納米技術報告范文

時間:2023-12-07 18:01:56

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納米技術報告

篇1

1納米醫藥發展前景分析

納米醫藥是最近才出現的一個多學科交叉的領域。雖然目前已經進入市場的納米醫藥產品不多,而且這一高風險高回報的領域還并沒有充分確立,但是,利用納米技術的藥釋系統、診斷方法和藥物研發方法正在使藥物的版圖發生革命性變化,尤其是靶向特異性藥釋系統很有可能解決許多醫學問題。盡管人們對納米醫藥的預測是十分鼓舞人心的,但是納米醫藥研發也面臨著巨大的挑戰,主要包括:①成本高。②在沒有相關的安全指南出臺前,很難得到公眾的信任。③能得到的風險投資相對較少。④人們對納米材料與活細胞之間關系(如生物相容性問題和納米材料的毒性)了解較少。⑤大型制藥公司不愿意向納米醫藥投資。⑥生產缺少質量控制,重復性差等。⑦專利局(如美國專利與商標局)和藥物審批部門(如FDA)管理措施混亂和滯后。⑧媒體對納米材料尤其是納米醫藥負面影響(尤其是環境、健康和安全性)的關注。為了在政策上適應并促進納米醫藥的發展,各國政府也采取了各種措施,希望解決上述問題。各國專利局都在不斷改進對納米醫藥相關專利的審查,各國政府管理部門也正在制定納米藥物的相關安全指南,以便適應納米醫藥產品的發展需求。下面將對美國納米醫藥審查體系進行詳細介紹和分析。

2納米醫藥專利發展現狀

在過去十年中納米醫藥領域的研究文獻和專利申請都迅速增長。歐洲專利局的一項調查顯示,向歐洲專利局提交的納米醫藥專利已經由1993年的220件上升到了2903年的2000件。根據歐洲專利局的統計結果,在納米醫藥專利申請方面,美國一直處于全球領先的地位,從1993—2003年間,其專利申請約占全球總申請量的54%,隨后依次是德國占12%,日本占5%,法國和英國均占3%。我國目前只有清華大學材料系研究的納米人工骨在美國獲得了專利。從全球納米醫藥專利申請所涉及的領域來看,藥釋放系統專利最多,約占全球納米醫藥專利申請總數的59%,接下來依次是體外診斷方法、成像技術和生物材料專利,分別占14%,13%,8%,藥物、治療和活性移植物方面的專利相對較少,各占3%左右。無論是研究人員、生意人還是專利從業者都意識到納米醫藥專利的重要性,都在努力獲得盡可能廣泛的納米高分子材料的專利保護。市場上的納米醫藥產品相對缺乏也推動了納米醫藥專利工作的發展。制藥公司認為獲得專利是證明自己實力、吸引風險投資的最佳途徑。有一些公司認為如果他們不去搶先申請盡可能多的專利,就很可能會因為被別人搶先申請而使自己處于被動地位。同樣,研究人員為了提高學術地位也感到申請專利的必要。大多數發明者發現在納米醫藥專利出現的早期,PTO對納米醫藥專利的管理是比較混亂的,但這正是對有價值的上游技術獲得廣泛專利保護的絕佳時期。在今后的幾十年中,納米醫藥將會不斷的走向成熟并獲得突破性的成果,專利將會給公司帶來大量的實施許可費并成為公司交易和合并的杠桿。

3納米藥釋系統專利的申請

3.1納米藥釋系統專利開發的優勢和方法

納米醫藥對藥釋系統已經產生了重大影響,制藥公司目前已經意識到藥釋系統的研究是他們研發過程中必不可少的一部分。根據來自《NanoMar-kets))的一份市場報告的測算,到2012年,納米技術將使藥釋系統產生48億美元的收入。該報告還指出,到2009年全球藥釋產品和服務市場的收入將超過670億美元。另外一份來自《NanotechnologyLawBusiness))的市場報告也指出納米技術能使藥釋系統市場的銷售額從2005年的12.5億美元增至2010生國塹塹苤查!!塑生塑!!鲞箜!!塑年的52.5億美元,2015年會增至140億美元。固體納米微粒是尺度在1—1000nm的顆粒,能用于藥釋系統。由于它具有能將各種藥物基團運送到身體不同位點,并延長藥物作用的性質,因此在藥釋系統研究中具有重要作用。納米顆粒的大小和表面性質決定了它在體內的活性。納米顆粒的物理性質也決定了它在體內能夠達到大顆粒所不能達到的地方。另外,粒子大小也影響藥物在體內各部位的分布。粒子變小,它的表面積就會呈指數增加,溶解速率和飽和度都大大增加,從而改變在體內的性質。在某些情況下,納米顆粒藥物還能夠幫助降低血漿藥物濃度峰值,也能防止血漿藥物濃度降低至有效治療濃度之下。目前美國的專利法允許對老藥的新劑型申請專利,納米技術就能夠為已經存在的化合物提供新的劑型。這些新劑型能夠獲得FDA和PTO的批準。只要老藥的納米劑型能夠滿足專利性的要求,就能申請專利。在美國,創新性的藥釋系統本身也可以申請專利。創新性的藥釋系統能夠幫助制藥公司對已經專利過期或即將過期的化合物設計出新劑型。這種策略能夠拖延或打擊非專利藥對過期專利藥的沖擊,尤其是當改進劑型的藥物優于原專利藥時。實際上,這種策略也延長了原專利藥物的生命周期,通常也被稱為“常綠化”策略。

3.2納米藥釋系統專利的審批和申請

3.2.1納米藥釋系統新藥的審批應當指出的是,把已有藥物改造為納米藥物通常會導致產生創新性的新化學實體(NCE),因為納米藥物與原藥物的藥代動力學數據是完全不同,換句話說,就是不具有生物等效性,因此納米制藥公司并不能通過縮短的新藥申請(ANDA)來通過FDA的審批。

3.2.2納米藥釋系統專利的專利性審查標準我們現在還很難判斷,納米顆粒專利是否也將會面臨電子商務和生物技術曾經面臨的專利障礙。電子商務與生物技術專利最初是被認為不具有專利性的。無論如何,基于納米顆粒的藥物劑型和其他納米發明一樣,只要滿足專利性的要求就可以申請專利。在美國,大小本身并不是專利性的標準,某個裝置或方法如果只在大小上發生了改變,并不能使其具有專利性。事實上,法條中已經明確規定:如果僅對某種物質、裝置的大小加以限定并不足以使其與現有技術相區別而具有專利性。美國聯邦巡回法院(CAFC)也認為:如果權利要求中描述的發明僅大小上與現有技術相區別,而在作用上與現有技術沒區別,那么,這項發明就不具有新穎性。也就是說,具有納米級量綱的物質也必須具有新的功能才具有專利性。此外,產品發明者還必須能夠證明他們的發明對于本領域普通技術人員來說,不是顯而易見的。

3.2.3納米藥釋系統專利申請中的困難——證明具有非顯而易見性嵋。對已有藥物的新劑型申請專利,最大的困難就是證明該項發明的非顯而易見性。FrO常認為,新的藥物劑型不過是藥物的優化,因此,并不具有可專利性。如果劑型中改變的只不過是成分,并且新增的成分曾經被用在其他的劑型中,產生能夠預期的作用,這種觀點當然是很有道理的。專利申請者要想說服審查員所申請的劑型不具有顯而易見性,就必須證明該劑型具有意想不到的優點或改進。例如,降低毒性、增加生物利用度或改變生物利用度、改變藥物穩定性、溶解度或活性。這就需要在專利申請中遞交相關的試驗數據,其中還包括與申請的劑型最接近的現有技術中的劑型的試驗數據。這樣,專利申請者就能夠證明自己的發明具有創新性。由于納米微粒藥物的現有技術還不是很成熟,納米微粒的性質也常常是很難預測的,因此證明納米藥物與傳統藥物相比具有意想不到的優點,從而獲得專利授權是相對容易的。然而,隨著納米藥物現有技術的不斷增加,這種專利申請的趨勢終將會改變,也將會有越來越多的有關納米技術的專利、法律問題顯現出來。

4美國納米醫藥專利體系存在的問題

4.1納米技術的定義不準確納米技術面臨的一個問題是專家們對納米技術的定義見仁見智。納米技術是個概括性用語,它被用于定義產品、過程和特征,并覆蓋了物理、化學和生命科學。美國國家納米技術計劃(NNI)中采用的納米技術的定義是被引用最廣泛的一種定義:“1~100nm尺寸問的物體,其中能有重大應用的獨特現象的了解與操縱。”然而,一些專家反對給納米技術限定如此嚴格的定義,他們認為應該強調數值范圍的連續性而不是納米到微米的界限。很顯然,NNI的定義排除許多微米級的方法和材料,而許多納米科學家都把微米量綱也納入了納米技術的范疇。實際上,許多政府機構都面臨如何選用納米技術的定義的問題。例如,FDA、PTO都采用了小于100nm的定義,也就是NNI的定義。這種定義就帶來了許多麻煩,這不僅給納米專利統計工作帶來了困難,同時也給正確評估納米技術的科學、法律、環生墾塹墊盤查!!塑生笙!!鲞篁!!塑境、管理和倫理學問題帶來了麻煩。由于納米技術需要許多技術的集合,每項技術又都有不同的特征和應用。小于100nm的大小可能對于納米成像公司來說非常重要,因為量子效應直接依賴于粒子的大小。但是,這種大小的界限對于制藥公司可能并不十分重要,因為從成分、劑型和有效性的角度來說,大于100nm的尺度也許才能獲得某些理想的性質(如提高生物利用度、降低毒性、減少劑量、增強溶解度等)。有些專家指出,納米技術并不是什么新的概念,因為許多生物分子都與納米物質具有相似的大小。例如,肽分子的大小與量子相當(<10nm),一些病毒與用于藥釋系統的納米微粒的大小類似(<100nrfl)。因此,大多數分子藥物和生物技術都可以納入到納米技術的分類中。因此,一些研究者建議納米技術的定義中對納米微粒的定義不應僅僅局限于大小本身。歐洲科學基金會對醫藥領域的納米技術作出了如下的定義:“采用分子手段和知識用于診斷、預防和治療疾病,改善人們健康的科學和技術。”這種定義沒有局限于分子的大小,而是強調了對納米材料的可控性操作是否能夠帶來醫療效果的改進。對于這個問題,也有學者提出,在納米醫藥領域,不應該采用NNI的有關大小的限制,而應該把納米技術應被稱為“微型技術”更加合適,這樣才能把納米技術和顯微技術都包括在內。

4.2納米技術的定義不準確導致專利分類產生偏差2004年11月,PTO公布了一個納米技術的初步分類(被稱為第977類),并且還正在不斷補充977類下面的小類。2006年,12月,PTO把大約4500項專利申請納入了第977類中。然而,這個數字實際上只是很粗略的估算,低于實際的納米技術專利申請數量。這主要是因為FrO借用了NNI的非常狹窄的定義用于專利分類,就導致了專利分類系統產生偏差,尤其是對納米醫藥和生物納米技術有關的發明進行分類時,偏差就更加明顯。另外,這種分類標準既不能很好地體現納米醫藥發明特有的特征,也很難體現出納米醫藥所包含的跨學科特征。PTO利用這種具有明顯偏離的分類系統篩選出的幾千項專利并沒有達到當初建立977分類的目的,而當初的目的是:統計納米技術領域的專利申請數量和授權數量、方便專利審查員和專利人進行納米技術專利的檢索。

4.3在納米醫藥領域的現有技術檢索中存在的問題和挑戰

4.3.1審查員的檢索資源和水平有限在納米醫藥領域的檢索中也存在著各種各樣的問題。例如,一些專家認為PTO缺乏有效檢索納米醫藥現有技術的自動檢索工具。另外,他們的數據庫可能存在數據遺漏的問題。雖然,納米醫藥專利的申請已經有顯著增加,但是大多數的現有技術都被發表在雜志或書中。網站中的信息和公開的專利文獻只是作為輔助的信息。而很多非專利文獻,專利審查員是很難獲得的,一方面是由于PTO并沒有訂購相關的商業數據庫,另外一方面有些審查員在檢索方面還不是非常專業。結果,專利審查員很可能會漏掉一些現有技術。這個問題可能并不僅僅是納米醫藥專利審查中存在的問題,在其他技術領域的專利審查中也很常見。

4.3.2檢索詞難以確定由于目前廣泛使用的納米技術的定義常常相互重疊,就使對納米技術相關專利的檢索比其他技術領域的檢索更加復雜。不同的檢索詞可能指的是相同的納米材料和結構。例如,“nanofibers”、“fibrils”和“nanotubes”都可以代表多層碳納米管,“singleshellnanocylinders”,“bucky—tubes”,“nanowires”and“nanotubes”都可以代表單層碳納米管,因此要想精確作出納米技術的專利地圖是非常困難的。

4.3.3有些文獻存在“假象”事實上,有些發明者在專利或出版物常常會把自己的發明撰寫得十分隱蔽,以使自己潛在的競爭對手不會注意到他們的技術。另一方面,有一些具有商業頭腦的發明者或發明的受讓人,會把帶有納米的詞匯加納入到他們的專利或出版物中,以便獲得較強的市場競爭力。因此,要在現有技術中找到真正的納米技術,不但需要在檢索專利和商業數據庫時巧妙地選擇關鍵詞和專利分類代碼,還要經過納米技術專家的篩選,才能檢索到最全面、最可靠的現有技術。十幾年來,許多國家的專利局都面臨著接受大量納米醫藥相關專利申請的問題,PTO也不例外。隨著納米醫藥專利申請量的增多,其授權量也在不斷猛增。但是由于PTO沒能很好地解決審查工作質量低、專利授權量失控性猛漲以及職業道德降低的問題,將會對越來越緊迫的納米醫藥的專利問題帶來嚴重影響。歸納起來,PTO目前正面臨的問題有:①審查員由于所能接觸到的現有技術和檢索水平有限,不能保證對每項納米醫藥專利申請進行充分審查,做一】556一生墾塹塹苤查!!塑生笪!!鲞箜!!塑出授權決策依據的信息也往往有限。②審查員缺乏。③資金缺乏。④審查員的薪水只與審查數量掛鉤,而不考慮審查質量,所以,審查質量低。⑤除了聘請過少數專家開展有關納米醫藥講座外,幾乎沒有聘請過外部的法律和技術專家。⑥Fro并不要求其審查員具有很高的學歷。⑦沒有專門針對納米醫藥專利審查的培訓教程和審查指南。

篇2

1、各國競相出臺納米科技發展戰略和計劃

由于納米技術對國家未來經濟、社會發展及國防安全具有重要意義,世界各國(地區)紛紛將納米技術的研發作為21世紀技術創新的主要驅動器,相繼制定了發展戰略和計劃,以發表和推進本國納米科技的發展。目前,世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃,但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發。

(1)發達國家和地區雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機,美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃(NNI),其宗旨是整合聯邦各機構的力量,加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。2003年11月,美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發法案》,這標志著納米技術已成為聯邦的重大研發計劃,從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環境技術和納米技術作為4大重點研發領域,并制定了多項措施確保這些領域所需戰略資源(人才、資金、設備)的落實。之后,日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針,積極推進從基礎性到實用性的研發,同時跨省廳重點推進能有效促進經濟發展和加強國際競爭力的研發。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優先的領域,有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰略,目前,已確定了促進歐洲納米技術發展的5個關鍵措施:增加研發投入,形成勢頭;加強研發基礎設施;從質和量方面擴大人才資源;重視工業創新,將知識轉化為產品和服務;考慮社會因素,趨利避險。另外,包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內的多數歐盟國家還制定了各自的納米技術研發計劃。

(2)新興工業化經濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響,韓國、中國臺灣等新興工業化經濟體,為了保持競爭優勢,也紛紛制定納米科技發展戰略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》,2002年頒布了新的《促進納米技術開發法》,隨后的2003年又頒布了《納米技術開發實施規則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域,以提升前沿技術和基礎技術的水平;到2010年10年計劃結束時,韓國納米技術研發要達到與美國和日本等領先國家的水平,進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始,相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》,這些計劃以人才和核心設施建設為基礎,以追求“學術卓越”和“納米科技產業化”為目標,意在引領臺灣知識經濟的發展,建立產業競爭優勢。

(3)發展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發展中國家為了迎頭趕上發達國家納米科技發展的勢頭,也制定了自己的納米科技發展戰略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發展綱要》,并先后建立了國家納米科技發表協調委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發展綱要將明確中國納米科技發展的路線圖,確定中國在目前和中長期的研發任務,以便在國家層面上進行發表與協調,集中力量、發揮優勢,爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術,南非科技部正在制定一項國家納米技術戰略,可望在2005年度執行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度,加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發。

2、納米科技研發投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發熱潮,現在無論是富裕的工業化大國還是渴望富裕的工業化中國家,都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金,而且投資迅速增加。據歐盟2004年5月的一份報告稱,在過去10年里,世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明,全球對納米技術研發的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內,聯邦政府的納米技術研發經費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元,2005年將增加到9.82億美元。更重要的是,根據《21世紀納米技術研究開發法》,在2005~2008財年聯邦政府將對納米技術計劃投入37億美元,而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發的經費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究,近年來納米科技投入迅速增長,從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元,而2004年還將增長20%。

在歐洲,根據第六個框架計劃,歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元,有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計,歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國,甚至更高。

中國期望今后5年內中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右;另外,地方政府也將支出2.4億~3.6億美元。中國臺灣計劃從2002~2007年在納米技術相關領域中投資6億美元,每年穩中有增,平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元,而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言,歐盟25國為2.4歐元,美國為3.7歐元,日本為6.2歐元。按照計劃,美國2006年的納米技術研發公共投資增加到人均5歐元,日本2004年增加到8歐元,因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是:歐盟為0.01%,美國為0.01%,日本為0.02%。

另外,據致力于納米技術行業研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱,很多私營企業對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元,占全球私營機構38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業將投資14億美元,占36%。歐洲的私營機構將投資6.5億美元,占17%。由于投資的快速增長,納米技術的創新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發展各有千秋

各納米科技強國比較而言,美國雖具有一定的優勢,但現在尚無確定的贏家和輸家。

(1)在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據中國科技信息研究所進行的納米論文統計結果,2000—2002年,共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引(SCI)》收錄。納米研究論文數量逐年增長,且增長幅度較大,2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文,美國以較大的優勢領先于其他國家,3年累計論文數超過10000篇,幾乎占全部論文產出的30%。日本(12.76%)、德國(11.28%)、中國(10.64%)和法國(7.89%)位居其后,它們各自的論文總數都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產出大都超過了1000篇,是納米研究最活躍的國家,也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出,2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點,到2002年已經超過德國,位居世界第三位,與日本接近。

在上述5國之后,英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發表的論文數也較多,各國3年累計論文總數都超過了1000篇,且每年的論文數排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外,如果歐盟各國作為一個整體,其論文量則超過36%,高于美國的29.46%。(2)在申請納米技術發明專利方面美國獨占鰲頭

據統計:美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國(1454項),其次是日本(368項)和德國(118項)。由于專利數據來源美國專利商標局,所以美國的專利數量非常多,所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數也較多,所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數國家納米論文數與專利數所占比例的反差較大,在論文數最多的20個國家和地區中,專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區只有美國、日本和中國臺灣。這說明,很多國家和地區在納米技術研究上具備一定的實力,但比較側重于基礎研究,而實用化能力較弱。

(3)就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用,目前美國納米研究熱點已逐步轉向醫學領域。醫學納米技術已經被列為美國國家的優先科研計劃。在納米醫學方面,納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷,而且,已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年,美國國立衛生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》,目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫學相結合,實現2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標;利用納米顆粒追蹤活性物質在生物體內的活動也是一個研究熱門,這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內的活動情況非常有用,還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果,未來5~10年有望商業化。

雖然醫學納米技術正成為納米科技的新熱點,納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究,期望突破傳統的極限,讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒,并按照一定規則排列這些顆粒,使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面,目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發實力強大,某些方面處于世界領先水平,但尚未脫離基礎和應用研究階段,距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發上,日本最重視的是應用研究,尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外,日本開發出多種不同結構的納米材料,如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結構、富勒結構套富勒結構、納米管套富勒結構、酒杯疊酒杯狀結構等。

在制造方法上,日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現有方法,同時積極開發新的制造技術,特別是批量生產技術。細川公司展出的低溫連續燒結設備引起關注。它能以每小時數千克的速度制造粒徑在數十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1/10,兩三年內即可進入批量生產階段。

日本高度重視開發檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高,并涌現了諸如數字式顯微鏡、內藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產品。科學家村田和廣成功開發出亞微米噴墨印刷裝置,能應用于納米領域,在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路,是世界最高水平。

日本企業、大學和研究機構積極在信息技術、生物技術等領域內為納米技術尋找用武之地,如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機,解析分子、蛋白質及基因的結構等。不過,這些研究大都處于探索階段,成果為數不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力,特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多,主要以金屬和無機非金屬納米材料為主,約占80%,高分子和化學合成材料也是一個重要方面,而在納米電子學、納米器件和納米生物醫學研究方面與發達國家有明顯差距。

4、納米技術產業化步伐加快

目前,納米技術產業化尚處于初期階段,但展示了巨大的商業前景。據統計:2004年全球納米技術的年產值已經達到500億美元,2010年將達到14400億美元。為此,各納米技術強國為了盡快實現納米技術的產業化,都在加緊采取措施,促進產業化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為,美國大公司自身的納米技術基礎研究不足,導致美國在該領域的開發應用缺乏動力,因此,嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心,希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發緊密結合在一起。美國聯邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區建立一個“納米科技成果轉化中心”,以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。該中心的主要工作有兩項:一是進行納米技術基礎研究;二是與大企業合作,使最新基礎研究成果盡快實現產業化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面,其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內取得突破,并生產出商業產品。一個由專業、商業和學術組織組成的網絡在迅速擴大,其目的是共享信息,促進聯系,加速納米技術應用。

日本企業界也加強了對納米技術的投入。關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合,不久前又建立了“關西納米技術推進會議”,以大力促進本地區納米技術的研發和產業化進程;東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所,試圖將納米技術融合進各自從事的產業中。

歐盟于2003年建立納米技術工業平臺,推動納米技術在歐盟成員國的應用。歐盟委員會指出:建立納米技術工業平臺的目的是使工程師、材料學家、醫療研究人員、生物學家、物理學家和化學家能夠協同作戰,把納米技術應用到信息技術、化妝品、化學產品和運輸領域,生產出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產品,同時減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過建立納米技術工業平臺和增加納米技術研究投資使其在納米技術方面盡快趕上美國。

篇3

【關鍵詞】納米技術;食品安全;技術檢測

一、納米技術概述

所謂納米技術(Nanotechnology)是指當令世界人力能控制的最小單位,納米技術其實就是一種用單個原子或分子制造物質的技術。當前納米技術的研究和應用主要在材料和制備、微電子和計算機技術、醫學與健康、航天和航空、環境和能源、生物技術和農產品等方面。用納米材料制作的器材重量更輕、硬度更強、壽命更長、維修費更低、設計更方便。利用納米材料還可以制作出特定性質的材料或自然界不存在的材料,制作出生物材料和仿生材料。納米是一種幾何尺寸的度量單位,1納米=百萬分之一毫米。納米技術帶動了技術革命。利用納米技術制作的藥物可以阻斷毛細血管,“餓死”癌細胞。如果在衛星上用納米集成器件,衛星將更小,更容易發射。納米技術是多科學綜合,有些目標需要長時間的努力才會實現。納米技術和信息科學技術、生命科學技術是當前的科學發展主流,它們的發展將使人類社會、生存環境和科學技術本身變得更美好。納米技術可以觀察病人身體中的癌細胞病變及情況,可讓醫生對癥下藥。納米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術,它是現代科學(混沌物理、量子力學、介觀物理、分子生物學)和現代技術(計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術)結合的產物,納米科學技術又將引發一系列新的科學技術,例如納電子學、納米材科學、納機械學等。激光技術的發展使拉曼光譜技術獲得了長足的進步,而納米科技的迅猛發展使“納米增強拉曼光譜(NERS)”在高靈敏度檢測方面獲得了突破性進展,可達到單分子的檢測水平。陸惠宗博士還在報告中詳細分析了與液相色譜、氣相色譜、質譜、毛細管電泳、ELISA、紅外光譜等常規分析技術相比較,納米增強拉曼光譜在樣品處理、檢測時間、檢測成本、儀器成本、重現性、現場檢測等方面所具有的優點。光納科技還積極與國家質檢總局(AQSIQ)、首都醫科大學等國內單位合作,共同開展了納米增強拉曼光譜在檢驗檢疫、唾液檢測等方面的研究,并取得了很好的效果。

二、納米技術在食品安全快速檢測中的應用

納米技術在食品安全檢測中的運用。納米技術與生物學、電子材料相結合,制備出的新型傳感器件可用于食品快速檢測。目前食品檢測分析一般采用化學分析法(CA)、薄層層析法(TLC)、氣相色譜法(GC)、高效液相色譜法(HPLC),但需要繁瑣、耗時的前處理,樣品損失也較大。相對于靈敏度較低的CA和TLC方法,GC、HPLC的靈敏度較高,但操作技術要求高、儀器昂貴,并不適合現場快速測定和普及,而納米材料本身就是非常敏感的化學和生物傳感器,與生物芯片等技術結合,可以使分子檢測更加高效、簡便。納米生物傳感器已應用在微生物檢測、食品檢測和體液代謝物監測等方面。所有用于生物傳感的納米材料或器件的結構都有兩個特點:第一,它們含有針對分析物的特定的識別機制,比如抗體或酶;第二,它們可以從分析物中產生獨特的標志信號,并且這種標志信號可以由納米結構自身產生或者由納米結構固定的分子或含有的分子產生。國人深受地溝油之害,網上流傳最廣大蒜鑒別法——大蒜對于黃曲霉素敏感,如果蒜變紅色就是地溝油,但結果證實大蒜與地溝油沒有聯系,所以大蒜鑒別地溝油的方法并不可行。當然,有的鑒別方法還是有科學依據的,比如有人提出食用油電導率小,而地溝油由于混雜了鹽等各種物質,電導率就高。納米技術的應用,能給我們一個全新的視角。

目前食品檢測分析一般采用化學分析法(CA)、薄層層析法(TLC)、氣相色譜法(GC)、高效液相色譜法(HPLC),但需要繁瑣、耗時的前處理,樣品損失也較大。相對于靈敏度較低的CA和TLC方法,GC、HPLC的靈敏度較高,但操作技術要求高、儀器昂貴,并不適合現場快速測定和普及,而以納米金為免疫標記物的檢測技術正彌補了這些技術的缺點,在現代食品分析檢測中的運用也越來越多。

農藥殘留,農藥殘留分析的困難包括:樣品基質背景復雜、前處理過程繁瑣,需要耗費較多的時間、被測成分濃度較低、分析儀器的定性能力受到限制、儀器檢測靈敏度不夠等一系列問題,但使用金標記的快速檢測可以很好的解決以上問題。國內的王朔分別使用納米金免疫層析和納米金滲濾法檢測西維因的殘留,整個檢測過程只需5min,檢測限也分別達到100ug/L和50μg/L。國內的生物技術公司也開發出了成熟的商品化產品,如克百威農殘速測試紙條等。

致病微生物檢測,目前基于金標記的快速檢測研究在致病微生物方面比較多,檢測的種類也比較多。最早Hasan以免疫磁性分離技術為基礎的免疫膠體金技術已成功應用于01群霍亂弧菌(Vibriocholerae)的檢測。國內洪幫興等人研究了以硝酸纖維膜為載體納米金顯色的寡核苷酸芯片技術,為在分子水平快速簡便的鑒別致病菌提供了可能,甚至可以檢出致病菌的耐藥性變異。該芯片技術對大腸埃希氏菌、沙門氏菌、志賀氏菌、霍亂弧菌、副溶血弧菌、變形桿菌、單核細胞增生李斯特菌、蠟樣芽孢桿菌、肉毒梭菌和空腸彎曲菌等10種(屬)具有高靈敏度和特異性,檢出水平可達10CFU/mlt251。殷涌光等在使用集成化手持式Spreeta TM SPR傳感器快速檢測大腸桿菌時,引入膠體金復合抗體作為二次抗體大幅度增加質量,進一步擴大了檢測信號,同時延長膠體金復合抗體與微生物的結合過程,使檢測信號進一步穩定與放大,從而顯著提高了檢測精度,使該傳感器對大腸桿菌的檢測精度由10 6CFU/ml提高到10 1CFU/ml。金免疫滲濾法重要的食源性致病菌之一大腸埃希氏菌0157:H7,目前的檢測通常先以山梨醇麥康凱瓊脂(sMAC)進行初篩,然后用生化和血清學試驗做鑒定,一般需要24-48h,而采用膠體金免疫滲濾法檢測卻非常的簡便,在很短時間即可得到結果。

真菌毒素的檢測。真菌毒素(Mycotoxin)是由真菌(Fungi)產生的具有毒性的二級代謝產物,廣泛存在食品和飼料中,人類若誤食受污染的食品,就會中毒或誘發一定疾病,甚至癌癥。檢測食品中的真菌毒素常用理化方法或生物學方法。但理化法需要較昂貴的儀器設備,操作復雜。而運用免疫技術檢測真菌毒素敏感性高,特異性強,非常適用于食物樣品的檢測。D.J.Chiao等使用金標免疫層析法在10min之內即可檢測50ng/ml的肉毒桿菌毒素B(BoNT/B),如果使用銀增強則其檢測限可以達到50pg/ml,而且對A、E型肉毒桿菌毒素沒有交叉反應。貉曲霉毒素是曲霉屬和青霉屬產生的一類真菌毒素,其中毒性最大、與人類健康關系最密切、對農作物的污染最重、分布最廣的是赭曲霉素A(OTA),賴衛華等研制的赭曲霉毒素A快速檢測膠體金試紙條,檢測限達到了10ng/mlt331,遠遠低于目前我國對赭曲霉毒素的限量要求5μg/L。黃曲霉毒素Bz的快速檢測國內也有很多研究,孫秀蘭研制的黃曲霉毒素B,金標免疫試紙條,其最低檢測限達到2.5ng/ml,而且能定性或半定量檢測食品中的黃曲霉毒素B,含量。

三、小結

食品安全與國人健康幸福指數攸關,做好食品安全監測是我們質量技術監督工作人員艱巨而又偉大的圣神使命。采集各方意見是我們日常工作的重點,同時在采納高科技,新技術方面也要做出大膽嘗試,納米技術的實踐應用就是一個很好的實例,同時我們還要不斷探索,不斷挖掘出更多更好的檢測手段,服務于人民,提升自我科研修養。

參考文獻

[1]李華佳,辛志宏,胡秋輝.食品納米技術與納米食品研究進展[J].食品科學,2006,27.

篇4

2003年,一些主要的跨國無線運營商將為用戶提供高速無線局域網絡接入服務,又名wi-fi接入服務。它將使得用戶通過計算機、掌上電腦或是手機實現無線連網。市場分析人士預測wi-fi硬件市場明年將增長70%以上。

2、虛擬系統異軍突起

2003年,不同的存儲系統、服務器及網絡設備將通過一種虛擬化的中央技術管理系統連為一體,這種管理系統使得多種相對獨立的操作環境可以使用一種單一的資源。

3、大型風險投資稱雄

2002年,包括Atlas Venture、Charles River Ventures、Mohr以及Davidow Ventures在內的一些知名的大型風險投資公司均取得了不俗的業績。對于新興的風險投資企業,能夠在短期之內獲得投資回報才能避免在2003年關張。

4、安全芯片成為新寵

英特爾計劃在其新一代微處理器中嵌入安全功能,希望計算機能夠在開機過程當中自始至終避免黑客的攻擊。此外,手機、PDA及筆記本電腦的芯片中還可以安裝加密裝置。Gartner公司表示,但具有防火墻功能的芯片市場增長率將高達16%。

5、納米技術事關重大

納米技術就好比50年前的核技術,沒有人能夠準確地說出它的應用范圍和前景。今年10月,科學家指出納米技術的兩大分支納米管和納米粒子可能會對人體健康和環境產生不利影響,而且納米管和納米粒子是用肉眼無法看到的,這意味著它們的威脅更大。

6、股票期權神話破滅

2003年,技術公司將被迫把給予員工的股票期權作為公司支出寫入財務報告中去,這在短期來將對技術公司將是災難性的,但從長遠來講情況并不盡然,因為機構投資者很清楚其中的原委,而私人投資者也會逐漸關注公司現金收入的能力,而不是財面上的數字變化。

7、電信寒冬尚未過去

更多電信公司受帶寬價格的持續走低影響面臨破產,而理由就是這些公司仍舊沒有想出如何賺錢。這種困境如同20世紀60年代末70年代初航空公司走過的艱難歷程。甚至最樂觀的估計到2004年電信公司的情況也不會好轉。

8、生物技術機會來臨

美國在面臨的挑戰時突然發現,他們應對生物恐怖威脅的能力十分脆弱。為此,2003年生物技術領域的投資、研發、專利申報以及獲利都將十分活躍。但政府的合同一般只會帶來15%至20%的收入,這與風險投資希望的投資回報存在差別。

8、廣播數字革命

經過10至15年的過渡,所有電臺都將從模擬信號轉為數字信號傳送。數字收費電臺的主要競爭對手除了現在的AM/FM電臺之外,還包括MP3文件。數字電臺的未來發展方向是提高現有技術,使得數字電臺信號可以貯存于硬盤上隨意播放。

篇5

摘要:《高分子納米材料》是我校高分子材料專業開設的一門專業選修課。在分析了課程的目的、特點和教學存在問題的基礎上,詳細闡述了運用視頻課程、顛倒課堂、電子產品輔助教學等多元化教學手段,實現本課程的教學改革。

關鍵詞:高分子納米材;教學改革;顛倒課堂

中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)49-0080-03

一、引言

納米科學與技術是20世紀80年代末期興起的,經過三十多年的發展,納米技術已逐步邁出實驗室走向市場,其商業化應用在全球范圍內迅速展開。全世界都認識到,納米技術將引起新一輪的產業變革,未來擁有并掌握納米技術及其應用的國家將更具備核心競爭力。納米材料科學是涉及到凝聚態物理、膠體化學以及材料的表面和界面等多門學科的交叉科學,而高分子納米材料同樣是涉及高度交叉的綜合性學。納米結構的聚合物材料由于尺寸效應、表面效應、量子效應和宏觀量子隧道效應使材料具有獨特的性能而在機械、光、電、磁、微處理器件、藥物控釋、環境保護、納米反應器及生物化學等方面具有廣闊的應用前景[1],從而掀起了對納米結構聚合物材料研究的熱潮。在納米科技迅速發展的大背景下,很多高校的材料專業開設了“納米材料”或“納米技術”相關課程[2-3]。但據作者所知,江南大學是少數對高分子材料專業開設《高分子納米材料》課程的高校之一,筆者結合自己的授課經驗以及《高分子納米材料》課程的特點,從其現在面臨的題及采用多元化教學手段等方面研究探索該課程的教學改革。

二、課程特點及現有問題

《高分子納米材料》課程介紹高分子納米材料的獨特性能、制備方法,并將其和學科發展前沿聯系起來,主要教學內容側重如下幾個方面:(1)高分子納米材料的基礎知識(包括基本效應、特殊性質);(2)高分子納米材料的制備方法;(3)高分子納米材料的表征方法;(4)特殊功能的納米材料(如高分子納米復合材料、高分子納米涂料、生物醫用高分子納米材料、光/電/磁性高分子納米材料、超疏水/疏油(雙疏)性高分子納米材料);(5)高分子納米材料的應用及生物安全性問題。涉及較多的應用研究型內容、既有理論又有實踐,強調理論和實踐的結合,且課程的知識點較多,知識的交叉性強。

本課程的開設旨在為具有高分子材料與工程學科背景的學生增加納米科學及技術的基礎知識。通過學習本課程,學生對高分子納米材料的發展趨勢和研究熱點有了很深的理解,涉獵了未來高分子納米材料的重大學科領域。學生的創新思維以及能力得到了不同程度的提升。

作為典型的交叉學科,《高分子納米材料》課程的教學具有一定的難度。首先,課程內容涉及知識面廣,該課程主要解決以下問題:“什么是納米技術”、“怎么制備高分子納米材料”、“高分子納米材料的特殊功能”等,而特殊功能性就包括了光/電/磁性、pH/溫度響應性、超雙疏性等多部分內容。因此難于在有限的課堂教學時間內全面系統地深入介紹學科內容,容易導致沒有節制的填鴨式教學,使學生無法在短時間內消化,影響后續課程的學習。如何準確把握課程的基礎理論框架,引導學生開展自主學習,是授課教師在設計課程內容時需要解決的重要問題。其次,課程內容前沿性強,知識更新速度快,研究熱點不斷變化,新的研究方向與研究成果層出不窮。這就需要授課教師投入更多的時間和精力縱覽多個學科的發展,以便能夠站在學科的前沿引領學生去認知和創新性思考。再次,內容抽象,盡管納米材料這門課較新,學生們興趣較高,但在講授過程中缺乏實物,無法為學生帶來更直觀的感覺,從而影響了學生進行獨立的思考、個性思維的發展和創新能力的培養。

三、課程教學手段改革

為提高課堂教學質量,提高學生的綜合能力,以使學生成為適應社會發展需要的復合型人才,教師必須轉變教學理念,激發學生的學習興趣、主動性、積極性[4]。

(一)課堂多樣化教學法

傳統教學方式中,老師在課堂上滿堂灌,使學生缺乏思考,覺得學習枯燥無味,喪失學習激情。因此,應結合不同的教學內容,授課教師運用“提問式”、“討論式”等方式方法結合起來講授,注重與學生的互動。對于理論性較強的內容,多采用圖片形式展示,如結合Photo Shop、AutoCAD等繪圖軟件制作一些多媒體教學課件,根據需要進行拆分和組合講解,增強學生的直觀認識,達到傳統教學手段無可達到的演示效果。同時,注重語言的深入淺出,或理論聯系實際,如在介紹超雙疏高分子納米材料部分課程時,從自然界中的荷葉效應開始解釋,說明荷葉結構與性能關系,從而引入超雙疏高分子納米材料,在快速理解的同時,激發學生的學習熱情和投身其研究的興趣。

視頻課件內容豐富、信息量大,教師可以制作或下載相關教學視頻,引入更多與課程相關的新知識、新技術和新成果。如介紹生物醫用高分子納米材料在藥物緩釋領域的應用時,納米材料怎樣進入體內病變部位,怎么靶向、釋放藥物,達到治療的效果,如果沒有視頻,學生很難理解、很難想象;而通過視頻將其原理、過程更直觀、更形象的展現在學生面前,讓學生更容易、更有興趣地去學習并掌握知識點。

另外,對于相關制備技術與創新應用方面,則要重視啟發――探究式的教學,注重理論聯系實際以及學生創新思維和能力的培養,比如對于高分子納米材料的測試表征手段的教學,教師可以結合實驗教學,帶領學生參觀所學習的相關儀器設備,動手操作儀器,這樣既可以提高學生的學習興趣,又可以鞏固所學的理論知識,其實踐能力也可以得到培養。

(二)顛倒課堂教學法

顛倒課堂教學法堅持“以學生為中心”的教學理念,借助于信息技術在時空上顛倒傳統教學中教師的知識傳授與學生的知識內化過程,讓學生可以在家或課外通過觀看教學教案、教學視頻中教師的講解,自主完成對新知識的學習,課堂上教師通過設計一些真實的問題情境,組織學生協作探究解決問題的方法,而學生可以通過與教師、同伴的交流討論,實現對知識的吸收與深化[5]。顛倒課堂在國外已經取得了較好的效果,而在國內還鮮少嘗試。

在《高分子納米材料》課程中,可以根據需要有選擇的對部分教學內容進行顛倒課堂。我們根據前期對學生的調查,學生們一致對生物醫用高分子納米材料非常感興趣,有很多的問題想了解,如果還是以傳統法教學,則無法較好的和他們討論、回答他們問題,無法滿足他們的好奇心。因而,在進行這部分內容教學時,可以采用顛倒課堂的方式。首先在班級的微信群或QQ群里上傳教學PPT及相關視頻,學生通過學習后,對生物醫用高分子納米材料的發展概況、基本知識、結構設計有了一定的了解;在課堂上,學生先提出問題,分組交流討論、教師參與討論;教師最后再補充知識、總結學生問題的基礎上,再設計問題讓學生深入思考,解決問題。

(三)教學與科學研究復合的教學法

為培養學生應用所學的知識解決實際問題的能力,教師可以將教學與科學研究進行復合。如結合教師們的課題,把最新的科研成果有機地融入課堂教學中,為學生講解具體的高分子納米材料制備及性能研究,并讓其參與其中,將研究的樣品實際展示給學生,調動學生興趣,突出高分子納米材料的趣味性、理論性、科學研究性和前瞻性,并加強學生的自主創新意識和科研能力。

另外,邀請國內外高分子納米材料專家做專題報告和前沿講座,使學生能夠及時了解前沿技術與l展動態;結合教學內容,提出本學科的研究熱點問題,與課堂討論相結合,不僅增強了師生間的互動、活躍了課堂氛圍。

(四)借助智能電子產品建立學習平臺

21世紀以來,各類高大上的電子產品,如iPad、手機等已成為年輕人須臾不可離的隨身之物,這類電子產品極大的分散了學生上課的注意力及降低了學生對學習的興趣和主動性,因而一直不被教師、家長看好,將之拒于學校與課堂大門之外。然而,隨著數字校園向智慧校園的邁進,手機的這種應用及趨勢只會越來越頻繁,全面禁止大學生在教學過程中接觸手機只會適得其反。因此,應順應學生的心意,改革和完善現行教學方式,在課堂教學、課后練習中有效利用智能電子產品,使其成為輔助教學的良好工具[6]。

在《高分子納米材料》課程教學中,我們建立了班級QQ群、微信群,通過群平臺進行信息、專題討論、資源共享等,有利于及時消息、正確引導學生、掌握學生動態。教師對根據學生的學習能力、反饋信息,提供個性化的教學要求和實施目標。

微信公眾號平臺經常相關的知識、發展動向、微課等內容,這是一個可以讓學生在課后補充學習的平臺。因而,要求學生關注如“納米人”、“高分子科學前沿”等公眾號,認真學習和掌握高分子納米材料的發展動向。同時,智能手機中的一些APP也對我們課程有很好的幫助,如ACS Mobile、RSC Mobile等,旗下雜志一有新的研究進展及時更新至APP中,讓學生更及時了解高分子納米材料的研究動態與最新成果。

四、結束語

作為本世紀最矚目的前沿科技研究熱點之一,高分子納米材料也取得了長足發展,很多新的高分子納米材料產品如高分子納米涂層、高分子復合材料、藥物緩釋納米材料等從實驗室走向實際應用,成為保障人類生活和工業發展的重要基礎。《高分子納米材料》課程教學內容的選擇要充分考慮到廣度和深度的統一、基礎和前沿的兼顧、新舊內容的銜接、理論聯系實際、巧用電子產品的資源等多個方面。在整個教學過程中,學習者表現較積極,能主動發言并積極參與討論,各個小組的匯報效果也較好,能夠激發學習者的學習興趣,培養學生創新意識及創新能力。

參考文獻:

[1]Vikas Mittal.Advanced Polymer Nanoparticles,Synthesis and Surface Modifications.2011,CRC Press,Taylor & Francis Groups.

[2]劉玉芹,杜高翔,楊靜.《納米材料》課程教學內容與教學方法探討[J].科技教育創新,2008(3):210-211.

[3]李本俠,王艷芬,胡路陽.淺論“納米材料與納米技術”[J].課程教學研究.2014,40(1):72-74.

[4]白繪宇,羅靜,倪才華,東為富,劉曉亞,陳明清.高分子流變學教學的探討-借鑒美國大學高分子流變學課程教學經驗[J].2015,(7):89-93

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關鍵詞:納米材料;功能整理;天然纖維

中圖分類號:TS195.6 文獻標志碼:A

Technological Model for Applying Nanomaterials in Natural Fiber Modification

Abstract: This paper expounded both advantages and disadvantages of four methods for using nanomaterials in fiber modification, including the blended spinning method, finishing method, the grafting modification and the in-situ formation method. Under the condition of remain the advantages of natural fiber, the author put forward two ways of functional finishing by using nanomaterilas, namely, introducing discontinuous nanomaterials on the surface of fiber and embedding nanomaterials inside the fiber, and the effectiveness of these methods was verified by testing samples.

Key words: nanomaterials; functional finishing; natural fiber

自上世紀合成纖維問世以來,合成纖維產業的日新月異發展帶動了纖維業向高技術產品的縱深延伸,也推進了現代人們的消費方式,作為單一天然纖維的應用歷史也告終結。從產業角度來看,天然纖維為了自身產業的生存,不斷進行著技術革新與改良,但天然纖維作為自然產生物,其產品的性能及功能的發展遠達不到合成纖維的技術發展速度。

而從上世紀末至近幾年,合成纖維已完成了仿真到超真的技術轉變,合成纖維超細化加工技術的實現進一步促進了合成纖維制品的多樣化和功能化,這對天然纖維產業所形成的發展壓力也是空前的。

但技術發展并不是單向性的,當合成纖維借助于功能材料技術的發展而壯大時,作為合成纖維制品實現了諸如抗紫外、抗菌等功能時,天然纖維也同樣獲得了現代材料技術發展這一平臺的支持,產品功能上也有效地獲得了技術突破,這一發展,有效地彌補了天然纖維單一的缺陷,也使天然纖維成功地走向了功能化之路。

近年來,產品消費的細分化現象日益顯著,各類紡織纖維在服裝產品的親肌膚性、友好性、美觀性、功能性等方面表現出了不同的特點和優勢,從而也使各種紡織纖維在產品開發方面表現出了不同的特長,這在客觀上促進了紡織產業走向細分化、多樣化,也促使紡織技術產品的相互交叉或多重風格。

而在紡織產品的功能化實現中,納米材料的應用對于推進紡織品的功能化起到了十分重要的作用,但這一作用更多地體現在化學纖維的應用方面,在天然纖維領域,納米技術產品相對較少,所以也影響了天然纖維多樣化的實現。

納米技術及納米材料已經成為21世紀世界各國爭相研究的重點,在紡織工業中,為功能紡織品的開發和紡織品應用領域的拓展提供了廣闊的思路和可行性。

1 納米技術在紡織產品中的應用

目前,利用納米材料對紡織材料進行改性通常有 4 種技術方法。

1.1 共混紡絲法

共混紡絲法可以用來制備合成纖維和再生纖維,即將功能納米材料與紡絲切片或紡絲液混合,通過熔融紡絲、濕法紡絲或干法紡絲等紡絲技術制備納米材料改性纖維。采用共混紡絲法制備的納米材料改性纖維具有性能穩定,納米材料與纖維結合牢度高,穩定性好,耐久性好等特點。采用共混紡絲法需要納米材料具備一定的性能,如采用熔融紡絲時,要求納米材料具有較好的耐高溫性能,并且粒徑足夠小;采用濕法紡絲或干法紡絲時,要求納米材料和溶劑或凝固劑無相互作用,并能在紡絲液中保持足夠的穩定性。

1.2 后整理法

對于一些天然纖維或者已經以纖維或紡織品形式而存在的紡織材料而言,則無法通過共混紡絲法來實現納米材料對其的改性,因此后整理法可以解決這個問題。后整理法即是采用浸漬、浸軋、涂層或噴涂等方法將納米材料附加到纖維上,并使之固著在紡織材料上的一種方法。后整理法通常有以下幾種情況:(1)將紡織材料浸漬到納米材料分散液中,通過納米材料高的表面能使之吸附在紡織材料表面;(2)將納米材料分散在一定溶劑中,通過噴涂方式將納米材料一次或多次沉積在紡織材料表面;(3)將含有納米材料的整理劑在一定的粘合劑(如反應性樹脂)存在下涂覆到織物表面,形成一種功能性的涂層。

后整理法制備納米材料改性紡織品具有工藝簡單、可操作性強等優勢。但加工過程中納米材料易團聚,納米材料與纖維結合牢度低;或者處理過程中通常含有一些有毒的溶劑或粘合劑,給紡織品帶來一些污染;再者一些粘合劑或涂層會改變纖維本身所具有的一些優異的性能,如棉纖維柔軟、吸濕、透氣等特性,真絲纖維爽滑、和人體良好的親和力等,使之手感變差,穿著舒適性大大降低。

1.3 接枝改性法

由于后整理法中納米材料與紡織纖維間缺少相應的作用力,或者粘合劑和涂層的引入會影響織物的性能。因此,通過某種途徑賦予納米材料表面一定的官能團,再與纖維表面官能團直接或間接反應,將納米材料接枝到紡織材料表面,以提高其牢度且不影響材料本身。也可制備各種微膠囊,將納米材料置于微膠囊中,然后將微膠囊接枝到纖維材料上。但納米材料本身改性及微膠囊技術難度高,目前沒有得到廣泛應用。

1.4 原位生成法

以上方法都是將納米材料機械式的添加到纖維上,在加工中工藝復雜,或者效果較差,并且由于納米材料本身的團聚效應,使納米材料不能在纖維表面獲得很好的分布。對于天然纖維而言,納米材料只能簡單地添加在纖維表面,更加導致了其耐久性差。原位生成技術能夠同時在纖維的表面和內部生成納米材料,在纖維上分布均勻。并且納米材料的制備和對紡織材料的整理同時進行,避免了納米材料在整理過程中團聚的問題。而且原位生成技術也使納米材料與纖維天然結合牢度高,因此,正越來越受到廣大納米材料和材料改性研究者的重視。

2 納米材料在天然纖維改性中的應用

通過長期對化纖類制品的消費認知,人們發現了天然纖維,在綜合性的因素(如舒適性、保健性等)方面,都具有不可替代性,尤其作為內衣面料,天然纖維(特別是真絲和棉纖維)制品具有更大的優越性能,這種通過反復實踐所獲得的消費認知所形成的對產品的“忠城”將在相當長的時期內存在,這也將提醒研究者,在對天然纖維產品功能化研究中,必須充分尊重天然纖維這一特點。

天然纖維作為天然生成物,功能材料的導入方式,將影響天然纖維本身的自然優勢。為了保護天然纖維與人體的友好性,在功能化改性中,可以采用以下兩種方式。

2.1 纖維表面非連續介質導入法

非連續介質導入,是指在纖維表面離散分布功能材料的細小微粒,不影響天然纖維本身與人體的接觸,這一思考依據,對于真絲制品尤其重要,眾所周知,真絲的蛋白質結構與人體蛋白質特征有無可比擬的相似性,所以,任何其他功能材料在真絲表面的連續覆蓋都將使真絲制品的友好性和親和性能受到影響。

2.2 纖維內部填埋法

纖維內部填埋,依據來自天然纖維(蠶絲、棉、麻等)本身的結構具有原纖特征,這種原纖特征決定了天然纖維內部具有眾多的微孔和微隙,給功能材料的導入提供客觀便利,這種導入方式,也對天然纖維功能的長效性有很大的益處,但這一導入手段對技術的要求相對較高。從現有的技術來看,纖維內部組裝技術是一種有效的方法,而前述的原位生成技術,也屬于這一范疇,這種原位生成技術的特點在于:在功能材料組裝前,功能材料本身以離子或分子形式游離進入天然纖維內部,再通過特定的反應環境,使進入纖維內部的離子或分子反應生成具有特定結構的固體材料,從而使功能材料支撐在纖維內部,實現在保護天然纖維本身優勢性能的同時,實現其功能的長效性。

從本質上來看,功能納米材料是最符合纖維表面非連續介質導入法和纖維內部填埋法的功能元素,也符合纖維表面非連續介質導入法和纖維內部填埋法的技術要素,由于不同納米材料所表現的功能性各不相同,可以根據開發的功能,選擇不同的納米材料,但這里所言的納米技術本身,不僅僅是納米材料,更重要的是制備納米材料的工藝過程,只有這樣,才能實現從常規整理技術到納米組裝技術的突破。

3 實施案例分析

為了能更好地說明問題,筆者選擇自己的部分研究結果進行對比分析。

3.1 形態比較

從圖 1 和圖 2 比較,圖 2 采用了原位生成納米銀技術,有效實現了在真絲纖維表面的離散的非連續納米銀分布,納米銀顆粒細小,不影響真絲材料原有的表面特征。

3.2 吸附量比較

表 1 為普通納米銀助劑整理和采用同樣濃度制備工藝原位生成技術(組裝技術)兩種不同方法處理的真絲織物中的納米銀含量,可以看出,隨著銀濃度的提高,整理到織物上的納米銀含量增加。比較同一濃度下兩種方法整理的真絲織物中的銀含量,采用原位生成整理的真絲織物銀含量明顯高于常規浸漬法整理的真絲織物。說明浸漬法整理真絲織物時,納米銀難于均勻地吸附到真絲織物的內部,主要集中在纖維表面。而原位生成、自組裝技術整理時,銀離子能夠均勻滲透到真絲纖維內部的各個部位,再將其還原,自組裝生成納米銀,所以其銀含量要高于浸漬法整理的真絲織物。

3.3 耐洗牢度比較

為了比較兩種方法整理的真絲織物上的納米銀的牢度,選取兩個具有相近銀含量的樣品進行耐洗牢度測試,在經過不同次洗滌后測試樣中的銀含量,以此評價其耐洗牢度。表 2 中列出了分別經過10、20和30次洗滌后的樣品中的銀含量,由表中數據可見,浸漬法整理的真絲織物在經過10次洗滌后,銀含量從125.94 mg/kg下降到81.63 mg/kg,下降了35.2%,在經過30次洗滌后,銀含量下降到56.48 mg/kg,相比未洗滌的樣品下降了55.2%。而通過原位生成法整理的真絲織物洗滌30后,銀含量從116.48 mg/kg下降到101.29 mg/kg,僅下降了13.0%。證明了原位生成法處理后,因納米銀分布于纖維內部,并支撐在纖維微孔和間隙中,所以納米銀和真絲纖維的結合牢度遠高于普通浸漬整理法,具有很好的耐洗牢度。

以上結果表明,原位生成法整理真絲纖維或制品不僅可以獲得較高的銀含量,提高納米材料的利用率,同時還能獲得很好的耐洗牢度。

3.4 抗菌性能分析

筆者選擇低含量原位生成技術制備的納米銀真絲面料,進行抗菌耐冼性分析,表 3 顯示,真絲面料經30次洗滌還具有優異的抗菌性能,能有效滿足日常生活中的抗菌要求,也有效節約了生產成本。

4 結語

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英文名稱:Research & Progress of SSE Solid State Electronics

主管單位:工業和信息化部

主辦單位:南京電子器件研究所(中電科技集團公司第55所)

出版周期:雙月刊

出版地址:江蘇省南京市

種:中文

本:大16開

國際刊號:1000-3819

國內刊號:32-1110/TN

郵發代號:

發行范圍:國內外統一發行

創刊時間:1981

期刊收錄:

CA 化學文摘(美)(2009)

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊:

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽:

中科雙效期刊

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關鍵詞:納米材料學;全英文教學;成效和經驗

中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)16-0157-02

一、引言

納米技術與信息技術和生物技術被認為是當今社會經濟發展的三大支柱,納米科技已成為全世界材料學、物理學、化學、生物學、電子學等多學科的研究熱點和前沿之一,對多個研究領域產生了廣泛而深入的影響[1]。納米材料是納米科技的基礎和先導,納米材料的發展把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域,對開辟人們認識自然的新層次、進行知識創新具有重要的科學和應用價值。同時,隨著世界經濟一體化、全球化進程的加快,我國外向型經濟的不斷發展,各領域急需既有較高的英文水平,又熟悉專業知識技能的人才。全英文教學既適應國際型專業人才培養目標的要求,同時也是教學改革的重要突破口之一,為上海“四個中心”建設培養國際化人才,使學生具備國際交流、理解、合作、競爭能力。上海市教委從2009年起開展上海高校示范性全英語教學課程建設,旨在促進和形成一批教學理念先進、教學內容優化、教學方法合理、教學水平高的全英語教學課程,發揮課程的示范輻射作用,提高高等學校教學質量[2]。因此,在這個大環境驅使下,上海理工大學為本科生新開設專業選修課――《納米材料學》全英文課程。

《納米材料學》課程與其他發展相對成熟的課程相比,具有涵蓋范圍廣、知識更新速度快等特點。針對《納米材料學》全英文課程的特點和我校學生的基本狀況以及全面素質教育的要求,作者認真思考了如何改革課程教學內容和教學方法,這里重點講述對該課程改革的幾點體會。

二、教學的實踐中遇到的問題及解決措施

全英文教學是在一些非語言類課程教學中采用英語進行教學的教學形式,具體是指在講授課程、選用教材、輔導考核等教學環節中運用英語作為唯一的教學媒介所進行的教學活動。中國外語授課從中國現代大學出現時就有了,并以清末的清華留美預備學校為典型代表。講課方式的提法從“外語授課”過渡到“大學雙語教學”(即中英文共用),再到現在部分高校實行的“全英授課”[3]。如果是英語專業課使用全英授課,那么從心理上來講,學生還是比較愿意接受這樣的授課方式的,即使有些地方聽不懂,他們也愿意努力去聽,但是如果非英語專業課也用全英授課的方式進行教學,除了客觀上導致對該課程的“學科性”的忽視,主觀上還會造成了學生心理上的一些障礙,讓學生在聽課過程中出現恐懼、焦慮、沮喪等不良情緒,導致教學效果不理想。此外,通常英語亦非承擔全英文教學課程教師的母語,因此,全英文教學對教師和學生均是挑戰。針對全英文教學在實踐中遇到的問題及解決措施,歸納如下。

(一)全英文教學教師水平

開展全英語教學,合格的全英語教學師資是先決條件。全英教學對教師英語綜合運用能力、尤其是口語和寫作能力要求很高,教師本人除了具有留學國外的經歷和參與國外教學實踐外,還必須是具有良好的專業素質和外語素質、開闊的專業視野和全球意識,能夠引導學生進入學科前沿的國際化人才。參與全英語教學的教師,除了精通外文教材和大量閱讀與教材相關的外文資料外,還需能準確地表達教學內容,有與學生進行深入語言交流的能力。此外,教師必須不斷充實和開闊專業視野,了解本專業的國內外研究現狀,清楚什么是教學內容,講授方式最能被學生所接受;對全英文教學的觀念要及時更新,不可堅持“教師主導課堂”的教學觀念,在教學中,應始終貫穿“以學生發展為本”的理念,引導和激發學生;自覺堅持專業學習和培訓,并在教學實踐中鍛煉和提高[4]。教師一定要與時俱進,孜孜不倦的學習,積極進取,開辟新教法,掌握新知識。我們在實踐中發現,隨著教學經歷的豐富,教師對于全英文教學方式的理解和掌握不斷加深,并積極改革教學方式和更新教學內容,教學效果有明顯提高。

(二)學生英語基礎

學生作為全英文教學對象,其外語水平直接影響課程教學的效果。教師在課前設計一份調查試卷,在第一堂課讓學生用英文進行填寫,可以大致掌握學生的相關信息和英語水平。另外,要知道,學生入校前大部分接受的是應試教育體系下的公共英語教育,英語口語及實際的交流能力明顯不足,由于學生在生活中很少用英語進行實際交流,教師要學會理解、欣賞和鼓勵學生,課堂上教師要及時給予學生積極的反饋,表揚學生的進步,鼓勵其繼續努力。例如對學生用英文回答問題表示肯定,并興致勃勃地聆聽,學生講完后鼓掌,進行表揚,教師的積極評價會使學生感到自己在進步,認識到自己的每一點進步都能得到教師的贊賞[5],教師不要吝嗇贊揚和鼓勵,也不能因為學生在課堂上回答問題出錯而責罵。在學生的心目中,教師具有一定的權威性,教師的表揚和鼓勵可以使學生鼓起勇氣,戰勝困難,在學習中取得進步,增強學生的成就感,盡量避免對學生做出負面評價。另外,我們認為全英文教學一定要安排在學生學習了大量的專業知識后進行,這樣能保證學生對英文原文內容不生澀,便于進行對外語知識運用能力的培養。

(三)教學模式和方法

全英文教學過程中教學內容主要采用英語講解,先期執行過程中發現講解教學內容的過程中學生易溜號或者厭乏。我們在教學中發現采用設問式的英語教學方法,針對疑難點加以恰當的少許中文解釋或講授,課前針對教學內容設置小課題,布置學生小組討論,引導學生在相關研究領域進行科研實踐。通過互動式教學,使納米材料的專業知識得到不斷鞏固和領悟,學生可以在比較輕松的環境下,用英語表達自己的想法,使其英語聽、說、讀、寫能力不斷提高。因此,多樣化模式教學對全英文教學而言相對效果較好。全英文教學相比母語教學更需要降低學習內容的抽象程度,教師在課堂上應盡可能使用簡單的英文,把深奧的專業知識口語化,將直觀的圖片、影片等由多媒體課件整合在一起,有序地呈現,有助于降低全英文教學中學習的難度。我們在全英文教學中使用計算機多媒體演示納米材料的一些制備過程和應用實例,將一些較復雜的制備工藝過程生動的展示,激發了學生的學習興趣,使他們在學習專業知識的同時運用英語,在體味英語環境的同時深化專業知識。只有在學生聽懂的基礎上,教師的努力才不會白費。

三、教學內容的思考

納米材料是一個新興的多學科交叉的研究領域,內涵非常豐富。大多數的《納米材料學》教材都是圍繞納米材料的基本概念、結構性能和表征方法、制備技術、最新研究進展、納米材料在各個領域中的應用情況以及功能納米材料等內容編寫的,為的是讓學生對當今比較熱門的納米材料及其應用發展趨勢有一定的認識和了解。我們認為,任何一門課程都應該圍繞但不局限于所選用的教材,這一點在《納米材料學》這門課程的教學上體現的應該尤為突出[6]。納米材料的世界是一個日新月異的領域,即便是再權威的教材,也沒有辦法一次性囊括這個領域所有的內容,因此,在教學的過程中必須不斷地推陳出新,實現教學內容的基礎與前沿、穩定與創新的和諧統一,力求教學內容與時俱進,做到真正的學以致用,才能充分調動學生學習的積極性和參與性。例如,在最后一章――特殊納米材料,教材里關于納米碳材料方面的內容只有富勒烯和碳納米管,而今天,教師在講授納米碳材料時,除了富勒烯和碳納米管這兩種納米碳材料外,勢必會花更多的時間來講授關于石墨烯的相關研究進展,因為石墨烯是當今材料界等相關領域炙手可熱的“超級明星”材料,可在現有的眾多教材中,能夠全面具體地闡述石墨烯的章節卻并不多,但這一點并不妨礙這種新材料成為授課中的寵兒。

四、考核方式的探索

納米材料課程的知識點較多且分散,因此傳統的閉卷考試不能全面反映學生的知識掌握情況,在教學過程中逐步地向多樣化考核方式改革,考試成績最終由平時討論得分、卷面得分、小論文得分和實踐得分組成。為提高實踐能力,不斷加大了實踐學時,全英文教學的實踐過程是鞏固和檢驗英語學習效果的最佳方式。本課程的實踐教學內容主要圍繞納米材料的性能、應用和最新進展等方面,要求學生針對某一主題檢索相關英文文獻,閱讀后寫出英文的實踐報告并作PPT進行課堂講解,對學生的知識應用能力和外語組織能力均有一定的要求。從最終提交報告和現場PPT報告中可以看出,學生的英語寫作能力有所提高,對課程內容的掌握得到了一定的鞏固。

五、結語

納米材料是一個新興的多學科交叉的研究領域,在《納米材料學》教學內容上,教師應與時俱進,把最前沿的知識教授給學生,在全英文教學模式和方法上,教師應采用多樣化模式,運用計算機多媒體演示來生動的展示,激發了學生的學習興趣,在體味英語環境的同時深化專業知識,并采用多樣化考核方式,達到學生對知識的加深和鞏固。

參考文獻:

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[4]宇麗,唐明喬.關于高等院校專業課程全英語教學的一些思考[J].基礎醫學教育,2005,(6):593-594.

篇9

【關鍵詞】納米材料教學方法教學改革

【中圖分類號】TB383.1-4;G642【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089(2018)11-0241-01

前言

納米材料與納米技術是21世紀最令人矚目的前沿科技研究熱點之一,納米科技的蓬勃發展對眾多研究領域,乃至人類社會的生產生活產生了廣泛而深遠的影響,納米材料的應用和產業化已經成為世界許多國家相繼研究和開發的重點。《納米材料》是高等院校一門重要的新設課程,具有前瞻性、創新性、專業性和實踐性強的特點。《納米材料》及其相關的課程也是許多高等學校材料學化學專業的本科生或研究生的專業基礎課程,本課程的開展有助于讓學生了解納米材料與納米科技的發展方向,提高學生的創新性思維能力,引導學生開展納米科學前沿課題研究,培養潛在的科研人才,同時,對《納米材料》的教學也提出了較高的要求,因此需要認真思考和研究。

1.教學內容改革與優化

目前的教材多是圍繞著納米材料的基本概念和基本特性、表征方法、制備技術、納米材料在各個領域中的應用情況以及功能納米材料等內容編寫,而其中的內容很多都已過時,比如在碳納米材料這一部分內容時,十前年的主要內容是針對富勒烯和碳納米管的講解,而今天,該部分的內容可更多的偏向于目前研究較為熱門的層狀石墨烯材料。此外,材料表征方面的內容在本課程中占有相當大的篇幅,直接講解納米材料的表征特性使學生不能深入的理解,教學內容上有必要加入適當課時講解較常用的表征手段的原理和分析方法,如X-射線衍射,掃描電子顯微鏡,透射電子顯微鏡,紅外,拉曼等的分析手段。

2.教學手段改革

納米材料涉及的課程范圍較寬,有些章節較為抽象,學生首次接觸常會遇到知識過于抽象不便于理解的問題,因此傳統的教學模式已不再適應當前培養高素質人才的需要,針對這樣的問題,應利用多媒體數字化資源如動畫來輔助教學,利用當前各種模擬軟件如3DSMAX或PHOTOSHOP將抽象的納米材料的制備及生長過程進行直觀展示模擬,激發學生的學習興趣。此外,先進的儀器設備是科學研究的重要基礎,本學院擁有高分辨透射電子顯微鏡、熱場發射掃描電子顯微鏡、X射線單晶衍射儀、電化學工作站等設備,需借助這些良好的教學科研基礎條件,引導學生參與科研活動,培養學生科研素養,為今后繼續深造和走向工作崗位打下基礎。

3.教學模式改革

在教學實踐中,采取“分組教學”模式,即學生以10-15人為一小組,在既定大課題方向內,由學生自主查閱文獻資料,選定具體研究題目,設計實驗方案,并與導師探討方案的可行性。學生在教師的指導下獨立完成一種納米材料的合成制備,對性能測試的結果進行分析,并完整獨立撰寫實驗報告。這種方式將加強學生從理論上學習和理解并能拓展到實際的應用中。這種綜合性、多樣化的教學模式不僅能加強學生對理論課程的理解的重視,并能極大的調動學生的積極性和創造性,鍛煉學生的獨立思考能力、動手能力、創新能力、分析解決問題的能力及團隊精神。

4.考核方式的改革

納米材料課程的專業性和前瞻性都很強,常規的考核方式達不到反應學生學習能力和掌握程度的效果,相反地,概念性的知識點較多,一味的要求學生通過記憶背誦的方式來達到考試要求,一方面增加了學生的學習負擔,另一方面學生也難以深刻理解所學知識點。卷面考試雖有必要,此外應加入撰寫論文的考核方式。該種方式能夠督促大三學生對上學期所學的文獻檢索課程的掌握利用,還能在查閱文獻完成論文的同時,豐富與納米材料課程相關的前沿知識,增強了學生論文寫作的思路和方法,對大四的畢業論文的規范寫作提前得到了鍛煉,為今后的科研工作打下基礎。

結語

納米材料涉及范圍廣,發展日新月異,通過開展教學與實踐及科研相結合的教學模式,提高學生們的學習興趣,培養學生的獨立思考能力、創新能力及團隊精神。在以后的教學實踐中將進一步加強改革創新,為學生的全面發展和綜合素質的提高不懈努力。

參考文獻: 

[1]白春禮.納米科技及其發展前景[J].新材料產業,2001,4:8-11. 

[2]李群.納米材料的制備與應用技術[M].北京:化學工業出版社,2010. 

[3]朱世東,徐自強,白真權等.納米材料國內外研究進展Ⅱ——納米材料的應用與制備方法[J].熱處理技術與裝備,2010(31). 

篇10

【關鍵詞】氧化鋯陶瓷口腔修復

當前的口腔修復技術在飛速的發展,全瓷材料憑借著自身生物相容性、優良的美學效果、耐腐蝕性、介電性、熱穩定性等一系列好的特質,儼然成為在目前使用最廣泛的口腔修復材料[1]。傳統的陶瓷材料本身強度不足而且脆性較大,限制了其在口腔的修復中的使用。而氧化鋯很早就以耐火材料在工業上使用。

在1975年Gavie發現該材料有馬氏相變的特征,這才提出利用該特征來征備高韌性高強度的陶瓷,只有這樣才能夠使得氧化鋯陶瓷應用不斷進步[2],使該材料不斷被關注。但是常溫下的氧化鋯需要與穩定劑進行結合才能達到這種亞穩態,才能出現相變增韌的效果。很多國內外的專家學者對氧化鋯的穩定劑做了研究。本文的研究報告如下。

1氧化鋯的穩定化

1.1氧化鋯晶型的轉變氧化鋯的物理特性為白色粉末狀,隸屬螢石結構。其陰離子的直徑比陽離子的小。氧化鋯有3種晶型的分型,分別是:四方晶、單斜晶和立方晶。室溫下氧化鋯是單斜相,在1170℃的高溫下由單斜相變為四方相,在2370℃的高溫下由四方相變為立方相。當在氧化鋯加入了穩定劑進行穩定化處理之后,室溫下就可以存在四方相氧化鋯,而且其處在亞穩態,大家都知道四方相的數量對陶瓷的韌性提高作用非常的明顯,所以在常溫下使用的時候,氧化鋯提高氧化鋯陶瓷的韌性是用過相變導致微裂增韌、表面殘余力增韌等。

1.2氧化鋯穩定劑基于這種增韌機理,對于常溫下氧化鋯保持亞穩態四方相,穩定劑所起到的作用是非常明顯的。氧化鋯穩定劑是與+4價Zr離子半徑非常相近的一些陽離子,這些離子在通常狀態下是以氧化物形式而存在,在氧化鋯中這些氧化物的溶解度非常的大。在通常使用氧化鈣、氧化釔、氧化鎂以及其他一些稀土氧化物做為穩定劑。

這些穩定劑可以與氧化鋯形成立方晶以及四方晶的固溶體.這些固溶體能夠以亞穩態的形式在室溫下得以保持。通過加人穩定劑的數量,就能夠得到部分穩定或者是全穩定的氧化鋯瓷,上述兩者在化學性能、物理、燒結性能以及機械性能上存在著較大的差異。在常溫下前者孫然存在著單斜相晶體和亞穩態四方相,有明顯的相變增韌效果,但是硬度和強度比較低。而在冷卻過程中后者的晶型不發生任何的變化,體積上也沒有任何的變化。硬度以及強度都很高。可是在常溫下因其沒有相變增韌的效果,斷裂韌度就會顯得比較低。穩定劑的加入方式以及種類影響了氧化鋯瓷的力學性能、燒結性能,對牙科陶瓷,主要關注部分就是穩定的氧化鋯陶瓷。

即使其抗彎強度和硬度都顯得相對較低,可是不妨礙其對于口腔內的修復體的整體效能。現在我們使用最多的穩定劑一般有如下幾種:氧化釔、氧化鈣、氧化鈰。

2穩定化氧化鋯陶瓷在口腔修復中的應用

由于氧化鋯自身具有的優越機械性能,最早就被應用在了成品的樁核系統之上。理想的牙科樁釘標準[3]:①不影響其在醫學影像上的成像;②合理傳遞應力以免根折;③必須能夠為內核提供足夠的支持力和固位力;④沒有形變,而且具有相當好的硬度;⑤可以支撐內核與全冠保持良好的密合;可是傳統的鑄造金屬樁釘一般是Cr、Ni或者是Co—Cr的合金,現實中有人對鎳鉻有過敏,這些合金會存在著一些離子交換,時間的增加部分患者就會出現齦緣變色,對自身的美觀有影響。如果使用全瓷冠進行修復,金屬樁核就能夠通過齦邊緣喝外冠透色,這就影響了其修復效果[4]

而且,金屬樁釘對核磁共振還會出現干擾的現象,氧化鋯樁釘就不會出現類似的現象,使用X線片能夠觀察到密合度、位置以及跟面和樁釘。氧化鋯具有很好的生物相容性,所以不會給人帶來危害,更不會產生過敏和毒性

綜上所說,作為一種高強度高韌性的陶瓷材料,氧化鋯陶瓷具有非常好的應用前景。隨著納米技術日益迅速的發展,納米級氧化鋯受到的關注也是越來越多。

納米技術的不斷發展使得納米級的氧化鋯也越來越多地被關注,很多學者都開始了對納米級的氧化鋯的研究工作.這樣一來就大大降低了氧化鋯的燒結溫度。納米級氧化鋯的優點就是能夠保持納米級的晶粒,而且晶粒越小,那么單位體積中存在的晶粒數目就會越多,所以能夠發生可相變的晶粒數目也就越多。[5]

這些優良的條件都為氧化鋯發生相變增韌提供了良好的基礎。可是,到目前為止,這一技術還不是很成熟,在制備的過程中,對于反應物初始濃度,軟硬團聚,pH值,燒結溫度,分散劑等的控制都還不是很成熟,還需要進一步地研究。

參考文獻

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