纳米材料在农作物领域的应用及展望

近年来,纳米材料成为农业领域的一个研究热点,受到了国内外学者的广泛关注。纳米材料基于其尺寸小的特点,可以在穿透植物细胞壁后,通过内吞作用被细胞吸收,进而对植物生长产生影响。纳米材料被广泛应用于植物遗传转化、作物生长发育和植物健康等农作物领域,尤其在遗传转化领域,其可作为转化载体与基因编辑技术综合运用,对作物进行遗传改良。基于此,对纳米材料在植物体内的吸收、转运机制及其在农作物领域的应用进展进行了综述,重点探讨了纳米材料在植物遗传转化方面的研究进展,并对其在农作物领域亟待解决的问题和后续发展方向进行了展望,以期为拓宽纳米材料的应用领域提供参考。     

纳米材料生物效应研究进展

随着纳米技术的快速发展,纳米材料在医学成像、疾病诊断、药物传输、癌症治疗、基因治疗等领域的应用和基础研究也在飞速发展.同时,纳米材料的这些有益应用使得人体通过吸入、经口、皮肤吸收和静脉注射等不同方式受到暴露.当纳米材料与生物体系发生相互作用时,有可能产生负面生物学效应,而这些潜在的毒理效应都是未知的.综述了纳米材料在生物医学领域巨大的应用前景,关注其对心血管系统、呼吸系统及转运到其他器官可能造成的负面效应,并探讨了纳米颗粒在引起心血管疾病及肺部炎症方面的可能机理与作用途径.最后对纳米材料的安全性评估和研究重点进行了总结.     

金属纳米材料的生物化学制备及在生物医学领域的应用

近40年来,金属纳米材料发展迅猛,因其不同于宏观晶体的特殊性质,逐渐在各行业中起到了不可或缺的作用。当下人类面临资源、环境等日益严重的生态问题,因此金属纳米材料与生物学结合的绿色生态模式是大势所趋。本文重点综述了利用各种植物提取物、微生物以及蛋白质等生物材料作为还原剂,制备金属以及金属氧化物纳米材料的生物化学绿色合成方法。这些方法操作简单,制备的材料形貌尺寸不会产生太大变化。除此之外,生物材料的特定结构与金属纳米材料结合,通常会表现出协同或者新的理化和生理性能,以至于这些金属纳米材料在光热治疗及生物成像、抑菌及康复治愈和生物传感器及检测等生物医学领域产生了重大影响。金属纳米材料的生物化学制备会给未来纳米材料和生物学领域带来更多的交叉,会有更多跨学科工作者对其现存挑战来进行努力工作,并且在未来的医疗领域定会有金属纳米材料不可或缺的身影。     

纳米材料固定化酶的研究进展

近年来,纳米技术为酶固定化提供了多种纳米级材料,纳米材料固定化酶不仅具有高的酶负载量,而且具有良好的酶稳定性。本文基于纳米材料固定化酶,对纳米材料的种类进行了总结,分析了纳米材料对固定化酶性能的影响,并介绍了纳米级固定化方法及纳米材料固定化酶在生物转化、生物传感器、生物燃料电池等领域的应用。     

磁性纳米磁珠在微生物学检测中的应用

磁性纳米材料因具有磁响应性和可修饰等特点,被广泛地应用于生物技术各领域。本文介绍了磁性纳米材料的主要合成方法和表征,对其在生物医学领域的应用,特别是在微生物检测中的应用进行了综述。     

纳米材料在污染水体和土壤修复中的应用

纳米材料由于其特有的理化性质,如强的吸附性能、高的催化效率,不仅克服了传统污染水体和污染土壤修复技术的不足,而且表现出更高的修复效率。因此,利用纳米材料对污染环境进行修复已成为当今环境领域的研究热点。本文对纳米Fe0、表面修饰的纳米材料、纳米螯合剂等纳米材料近几年在污染水体和污染土壤修复中的进展进行了归纳和总结,并且对其在环境科学与工程领域应用的研究重点进行了展望。     

光及光热纳米材料在生物传感、药物靶向运输和生物成像中的应用

纳米材料是纳米科学技术的重要发展方向之一。纳米材料的结构赋予了其独特的光学性质,纳米尺寸方便其经EPR效应或表面修饰靶向肿瘤组织,并且部分纳米材料可吸收外部光源能量,将其转化为热能。因此,纳米材料在光学传感器、生物成像、药物靶向运输及肿瘤光热治疗中的应用十分广泛。综述主要分类介绍了光学纳米材料和光热纳米材料的优异特性,阐述了其在以上领域中的应用;最后,对纳米材料未来的发展作出了展望。     

人工纳米材料与生物膜相互作用机制及影响因素研究进展

人工纳米材料在水体中的环境行为与生物环境安全问题成为环境科学领域研究的热点,人工纳米材料与生物膜相互作用机制和影响因素是其中迫切需要研究解决的关键科学问题。本文主要探讨了人工纳米材料释放进入到水体中后对生物膜细菌活性、微生物群落结构、净污活性等的毒性效应,分析了人工纳米材料对生物膜的毒性作用机制及其影响因素,同时探讨了生物膜对人工纳米材料的吸附作用及机理,为深入研究人工纳米材料与生物膜的相互作用机制提供了重要的理论基础。     

铋基纳米材料在抗菌领域的研究进展

铋(bismuth, Bi)作为一种低毒性重金属,已被用于合成各种具有独特结构和物理化学特性的纳米材料。合成的铋基纳米材料具有良好生物相容性、高X射线衰减系数、循环半衰期长、稳定性高、优异的光热转换效率和光催化能力等特点。由于这些特点,铋基纳米材料在组织工程、抗菌和癌症治疗等生物医学方面得到广泛应用。据报道,铋基纳米材料已被制成药物用于疾病治疗。与传统抗菌药物相比,铋基纳米材料在抗菌领域的应用可有效避免细菌耐药性的发生。综述了铋基纳米材料的特性、抗菌机制及其在抗菌领域的研究进展,最后提出了铋基纳米抗菌材料未来的研发方向。     

循环肿瘤细胞捕获与检测的纳米分析技术进展

随着纳米科学技术的发展,结构可控、表面多功能化、生物相容性良好的纳米材料在生物医药领域的各个方面都具有广泛的应用.作为一种重要的血液生物学标志物,循环肿瘤细胞(CTC)是肿瘤转移的"种子",活力较强的肿瘤细胞随着血液的流动可穿出血管在远端聚集形成微小的癌栓,对CTC的检测可用于癌症的早期诊断和转移的评估.新型纳米材料以及纳米表征测量技术的应用对CTC分析技术的进步产生了巨大的影响.近年来,基于纳米材料和微流控技术对CTC的捕获和检测已成为液体活检的研究热点,这一技术也被逐步推广到临床应用中.本文对纳米材料与纳米技术在CTC的捕获和检测中所发挥的作用进行了综述,并展望了该领域生物分析的应用前景.     

医用金属及金属氧化物纳米材料的毒性研究

随着纳米科技的发展,纳米材料在各领域的应用日益增多。金属及金属氧化物纳米材料因其独特的物化性质,为多种疾病的诊治提供了崭新的解决途径。其中,贵金属金、银及应用最为广泛的铁所形成的纳米材料在医学领域应用甚广。纳米金及纳米银具有优异的抗菌效能,广泛用于伤口敷料、化妆品、食品等的制造中。除此之外,纳米金、纳米银及含铁的磁性纳米颗粒也用于疾病诊治方面,如肿瘤的诊断和治疗、生物传感器、生物成像等。但是,大部分金属纳米材料可对机体产生不良作用,因而了解金属纳米材料的毒性显得非常重要。为了在医学应用中更有效地利用金属纳米材料,必须探究其大小、表面化学、特殊性质及毒性。本文总结了这几种金属纳米材料的医学用途,概述了它们的体内外毒性,并分析了可能的毒性作用机制。     

综述——新型纳米生物材料的研发：磁性纳米材料：化学合成、功能化与生物医学应用

磁性纳米材料,由于其独特的磁学性能、小尺寸效应,被广泛应用于生物医学领域．本文总结了磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化方法,及其在核磁共振成像、磁控治疗、磁热疗和生物分离等生物医学领域的应用进展．     

磁场下铁基氧化物纳米材料的生物医学应用

在过去的几年中,磁性纳米材料的快速发展对生物医学变革产生了巨大的影响。作为磁性纳米材料家族重要的一大分类,纳米级铁基氧化物由于其良好的生物相容性、表面易功能化、独特的磁学性质等特点,在生物医学相关领域展现出巨大的应用前景。本综述围绕磁场下铁基氧化物纳米材料的生物医学应用,介绍了近年来其在磁分离、磁性药物靶向(magnetic drug targeting, MDT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、磁性粒子成像(magnetic particle imaging, MPI)、磁响应药物释放、磁流体热疗(magnetic fluid hyperthermia, MFH)等领域的研究进展,并对铁基氧化物纳米材料在生物医学领域未来的发展方向进行了展望。     

磁性纳米材料的生物医学应用进展

以四氧化三铁为代表的医用磁性纳米材料具有独特的磁学性能、表面易功能化、良好的生物学相容性等特点,在纳米医学相关领域展现出巨大的应用前景,特别是近年来它作为可介导外场的智能材料,在材料设计和生物医学应用方面均取得了突破性的进展.鉴于此,本文围绕磁性氧化铁纳米材料的生物医学应用,着重介绍近年来其在磁共振影像探针、磁热和磁力效应的生物医学应用、诊疗一体化以及纳米酶催化等领域的研究进展,并对磁性纳米材料在生物医学领域未来的发展方向进行了展望.     

硫族纳米材料的合成、应用以及生物效应的研究进展

硫族纳米材料由于其独特的物理性质和化学结构,在许多领域有广泛的应用前景。笔者综述了纳米硫化镉和纳米硫化铅的主要合成方法和应用进展。基于硫族纳米材料广泛的应用,阐述了其对生态环境的生物效应。展望了新型绿色环保、高效能的纳米材料的设计思路与合成方法。     

纳米材料在污染环境修复中的生态毒性研究进展

尽管不同纳米材料 (<100 nm) 在污染环境修复研究中的应用越来越受到重视,但纳米技术在给污染环境修复带来重要突破的同时给环境和人类健康带来的风险也值得关注. 有研究表明,在污染环境修复研究中,不同的纳米颗粒对生物体的健康会造成一定的危害. 目前,在纳米材料的环境修复研究中,针对不同纳米材料的修复效果、修复过程与机理研究较多,而对纳米材料的环境安全性研究才刚刚起步. 本文对近年来国内外关于纳米材料环境毒性的研究进行综述,并对该研究领域的前景和重点进行了展望,以期为该领域的深入研究提供借鉴并拓展新的思路.     

介孔碳纳米材料的制备及其在药物传递方面的应用进展

新型功能性纳米材料在设计和制备技术方面的进步为纳米医学的发展提供了很大的机遇。在过去十年中,介孔碳纳米材料在制备和应用方面获得了巨大的进步。作为一种新型无机材料体系,介孔碳纳米材料结合了介孔的结构以及碳质组成的特点,显示出不同于传统介孔二氧化硅以及其它一些碳基材料体系(碳纳米管、石墨烯、富勒烯等)的优越特性。介孔碳纳米材料在药物的吸附与控释、光热治疗、协同治疗、肿瘤细胞的荧光标记、催化、生物传感、生物大分子的分离等诸多领域表现出其他多孔材料难以达到的优越性和应用潜力。本文对介孔碳纳米材料的制备和修饰技术进行介绍,重点关注介孔碳纳米颗粒在药物负载和光热控释方面的应用,最后对介孔碳纳米材料在生物医学领域的应用前景和所面临的关键问题进行讨论。     

壳聚糖及其在金属纳米材料制备中的应用

基于来源丰富、独特的理化性质及生物学特性的壳聚糖与金属复合成为纳米材料的研究,引起了研究者广泛的关注。人们利用生物分子或生物有机体合成的金属纳米材料反应条件温和、产物形貌可控、重复性高等特点,结合金属纳米材料的"尺寸效应"与生物分子的自身特性来提高两者的协同功能,进一步拓展研究与应用领域的发展。以下针对近年来壳聚糖、壳聚糖体系金属纳米材料的研制及应用等领域进行简要的总结、评述和展望。     

核酸适配子结合无机纳米材料在肿瘤研究中的应用

在倡导精准医疗的今日,在基本掌握与肿瘤发生密切相关的靶点的机理后,如何实现肿瘤靶向治疗,尽量消减由治疗带来的不良反应显得尤为关键。核酸适配子是能与靶标以高亲和力、高特异性结合的寡核苷酸;无机纳米材料是纳米材料作为医学领域诊疗制剂中重要的组成部分;利用核酸适配子与靶标结合的特性将其与无机纳米材料结合后,可将靶向结合、生物成像及药物递送等特点集于一体,综合应用于肿瘤研究,同时有力于促进核酸纳米技术的发展。综述了近年不同无机纳米材料结合核酸适配子在肿瘤研究领域中的研究进展,以及对无机纳米材料在医学应用的安全性思考,以期早日实现新型靶向肿瘤治疗策略的开发。     

磷烯纳米材料的生物毒性研究进展

磷烯,即单层黑磷（BP）,由于具有直接带隙、显著的结构和功能各向异性、高电荷载流子迁移率等,已经在生物医学、药物输送、生物传感、疾病的诊断和治疗等领域取得了很大的进展。和其他纳米材料相比,磷烯具有更优异的生物相容性和生物可降解性,在生物医药领域有很好的应用前景。虽然已有大量磷烯生物学效应的报道,但磷烯与生物大分子,如核酸、脂质、蛋白质之间相互作用的过程细节仍缺乏系统的研究。目前实验上无法观测磷烯与生物分子相互作用的动力学过程,分子模拟在获取精确动态结构方面具有独特的优势,被广泛应用于纳米材料和生物学领域。本文综述了近年来国内外利用计算机仿真和实验方法在磷烯纳米材料与蛋白质、脂质膜和DNA等生物大分子相互作用方面取得的最新研究进展,对磷烯生物毒性目前的研究进行了评述,并对未来需要解决的问题作了分析。本文将促进磷烯生物学效应的基础研究,也将推动磷烯纳米材料在生物医药领域的应用。