新型磁电催化纳米粒子的活性氮释放与抗菌性能研究

相比于功能单一且易催生细菌耐药性的抗生素等药物,具有催化活性的无机纳米功能材料凭借自身对感染微环境(弱酸、高H_(2)O_(2)含量)或外部物理刺激(激光、超声)的高响应性和广谱杀菌等优势,在致病菌感染的治疗中占据愈发重要的地位。然而,感染微环境酸性微弱且不稳定,光、声信号功率密度过高会对人体细胞造成伤害,而诸如交变磁场等非侵入性、高组织穿透性和易于远程控制的信号类型及其介导的磁电催化在抗菌中的应用尚未见报道。本研究将基于磁致伸缩-压电催化效应的交变磁场响应性纳米催化策略应用于抗菌,并使用含氮基团L-精氨酸(LA)修饰CoFe_(2)O_(4)-BiFeO_(3)磁电纳米颗粒(BCFO)表面,以实现磁电响应可控释放强杀菌物种活性氮(RNS)。在交变磁场中,BCFO同时产生羟基自由基(·OH)和超氧阴离子(·O_(2)^(-))两种活性氧(ROS),前者与LA反应产生一氧化氮(NO),后者与NO反应生成RNS物种过氧亚硝酸根(ONOO^(-))。作为高活性的硝化和氧化剂,ONOO^(-)可在生物友好的交变磁场下展现出比ROS更强的抗菌能力。本研究证实BCFO能产生ONOO^(-),并发挥更强的杀菌功效。这一研究不仅将磁电纳米催化医学策略用于抗菌,还通过ROS向RNS转变显著提升了材料的抗菌性能。

基于乙二胺四乙酸插层锌铝双金属氢氧化物的晚期肿瘤抗转移免疫治疗研究

癌细胞的全身性转移是目前癌症晚期患者的主要死亡原因。由于肿瘤细胞的快速增殖和细胞外基质的异常沉积,晚期癌症大体积瘤体组织致密且刚度较高,这为晚期实体肿瘤的治疗带来了极大的困难。一方面,由于大体积肿瘤的结构特性,使得常规药物难以渗透至其内部,免疫细胞难以浸润;另一方面,硬基质上的肿瘤细胞具有更强的侵袭能力,这容易引起肿瘤的全身性转移。为了解决这一问题,本研究制备了乙二胺四乙酸(EDTA)插层锌铝双金属氢氧化物纳米材料(EDTA/LDH),基于两个平行的Ca^(2+)剥夺机制,开展了EDTA/LDH材料体系对晚期大体积实体瘤的抗转移免疫治疗研究。该材料在肿瘤微酸环境中,通过静电力作用贴附在肿瘤细胞膜上,并释放EDTA以螯合细胞连接蛋白中的Ca^(2+),切断部分细胞连接,从而降低大体积瘤体的致密程度,促进免疫细胞向瘤体内浸润。此外,该材料在机体内被巨噬细胞作为“异物”吞噬,引起钙库操纵性钙内流,激活巨噬细胞抗肿瘤免疫效应,抑制多形核髓系抑制性细胞(PMN-MDSCs)和调节性T细胞(Tregs)的促肿瘤侵袭作用。本研究将为晚期恶性实体瘤的抗转移治疗提供借鉴性思路和方法。

共沉淀喷雾干燥法制备YSZ粉料及其对烧结密度的影响

用共沉淀结合喷雾干燥法制得了可直接用于煅烧、成型的Y_2O_3稳定的ZrO_2粉料。用扫描电镜观察了喷雾干燥得到的粉料团聚体的尺寸、形貌,以及与喷雾干燥条件的关系。发现了共沉淀悬浮液的球磨对喷雾干燥后粉料的热行为的影响。喷雾干燥制得的粉料在1350、1500℃烧结后,相对密度分别达96.5％、97.8％;而烘箱干燥的粉料在相应温度下烧结,相对密度只达88％、93％。

纳米级ZrO_2粉料的表征

用共沉淀的方法制备得到了纳米级ZrO_2粉料,并表征了其化学、结构和物理性质。X射线荧光光谱法和原子光谱法测定化学主成份和杂质含量。粉料的物理性质表征包括一次颗粒(及晶粒)尺寸及其分布,团聚体尺寸及其分布,气孔率及气孔分布的测定,以及它们与煅烧温度的关系。一次颗粒及晶粒尺寸的观察和测定方法包括透射电镜(TEM)、X射线线宽(XRD-LB)、比表面积(BET)和X射线小角散射(SAXS)法,其中SAXS法用于纳米级ZrO_2粉料颗粒尺寸分布的测定。用压汞法表征了粉料的气孔率、气孔尺寸分布。

3Y—TZP多晶材料密度、断裂相变与力学性能的相互关系

通过对不同密度的Ｙ—ＴＺＰ（钇稳定四方相氧化锆多晶体）材料的力学性能（强度、韧性及硬度）和断裂时相变性能的研究，发现材料的相对密度不仅直接影响其力学性能，而且影响断裂时断口四方相向单斜相的相变量材料密度越高，相交量越大。

均相沉淀法制备球形氢氧化铝颗粒及其热分解行为

利用尿素分解的均相沉淀法制得了球形 Al(OH)_3颗粒。影响颗粒形成、尺寸及其分布的主要因素为加热温度和沉淀时间等。球形 Al(OH)_3颗粒中含有[SO_4^(2-)],需在850℃以上开始分解。分解时,首先形成γ-Al_2O_3,比表面积增加,并在1000℃左右达最大值。此后α-Al_2O_3开始形成,比表面积下降。不同温度分解后的粉料烧结试验表明,α-Al_2O_3比γ-Al_2O_3具有更好的烧结性。另外,Al(OH)_3颗粒越小,分解后的Al_2O_3颗粒也越小,其烧结性能越好。

多功能介孔氧化硅基纳米诊疗剂的研究进展

无机介孔纳米生物材料在药物靶向输送、组织工程、基因传输治疗、分子影像、无创手术增效治疗等医学领域具有广阔的应用前景,对于诸如癌症等重大疾病的早期诊断与高效治疗具有重要的意义。本文以医学应用需求为背景,以纳米合成化学为基础,从多功能介孔纳米生物材料的设计入手,结合本课题组的研究进展,综述了介孔基纳米诊疗剂的研究现状和未来发展的趋势。通过对介孔SiO2纳米粒子进行功能化修饰,赋予其特定的功能,不仅可以作为临床分子影像(核磁共振成像、荧光成像以及各种成像模式的复合)的造影剂对疾病进行诊断,并能同时高效地包覆和传输药物对疾病进行治疗(化疗、基因治疗、光动力学治疗或者无创手术治疗)。随着纳米生物技术的发展和纳米合成化学的进步,设计和制备具有特定功能的满足临床需求的介孔氧化硅基纳米生物材料,并系统地评价其细胞生物学效应和生物安全性,将会真正实现其在临床上的应用,从而造福人类。

草酸盐沉淀法制备ZrO_2粉料

可溶性锆盐与草酸溶液或草酸锆溶液与 NH_4OH 相互作用即得到草酸锆沉淀,沉淀以不同介质洗涤后分解即得到超细 ZrO_2粉料。根据不同的沉淀方法及洗涤介质,所得粉料前驱剂(干燥的沉淀物)可以是非晶态,微晶态及晶态 Zr(C_2O_4)_2·4H_2O。不同过程得到的粉料420℃煅烧后即得亚稳四方相氧化锆(t-ZrO_2),但四方相向单斜相转变的温度不同。粉料的颗粒尺寸,形貌及团聚尺寸等均与制备过程有关。乙醇洗涤的粉料无团聚,600℃时晶粒尺寸为20nm。

单一尺寸球形氢氧化铝颗粒的形成及其机理

用尿素均相沉淀法首次制得了单一尺寸的球形氢氧化铝颗粒。为获得单一尺寸的颗粒,需仔细控制沉淀过程:如温度、保温时间及Al^(3+)的浓度。在沉淀过程中通过对溶液pH值的测量,研究了单一尺寸颗粒的形成机制。氢氧化铝的成核极限仅达到一次,可形成单一尺寸的颗粒。相反,如溶液多次达到成核极限,则导致颗粒的多尺寸分布。另外,影响单一尺寸形成的因素尚有阴离子种类等。

草酸盐络合物溶液喷雾干燥法制备ZrO_2-Al_2O_3复合粉料及粉料性质

用草酸盐络合物溶液喷雾干燥的方法制备得到了ZrO_2、Al_2O_3及其任意比例的复合粉料,研究了喷雾干燥所制得粉料的热分解行为、四方氧化锆结晶与生长及其稳定性。复合粉料中Al_2O_3作为连续相包裹ZrO_2颗粒,从而提高了四方氧化锆结晶温度,抑制其晶粒生长并阻止四方相向单斜相的转变。

微、少量添加剂对高纯Y－TZP粉料烧结性能的影响

采用高纯的Ｙ－ＴＺＰ超细粉料，研究了不同种类添加剂对该高纯超细粉料等速升温烧结性能和显微结构发展的影响。实验发现：氧化钙或氧化铁加入量不大于１％（以质量计，下同），对材料的致密化过程影响不大；氧化钠的加入可明显阻碍粉料的致密化过程；氧化铜则可显著地加速粉料的致密化过程，并且这种影响在加入量为１％时十分明显。氧化钠对致密化的影响主要是由于粉料中团聚体的形成；氧化铜则因可与ＺｒＯ２形成低共熔液相而加速其致密化。氧化铜在加速材料致密化的同时，促进其晶粒的生长。此外，氧化钠和氧化铜均可破坏Ｙ－ＴＺＰ的稳定性，促使其向单斜相转变。

团聚体含量对氧化锆粉料烧结性能的影响

用共沉淀-喷雾干燥的方法制得了具有不同团聚性质的氧化锆粉料。粉料成型后团聚体可能破碎,也可能继续存在。通过团聚体对烧结影响的研究发现,烧结过程中团聚体含量是影响烧结密度和显微结构形成的主要因素,而成型后素坯中团聚体含量又取决于团聚体的强度。讨论了团聚体之间及团聚体与基体之间的相互作用对烧结的影响。

固相烧结——Ⅰ气孔显微结构模型及其热力学稳定性,致密化方程

讨论了二维及三维闭口气孔的稳定性，发现二维状态时气孔的稳定性问题可以用数学方法根据气孔的颗粒配位数和二面角的大小解析；而三维状态时气孔则可借助球形气孔模型近似地确定。在这一模型的基础上，建立了烧结中期和后期的气孔显微结构模型，并由此推导了固相烧结中、后期作用于气孔的烧结应力和固相烧结中期和后期的致密化方程。根据所推导的致密化方程，得到了烧结中期和后期的气孔收缩判据。讨论了气孔尺寸分布，素坯密度和烧结后期包裹气体对致密化的影响。描述无压烧结的致密化方程经一定的变化可以容易地用于描述热压和热等静压烧结的致密化过程。

固相烧结——Ⅲ实验: 超细氧化锆素坯烧结过程中的晶粒与气孔生长及致密化行为

研究了超细Ｙ－ＴＺＰ和ＹＳＺ粉料成型体在烧结中期的晶粒生长、气孔生长和致密化行为根据作者前文［１，２］提出的致密化方程，可以满意地解释粉体及其成型体的性质，如初始颗粒尺寸、成型密度和气孔尺寸分布等对烧结的影响．实验发现：成型体中的晶粒生长基本不受成型体性质的影响，但气孔生长同时受晶粒生长和致密化的影响，前者使气孔尺寸与晶粒尺寸同步生长，后者导致气孔收缩．晶粒生长和致密化虽受不同的机制驱动，但通过同样扩散途径完成，使烧结中期的晶粒尺寸与密度呈线性关系．理论分析和实验结果表明，成型体性质不改变这一线性关系，但可以改变直线的斜率，而升温速率对直线斜率的影响不大．较大的二面角、较高的素坯密度、较窄的颗粒和气孔尺寸分布有利于获得较小的晶粒生长和较高的烧结密度．

固相烧结Ⅱ——粗化与致密化关系及物质传输途径

讨论了固相烧结过程中粗化（包括晶粒生长和气孔生长）及物质传输对粗化和致密化的影响。晶界移动仅在一定颗粒尺寸比条件下引起颗粒粗化，但不引起致密化；物质传输被认为可同时对一维颗粒列阵的粗化和线性收缩产生贡献。计算发现，如限定烧结过程中颗粒总体形状（长径比）不变，晶粒生长自身对颗粒列阵线性收缩的贡献十分有限，而并非如以往报道的晶粒生长可通过重新启动烧结而对致密化产生明显作用。对于实际粉料成型体，包围气孔的颗粒间的物质传输，当气孔热力学不稳定时可同时对粗化和致密化产生贡献；而当气孔热力学稳定时，仅对颗粒粗化产生作用。在烧结中期由于气孔相互连通，颗粒粗化和致密化的物质传输机制应是一致的，而且至少从热力学上讲不能排除表面扩散的作用；烧结后期则只有晶界和体积扩散是可能的。

高性能陶瓷与先进陶瓷固相烧结理论研究进展

本文在回顾了先进陶瓷固相烧结研究历史和现状的基础上,重点介绍了最近作者在陶瓷固相烧结研究中提出的新的思想和观点,以及从这一新思想出发建立的新的固相烧结理论,包括气孔显微结构模型和致密化方程,致密化过程中晶粒生长、气孔生长与致密化关系。最后就固相烧结过程中的物质传输途径和扩散机制提出了有别于传统认识的全新的观点。

多晶快离子导体的晶界性质对其电导的影响

建立了理想的多晶快离子导体的显微结构模型,根据模型推导出了简单的多晶离子导体的电阻率与晶界密度和晶界电导性的关系式。由该模型出,通过对其等效交流阻抗电路的简化和交流阻抗的计算,说明了多晶快离子导体材料的复平面交流阻抗谱形状随测试温度的变化和晶界性质对这种变化的影响。

无机纳米复合材料的应用与前景

纳米技术是20世纪90年代出现的一门新技术。它是在0.10～100纳米(即10亿分之一米)尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。专家预言纳米技术的突破将给材料应用领域带来一场革命。纳米材料的特殊性能使它在化工、医药、电子、日用、涂料、建材、生物工程等领域具有广泛的用途。本期集中刊发一组文章,以使读者对纳米材料有进一步的了解。尽管业内人士提醒,目前纳米技术仍在“实验室阶段”,但是谁也不能否认纳米材料的发展和应用具有不可阻挡的诱人前景。

先进陶瓷材料发展概况与制备科学

先进陶瓷材料发展概况与制备科学施剑林（中科院上海硅酸盐研究所）所谓陶瓷材料，广义上讲，指除有机和金属材料之外的所有其它材料，即无机非金属材料，从形态上分，有零维的颗粒材料、一维的线材、二维的薄膜材料、三维的体材料；从结构上分，无机非金属材料应包括单晶...

崇高的人格,学界的典范

时间如梭，严先生离开我们虽然已经一年多了，但是这一年多里，我们对您的思念却与日俱增。您是我国无机材料学科的奠基人，是无机材料和无机化学界的一代宗师和泰斗。您的一生横跨了北洋、民国和新中国等各个历史阶段，见证并亲历了我国的历次动荡、变化，以及近三十年来的伟大崛起。