种：一是传统的批式合成，另一种是新兴的流动合成，Syrris公司可提供多种规格的批式自动化合成系统和流动微反应系统。 下图是南方科技大学量子点实验室安装的Altas全自动纳米粒子合成系统和Aisa流动合成纳米粒子系统。主要应用于先进显示照明QLED和发光材料的合成。

在实验时，颗粒会依附于血液样品中的每一个单独的癌细胞上，然后会发光。通过激光的辅助可以检测到癌细胞或对其分类。因为有很多不同类型的癌细胞，其中有一些癌细胞远远比其他的更加致命，通过使用这个技术可以检测到这些更致命癌细胞并采集它们，因为这些细胞在采集之后还可以在培养皿中进行培养，用纳米颗粒还可以在给病人真正治疗前，更容易地测试一些潜在的治疗方案。 　　 　　研究人员表明，目前该纳米颗粒可检测小鼠不同类型的乳腺癌细胞。他们还表明，纳米颗粒在添加进人类血液后也能识别出乳腺癌细胞。他们下一步是确定该颗粒能否从患者体内提取的血液样本中发现癌细胞。 　　每个纳米耀斑都是由金色涂层的荧光微粒与DNA片断共同组成的。DNA被选择为对应于在特定的癌症细胞中发现的RNA。一旦引入到血液样本中，纳米颗粒就会进入癌细胞而且纳米颗粒的DNA将结合到靶RNA上，从而触发荧光微粒的释放，从而导致癌细胞发光。可以通过将不同的DNA片段与不同颜色荧光微粒和结合来检测不同类型的癌细胞。 　　范德比尔特大学生物医学工程的教授Melissa Skala表示，循环肿瘤细胞是最致命的一种癌细胞，因为它们会使癌细胞扩散。而这样的细胞，要发现它们是极具挑战性的，因为它们存在的数量非常的少。 　　其他的研究人员也正在开发类似的方法来检测循环肿瘤细胞，不过他们通常是使用纳米颗粒与肿瘤细胞的表面进行结合。而这种新方法具备了两个潜在的优点，第一点是用这种方法使得我们能够更好地区分各种癌细胞 第二点是用这种方法仍然可以保持细胞存活，这样的话它们可以人为培养，而其他方法都趋向于破坏细胞。 　　此前也有国外媒体报道称，Google X实验室也正在开发一种微型磁性纳米粒，可以巡查癌症、心脏病等致命疾病的早期迹象。为了展开项目研究，Google已经招募100多位专家，项目涉及的学科包括天体物理学、免疫学、生物学、肿瘤学、心脏病学和化学领域。Google所研发的技术就是我们上述所提到的纳米微利依附于人体内的细胞、蛋白质和其它分子上。Google会让患者通过服用药丸的方式来使用其纳米粒子。 　　要让基于纳米耀斑的测试获得治疗乳腺癌或其他类型疾病的临床治疗许可，仍然需要等待几年时间。正是因为该技术允许我们在实验室培养或测试特定类型的癌细胞，所以在正式应用于临床之前，通过纳米耀斑这种方法可以让人类更好地了解癌症并帮助人类发现新的治疗药物。

抗体-药物结合物（ADC）在靶向给药方面具有非常明显的优势，但其不足以克服肿瘤异质性所带来的给药局限。近日，来自美国康奈尔大学、斯隆凯特林癌症研究所和一家肿瘤药物公司的联合团队，采取分子工程的路径，开发了一种由超小（小于10 纳米）纳米颗粒-药物构成的缀合物（NDC），这种缀合物与ADC有许多相似之处，且在克服肿瘤异质性方面具有显著优势。相关成果4月22日在线发表于《材料化学》上。科研团队表示，NDC开发的关键挑战包括纳米颗粒载体和细胞毒性药物之间的连接化学设计，以及满足制造控制、稳定性和药物释放的严格标准。只有解决了这些关键环节，才可成功实现NDC的临床翻译。在这项研究中，科研团队采用相关化学方法和分子工程手段，通过精确调整粒子表面化学，将化疗药物和靶向部分共价连接到聚乙二醇（PEG）涂层包覆的超小二氧化硅纳米颗粒平台上，形成缀合物。这种方法利用颗粒表面PEG链之间的间隙来装载药物，与ADC相比，这种缀合物能够显著增强药物装载能力，同时保持良好的生物分布和药代动力学特征。为了在癌症治疗中实现高血浆稳定性和有效药物释放，科研团队开展了相关测试，将环戊二烯硅烷分子插入到颗粒的PEG层中，并与硅芯表面的硅醇基团缩合。通过进一步反应，环戊二烯基团随后被官能团化，从而实现点击化学，细胞毒性有效载荷最终通过可切割连接物点击到颗粒上，实现在癌组织内释放药物。科研团队表示，该研究产生的靶向NDC药物，最近已进入一二期人体临床试验。纳米颗粒-药物构成的缀合物结构示意图

2018 年 10 月 24 - 26 日，第九届中国国际纳米技术产业博览会将在苏州国际博览中心盛大举行。时间：2018 年 10 月 24 日地点：苏州国际博览中心飞纳电镜展位号：209飞纳台式扫描电镜在表征微观结构时，拥有一个能在纳米范围内观测微观结构的工具是十分关键的。扫描电镜作为表征材料的理想工具，能够观察纳米材料的特征。配备能谱仪，可以分析样品表面的元素，进而确保材料质量达到要求。秉承飞纳台式电镜系列全自动操作、快速成像、不喷金观看绝缘体、完全防震、性能稳定的特点，2018 年，荷兰飞纳发布台式场发射电镜，放大倍率 500,000x，分辨率优于 2.5 nm。Phenom LE 飞纳台式场发射电镜采用热场发射电子源，信噪比高，使用寿命长，保证长期稳定的性能。飞纳台式场发射扫描电镜能谱一体机标配背散射电子成像、二次电子电子成像和能谱分析功能，可对各种样品进行高分辨成像及元素分析。适用于纳米材料检测——纳米氧化铁VSParticle——纳米粒子发生器VSParticle 是源自于荷兰代尔夫特理工大学气溶胶实验室的公司，有着超过 20 年对气溶胶制备的研究，他们坚信人类对于纳米材料的研究还有着广阔的空间。VSParticle 专注于研究纳米颗粒的新式制备方法，在扩展材料、应用领域多样性的同时，将产品设计得非常智能及简便，以加速科学家们对于纳米材料的研究。——世界上最快的纳米颗粒制备方案VSP-G1 是 VSParticle 公司制造的全自动纳米颗粒制备系统。这个系统能够非常高效地为研究学者们制备理想中的纳米颗粒。VSP-G1 系统可以为纳米研究创造许多新的方向：65 种元素覆盖，自由选择搭配：2018 年 10 月 24 日，飞纳电镜与您相约第九届中国国际纳米技术产业博览会。期待您的到来！

本报讯 据澳大利亚莫纳什大学网站报道，澳大利亚研究人员正在研制世界最强大的纳米设备之一——电子束曝光系统(EBL)。该系统可标记纳米级的物体，还可在比人发直径小1万倍的粒子上进行书写或者蚀刻。 　　电子束曝光技术可直接刻画精细的图案，是实验室制作微小纳米电子元件的最佳选择。这款耗资数百万美元的曝光系统将在澳大利亚亮相，并有能力以很高的速度和定位精度制出超高分辨率的纳米图形。该系统将被放置在即将完工的墨尔本纳米制造中心(MCN)内，并将于明年3月正式揭幕。 　　MCN的临时负责人阿彼得凯恩博士表示，该设备将帮助科学家和工程师发展下一代微技术，在面积小于10纳米的物体表面上实现文字和符号的书写和蚀刻。此外，这种强大的技术正越来越多地应用于钞票诈骗防伪、微流体设备制造和X射线光学元件的研制中，还可以支持澳大利亚同步加速器的工作。 　　凯恩说：“这对澳大利亚科学家研制最新的纳米仪器十分重要，其具有无限的潜力，目前已被用于油漆、汽车和门窗的净化处理，甚至对泳衣也能进行改进。而MCN与澳大利亚同步加速器相邻，也能吸引更多的国际研究团队的目光。” 　　MCN的目标是成为澳大利亚开放的、多范围的、多学科的微纳米制造中心。该中心将支持环境传感器、医疗诊断设备、微型纳米制动器的研制，以及新型能源和生物等领域的研究和模型绘制。除电子束曝光系统外，MCN中还包含了高分辨率双束型聚焦离子束显微镜、光学和纳米压印光刻仪、深反应离子蚀刻仪和共聚焦显微镜等众多设备。 　　凯恩认为：能够介入这种技术使我们的科学家十分兴奋，它可以确保我们在未来十年内在工程技术前沿领域的众多方面保持领先地位，也将成为科学家在纳米范围内取得更大成就的重要基点。(张巍巍)

撰文：金静碳点(CDs)作为小的碳材料之一,自2004年被发现以来，已逐渐发展成为一种明星材料。作为一种新型的量子点，CDs具有可实用的光电转化能力，良好的生物相容性和低毒性，双光子吸收和上转换荧光能力，以及易于化学修饰和功能集成性等优点，在光催化，光电器件，环境检测和生物成像领域有着广泛的应用。将CDs与金属复合，以表面增强拉曼光谱（SERS）技术来研究复合基底界面与分子的化学相互作用和化学反应以及催化反应的机理，将为SERS技术的发展带来新的契机。基于以上背景，吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的赵冰教授和宋薇副教授等人在这方面做了新的研究，有了新的发现。该研究利用碳点的还原性制备出了浓度和尺寸都可调控的核壳结构银@碳点核壳纳米粒子(Ag@CDs NPs)，作为SERS基底，检测到PATP探针分子低浓度为10-9 M，增强因子达6.7*10-5M，获得了佳的SERS信号。接着，与相同浓度的银纳米粒子(Ag NPs)进行SERS对比，结果发现Ag@CDs NPs具有更好的SERS性能。同时CDs荧光被猝灭后得到了其本身碳材料固有的D带和G带。之后，研究人员以Ag@CDs NPs同时作为SERS基底和催化剂，成功监测了Ag@CDs NPs催化氧化TMB，催化还原PNTP-DMAB以及PNTP-PATP的过程。他们欣喜地发现：由于CDs和Ag NPs的协同作用和电荷转移作用，Ag@CDsNPs的催化效率比相同浓度的单独的Ag NPs和CDs要高很多，并且检测到非常具有意义的H2O2的低浓度为1.6*10-8 M。由此得出Ag@CDs NPs具有更优良的SERS和催化性能的结论。图2.(a)SERS监控Ag@CDs NPs催化氧化TMB，(b) 不同浓度的H2O2催化氧化TMB的SERS，(c)Ag@CDs NPs 等离子体催化耦合PNTP-DMAB，(d) 以NaBH4为还原剂，Ag@CDS NPs 催化还原PNTP-PATP。本研究利用拉曼光谱不仅得到了被催化分子的变化信息，对分子的定性和定量具有重要意义，而且促进了核壳结构SERS基底的发展，扩展了CDs在SERS和催化领域的应用。值得一提的是，本研究中，SERS光谱的采集使用了HORIBA激光共聚焦拉曼光谱仪，所有的拉曼数据通过LabSpec软件进行分析。此项研究工作得到了国家自然科学基金项目的资金支持。相关成果近期发表在杂志《ACS Applied Materials& Interfaces》上，受到了业界同行的广泛关注，同时受邀报道在HORIBA科学仪器事业部上。Jing Jin，Shoujun Zhu, Yubin Song, Hongyue Zhao, Zhen Zhang, YueGuo, Junbo Li, Wei Song，Bai Yang, and Bing Zhao，“Precisely Controllable Core?Shell Ag@Carbon Dots Nanoparticles: Application to in Situ Super-Sensitive Monitoring of Catalytic Reactions”.ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 27956?27965.HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

目前，全球信息技术正跨入以量子效应为特征的&ldquo 后摩尔&rdquo 时代。单分子尺度体系具有丰富的功能结构和独特的量子性质，将成为量子计算和信息技术物质载体的最佳选择之一。 　　十余年来，中科院院士、中国科学技术大学教授侯建国领衔的&ldquo 单分子尺度的量子调控研究集体&rdquo 对单分子尺度体系进行不断的探索，取得了一批重要创新成果，并由此获得2014年度中科院杰出科技成就奖。　　领先国际水平 　　单分子尺度量子调控研究是国家量子调控科学领域的重大科学问题和需求。近年来，该研究集体进一步发展和提升了单分子尺度量子态的探测、操纵及调控技术，率先实现了国际上最高水平的亚纳米分辨的单分子拉曼成像。 　　&ldquo 2013年，我们在单分子化学识别方面取得重大突破，实现了亚纳米分辨的单分子拉曼成像。该工作在《自然》杂志上发表后，立即引起国际科技界的广泛关注。&rdquo 中国科学技术大学教授杨金龙在接受《中国科学报》记者采访时表示。 　　&ldquo 我们通过技术上的创新和概念上的突破，将非线性效应融入到常规的针尖增强拉曼散射过程中，从而大大提高了拉曼信号的探测灵敏度和空间分辨能力，将光学光谱探测推进到前所未有的亚分子亚纳米水平，使单分子尺度的化学识别成为现实。&rdquo 中国科学技术大学教授董振超说。 　　团队成员之一、中国科学技术大学教授王兵表示，尽管科学发展进程非常快，但他们在拉曼成像方面取得的成绩迄今仍保持着世界纪录。 　　此外，该集体还利用单分子选键化学实现了单分子磁性自旋态控制 成功设计并实现具有多重功能集成的单分子器件 利用纳腔等离激元共振实现了单分子电致发光 揭示出氧化物表面光催化分解水的微观机制等。 　　团队建设尤为重要 　　&ldquo 我们能取得现在的成绩，离不开团队的长期密切合作。&rdquo 杨金龙表示，单分子尺度体系的研究并不是一项短平快的研究，这个&ldquo 硬骨头&rdquo 需要很多人一起慢慢地&ldquo 啃&rdquo 。 　　中国科学技术大学单分子尺度的量子调控研究集体由侯建国(实验)和杨金龙(理论)领衔，一共10位成员组成。&ldquo 团队合作对于整个研究获得新突破是非常重要的，协作是全方位的，贯穿了整个团队发展的始终。每一次新的发现，都是整个团队共同协作和努力的结果。&rdquo 王兵说。 　　其中一位团队成员告诉记者，每次新加入的成员都会带来新的思路，团队建设实际上也是一个逐渐积累和发展，然后不断提升创新研究能力的过程。 　　在董振超看来，团队的支持对自己的科研工作非常重要。&ldquo 在学术上，我们经常进行热烈的探讨和争辩，有时甚至争论得面红耳赤，大家都在试图攻击对方的弱点。待这些弱点被攻克后，课题研究自然也就往前迈进了一步。&rdquo 　　&ldquo 我们的团队研究有两个最鲜明的特色：一个是实验和理论紧密结合，因为量子里面有很多实验现象需要理论支撑 第二个是多学科交叉，包括物理、化学、电子、光学、生物等，这样才能有效促成技术的创新集成和知识的融会贯通。&rdquo 董振超说。　　应用前景广阔 　　&ldquo 目前，我们的研究尚属于基础研究阶段。&rdquo 杨金龙表示，团队成员并不满足于现在的进步，会一直探究下去。 　　&ldquo 科学的魅力在于对未知的探索。&rdquo 董振超说，当你朝着某个方向努力，但作出来的结果与原来的想象和理论不一样时，就会出现新的信息，这样会反过来促进对一些现象新的理解，进而推动科研向前发展。 　　该团队一位研究人员表示，他们的目的是深刻理解和有效调控分子尺度上的量子行为。目前的研究离真正的应用还有一段距离，但是研究课题都是瞄准未来的能源、信息、生物等前沿领域，旨在为这些未来技术提供基本信息和科学依据。 　　&ldquo 比如单分子拉曼成像技术，其最主要的优点是能把微观世界里相邻分子的成分和结构&lsquo 看&rsquo 出来，这在材料科学、纳米催化、分子纳米技术、生物技术等领域可能都有很重要的应用前景。&rdquo 董振超介绍说。 　　&ldquo 在生命科学领域，拉曼成像的应用有可能提高疾病的早期检测技术水平。比如现有技术只能检测出已达到一定量的癌细胞，如果能事先对生命体作单分子检测，就能在癌变细胞极少的情况下将其检测出来，这对癌症早期治疗意义重大。&rdquo 杨金龙表示。 　　&ldquo 在研究过程中，我们一方面从科学角度出发，另一方面也从国家整体需求出发，在进行科学探索的同时，关注国家战略方向。&rdquo 王兵说。

伴随着工程纳米材料在各个不同产品和过程的使用不断增加，人们开始对纳米颗粒的释放对环境和人类健康造成的影响产生了担心。要研究纳米颗粒对环境的影响，就必须探索纳米颗粒如何通过在水和土壤中的迁徙而被植物吸收的。如果纳米颗粒最终为食品作物所吸收，那么人类就直接面临ENPs释放造成的影响。这项研究工作的目标是开发一种从植物中提取其吸收的纳米颗粒的程序并借助单颗粒等离子体质谱仪进行分析。一旦这些步骤可以确定可行，那么它们都会被用于西红柿摄取金（Au）纳米颗粒含量的测定。样品番茄植物从种子种植，生长29天后，将幼苗浸没在装陈好有不同浓度的40nm的金纳米颗粒（nanoComposix™ ，圣迭戈，加利福尼亚州，USA）聚乙烯吡咯烷酮（PVP）容器里四天后收获用于分析。收获后，植物枝条用去离子水洗涤三次，然后切成小块均质化于8ml浓度为2mM柠檬酸盐缓冲溶液中。实验所有分析测试工作都在珀金埃尔默NexION® 300D/350D ICP-MS上完成，应用了Syngistix™ 软件内置的纳米应用模块。单颗粒的工作曲线和溶解金元素的含量工作曲线都建立了。其中金（Au）纳米颗粒标准曲线是采用30、50、80和100nm柠檬酸盐稳定的金纳米颗粒（nanoComposix™ ，圣迭戈，加利福尼亚州，USA），为了最大限度提高其分析灵敏度，看到最小的颗粒，对仪器进行了优化，选择最高灵敏度的金197同位素进行分析。表1.NexION 300/350D 仪器分析参数实验结果为了评估消化酶对金纳米颗粒的影响，我们对50nm的金（2.05*105NPs/mL）纳米颗粒采用Macroenzyme R-10进行了稳定处理。图1给出了所得到的颗粒尺寸分布，所测得的50nm颗粒浓度达到1.81*105NPs/mL，回收率达到88.3%。结果显示，经过处理后，酶消解过程不影响粒径分布。图1.酶处理过的50nm金纳米颗粒的粒径分布直方图对浸入在浓度为0.2mg/L 40nm金纳米颗粒溶液里4天的西红柿作物进行了消解和分析。图3a和b显示了西红柿对金纳米颗粒的吸收。图3c显示了不同颗粒金纳米颗粒分布，集中在40nm中心附近，符合统计分布理论。在相同的植物消解液中加入4.7*104NPs/mL的100nm金纳米颗粒，不同粒径的金纳米颗粒分布如图3d所示。图3.（a）和（b）暴露在5mg/L 40nm Au纳米颗粒4天的西红柿植物的重复原始数据；（c）图4（a）和（b）的暴露在5mg/L 40nm Au纳米颗粒的西红柿植物的颗粒分布直方图；（d）在暴露在5mg/L 40nm Au纳米颗粒的西红柿植物中加入4.7×104/mL 100nm Au纳米颗粒的粒径分布直方图。结论这项研究表明西红柿可以吸收纳米颗粒，SP-ICP-MS能够准确测定纳米颗粒的分布和大小。酶消解处理可以分解植物组织而不溶解金纳米颗粒，从而使SP-ICP-MS得以分析最终结果。结合酶消化和SP-ICP-MS，可以对部分或整个植物进行分析，使植物吸收纳米颗粒分析变得轻松快速。想要了解更多详情，请扫描二维码下载完整的应用报告。

仪器信息网讯 2013 年5 月14 日，由牛津仪器等离子技术公司主办的“牛津仪器纳米级等离子工艺研讨会”在北京举行，来自广大企业及科研院所的160余名用户参加了此次会议。 会议现场 　　会议就微纳米技术在科研领域的新发展、未来的加工趋势、微纳米结构及器件应用等内容进行了探讨和交流。 牛津仪器商务发展总监 Frazer Anderson先生 　　牛津仪器商务发展总监Frazer Anderson先生首先介绍了牛津仪器及牛津仪器等离子体技术公司的基本情况。牛津仪器的业务主要分为纳米分析部、工业分析部和服务三大部分。其业务收入目前38%来自亚洲、32%来自欧洲、北美占27%，其他区域占3%。 　　牛津仪器等离子体技术公司属于纳米分析部，作为等离子体与沉积处理系统的领导供应商，成立于1982年，拥有超过30年的工艺经验，超过6000件的工艺库，能刻蚀、沉积或使用超过50%的元素周期表中的自然界元素。应用领域包括高亮度发光二极管(HBLED)、微机电系统MEMS、第三代光伏发电及下一代半导体技术等。拥有遍布全球的销售服务网络，并在英国、德国、中国、美国、日本、新加坡等设立了分公司与办事机构。 中科院半导体所半导体集成技术研究中心主任 杨富华教授 　　杨富华教授介绍了中科院半导体所、半导体技术研究中心、纳米技术在中科院半导体所的应用、半导体所采用的牛津仪器等离子体技术公司的产品使用情况等。他表示举办这样的交流会对于科研人员更好的了解相关领域的前沿动态及技术交流很有帮助。等离子体技术对于未来的科研工作非常重要，我们的研究人员一定要懂得仪器的使用原理，更好的操作仪器，获取出色的研究成果。同时他提出对于仪器公司来说，要想提高在中国的市场占有率，需要在仪器质量、价格、服务及技术打包方案等方面做更多的关注。 牛津仪器MEMS首席工艺科学家 Mark McNie先生 　　Mark McNie在报告中主要介绍了深硅刻蚀和低温纳米刻蚀技术在微机电系统(MEMS)中的应用。目前微机电系统的主要应用领域包括微机械、微流体、传感器及生物医药等领域。其发展趋势主要在于一体化和复杂化。 台湾工研院微系统技术中心经理 Dr.Lin Ching-Yuan 　　Lin Ching-Yuan博士在报告中指出微机电系统(MEMS)的市场规模到2017年将达到210亿美元，其2011年的市场规模为102亿美元，年均复合增长率将达到13%。未来在消费品和生物应用领域将发挥重要的角色，晶圆级的组合结构设计、3D一体化设计将成为MEMS的发展趋势，MEMS技术在半导体及移动电话领域的应用需求依然强劲。 牛津仪器首席技术官 Dr. Mike Cooke 　　Mike Cooke博士介绍了ALD(Atomic layer deposition)原子层沉积系统及其应用。ALD是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，该技术作为一种先进的薄膜生长技术，已经在高介电和半导体薄膜生长等多方面得到了应用。新型高介电栅介质材料，纳米材料和纳米技术以及3D电子器件等是推动ALD发展重要的需求动力。 　　另外，此次交流会中Mike Cooke博士还就纳米薄膜加工工艺面临的问题及解决方案作了介绍。 牛津仪器III-V族刻蚀应用首席工艺科学家 邓力刚博士 　　邓博士在报告中介绍了激光干涉、光谱发射技术在III-V族刻蚀中的应用，这两种技术均可以很好的用于刻蚀监测及控制刻蚀深度。III-V 族刻蚀工艺优化中应注意了解材料特点，保持腔体干净，另外好的掩膜对于获取良好的刻蚀结果也十分重要。 牛津仪器HBLED产品经理 Dr.Mark Dineen 　　Mark Dineen博士介绍说PlasmaPro 1000 Astrea刻蚀设备，可以为PSS, GaN 和AlGaInP提供大批量刻蚀提供解决方案。牛津仪器在高亮度发光二极管(HBLED)产业中已具备15年以上的供应设备经验， HBLED制造业要求高产量、高性能和低使用者成本， PlasmaPro1000 Astrea大批量刻蚀设备完全符合以上要求。 牛津仪器Ion Beam产品经理 梁杰荣博士 　　梁杰荣博士介绍说，Ion Beam(离子束)技术可广泛的用于金属、氧化物和半导体的刻蚀与沉积。随着离子源栅网设计技术的持续改进，将使离子束技术更好的用于纳米结构的精细刻蚀。高离子能量及低压操作将为高质量的光学涂层和金属沉积提供理想的环境。 中科院半导体所 王晓东教授 　　王晓东教授介绍了Ion Beam Optofab3000 离子束沉积的应用情况。Optofab3000型离子束溅射系统的离子束能量可达几十至1000eV，被溅射出的原子带有10-20eV的能量，比蒸发镀膜高约100倍，薄膜的粘附性及致密度显著提高，靶材的表面原子逐层被撞出来，薄膜以原子层级生长，均匀性好。 牛津仪器半导体设备部区域销售经理王宏主持会议 　　会议中，与会人员在听取报告后，还就自己感兴趣的问题同专家进行了沟通和交流。现场还特别设置了墙报展，各位专家分别将自己的研究内容同与会人员就行了探讨。 现场交流 撰稿编辑：秦丽娟

经过30多年的发展，纳米孔在核酸测序领域已经成功实现商业化，在分子诊断领域（分析化学）也取得了巨大的进步。期间，研究者发展了不同种类的纳米孔，包括蛋白质纳米孔、高分子纳米孔、玻璃纳米孔和各种无机薄膜纳米孔。于此同时，理论研究和各种功能化技术也逐渐完善。研究内容从核酸测序扩展到对药物小分子、蛋白质、核酸碱基突变及其他一些重要的对象进行检测。本文主要介绍王家海教授团队在纳米孔领域取得的一系列进展和成果。（一）将纳米孔的离子整流现象运用到分析化学，提高纳米孔的应用范围和深度2008年之前，基于纳米孔的分子检测主要使用电阻脉冲方法（Resistive-pulse method）（图1）：在纳米孔两边施加电压时，纳米孔一端的离子在电场的作用下通过纳米孔，可观察到稳定的恒电流；当带有一定体积和电荷的探测物存在于溶液中时，电场的作用使其通过纳米孔，纳米孔中的离子浓度临时改变，可观察到一系列的电阻脉冲峰（Resistive pulse）。根据峰的大小、持续的时间和频率，即可对探测物进行定量和定性测量。图1. 基于蛋白质纳米孔的电阻脉冲方法电阻脉冲方法高度依赖纳米孔的孔径、稳定性、长度和表面的电荷及表面功能基团。譬如用于基因测序的蛋白质纳米孔，孔径只有两纳米左右。这些苛刻的要求，限制了该方法广泛用于生物体系中不同对象的探测及其实用化。因此发展新方法能使纳米孔分析化学应用更广泛和深入。2008年，为了提高纳米孔在分析化学上使用范围和深度，把离子整流现象运用到分析化学（Nanomedicine, 2008, 3, 13-20）。相关工作两次在国际大会进行专题报告。离子整流方法：在锥形纳米孔（带负电）两端实行电压扫描时，观察到一个非线性的电流对电压的曲线（I-V curve）；把带正电的探测物置于溶液，探测物会选择性吸附到锥形纳米孔内表面，探测物改变或逆转了孔内表面电荷数目，当再次对锥形纳米孔两端实行电压扫描时，会观察到一个改变的非线性的电流对电压的曲线，通过对电流改变值进行分析，即可对探测物进行定量分析（图2）。图2. 基于锥形纳米孔的离子整流方法随后，该团队进一步把这个原理运用于探测不同疏水性药物小分子（Talanta, 2012, 89, 253-257）。药物检测原理如下（图3）：（1）当不断改变药物分子在锥形纳米孔小端一侧的浓度时，观测到一系列变化的电流电压曲线。当药物分子达到一定值时，药物在纳米孔内的吸附达到饱和，电流电压曲线不再发生变化，这时候表面覆盖率达到1。（2）没有药物分子的时候，药物表面覆盖率为0，电流电压曲线为黑线。对应一定药物浓度的表面覆盖率，可以利用特定电压所对应的电流计算。（3）表面覆盖率与药物在溶液中的浓度和药物与表面的结合常数相关联。（4）如果以表面覆盖率为Y轴，药物浓度为X轴，结合Langmuir方程式，就可以拟合出药物与薄膜内表面的结合常数。不同疏水小分子在薄膜上的吸附能力不一样，所以可以用电流电压曲线区分不同小分子（图4）；小分子Hoechst 33342 在20微摩尔时薄膜内表面吸附达到饱和（图4A），分子Propidium Iodide 在1毫摩尔时薄膜表面吸附达到饱和（图4B）。分子Bupivacaine hydrochloride 在8毫摩尔时在薄膜内表面吸附达到饱和（图4C）。图3. 离子整流定量检测药物分子。（A）不同浓度的药物引起不同的离子整流和电流电压曲线。（B）药物在纳米孔表面的覆盖率可以通过相对电流改变量计算。（C）药物表面覆盖率与溶液中的药物浓度和药物与表面的结合常数通过Langmuir方程式相关联。（D）如果以表面覆盖率为Y轴，药物浓度为X轴，结合Langmuir方程式，就可以拟合出药物与薄膜内表面的结合常数。图4. 区别不同疏水性带正电的药物小分子。（A）对应于小分子Hoechst 33342的电流电压曲线图和相应的表面覆盖率随药物浓度变化图。（B）对应于小分子Propidium Iodide的电流电压曲线图和相应的表面覆盖率随药物浓度变化图。（C）对应于小分子Bupivacaine hydrochloride的电流电压曲线图和相应的表面覆盖率随药物浓度变化图。相对于电阻脉冲方法，离子整流方法带来新的期待，它对纳米孔大小、表面修饰、膜厚度的要求都比电阻脉冲方法宽松很多。尽管如此，离子整流仍然需要更进一步的发展：高分子膜中50纳米以下纳米孔在电镜的观测下，会变形，测量不准，误差很大，且操作费事；高分子膜表面的疏水性影响了探针分子的修饰，纳米限域内的分子探针修饰无论是成功率还是重现性都比开放表面修饰差很多；基于高分子纳米孔离子整流，离子整流的整流系数变化还不太理想，使整个体系的检测限与其他表面技术和荧光方法相比较，还有一定差距；离子整流的应用范围需要继续扩展。（二）发展基于光透射技术的纳米孔孔径测量方法此前常用的表征核孔膜孔径的方法有电子扫描显微镜（SEM）和光学显微镜。SEM测试费用昂贵，操作时间长。光学显微镜只能测量微米尺度以上的物体。况且这两种方法都不能够实现在线监测。为了纳米孔孔径测量更方便，测量时孔径不变化，该团队发展了一种基于光透射技术的测量方法（Chem. Commun., 2013, 49, 11451-11417）。运用紫外分光光度计测量出核孔膜的大小（图5），可以覆盖50纳米到1微米的区间，有望填补在线检测核孔膜生产的技术空缺。该团队发明的这个方法，优势在于简单（图6），可以生产出微型化的装备快速检测孔径大小（图7），主要运用于高分子核孔膜的制备与表征（Track-etched Membrane），实现实时在线检测。该团队已经基于该方法开发了相关检测仪器，已经与企业开始技术转化洽谈。[1]图5. 核孔膜孔径在增大的过程中孔的周边会有一个缓冲带，这个区域会随着孔径增大而同时变大，会反射光。逐渐增大的缓冲带会使薄膜越来越不透明图6. 薄膜仅仅需要放在紫外样品池支架上（静电吸附）图7. 核孔膜孔径与光反射log值呈现良好的线性关系（三）设计无探针修饰的纳米孔分析平台，消除限域纳米孔内立体阻碍的干扰高分子膜表面的疏水性影响了探针分子的修饰，纳米限域内立体阻碍对探针和被测物之间的相互作用有很大的影响，造成纳米限域内分子探针修饰无论是成功率还是重现性都比开放表面的修饰差很多。针对这个不足之处，该团队设计了无探针修饰的纳米孔分析平台（Microchim. Acta, 2015, 59, 4946-4952 Talanta, 2015, 140, 219-225 Biosens. Bioelectron., 2015, 63, 287-293 J. Mater. Chem. B, 2014, 2, 6371-6377）。在运用纳米孔作为检测平台时，探针修饰是常用的做法，但这种方法有不足之处，譬如纳米孔内表面的立体阻碍，影响检测限的优化。纳米孔内高电场也影响了探针在孔内的稳定性。在该团队的工作中，探针游离在溶液当中，可以高选择性的和目标对象结合（多余的探针被单碳纳米管除去），只有结合了目标物的探针才能被纳米孔吸附，从而改变纳米孔表面的电荷，因此能用纳米孔选择性检测目标分子。这个新方法的优势在于，探针与目标对象的作用完全在溶液中，不受表面影响。将该方法用于对三价镉离子的探测，仅仅通过选择适当的缓冲溶液就可以做到。图8. （a-c）在纳米孔表面吸附高分子PEI，然后吸附Zr4+离子，纳米孔具备吸附核酸探针的能力；（d）与探测物结合的核酸适配体吸附到纳米孔表面，没有与检测对象相结合的自由核酸适配体被单壁碳纳米管吸附带走。纳米孔表面的电荷改变可以通过离子整流探测。基于高分子的纳米孔整流器容易发生非特异性吸附，尤其是含有胺基的小分子容易吸附在纳米通道表面，这会降低纳米通道传感器的效率。该课题组利用主客体相互作用来消除过量小分子的影响，在检测三聚氰胺中利用环糊精（Cyclodextrin）解决了这一个问题。与单壁碳纳米管（SWNTs）相结合，β-环糊精（β-CD）为涂覆有聚乙烯亚胺（PEI）和锆离子（Zr4+）的锥形纳米通道提供了优异的传感性能。以三聚氰胺为检测对象，制备的纳米通道可以选择性检测三聚氰胺诱导的双链DNA（dsDNA）（Biosens. Bioelectron., 2019, 127, 200-206）。全部工作在广州大学完成。图9. 环糊精可以屏蔽三聚氰胺的非特异性吸附（四）借助纳米通道支撑基底，发现高分子膜材料上具备完美的离子二极管效应和离子整流现象高分子纳米孔离子整流系数变化不够大，其检测能力与其他表面技术和荧光方法还有一定差距。通过提高纳米孔的离子整流效率可以进一步降低检测限。借助纳米通道基底，该团队发现气体高分子响应膜材料上完美的离子二极管效应和离子整流现象（RSC Adv., 2015, 5, 35622-35630）。二极管效应早先是电子二极管很重要的一种现象，有广泛的应用实例。在后来的蛋白质纳米通道中也发现了二极管效应，与电子二极管不同的是电流的载体是离子，这种效应是离子二级管效应，其原理也被其他人工材料采用。本文发明了一种全新的离子二极管，并用新的物理化学机理解释了超薄气体响应高分子膜的这种离子二极管效应。该高分子膜除了可以应用在油水分离、海水淡化和能源隔膜等领域中，对应用在分析化学中也是很有前景，其离子整流系数达到几万倍，几乎接近完美。图10. （A）和（D）核孔膜电镜图（200 nm），（B）和（C）长满高分子膜的PET膜的上下两面。（E）和（F）高分子膜的厚度（1.6 μm）。图11. 只要调换溶液和控制电压方向，就可以制备可开关的离子二极管。电压方向可以控制离子在薄膜附近的浓度，从而引起薄膜亲水或者疏水。（五）运用离子整流解释高分子薄膜内羧基可以带正电纳米孔分析化学的应用范围需要继续扩展，譬如运用离子整流观测表面化学反应，把纳米孔集成到微小器件中用于体内检测。2011年该团队运用离子整流解释了高分子薄膜内羧基可以两步质子化反应带正电（Nanoscale, 2011, 3, 3767-3773）。发现不对称锥形纳米孔内新的物理和化学性质：聚脂薄膜内表面的羧基可以通过两步质子化使薄膜内带负电荷、呈中性、带正电荷三种状态。该工作打破了近十年的传统观念，以前认为薄膜内表面只能具备带负电荷、呈中性两种状态。表面羧基（COOH）是由NaOH刻蚀聚脂薄膜PET产生的，在中性溶液中薄膜内表面带负电荷（COO-），在溶液pH 下降到3 或更低时，电流电压曲线发生反转。要通过电流电压曲线观测到这个现象，需在比较宽电压范围内扫描。图12. 不需要生物化学修饰的离子整流器。（A）锥形纳米孔图，（B）薄膜表面电荷性质发生变化。（六）将二维纳米孔折叠成三维微米器件，用于细胞培养和药物释放目前基于纳米孔的分析检测都是在体外进行，要想将更加先进的检测技术运用到体内，必须和能用于体内的其他智能化的微小器件相结合。该团队曾经把二维的纳米通道折叠成三维的微米器件（Nano, 2009, 4, 1-5）。这种立体盒子的每个面都带有纳米孔，可以进一步功能化。该立体盒子（微米）可以用作细胞存放的容器，譬如能产生胰岛素的细胞。盒子的每一面的纳米孔都能感知周围的环境，根据需要用于营养成分的交换，保证盒内的细胞正常生长，并且在体内为患者提供源源不断的胰岛素。还可以把其他的药物分子放入微米器件内，为患者提供帮助。该工作只是初步的把纳米孔和其他先进器件相结合，后续的应用还需要更多的研究工作。图13. 三维纳米孔器件（七）小分子功能化的纳米孔通道可以调控离子流在家禽业中滥用金刚烷胺（ADA）及其衍生物作为兽药，可能会给人类带来严重的健康问题。因此，迫切需要开发一种快速、廉价、超灵敏的ADA检测方法。该团队建立了一种灵敏的锥形纳米通道传感器，利用主客体竞争的独特设计快速定量检测ADA。该传感器使用对甲苯胺类对纳米通道表面进行功能化来构建，然后用葫芦素（Cucurbit[7]uril，CB[7]）组装而成。当ADA加入时，由于主客体的竞争，它会占据CB[7]的空腔，使CB[7]从CB[7]-p-甲苯胺类络合物中释放出来，导致纳米通道的疏水性发生明显变化，这可由离子电流确定。在最佳条件下，该策略允许在10-1000 nM的线性范围内灵敏检测ADA。基于纳米通道的ADA传感平台具有高灵敏度和良好的重复性，检测限为4.54 nM。该文首次利用纳米通道系统实现了基于主客体竞争的非法药物快速、灵敏的识别，并详细阐述了该方法的原理和可行性。该策略为将主客体系统应用于小分子药物检测纳米通道传感器的开发提供了一种简单、可靠、有效的方法（Talanta, 2020, 219, 121213）。全部工作在广州大学完成。图14. 葫芦素调控的纳米孔检测三维金刚烷胺（ADA）（八）核酸纳米结构作为纳米孔信号传导载体检测病毒基因片段运用纳米孔直接检测小分子或者其他目标对象挑战性非常大，如果把对目标对象的检测转化成对核酸纳米结构的检测，可以解决很多以前不能解决的问题（Analyst, 2022, 147, 905-914）。特别是，具有明确三维纳米结构的DNA四面体是用作信号传感器的理想候选。该团队展示了在反应缓冲液中检测HPV18的L1编码基因作为测试DNA靶序列，其中连接DNA四面体到磁珠表面的长单链DNA被靶DNA激活的CRISPR-cas12系统切割。DNA四面体随后被释放，可以通过玻璃状纳米孔中的电流脉冲进行检测。这种方法有几个优点：（1）一个信号传感器可以用来检测不同的目标；（2）孔径比目标DNA片段大得多的玻璃状纳米孔可以提高对污染物和干扰物的耐受性，避免纳米孔传感器性能的降低。图15. 纳米孔结合CRISPA-cas12 检测病毒片段王家海教授简介王家海，广州大学化学化工学院教授、研究生和博士后导师，2008年5月美国University of Florida化学系毕业，师从Charles R. Martin；2008年5月至2009年1月，美国约翰霍普金斯大学化学生物工程系博士后，从事微纳米器件加工课题，致力于智能器件的设计及其应用性能的探讨；2009年1月至2014年8月，分别在中科院苏州纳米所和长春应用化学研究所任副研究员，从事体外诊断纳米孔检测相关的技术开发。2014年10月加入山东大学，任研究员，从事氢能源催化剂材料的开发。2017年至今加入广州大学，百人计划教授。入选中国科学院首批促进会会员，广州市高层次青年后备青年人才，全球顶尖十万科学家之一。目前团队研究方向包括能源催化材料、锂电池、生物化学传感器、纳米孔单分子计数器和5G通讯。代表性成果发表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 等国际著名期刊上。精彩会议预告：点击图片免费报名参加“第五届基因测序网络大会”

工程师用二次离子质谱SIMS检测样品表面成分。连日来，嘉庚创新实验室工程师黄声超博士都泡在无噪声实验室里，通过三束流聚焦离子束加工与表征系统加工样本，帮助企业优化工艺。这座亚洲首个、也是目前唯一的无噪声实验室，能提供当前全球极限精度的测试分析与加工条件，是嘉庚创新实验室的闪亮名片之一。2021年，嘉庚创新实验室设立全资公司——嘉析检测技术服务（厦门）有限公司（以下简称“嘉析检测”），依托嘉庚创新实验室公共支撑平台能力，在分析测试、微纳加工和智能计算等方面，集成厦大等各方面的资源，为新能源和电子信息企业以及科研单位提供一站式研发解决方案。“工欲善其事必先利其器。为助力开展国际领先的原创基础研究，实验室打造总值近3亿的高端设施平台设备，具备全球领先和产业急需的研发设施和实验环境条件，为深入研发分析和极限精度加工的实现提供了顶尖硬件基础。”嘉析检测副总经理阙启康表示，为了更好支撑产品研发和质量改进，公司集成嘉庚创新实验室和厦门大学的实验室资源，以“计算模拟-材料制备-微纳加工-分析表征”全流程研发为主线，已为企业和科研院校等200余家用户提供高附加值的技术服务。打造“无声世界” 服务顶尖基础科学研究走进嘉庚创新实验室里的“厦门大学无噪声超精密加工和表征实验室”，就进入了世界上震动最小的几个角落之一。在这里，纳米尺度的科学研究基本不受外界环境干扰。黄声超将芯片样本送入仪器后，转身走到实验室外的操控台，开始进行样品的失效分析。“芯片放大后就像一栋房子，通过仪器分析，可以准确定位出失效位置并对失效点进行分析。”黄声超介绍，实验室里还能实现小于3纳米精度的加工、精修等工艺，小于百纳米/秒的振动能让高精尖仪器最大限度发挥作用。“无噪声实验室能够为未来纳米尺度下顶尖基础科学研究和工程技术创新提供接近理想条件。”阙启康说，这是继瑞士、美国、德国后的全球第四座、亚洲首座无噪声实验室，不仅成为厦大师生开展研究的重要平台，三安光电、云天半导体等一批光电、半导体、新材料、仪器装备领域的龙头企业也利用该实验室，推进关键核心材料研发。据介绍，无噪声实验室已配备空间分辨率达到亚埃级的双球差校正透射电子显微镜、三束流聚焦离子束加工与表征系统，以及自主研制的单分子超快光电表征系统，将在空间分辨极限、加工精度极限以及时间分辨极限方面不断突破。“这些设备可提供全球极限精度的测量、表征与加工条件，为科研人员创造了梦寐以求的研发工具。”阙启康表示。高端科研平台 满足多种研发测试需求除无噪声实验室以外，嘉庚创新实验室还建设了微纳加工平台、电子显微平台、谱学分析平台等高端科研实验室平台，配备大面积、亚十纳米加工精度的电子束光刻机，高通量智能仿真模拟系统等。三层楼的35间实验室，共有30多名固定技术人员在此提供研发分析等服务，其中博士6人，硕士14人，有多年产业经验的工程师20余人，具备良好的技术解决能力。晶圆加工、光刻清洗、镀膜……在嘉庚创新实验室1000平方米的微纳加工平台，一批技术人员正在设备前进行各项操作，帮助企业优化芯片工艺。“这里提供微纳加工打样验证服务，帮助客户尽快实现产品验证，”嘉析检测有关负责人表示，服务已应用于电子信息、工业制造、生物与医疗科学、航空航天及环境科学等领域，具体满足薄膜制备、图形加工、表征测试及后道封装等一系列加工需求。在分析测试中心，十多间实验室按百、千、万级等不同洁净度分类，技术人员正在这里做材料的纯度、成分、结构及性能等分析。“依托嘉庚创新实验室高端的仪器设备和厦大的资源优势，我们希望帮助解决企业研发和生产过程中碰到的材料鉴定和刷选、失效分析、工艺改善、新材料与新器件开发等问题。”阙启康表示，公司未来将继续在新能源、新材料和电子信息领域，为客户提供测试分析、微纳加工和智能计算等服务，为企业和科研机构提供一站式解决方案。