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關鍵詞:納米技術;納米材料
前言
自從1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上,正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支開始,納米技術便一步一步進入人們的生活。納米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之間的物質組成的體系運動規律和相互作用,以及實際應用中的技術問題的科學技術。從材料的結構層次來說,它介于宏觀物質和微觀原子、分子的中間領域。納米技術不是一門單一的新型學科或者技術,它廣泛應用于各類學科中,其中在機械工程中的應用對于機械工程學科的技術變革起到了不可估量的作用。納米技術運用到機械方面尤其是產生了微型機械技術已經成為21世紀研究的核心技術,很多國家在納米技術上開始了越來越多的研究。
1.關于納米技術
所謂的納米技術就是指用單一的分子、原則制造物質的一種科學技術,納米科學技術已經成為了將很多現代的先進科學技術作為了基礎科學技術,并且成為了現代科學和現代技術進行組合的重要產物之一,現代科學主要包括分子生物學、介觀物理、量子力學和混沌物理,現代技術主要包括核分析技術、掃描隧道顯微鏡技術,微電子技術以及計算機技術,納米技術一定會引發起一系列的全新的科學技術,比如納米機械學、納米材科學以及納電子學等等。
2.微型納米軸承
在沒有納米技術之前,軸承的體積都很大,因此會有較大的摩擦力,一般都是依靠油減少摩擦力,但減少并不意味著可以避免摩擦力。運用納米技術開發的微型納米軸承幾乎沒有摩擦力,美國科學家研制的這種微型軸承具有兩個明顯的特點,首先是非常小,該軸承的直徑僅有一根頭發的萬分之一,而運用在機電系統中的其直徑更是只有1nm。僅有微型機械的千分之一。其次,幾乎沒有摩擦力,這種納米微型軸承的摩擦力比起以往研制的微型軸承,納米微型軸承的摩擦力都不到其最小值的千分之一。
3.納米材料運用
合肥大學研制成功了納米新型陶瓷刀具,這標志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細化品粒。因為對于品粒的細化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時,這種納米技術的應用也大大優化了其力學性能,納米材料加入到傳統的金屬陶瓷中對其力學性能來說是個很大的提供,刀具的壽命也提高到2倍以上。
4.納米耐磨復合涂層的應用
由于納米材料的顆粒之間往往都存在著庫侖力、范德華力,有些顆粒甚還與化學鍵結合,這也就導致了陶瓷的顆粒極其容易團聚,并且顆粒之間越小其進行的團聚就越緊,也就使其應有的性能很難得到充分的發揮,這個問題也就能夠通過施加機械能和化學作用這兩種力式來進行解決,但是,硬團聚的顆粒之間緊密結合,僅僅通過化學作用是遠遠不夠的,必須要對其輔助很大的機械力,這些機械力主要包括剪切力和撞擊力。
5.納米技術馬達
納米技術馬達的最新一代是由一家美國公司生產的,Mano Muscle公司生產這款納米技術馬達首先亮世于中國的深圳,從體積方面測量,新一款的納米技術馬達僅有傳統電磁馬達體積的二十分之一。其功率能夠負載大約四千克的重量,使用壽命更是達到了100萬次,性能如此良好,但其長度卻不到一根火柴桿的長度。該馬達通過采用納米技術制造的智能材料,將傳統的銅、鐵、磁等材料替代,因此,新一代的馬達相比于傳統馬達具有許多優點。重量更輕,幾乎沒有噪音,而制造成本也更低。目前這種微型馬達在機械中的運用并不是很廣泛,主要運用于汽車的電動車窗方面。
6.納米磁性液體用于旋轉軸的動態密封
通常靜態的密封都是采用橡膠、塑料或金屬等材料制成的“O”形環作為密封元件。旋轉條件下的動態密封一直是未能解決的問題,無法在高速、高真空條件下進行動態密封。納米技術的出現促進了磁性液體密封技術的產生。南京大學已試制成水基、烷基、二脂基、硅油等多種類型的磁性液體。在電子計算機的硬盤轉處已普遍采用磁性液體的防塵密封,除此之外磁性液體還可于制造新型劑,巧妙利用磁場原理改善效果。納米技術在機械工程中的應用舉不勝舉,通過以上這些新型技術的產生,我們不難看出納米技術對于機械工程的發展有著深遠影響。同時,相對于傳統機械工程來說,也正是因為納米技術有很多優勢才能取得這樣顯著的成果。
6.1納米磁性液體在旋轉軸中應用的尺寸效應
在納米技術領域,其顯著成果之一就是在旋轉軸中,對傳統的尺寸單位進行了縮小,以前的計量單位級為毫米,而今則是納米級,而1納米僅相當于1毫米的百萬分之一,如果運用在機械工程之中,那么機械的體積會因為納米技術的應用而極大的降低,在此基礎上就有了微型機械為代表的新型機械的誕生和生產。實際上,這種微型化并不僅僅是單純意義上的尺度上發生了重大變化,而更多的是指可以成批進行制作生產微傳感器、集合微結構、微驅動器、微電路等處置裝置于一體的微型機電系統。
6.2 納米磁性液體在旋轉軸中應用的摩擦性能
納米技術最為顯著的一個特征就是其摩擦性能,在機械工程中,特別是結構和尺寸比較大的機械,由于摩擦力的影響,各種軸承對會因摩擦出現損傷,對機械的磨損非常嚴重。而納米材料,則幾乎處在一種無摩擦的狀態,非常好的克服了摩擦的問題。
6.3 納米磁性液體在旋轉軸中應用的材料以及多元化
納米技術的應用使原材料能夠以一種更加微小的形態出現,而且性能強大。其首先不僅改良了傳統的材料,同時通過采用納米科技,更多更新的新材料也不斷涌現。磁性液體密封技術證明了磁性液體能夠能夠被磁場控制的特性,另外在材料的應用過程中,通過向其添加一定的微量元素,還能夠使材料獲得更好的效果。
7.結語
納米材料在機械工程中改變甚至顛覆了傳統模式的運轉,顯示了其強大的科技含量,但是在其運用中,我們仍有很多方面亟待解決:如何準確表征納米材料的各種精細結構;怎樣從結構上分析、解釋納米材料的新特性;能否利用某種標準來預測微區尺寸減少到多大時,材料表現出特殊的性能等等。對于這些問題,我們仍需深入研究,以便納米技術更好地服務于機械工程領域。
參考文獻:
關鍵詞:納米技術;軍事領域;效應;影響
當物質的尺寸小到0.1~100納米時,物質屬性會發生很大變化。如銅塊被加工成納米尺度的粉末,而后再壓成塊狀,其導熱速度是自然銅塊的數倍;很多物質被加工到納米尺度后,其導電性和光吸收能力提高數倍等等。研究這些現象的技術被稱為納米技術[1]。先進的技術總是最先應用于軍事領域,納米技術也是如此。當這種技術剛剛興起時,世界各主要軍事大國便相繼制定了繁多的軍用納米技術項目。他們認為,在未來的戰爭中,納米技術將極大地改善戰場偵察和戰場指揮手段,并加速武器裝備小型化、信息化和一體化進程,甚至改變未來戰爭的模式[2]。
1 納米技術在軍事領域應用所產生的積極作用
納米技術在軍事領域應用,將有效地提升指揮系統的性能、改進偵察技術手段、增強武器裝備的作戰效能和降低士兵傷亡率[3-4]。
1.1 提升指揮系統的性能
高性能的計算機是軍隊指揮系統中不可或缺的硬件設施。采用納米技術制造的電子器件,具有更高效的信息接收、處理和發送能力,且其并行能力強。以此作為核心的計算機,在處理大量信息的同時能夠保證指令安全、準確、迅捷地發送到作戰人員計算機中。
1.2 改進偵察技術手段
納米技術可用于制造微型衛星和納米衛星。微型衛星、納米衛星易發射,體積小、重量輕,生存能力強且研發費用低。多星組成衛星網,即可實現對地球表面的覆蓋。它還可用于制造微型偵察設備獲取戰場信息。與普通武器相比,納米技術制造的武器更具有穿透性和偽裝性。另一方面納米技術使得對目標的監控更快、更具有選擇性[5]。
1.3 增強武器裝備的作戰效能
1.3.1 提高武器裝備的防護性能和攻擊性能
納米陶瓷耐沖擊且具有很高的韌性,可用于制造軍用車輛的發動機和對抗沖擊性要求高的槍炮襯管;納米微粒可以有效地吸收電磁波和紅外波,可用于制造雷達波和紅外波兼容的隱形材料,使武器裝備的隱身性能更佳[6]。一些納米微粒如鎳納米微粒可以制成催化劑,使彈藥的燃燒效率提高數倍,提高了導彈等的飛行速度和貫穿能力;利用納米技術可以對石油燃燒和炸藥爆炸進行精確控制,可應用于小規模定量定向爆破[7]。
1.3.2 促進武器裝備的小型化
隨著納米技術的發展,量子器件越來越多地取代大規模集成電路,復雜的電子系統完全可以集成在一塊芯片上,成倍地縮小武器裝備的重量和功耗[9],使目前需車載的電子戰系統縮小到可由單兵攜帶使用。隨著科技的進步,“麻雀”衛星、“米粒”炸彈、“小草”探測器等等,都將慢慢成為現實。
1.3.3 提升武器裝備的智能化
利用納米技術可以制造出微型的電腦和感應器,更好地感應、識別并做出反應。利用納米技術制造的輪胎,能夠隨時進行表面感應并自動調整壓力利于行軍;利用納米材料制造潛艇的蒙皮,可以靈敏地感受水流、水溫、水壓等細微的變化,還能根據水波的變化提前察覺來襲的魚雷,使潛艇及時做規避機動[7]。
1.4 減少士兵傷亡
士兵的傷亡數量是一場戰爭成敗的主要標準之一,降低有生力量傷亡率一直是各國軍界追求的目標。納米技術的運用,無疑會起到重要作用。一方面,隨著納米技術的大量運用,機器人越來越多地投入戰斗,人類士兵參戰少,傷亡率必然會降低。
另一方面,納米材料的運用能夠為戰場上的士兵提供更好的保護。如:用碳納米管制成的盔甲輕巧堅固,可以減少轟炸和輕武器攻擊給士兵造成的傷害;一些納米氧化物還有抑制紅外輻射等數種功能,做成的制服對人體釋放的中紅外頻段紅外線有屏蔽作用,更有利于隱藏自身[8-9]。納米復合抗菌材料具有耐水、耐酸堿、耐洗滌、光照不老化、廣譜抗菌等特點,用于醫用紡織品中,可以減少野戰士兵的交叉感染和病菌傳播,減少戰斗人員傷亡率[10]。
2 納米技術應用于軍事領域對未來戰爭產生的深遠影響[4]
納米技術會在一定程度上改變未來戰爭的形態,對未來戰爭產生深遠影響。
2.1 探測打擊能力增強, 未來戰爭將更具突然性。納米偵察設備將從多維空間對地展開全方位、多層次的偵察,其更先進的偵察技術和更多樣的偵察手段,使偵察預警能力得到極大的提高。納米超微顆粒的吸波性能,為兵器的隱身提供了技術支持[11-12];超微型和智能化的明顯優勢也增加了攻防兵器的隱蔽性。透明的戰場加上高超的隱身術和隱蔽性,必將使戰爭更具突然性。
2.2 先進技術應用較多,打擊目標為敵方指揮系統。未來戰爭中,打擊目標更多地轉向信息系統。直接打擊敵方的指揮系統,使敵方部隊在戰場上群龍無首寸步難行。
2.3 未來戰爭進行迅速,消耗將大幅減少。一方面,納米武器所用資源較少,成本相對低廉;另一方面,納米戰爭透明度高,戰爭尋求以快制勝和以科技制勝,不會進行到類似二戰的規模,消耗將大幅減少。
3 結束語
隨著納米技術的不斷發展和完善,在軍事領域必將出現更多更先進的應用,不可避免地影響著軍事斗爭準備和戰爭形態。我們期待著更好地掌握這門技術,為保家衛國貢獻一份力量!
參考文獻
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關鍵詞:納米技術;機電工程;應用;摩擦性能;納米材料
中圖分類號:TP271+.4文獻標識碼: A 文章編號:
本文對納米技術在實際應用過程中所存在的各種技術問題進行了探討。納米技術的快速發展對于科技發展是非常重大的突破,當前它已經運用在社會各個領域,納米技術在機電工程中的運用更是成為其核心。表現在很多方面,本文從實例出發,展現納米技術在機電領域的運用。
1.納米技術介紹
所謂的納米技術就是借用單一的分子、原則制造物質的一種科學技術,納米科學技術已經成為了將很多現代的先進科學技術,作為基礎科學技術,并且成為了現代科學和現代技術進行組合的重要產物之一,其中,現代科學主要包括分子生物學、介觀物理、量子力學和混沌物理,現代技術主要包括核分析技術、掃描隧道顯微鏡技術、微電子技術以及計算機技術,納米技術一定會引發起一系列的全新的科學技術,比如納米機械學、納米材科學以及納米電子學等等。
納米技術也被稱為毫微技術,是對結構尺寸在0.1 nm-100nm范圍之內材料的應用和性質的研究,從始至今的相關研究來看,人們將納米技術分為了二種概念,第一種納米技術的概念就是指分子納米技術,這一概念將組合分子機器實用化了,因此,我們可以對所有這類的分子進行任意的組合,并且可以將任何種類分子結構進行制造,但是、這一種概念上的納米技術仍然沒有取得很大的發展;第二種概念將納米技術看成了微加工技術的極限,第,種概念主要是從生物角度提出的,納米生物技術中所包含的重要內容已經延伸到了細胞生物計算機開發和DNA分子計算機領域中。
2微型納米軸承
當前形勢下,納米技術不僅僅是單一的一門新型技術或者學科,納米技術被廣泛的應用到了各類學科之中,其中,在機電工程中進行納米技術的應用,已經對機電工程技術的變革產生了不可估量的重要作用。納米技術在機電方面應用甚至是微觀機械技術的產生已經成為了我們這個世紀進行研究的、核心的技術,許多國家都在納米技術方面展開了越來越多甚至越來越深的研究,在機械工程方面,納米技術在機電工程中應用主要存在微型軸承力面。傳統的軸承的體積比較大,其摩擦力也僅僅能夠靠來進行減少,但是,仍然不能夠將摩擦力進行避免,美國科學家對其行了研究,并且研制出來一種沒有摩擦的微型納米軸承,微型納米軸承主要包括以下兩個特點:
第一,微型,微型納米軸承的直徑僅僅為一根頭發半徑的萬分之一,其應用到機電系統微型的軸承只有1nm,為微型機械的千分之一。
第二,摩擦力極小如果軸承的體積很小,那么,套在一起,管子之間摩擦力就會將微型軸承弱點暴露出來,在其產生的摩擦力很大的時候,會導致微型軸承無法使用。通常制造的微型機械軸承與這種納米軸承相比較,摩擦力僅僅是其最小值千分之一。
3 納米技術馬達
新一代的納米技術馬達是由美國一家公司生產,這種微型馬達的體積只有一般電磁馬達體積的二十分之一,它的長度比火柴桿還短很多,但是盡然能夠負載四千克的重量,它的壽命卻可以達到100多萬次。這種馬達主要是通過運用納米技術制造智能材料來取代傳統的銅線圈以及磁鐵,所有它比傳統的馬達要更加的輕、噪音很低,成本也更加的低,可以說是世界上最靜音的馬達。當前這種微型馬達在機械中運用的并不是很不多,主要用于汽車的電動車窗,這項研究同時也已經在深圳進行研發和生產。
4納米磁性液體在旋轉軸中的應用
通常情況下,靜態密封都是采用金屬、塑料或者像膠等等材料制作而成的O型環,將其作為密封的兀件。在旋轉的條件下,動態密封一直沒有對其問題進行解決,動態密封不能夠在高真空、高速的條件進行動態的密封。納米技術在很大程度上都對磁性液體在旋轉軸中的進行起到了促進作用。我國的南京大學也已經成功的進行了硅油、二脂基、烷基以及水基等多種類型磁性液體的制成,電子計算機硬盤處也已經普遍的采用了磁性液體防塵密封,此外。磁性液體也對新型劑的制造起到了一定的促進作用,在機電工程中應用納米技術的例子舉不勝舉,以上新興技術的產生。我們能夠很容易的看出納米技術對機電工程的不斷發展起到了深刻的影響。與此同時,與系統的機電工程相比較,由于納米技術的各種優勢才能夠使得機電工程產生了顯著的效果。
4.1納米磁性液體在旋轉軸中應用之尺寸效應
在納米技術領域中,最為顯著的效果之一是將旋轉軸中的傳統尺寸竿位進行了縮小,將其毫米單位轉化成了納米,而納米也就相當于一米的十億分之一,將納米技術應用到機電工程中,可以將機械的體積大大降低,最終促使微型機械這種新型的機械的形成和產生.這種產生并不是傳統的機械單純的在尺度上產生了微小的變化,而通常指的就是可以進行成批制作的微傳感器、微能源、微驅動器、集合微結構、信號、控制電路等等處置裝置為一體的微型機電系統。大部分都是將納米技術成果進行了運用,因此,它們已經遠遠的超過了傳統機電的范疇和概念,而是基于現代的科學技術之上,并且作為整個的納米科技中,重要的組成部分,以及用嶄新的技術線路和思維方式指導之下的重要產物。
4.2納米磁性液體在旋轉軸中應用
納米技術使原材料形成了更加微小的形態,其功能更加強大,不僅僅能夠對傳統材料進行一定的改良,同樣能夠使新材料源源不斷的產出。磁性液體密封的技術更加證明了磁性液體能夠被磁場控制這一特性,將納米單位液體置于磁場之內,最終達到密封效果。與此同時。在運用材料中,我們能夠將微量元素融入到基礎的材料之中,以便能夠達到更好效果。
4.3納米磁性液體在旋轉軸中應用之材料摩擦性能
納米技術摩擦性能已經成為了其最為顯著的特性之一,在機電工程領域中,各種軸承都會產生摩擦,存在著摩擦性能,但是,自從納米材料出現了以后,各類機械的尺寸和結構都變小了,對于零件過小,其摩擦力就變得尤其重要,如果其摩擦力相對來說比較大,那么就會造成零件的磨損。進而,納米技術也就對這問題進行了克服,現在已經出現的納米材料幾乎處于無摩擦狀態。
4.4納米技術在機械行業中的發展前景
(1)汽車工業以及機械的滑配原件,例如:滑軌、軸承上應用的納米陶瓷鍍膜能產生磨擦界面,這樣可以大大地減低磨損并且能夠提高負載。
(2) 塑膠流道的低粘應用,例如:拉絲模、套筒以及熱膠道,這樣可有效地減少積料碳化的產生概率。
(3)包封短射、射出成型時發生的粘模 、鏡面霧化以及拖痕均具有重要的改善,特別是在和頂針上所展現出來的干式,這樣更是任何金屬都不能表現出來的優異性。
(4)橡膠、IC 封裝膠和發泡塑料,因為其具有極高的粘著性, 所以必須借助大量的脫模劑來協助脫模, 這樣納米陶瓷的荷葉效應就可大大地減少脫模劑的使用和模具清理時間。
(5)納米陶瓷的低沾粘、低摩擦特性能夠使塑膠在模具內的流動性大大提升, 尤其是高精度模具,例如:塑膠鏡片、薄光板、汽車聚光燈罩等一些模具應用后對產品的使用均有顯著的改善。
【關鍵詞】 納米技術; 中藥制劑; 中藥現代化
【Abstract】 To introduce the definition and characteristic of nanometer Chinese drugs, and the development of nanometer Chinese drugs pharmaceutics. Problems and prospects of nanometer Chinese drugs pharmaceutics were discussed.
【Key words】 nanotechnology; Chinese drugs pharmaceutics; Modernization of Traditional Chinese Medicine
納米即十億分之一米,相當于10個氫原子排成直線的長度。納米技術(nanotechnology)是指在納米尺度下對物質進行制備、研究和工業化,以及利用納米尺度物質進行交叉研究和工業化的一門綜合性的技術體系[1]。納米技術作為高新技術,可廣泛應用于材料學、電子學、生物學、醫藥學、顯微學等多個領域,并起著重要的作用。1998年,徐輝碧教授等[2]率先提出了“納米中藥”的概念,進行了卓有成效的探索。納米中藥是指運用納米技術制造的、粒徑小于100nm的中藥有效成分、有效部位、原藥及其復方制劑。因納米材料和納米產品在性質上的奇特性和優越性,將增加藥物吸收度,建立新的藥物控釋系統,改善藥物的輸送,替代病毒載體,催化藥物化學反應和輔助設計藥物等研究引入了微型、微觀領域,為尋找和開發醫藥材料、合成理想藥物提供了強有力的技術保證。運用納米技術的藥物克服了傳統藥物許多缺陷以及無法解決的問題。將納米技術應用于中藥領域是中藥現代化發展的重要方向之一。
1 納米中藥的特點
1.1 原藥納米化后呈現新的藥效或增強原有療效中藥被制成粒徑0.1~100 nm大小,其物理、化學、生物學特性可能發生深刻的變化,使活性增強和/或產生新的藥效。如靈芝通過納米級處理,可將孢子破壁,并采用超臨界流體萃取技術萃取出靈芝孢子的脂質活性物質,從而增強抗腫瘤的功效。
1.2 改善難溶性藥物的口服吸收
在表面活性劑、水等存在下,直接將藥物粉碎成納米混懸劑,增加了藥物溶解度,適于口服、注射等途徑給藥,以提高生物利用度。
1.3 增加藥物對血腦屏障或生物膜的穿透性
納米粒能夠穿透大粒子難以進入的器官組織、血腦屏障及生物膜。如阿霉素α聚氰基丙烯酸正丁酯納米粒(NADM)可以改變阿霉素的體內分布特征,對肝、脾表現出明顯的靶向性,而血、心、肺、腎中的藥物分布則減少。
1.4 靶向作用
徐碧輝教授等在研究中發現,一味普通的中藥牛黃,加工到納米級水平后,其理化性質和療效會發生驚人的變化,甚至可以治療某些疑難雜癥,并具有極強的靶向作用。
1.5 使藥物達到緩釋、控釋
借助高分子納米粒作載體等技術手段,可實現藥物的緩釋、控釋。如雷公藤乙酸乙酯提取物固體納米脂質粒有良好的緩釋、控釋功能。
2 納米中藥的制備技術及其進展[3]
納米中藥的制備是研究納米中藥最基礎的,也是最重要的問題。將納米技術引入中藥的研究,必須考慮中藥組方的多樣性、成分的復雜性,例如中藥單味藥可分為礦物質、植類藥、動物藥和菌物藥等,中藥的有效部位和有效成分又包括無機化合物和有機化合物、水溶性成分和脂溶性成分等,因此,針對不同的藥物,在進行納米化時必須采用不同的技術路線。此外,還必需考慮中藥的劑型。納米中藥與中藥新制劑關系十分密切,如何在中醫理論的指導下進行納米中藥新制劑的研究,將中藥制成高效、速效、長效、劑量小、低毒、服用方便的現代化制劑,也是進行中藥納米化所必須考慮的問題。納米中藥是針對中藥的有效成分或有效部位進行納米技術加工處理,開發中藥的新功效。聚合物納米粒可作為藥物納米粒子和藥物納米載體。藥物納米載體系指溶解或分散有藥物的各種納米粒,藥物納米載體包括納米脂質體、固體脂質納米粒以及納米囊和納米球。而對于不同類型的納米中藥,有不同的制備方法。
2.1 藥物納米粒子的制備
藥物納米粒子的制備是針對組成中藥方劑的單味藥的有效部位或有效成分進行納米技術加工處理。在進行納米中藥粒子的加工時,必須考慮中藥處方的多樣性、中藥成份的復雜性。
納米超微化技術[4],是改進某些藥物的難溶性或保護某些藥物的特殊活性,適用于不宜工業化提取的某些中藥。如礦物藥、貴重藥、有毒中藥、有效成分易受濕熱破壞的藥物、有效成分不明的藥物。目前比較常用的是超微粉碎技術。所謂超微粉碎是指利用機械或流體動力的途徑將物質顆粒粉碎至粒徑小于10 μm的過程。根據破壞物質分子間內聚力的方式不同,目前的超微粉碎設備可分為機械粉碎機、氣流粉碎機、超聲波粉碎機。
機械粉碎法[5]是利用機械力的作用來實現粉碎目的。邊可君等采用自主開發的溫度可控(-30~-50℃)的惰性氣氛高能球磨裝置系統制備納米石決明。將石決明置于配有深冷外套的惰性氣氛球磨罐中,同時裝入磨球,磨球與石決明粉比保持在15:1~5:1范圍,控制高能球磨機的轉速(200~400 r/min)和時間(2~60 h),獲得了平均粒度不大于100 nm的石決明粉末。
氣流粉碎法[6]是以壓縮空氣或過熱蒸汽通過噴嘴產生的超音速高湍流氣流作用為顆粒的載體。顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發生沖擊性擠壓、摩擦和剪切等作用,從而達到粉碎的目的。與普通機械沖擊式超微粉碎機相比,氣流粉碎產品粉碎更細,粒度分布范圍更窄。同時氣體在噴嘴處膨脹降溫,粉碎過程中不會產生很大的熱量。所以粉碎溫升很低。這一特性對于低融點和熱敏性物料的超微粉碎特別重要。世界上首項將納米技術應用于中藥加工領域的納米級中藥微膠囊生產技術,是通過對植物生理活性成分和有效部位進行提取。并用超音速干燥技術制成納米級包囊。利用這項技術生產出的甘草粉體和絞股藍粉體。經西安交通大學材料科學工程學院金屬材料強度國家重點實驗室和第四軍醫大學基礎部藥物化學研究室鑒定,均達到了納米級。其中甘草微膠囊微粒平均粒徑為19 nm。這樣的納米粒可跨越血腦障礙,實現腦位靶向[6]。
中藥納米超微化技術既豐富了傳統的炮制方法,又能為中藥的生產和應用帶來新的活力。納米產品目前已成為中藥行業新的經濟增長點。將這項技術應用于中藥行業可以開發具有更好療效、更優品種的納米中藥新產品。這將對中藥行業的發展帶來深遠的理論和現實意義。
2.2 藥物納米載體的制備
藥物納米載體的制備主要是選擇特殊的材料,它們應具備以下特征:性質穩定,不與藥物產生化學反應,無毒,無刺激,生物相容性好,不影響人的正常生理活動,有適宜的藥物釋放速率,能與藥物配伍,不影響藥物的物理作用和含量測定;有一定的力學強度和可塑性(即易于形成具有一定強度的納米粒,并能夠完全包封藥物或使藥物較完全的進入到微球的骨架內);具有符合要求的黏度、親水性、滲透性、溶解性等性質。這與所用藥物的性質、給藥方式有關[7]。近年來,可生物降解的高分子載體材料被認為是很有潛力的藥物傳遞體系,因為它們性能多樣,適應性廣,且具有良好的藥物控制性質,達到靶向部位的能力及經口服給藥方式能夠傳遞蛋白質、肽鏈、基因等藥物的性能。常見的高分子材料有淀粉及其衍生物、明膠、海藻酸鹽、蛋白類、聚酯類等。
對于納米中藥載體,目前常用的是納米包復技術[8]。納米包復化學藥品和生物制品的技術在世界藥學領域是最受關注的前沿技術之一。根據待包復的中藥的性質不同,可選取不同的納米包復技術,得到納米中藥。毛聲俊等[9]采用3琥珀酸3O硬脂醇甘草次酸酯作為導向分子,采用乙醇注入法制備了甘草酸表面修飾脂質體,作為肝細胞主動靶向給藥的載體。楊時成等[10]采用熱分散技術將喜樹堿制成poloxamer188包衣的固體脂質納米粒混懸液。陳大兵等[11]用“乳化蒸發—低溫固化”法制備紫杉醇長循環固體脂質納米粒,延長了藥物在體內的滯留時間。
此外,還有乳化聚合法[12]、高壓乳勻法[13]、聚合物分散法等。制備成納米微粒載體系統的中藥多為單一有效成分,如抗肝癌或肝炎藥物:蓖麻毒蛋白、豬苓多糖、斑蝥素、羥喜樹堿、黃芪多糖等;抗感染藥:小檗堿等;消化道疾病藥:硫酸氫黃連素等;抗腫瘤藥:秋水仙堿、高三尖杉酯堿、泰素等;心血管疾病藥:銀杏葉有效成分等;其它還有鶴草酚、苦杏仁苷等。也有將多種中藥成分復合后制備納米微粒載體系統的,如口服結腸靶向給藥系統——通便通膠囊,其主藥成分為3種極性相似的火麻仁油、郁李仁油和萊菔子油的混合油。還有將中藥復合西藥后制備納米微粒載體系統的,如多相脂質體1393,其主要成分為氟脲嘧啶、人參多糖和油酸等;中藥復方“散結化瘀沖劑”浸膏和5氟脲嘧啶(5FU)相結合后制備的磁性微球制劑也屬此列。總之,不同的制備技術和工藝適合不同種類納米中藥的制備。
3 問題與展望
盡管目前納米技術的研究進展一日千里,納米技術的飛速發展將有可能使中藥的現代化邁上一個臺階,但是,目前納米中藥的研究尚處于基礎階段,納米中藥的制備技術也很不成熟,有許多問題仍需進一步研究。納米粒制備時,載體材料多為生物降解性的合成高分子,在體內降解較慢,連續給藥會產生蓄積,且降解產物有一定的毒性。另外有毒有機溶劑、表面活性劑的應用都給納米控釋系統的產業化帶來了較大的困難。美國Rice大學生物和環境納米技術中心(CBEN)主任Vicki Colvin認為至少有兩點需要引起重視:“一是納米材料微小,它們有可能進入人體中那些大顆粒所不能到達的區域,如健康細胞。二是對比普通材料納米量級性質會有所改變” 。也就是很有可能在粒徑減小到一定程度時,原本可視為無毒或毒性不強的納米材料開始出現毒性或毒性明顯加強,例如改變納米材料表面的電荷性質,改變納米材料所處的物理化學環境,相同的納米材料可能會出現不同的毒性,納米材料在生物體內可能會出現特殊的代謝情況,并且可能會與某些特定部位的器官或者組織細胞進行作用進而使其帶來某些特而且納米化后中藥有效成分和藥效學的不確定性,將給藥物質量的穩定可控留下隱患。另外納米中藥的范圍應有所限制,當一種中藥粉碎到了納米級時,藥效可能會發生改變,不能為獲得納米微粒而損壞了藥物的有效成分。目前對中藥的微觀研究尚不深入,對其有效成分與非有效成分還認識不清,倉促對其納米化處理有可能得不償失。在目前這個時期,進行商品化的納米中藥生產為時尚早。而應該進行開發納米中藥的制備技術研究并建立一整套納米藥理、藥效和毒理學的理論與系統評價方法。
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納米技術被用在武器研制上,首先是將使武器制造材料發生革命性變革。比如科學家正在研制的碳納米管材料,其密度是鋼的1/6,強度卻是鋼的100倍,用它來制作防彈背心是再好不過的了。又如科學家正在研究用金屬納米材料顆粒粉體制成塊狀金屬材料,其強度比一般金屬高十幾倍,而且像橡膠一樣富于彈性。科學家計劃不久就能制造出納米鋼材和納米鋁材,并用它們制造出坦克、戰機、戰艦和火炮等多種兵器,以使它們的重量減少1/10。這樣不僅大大加強了它們的機動性,同時也大大加強了它們的堅固性。
其次,納米技術將使武器的心臟即驅動裝置發生革命性變革。科學家革新武器的心臟即驅動裝置的辦法是研制納米機器。美國加利福尼亞理工大學的科學家就試制出了用這種機器驅動的超小型飛機。該飛機沒有油壓活塞和汽缸驅動裝置,取而代之的是利用外部磁場變化驅動的“中襟翼”和利用靠空氣膨脹的硅氧橡膠氣球的氣球驅動裝置,這種裝置起到了像襟翼及升降舵那樣的動翼作用。該飛機形狀像蜻蜓,機翼用鈦合金做框,然后貼上聚合物的薄膜。另外還有電池、變壓器、發動機、齒輪、機翅運動轉換器等,總共有手掌大小。日本科學家也用這種驅動裝置做心臟,制成了一輛只有米粒大小能夠運行的汽車、直徑只有1至2毫米的靜電發動機、體積只有常規機器萬分之一的能夠運轉的車床。
第三,納米技術用到武器研制上,將使其頭腦即智能實現納米化。武器的智能化要靠人工智能機器即電腦去實現。據報道,美國最近已經使用微型電腦制造出了智能炮彈和子彈,它們會自行尋找并像影子一樣跟隨目標,即使目標拐彎抹角,它們也會跟著轉彎抹角,達到百發百中的效果。
由此可見,隨著納米技術的發展,將會出現許多納米級武器,使今日戰爭形式改變成納米級戰爭形式,人通過納米級戰爭不流血便可達到軍事目的。加之納米級武器裝備使用材料少、成本極其低廉,效用又極其巨大,因而納米戰爭又是十足的低耗戰爭。可以預言,未來戰爭必將是納米級武器稱雄的時代。
(選自《百科知識》)
閱讀訓練:
1.文章采用的是哪一種結構方式?
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2.納米武器的共同特點有哪些?
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3.文章主要從哪些方面說明了納米技術對武器的改變?
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(供稿/山東 宮少紅)
《世界最窮的大慈善家》
1.因為他一無所有,但是他已經在全球10多個國家,為40多萬窮人免費看病,提供醫療服務的價值達4000多萬美元。 2.他在馴服一匹野馬時被重重摔傷,同伴告訴他,走路去看醫生需要26天的時間,由此他產生一種想法,要讓偏遠地區的窮人也可以免費看病。于是他創辦了RAM。 3.插敘。補充交代布洛克的身世,揭示他這種善舉的內在原因。
《納米級的戰爭》
1.總分總。 2.使用材料少、成本極其低廉,效用又極其巨大。 3.從三個方面:首先是將使武器制造材料發生革命性變革;其次是將使其心臟即驅動裝置發生革命性變革;第三是將使其頭腦即智能實現納米化。