纳米技术与生命科学市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

纳米技术与生命科学

;一、何谓“纳米”;1982年伴随扫描隧道显微镜创造，人类可研究0.1～100纳米长度物体，诞生了一门纳米科学。纳米科学主要研究对象是纳米技术和纳米结构。

纳米技术以空前分辨率，为人类揭示了一个可见原子、分子世界，它最后目的是直接以原子或分子来结构含有特定功效产品。1990年，世界上最小“I-P-M”3个英文字母，共用了35原子在试验室排成，其长宽不超出一个病毒面积。1993年，中国科学院真空物理试验室科研人员，在显微镜下将一个个原子像下棋同样自如地摆放，“写”出了“中国”2字。这就是纳米技术。

;原子字“毛泽东”;纳米技术之因此主要，是由于当金属或非金属被制成相称于100纳米物质时，它物理性能和化学性质会发生出乎意料改变，主要表现在强度、韧度、比热、导电、磁吸取等方面。

光学特性：当黄金被细分到小于光波波长尺度时，即失去了原有富贵光泽而成黑色。事实上，所有金属在微颗粒状态都呈现为黑色，对光折射率很低。利用这个特性能够作为高效率热能、电能等转换材料，能够高效率地将太阳能转变为热能、电能；又可用于红外敏感元件、红外隐身技术等。

;热学特性：当固态物质颗粒小于10纳米量级时，其熔点明显下降。超细银粉制成导电浆料能够进行低温烧结，此时元件基片可用塑料。又如，在钨颗粒中附加0.1%～0.5%重量比超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃减少到1200℃～1300℃，以致可在较低温度下烧制成大功率半导体管基片。

磁学特性：磁性超微粒实质上是一个生物磁罗盘。蜜蜂腹部微磁粒是用于导航。利用磁性超微粒特性已做成高储存密度磁统计磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等，也可制成广泛用途磁性液体。

;力学特性：陶瓷在通常情况下呈脆性，而由纳米超微粒制成纳米陶瓷材料，却含有良好韧性。呈纳米晶粒金属要比老式粗金属硬3～5倍。

超微颗粒小尺寸效应还表现在超电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。因此，人类能够利用纳米技术，选定原子构成份子，制造出各种含有特殊功效新材料，再添加到产品中，从而使产品表现出意想不到新性能。这是纳???技术带来奇迹。当前，纳米材料已在电子、化工、通讯、环境保护、医药等领域得广泛应用。

;导电螺旋SEM照片

（放大14000倍）;二、纳米粒子制备办法;三、纳米技术对生物科学影响

1、生物电脑;特点：用蛋白质制造电脑芯片，在1mm2面积上可容纳数亿个电路，存储量可达普通电脑10亿倍；其集成电路大小只相称于硅片集成电路10万分之一，且运转速度更快，大大超出人脑思维速度。

生物芯片传递信息时阻抗小，耗能低且含有生物特点，含有自我组织和自我修复功效。它能够与人体及人脑结合，听从人指挥，从人体中吸取营养。把生物大脑植入人体内，能够使盲人复明，使人脑记忆力成千上万倍地提升；若植入血管中，则能够监视人体内化学改变，使人体质增强，使残疾人重新站起来。

;生物集成电路制作办法，在技术上也有所突破。当前采用办法把聚赖氨酸分布在玻璃基底上，形成单分子层，再在上面涂一层塑料绝缘膜。然后用电子计算机控制狭窄一束聚焦X光束或电子束，在该簿膜上画出一条条互相平行条纹。条纹宽度几十纳米，条纹之间距离为200～250纳米。用酒精把光束照射那部分塑料溶解掉，蚀出一条条缝隙，让赖氨酸分子从缝隙中暴露出来，把另一个蛋白质“嫁接”上去。假如聚赖氨酸特性符合设计要求，就能够涂上传播电脉冲所需金属(如银)。这就是生物集成电路，其体积在1cm3之内，其记忆可溶纳一个大型电子计算机记忆装置，应用前景十分诱人。

;DNA电脑更为诱人。其原理是，DNA分子中密码相称于存储数据，DNA分子之间能够在某种酶作用下瞬间完毕生物化学反应，从一个基因代码变成另一个基因代码。反应前基因代码可作为输入数据，反应后基因代码能够作为运算结果。假如控制得当，那么就可利用这种过程制成一个新型电脑，含有运算速度快、存储容量大、耗能极低特点。生物电脑可实现模糊推理和神经网络运算功效，是智能计算机突破口之一。;神经电脑：人脑有140亿神经元及10亿多神经节，每个神经元都与数千个神经元交叉相联，它作用相称于一台微型电脑。用许多微处理机模仿人脑神经元结构，采用大量并行分布式网络，就构成了神经电脑。它含有联想、记忆、视觉和声音辨认能力。日本富通研究所开发神经电脑，每秒更新数据速度近千亿次。日本电气公司推出一个神经网络声音辨认系统，能辨认任何人声音，正确率达99.8%。美国研究出由左脑和右脑两个神经块连接而成神经电脑，右脑为经验功效部分，有1万多个神经元，适合用于图像辨认；左脑为辨认功效部分，含有100万个神经元，用于存储单词和语法规则。现在，纽约、迈阿密和伦敦飞机场已经用神经电脑来检查爆炸物，每小时可查600～700件行李，检出率为95%，误差率为2%。

;2、纳米