納米碳管生物效應(yīng)與安全應(yīng)用

前言

　　在新興前沿領(lǐng)域的快速發(fā)展過(guò)程中，及時(shí)整理、歸納、出版前沿科學(xué)的系統(tǒng)性專著，一直是發(fā)達(dá)國(guó)家在國(guó)家層面上推動(dòng)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的重要手段，是一個(gè)國(guó)家保持科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)先權(quán)和引領(lǐng)作用的重要策略之一?！　】茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，離不開(kāi)知識(shí)的傳播：我們從事科學(xué)研究，得到了“數(shù)據(jù)”（論文），這只是“信息”。將相關(guān)的大量信息進(jìn)行整理、分析、形成體系并實(shí)踐，才變成“知識(shí)”。信息和知識(shí)如果不能交流，就沒(méi)有用處，所以需要“傳播”（出版），這樣才能被更多的人“應(yīng)用”，被更有效地應(yīng)用，被更準(zhǔn)確地應(yīng)用，知識(shí)才能產(chǎn)生更大的社會(huì)效益，國(guó)家才能在越來(lái)越高的水平上發(fā)展。所以，數(shù)據(jù)?-信息-知識(shí)-傳播-應(yīng)用-效益-發(fā)展，這是科學(xué)技術(shù)推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的基本流程。其中，知識(shí)的傳播，無(wú)疑具有橋梁的作用?！　≌麄€(gè)20世紀(jì)，我國(guó)在及時(shí)地編輯、歸納、出版各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)前沿的系列專著方面，已經(jīng)大大地落后于科技發(fā)達(dá)國(guó)家，其中的原因有許多，我認(rèn)為更主要的是緣于科學(xué)文化的習(xí)慣不同：中國(guó)科學(xué)家不習(xí)慣去花時(shí)間整理和梳理自己所從事的研究領(lǐng)域的知識(shí)，將其變成具有系統(tǒng)性的知識(shí)結(jié)構(gòu)。所以，很多學(xué)科領(lǐng)域的第一本原創(chuàng)性“教科書(shū)”，大都來(lái)自歐美國(guó)家。當(dāng)然，真正優(yōu)秀的著作不僅需要花時(shí)間和精力，更重要的是要有自己的學(xué)術(shù)思想和對(duì)這個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的充分把握和高度概括的學(xué)術(shù)能力?！　〖{米科技已經(jīng)成為21世紀(jì)前沿科學(xué)技術(shù)的代表領(lǐng)域之一。其對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展所產(chǎn)生的潛在影響，已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）會(huì)刊在2006年12月評(píng)論：“現(xiàn)在的發(fā)達(dá)國(guó)家如果不發(fā)展納米科技，今后必將淪為第三世界發(fā)展中國(guó)家?！币虼?，世界各國(guó)，尤其是科技強(qiáng)國(guó)都將發(fā)展納米科技作為國(guó)家戰(zhàn)略?！　∨d起于20世紀(jì)后期的納米科技，給我國(guó)提供了與科技發(fā)達(dá)國(guó)家同步發(fā)展的良好機(jī)遇。目前，各國(guó)政府都在加大力度出版納米科技領(lǐng)域的教材、專著以及科普讀物。在我國(guó)，納米科技領(lǐng)域尚沒(méi)有一套能夠系統(tǒng)、科學(xué)地展現(xiàn)納米科學(xué)技術(shù)各個(gè)方面前沿進(jìn)展的系統(tǒng)性專著。因此，國(guó)家納米科學(xué)中心與科學(xué)出版社共同發(fā)起并組織出版《納米科學(xué)技術(shù)大系》，力求體現(xiàn)本領(lǐng)域出版讀物的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性，全面科學(xué)地闡述納米科學(xué)技術(shù)前沿、基礎(chǔ)和應(yīng)用。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)涉及多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，介紹了納米碳管的性質(zhì)、制備方法、表征方法、化學(xué)和功能化修飾，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的整體毒性、細(xì)胞毒性、分子毒性，環(huán)境和生態(tài)毒理學(xué)，納米材料的職業(yè)健康防護(hù)等內(nèi)容，介紹了納米碳管從合成到應(yīng)用及可能對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的潛在危害、控制策略等比較全面且最新的進(jìn)展?！　”緯?shū)可供納米科學(xué)與技術(shù)、醫(yī)學(xué)與藥學(xué)、公共衛(wèi)生學(xué)、納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化管理(納米安全標(biāo)準(zhǔn))、環(huán)境生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域的讀者及政府部門(mén)和納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)中規(guī)章制度的制定者和決策者閱讀和參考。

作者簡(jiǎn)介

賈光，1968年10月生，分別于1990年、1993年獲山東醫(yī)科大學(xué)(現(xiàn)山東大學(xué))預(yù)防醫(yī)學(xué)學(xué)士、環(huán)境毒理學(xué)碩士學(xué)位，1996年子北京醫(yī)科大學(xué)(現(xiàn)北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部)獲工業(yè)毒理學(xué)博士學(xué)位并留校任教至今，2006年晉升為教授，博士生導(dǎo)師。兼任中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)勞動(dòng)衛(wèi)生與職業(yè)病專業(yè)委員會(huì)常委。自由基預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會(huì)常委兼秘書(shū)、《中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志》編委等職。2000—2002年子日本國(guó)立環(huán)境研究所研修。主要從事職業(yè)與環(huán)境有害因素健康效應(yīng)研究，在國(guó)內(nèi)外重要刊物上發(fā)表論文70余篇。

書(shū)籍目錄

《納米科學(xué)技術(shù)大系》序 《納米安全性叢書(shū)》序 前言 第1章 納米碳管的制備方法 　1.1 納米碳管及其他碳材料概述 　1.2 納米碳管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 　1.3 納米碳管的制備方法 　1.4 納米碳管的生長(zhǎng)機(jī)理 　參考文獻(xiàn) 第2章 納米碳管的物理性質(zhì)與表征方法 　2.1 納米碳管的物理性質(zhì) 　2.2 納米碳管的表征方法 　參考文獻(xiàn) 第3章 納米碳管的化學(xué)和功能化修飾 　3.1 納米碳管的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì) 　3.2 納米碳管的化學(xué)修飾 　3.3 納米碳管的非共價(jià)修飾 　3.4 納米碳管化學(xué)修飾中的特殊技術(shù)和方法 　3.5 納米碳管的填充 　3.6 用于生物學(xué)效應(yīng)檢測(cè)的納米碳管化學(xué)處理 　參考文獻(xiàn) 第4章 納米碳管在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 　4.1 納米碳管作為傳感器的應(yīng)用 　4.2 納米碳管作為藥物載體的應(yīng)用 　4.3 納米碳管的光、電、磁學(xué)性質(zhì)諞揭┝煊蛑械撓τ?　4.4 生物醫(yī)用材料 　4.5 納米碳管在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用 　參考文獻(xiàn) 第5章 納米碳管對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的整體毒性 　5.1 納米碳管的生物分布研究進(jìn)展 　5.2 納米碳管的呼吸毒性和肺損傷 　5.3 納米碳管對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物其他臟器的損傷 　5.4 納米碳管對(duì)皮膚的損傷 　5.5 納米碳管體內(nèi)實(shí)驗(yàn)局限性及展望 　參考文獻(xiàn) 第6章 納米碳管的細(xì)胞毒性 　6.1 納米碳管與細(xì)胞相互作用概述 　6.2 納米碳管理化性質(zhì)與細(xì)胞毒性 　6.3 納米碳管毒性概述 　6.4 納米碳管細(xì)胞毒性研究中需注意的問(wèn)題和展望 　參考文獻(xiàn) 第7章 納米碳管的分子毒性 　7.1 納米碳管對(duì)細(xì)胞內(nèi)生物大分子的影響 　7.2 納米碳管與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 　7.3 納米碳管免疫效應(yīng) 　7.4 納米碳管與氧化應(yīng)激 　7.5 自由基和鈣離子相關(guān)信號(hào)的改變 　參考文獻(xiàn) 第8章 納米碳管的環(huán)境和生態(tài)毒理學(xué) 　8.1 環(huán)境中的納米碳管和生物暴露 　8.2 納米碳管的水環(huán)境毒理學(xué)研究 　8.3 納米碳管對(duì)環(huán)境生態(tài)的影響和評(píng)估 　8.4 納米碳管的特性對(duì)環(huán)境毒性檢測(cè)和評(píng)估的影響 　8.5 納米碳管環(huán)境毒性的降低和綜合治理” 　參考文獻(xiàn) 第9章 納米材料的職業(yè)健康防護(hù) 　9.1 納米材料危害管理的現(xiàn)狀 　9.2 危害和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 　9.3 風(fēng)險(xiǎn)管理體系 　9.4 納米材料控制體制 　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　出必須有類似富勒烯結(jié)構(gòu)的碳的碎片才可以形成SWCNT。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以看出，SWCNT生長(zhǎng)過(guò)程中固相的過(guò)程是很關(guān)鍵的，不過(guò)有些細(xì)節(jié)問(wèn)題還沒(méi)有解決。　　而化學(xué)氣相沉積方法制備納米碳管的過(guò)程是一個(gè)氣固反應(yīng)過(guò)程，該過(guò)程涉及幾個(gè)步驟：反應(yīng)物種吸附到催化劑表面，發(fā)生表面反應(yīng)生成納米碳管和氣態(tài)副產(chǎn)物，氣態(tài)產(chǎn)物從基底表面脫附。前期研究催化熱解制備碳纖維的過(guò)程發(fā)現(xiàn)，其生長(zhǎng)過(guò)程包括吸附在催化劑表面的碳源（如甲烷）被催化裂解成碳，碳在催化劑粒子中溶解擴(kuò)散；當(dāng)達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，碳將以管的形式析出。如果催化劑粒子與基底表面的黏附力比較強(qiáng)，碳將會(huì)從粒子的上面析出，即底端生長(zhǎng)模型；而催化劑粒子與表面的黏附力較弱時(shí)，碳將從粒子的下面析出，粒子會(huì)被不斷生長(zhǎng)的碳管舉起，這樣催化劑顆粒就會(huì)處于碳管的上端，即頂端生長(zhǎng)模型。納米碳管的生長(zhǎng)過(guò)程也被認(rèn)為遵循上述過(guò)程，因?yàn)樵诩{米碳管的頂端或底端都可以找到催化劑顆粒。這為納米碳管生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的研究提供了一些有趣的信息。Puretzky等通過(guò)測(cè)定He-Ne激光束從垂直定向生長(zhǎng)的納米碳管管束上獲得的時(shí)間分辨的反射率，來(lái)直接觀察納米碳管生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果他們提出了一個(gè)動(dòng)力學(xué)模型，指出前驅(qū)體催化熱解的熱活化過(guò)程可以視為一個(gè)低溫行為。Einarsson等口發(fā)現(xiàn)納米碳管生長(zhǎng)的速率在開(kāi)始階段隨著前驅(qū)體氣壓的增加而成正比上升，但是在一個(gè)固定的壓力值就飽和了。如果生長(zhǎng)溫度提高，這個(gè)飽和氣壓值也升高。雖然催化化學(xué)氣相沉積法機(jī)理研究可以借鑒碳纖維的生長(zhǎng)機(jī)理，但是納米碳管生長(zhǎng)中還有一個(gè)重要的問(wèn)題沒(méi)有解決，就是催化劑顆粒為什么會(huì)失活或中毒。失活也許是一個(gè)外部因素造成的，如催化劑與基底的化學(xué)反應(yīng)，原料擴(kuò)散受阻；但也可能是生長(zhǎng)過(guò)程本身的一部分（如生成了促使失活的副產(chǎn)物），也就是“自失活”過(guò)程。由于失活問(wèn)題直接關(guān)系到納米碳管連續(xù)生長(zhǎng)的長(zhǎng)度，因此成為目前CVD方法在機(jī)理研究中的一個(gè)重點(diǎn)，但是測(cè)定催化劑顆粒的壽命是實(shí)驗(yàn)上的一個(gè)難點(diǎn)。Chiashi等。和Kaminska等。最先使用拉曼光譜來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤納米碳管的生長(zhǎng)，因?yàn)槔庾V不僅可以提供動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，還可以提供碳管的結(jié)構(gòu)信息。Picher等。也報(bào)道了他們使用原位拉曼光譜研究SWCNT“自失活”過(guò)程的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他們的研究揭示了生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)壽命是反向相關(guān)的，根據(jù)生長(zhǎng)條件的不同存在兩種不同的規(guī)律。生長(zhǎng)速率與壽命的表觀活化能類似于生長(zhǎng)過(guò)程中的缺陷愈合所需的活化能。因此他們提出納米碳管生長(zhǎng)過(guò)程中“自失活”是由于在催化劑顆粒與納米碳管開(kāi)口的界面處結(jié)構(gòu)缺陷的增大，而這些邊緣缺陷的熱退火是延長(zhǎng)生長(zhǎng)壽命的一個(gè)重要方法?！　　?/pre>




編輯推薦
　　叢書(shū)組織全國(guó)10余個(gè)研究機(jī)構(gòu)的一線科研人員，近百人參與搜集、整理、編寫(xiě)工作。希望能夠?yàn)樽x者提供最為廣泛的納米材料的毒理學(xué)知識(shí)和安全性應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)：包含在我國(guó)大規(guī)模生產(chǎn)和使用的納米材料，生產(chǎn)規(guī)模還不大但是安全性爭(zhēng)議很大的納米材料，自然界沒(méi)有而是完全人造的納米材料等。并希望能夠?yàn)楸Ｕ蠂?guó)家納米科技整體發(fā)展所需的安全性和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力做出貢獻(xiàn)。





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