一、纳米生物材料生物学特性、生物安全性及在重大疾病快速检
测中的应用基础研究
一、项目提出的背景及意义
近年来，在医疗卫生和生物医学工程领域，纳米技术的引入和纳米生物材料的使用，极大的促进了现代医学的发展。现在已有多种含纳米生物材料的医疗用品得到国家或省市级食品药品监督管理局的批件，进入了临床阶段。
国内外已有很多报道，纳米材料具有特殊的生物性质，主要体现在两个方面：一方面，从生物体整体而言，纳米材料在生物体内的分布途径及靶器官具有特殊性；另一方面，从细胞水平来讲，与常规材料不同，纳米颗粒可以通过各种方式直接进入细胞内，导致细胞功能的改变甚至丧失，影响细胞的正常工作。因此，纳米材料特殊生物学性质可能会引起生物负效应，有必要对纳米材料的生物学特性和生物安全性进行研究。
在众多人们日常生活中所能接触的纳米材料中，纳米生物材料与其它纳米材料相比，在与人体的接触方式上有明显不同。纳米医用材料一个最显著的特点就是在研制和使用它的过程中，已经人为的使它通过了肺、肠、皮肤这三个人体抵御外来颗粒物侵入的主要屏障，直接进入人体的循环系统，因此可能对人体造成更直接、更巨大的危害。所以，迫切需要马上开展对纳米生物材料安全性的研究。
纳米材料的生物安全性是一个方兴未艾的研究热点，国内外的研究水平基本处在一个水平线上，还有很多问题没有研究透彻，尤其是对纳米生物材料来讲。例如，现在人们还不了解不同纳米生物材料在生物体内的分布、蓄积、排泄特性，也不了解不同纳米生物材料是如何与各种细胞相互作用的。因此，对纳米生物材料毒理学的研究还基本上是空白，需要更加细致的研究。
通过对纳米生物材料安全性的研究，可以了解、掌握各种纳米生物材料的毒理学数据，为相关管理机构对纳米生物材料及其产品进行风险管理提供理论依据和数据基础；使管理机构可以制定科学有效的管理办法来规范纳米医用产品的使用、处理，这一方面可以增强消费者对相关纳米医用产品的使用信心，扩大纳米医用产品的使用市场；另一方面，可以增强国家产业政策决策机构对纳米医用产业的信心，增大对纳米产业政策倾斜和资金投入，促进纳米医用产业的发展。另
外，通过对纳米生物材料安全性的研究，还可以保证北京地区在纳米材料安全性研究水平处于全国甚至是世界领先位置。
另外，生物活性和纳米效应在发展高灵敏度、高选择性和快速检测技术方面具有潜在的应用前景，将在疾病的诊断和卫生保健方面发挥重要作用。
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，心血管病无论发病率还是死亡率均居各类疾病之首，是当今威胁人类健康的重大疾病，如何有效预防和控制心血管疾病已成为我国当前迫切需要解决的医学问题和社会问题。只有对血管病变进行早期检测、早期发现和合理干预，才能有效降低心脑血管疾病的发病率、从根本上降低致残和致死率。
围绕北京市民对心血管病早期诊断的重大需求，开展纳米生物材料在重大疾病快速检测中的应用基础研究，为发展具有自主知识产权的急性心梗早期诊断产品提供技术支撑，为首都新材料科技的可持续发展、为促进市民生活质量改善奠定基础。
二、项目的目标
1.比较纳米生物材料与同种微米级以上材料在生物学评价方法、评价标准、指
标上的差异，找到适合纳米生物材料的测试方法。
2.考察纳米生物材料在体内的吸收、分布、蓄积、代谢情况，观察纳米材料有
无特殊靶器官。
3.针对纳米生物材料的特殊靶器官进行研究，力争在细胞水平甚至分子水平上
解释两种纳米材料与靶器官作用的机理。
4.通过对纳米生物材料的表征和纳米生物材料对内皮细胞和单核细胞的细胞
周期、形态以及超微结构的影响，探讨纳米生物材料与细胞相互作用机理。
5.开展基于纳米材料和传感器技术的多参数集成化快速定量检测应用基础研
究，为及时挽救心血管疾病病人的生命开辟的绿色通道奠定早期诊断研究基础。
三、项目内容
（1）根据GB/T 16886系列标准所规定的试验方法进行试验，比较纳米生物材料与同种微米级以上材料在生物学评价方法、评价标准、指标上的差异。（2）模拟临床给药方式，采用合适的方法（如同位素标记、荧光标记等）测试纳米生物材料在生物体内的吸收、分布、蓄积、代谢情况，观察纳米材料
有无特殊靶器官。
（3）通过体外纳米生物材料与各种相关细胞共同培养的方法，研究纳米材料与细胞相互作用机理。通过流式细胞仪、荧光显微镜、倒视显微镜、透射电子显微镜等观测手段测试纳米医用材料对细胞生长、细胞形态、细胞超微结构的影响，测定各种细胞因子浓度的变化，最终综合各项结果，推断纳米材料与细胞作用机理。
（4）结合纳米材料技术，生物电子技术，针对心血管疾病早期诊断和急救需求，开展急性心肌梗塞早期诊断指标心脏型脂肪酸结合蛋白（H-FABP）、肌酸激酶同功酶(CK-MB)和肌红蛋白（Mb）集成定量快速检测研究。
（5）进行纳米材料设计、评价、表征与制备研究，快速、低成本、高灵敏度和准确的心肌损伤标志物多联组合定量生物传感器研究以及微弱信号提取与处理、系统集成、医学应用基础研究。
四、北京地区工作基础
在纳米生物材料生物学特性和生物安全性研究领域，北京地区科研院校和各类科研机构众多，拥有各学科各领域科研人才和非常完备的科研设施，所以在纳米材料生物学特性和生物安全性研究方面处于全国的领先地位。中国药品生物制品检定所、中科院纳米研究中心、军事医学科学院等单位都已开展了对不同纳米生物材料安全性的研究，并得到了一些初步的研究结果，为进一步的研究打下了基础。中国药品生物制品检定所近期的试验结果显示，两种常用的纳米生物材料纳米银和纳米羟基磷灰石在生物体内的分布具有特殊性，纳米银不但具有超过微米银的细胞毒性，甚至还能破坏血脑屏障，有必要对两种纳米材料进行深入的研究。中科院纳米研究中心、军事医学科学院的研究也发现纳米碳管不但在生物体内可以异常分布，而且有一定的毒性效应，也需要进一步的研究。
在重大疾病快速检测的应用基础研究领域，北京拥有国家纳米科学中心、中国科学院电子学研究所、中国科学院化学所、北京大学、清华大学等纳米科技研究单位，集中了全国最好的纳米技术平台、仪器和一半以上的人才。中国科学院电子学研究所是我国第一个综合型电子科学研究所，作为传感技术国家重点实验室北方基地的所在地，在基于微米纳米加工技术的生化传感器及分析系统等方向
的应用基础研究达到国内领先、国际先进水平。十五承担的两项863纳米材料课题均通过科技部验收并被评为优，研究成果参加了国家科技创新重大成就展。与北京市地区的北京人民医院、北京医院、安贞医院等三甲医院有密切合作关系，这些单位拥有心血管疾病诊疗和临床检验研究科技资源。
二、干法制备锂离子电池隔膜中的关键科学问题
一、项目提出的背景和意义（包括国内外研究现状简要描述）
锂离子电池阻隔膜的研究和生产我国一直未能有实质性的突破，国内锂离子电池生产厂家均依赖进口，其售价甚至占到生产成本的20%以上，成为制约我国锂离子电池行业的关键和瓶颈问题。目前聚合物锂离子电池微孔阻隔膜材料的制备主要有干法和湿法两种。湿法是添加有低分子量添加剂的聚乙烯等高分子材料经拉伸和溶剂萃取的方法来得到微孔膜，主要由日本和韩国的一些企业研发和生产的工艺，其优点是可以采用聚乙烯为膜材料，满足了电池阻隔膜对安全性的要求，聚乙烯成膜性好，可以得到厚度低于12 m的膜，有助提高电池的容量；其缺点主要是在制备过程中大量使用有机溶剂作为萃取剂，产生的废水和废气对本已日益恶化的环境是一个严重的挑战。干法是利用结晶性聚合物材料晶区和非晶区自身性质的差异，通过拉伸结晶聚合物的方法来制备锂离子电池阻隔膜，干法的优点是在整个制备过程中不使用溶剂，不存在环境污染问题，可以利用多层复合的方法解决对电池阻隔膜安全性的要求。主要由美国和我国中科院化学研究所拥有相关的知识产权。干法制备的聚烯烃电池隔膜的结构形态主要受两个因素的影响。一个因素是拉伸工艺，而关于双向拉伸过程对微孔结构和性能的影响鲜有报道。另一个主要因素是聚烯烃的本身结构，主要包括结晶温度、冷却速度、熔体粘度、结晶形态和结晶结构等方面对拉伸成孔的影响尚不完全清楚。综上所述，系统地研究聚烯烃在不同条件下的结晶动力学及形态结构，建立这些因素与双向拉伸等工艺条件对微孔膜的孔隙度、孔径及其分布等结构形态间的关系，在此基础上阐明微孔形成的机理和结构形态的控制方法，并进一步研究微孔膜结构形态对锂离子电池性能的影响，为锂离子电池隔膜的研究开发和产业化提供指导。
二、项目目标
（1）阐明聚烯烃结晶结构和形态与拉伸成孔间的内在规律，并建立微孔形成的机理和结构形态的控制方法。
（2）阐明双向拉伸工艺条件与微孔膜的微观形态构及性能间的内在联系。
（3）建立微孔膜结构形态与锂离子电池性能间的关系，为锂离子电池隔膜的产业化提供指导。
三、项目包括的主要内容
1.聚烯烃结晶结构和形态对拉伸成孔的影响；系统地研究不同的条件对聚烯烃
的晶型、片晶取向、球晶大小等的影响，并建立这些因素与拉伸成孔间的规律。
2.双向拉伸条件与微孔膜的微观形态构及性能；系统地研究拉伸温度、拉伸速
度、拉伸比等条件对微孔膜形态和性能的影响，并建立这些因素与拉伸成孔间的规律
3.建立薄膜厚度在线检测，孔隙率、孔径分布等表征手段和方法。
4.微孔膜结构形态与锂离子电池性能间；研究不同条件下制备的微孔膜作为锂
离子电池隔膜使用时的电性能、力学性能、闭孔温度、破膜温度等，建立微孔膜的结构形态与电池性能间的关系，为锂离子电池隔膜的产业化提供指导。
四、北京地区的工作基础
中国科学院化学研究所利用干法制备聚丙稀电池隔膜在拉伸成孔的原理上区别日、韩和美国的技术，拥有自主知识产权，（US5134174，GB2251205，JP6100720，JP2509030，CN1062357），目前在相关企业的帮助下，以陆续开展干法制备电池隔膜的中试工作，中国科学院理化技术研究所也开展了利用湿法制备动力电池隔膜方面的工作。
三、新型低成本、高效率太阳能电池关键材料及技术研究
一、项目提出的背景及意义（包括国内外研究现状）
在当今能源日趋紧张的大环境下，太阳能作为一种可再生能源日异受到重视，作为太阳能利用最主要的方式之一—太阳能电池的研究开发越来越热门，各国投入了大量的人力、物力抢占技术的制高点。按材料可分为硅薄膜、化合物半导体薄膜和有机薄膜太阳能电池。目前提高太阳能转化效率、降低使用成本是太阳能利用面临的关键问题。
在所有的半导体薄膜太阳能电池中，问世于1991年的纳米晶染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种非常重要的太阳能电池。相比目前成本较高、高纯硅原料紧张的硅基太阳能电池，它具有成本低、理论效率高（33%）、制备工艺简单等优点，具有很大的产业化前景和应用市场。该电池还可以制备到柔性基底上，进一步降低成本，扩大其应用领域（例如太阳能汽车、飞机、飞艇、建筑、纺织品、帐篷、服装、头盔，玩具等刚性太阳能电池无法胜任的特殊曲面场合，甚至可以像地图一样挂在墙上或窗上，不用时卷曲起来），这对于推动太阳能电池的产业化具有十分重要的战略意义和现实意义。目前国外对于DSSC的研究，主要集中在刚性电池方面，2006年世界报道的最高效率为11.18%（瑞士洛桑工学院，Graetzel），针对柔性DSSC方面的研究还较少。日本东北大学的S. Uchida对TiO2纳米晶薄膜用径向挤压处理的方法，获得了光电转换效率为2.16%的柔性DSSC。日本横滨大学的Takurou Murakami通过对TiO2纳米晶薄膜进行紫外光照射的方法，获得了光电转换效率为3.8%的柔性DSSC。日本横滨桐荫大学的Miyasaka T.利用电泳法制备了效率为4.1%的柔性DSSC。从总体上来分析，目前柔性DSSC 的研究还处于初级阶段，创新性地研发低成本、高效率的DSSC关键材料和制备技术，开发相关具有自主知识产权的拳头技术显得十分必要和迫切，对于促进我国太阳能电池行业的发展意义重大。
而铜铟硫CuInS2太阳能电池（简称CIS），具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。CIS材料的能带宽度为1.6eV，适于太阳光的光电转换,另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。最有产业化前景的CIS薄膜制备方法是以非真空环境下的电化学技术为主，在金属基带上先后沉积铜和铟薄膜，并通过硫化处理等工序形成CuInS2化合物
半导体的工艺方法，其突出优点是工艺简单、成本低，并且在实施方案方面采用基带宽度固定的卷对卷技术，生产效率高，工艺稳定性好、适合规模生产。目前，关于CIS薄膜电池的基础研究得到一些阶段成果，但还存在许多有待研究和解决的问题。如何更普遍地认识CIS材料成分和结构对材料能带结构和电池性能的影响规律是值得深入研究和解决的问题之一。因此，有必要从实验和理论两个方面进一步澄清影响CIS薄膜电池的光电转换效应的机理。无论是对基础研究，还是对的电池器件的应用，都具有十分重要的意义。
二、项目的目标
在纳米晶染料敏化太阳能电池（DSSC）方面：
1.开发出低维纳米材料的合成新工艺。该合成工艺适合大批量制备，具有
特定的晶体结构、微观结构和半导体光电性能。
2.开发出具有自主知识产权的多孔氧化钛柔性光阳极薄膜。该薄膜具有与
柔性基底结合强度高、比表面积大、制备成本低、适用于产业化（可利
用丝网印刷、Doctor-blade等工艺进行制备）等特点。
3.开发具有自主知识产权的准固态、环境友好性电解质。该电解质不易挥
发、具有高离子扩散系数、电导率高、易于封装、具备深入多孔光阳极
的能力。
4.开发出具有自主知识产权的对电极。该对电极的成本将大大低于当前
DSSC所使用的铂对电极，具有极大的比表面积、很小的电荷传递电阻、耐腐蚀性和优异的力学性能等。
5.柔性DSSC的总光电转换效率≥9％，100cm2电池组件的光电转换效率
≥5％。
在铜铟硫CuInS2太阳能电池方面,
将从实验和理论两个方面着重研究制备工艺和后处理工艺对CIS薄膜和CuI 薄膜的成分微结构的影响规律，进一步对薄膜材料的能带和薄膜界面能带结构的影响规律。力争开发出10%转换效率的CIS薄膜电池。推动CIS薄膜太阳能电池的产业化发展。主要包括以下两个目标:
?稳定制备出转化效率为10%的CIS薄膜太阳能电池。
?CIS薄膜太阳能电池的成本为现有晶体硅电池的50%。
三、项目包括的主要内容
在纳米晶染料敏化太阳能电池（DSSC）方面,
1.合成和制备柔性DSSC用低维（纳米晶、一维纳米材料、纳米阵列）纳
米半导体材料（包括氧化钛、氧化锌及其他能带合适的复合半导体材料）；
研究低维纳米材料合成过程中工艺对材料微观形貌和晶体结构的影响，
研究半导体材料本身、微观形貌对柔性DSSC电子传输特性的影响。
2.柔性DSSC光阳极半导体薄膜的制备工艺。以新工艺制备出的低维纳米
半导体材料为原材料，利用微波、水热、化学烧结等工艺在柔性基底上
低温烧结半导体光电薄膜。结合材料晶型和微观形貌，研究制备工艺对
光阳极薄膜与柔性基底结合强度、孔隙率、光生电子传输特性的影响，
确定适合柔性DSSC用的、满足产业化要求的光阳极制备工艺。
3.柔性DSSC用耐久性、环境友好性准固态电解质的设计、合成和制备。
从高离子电导率和易封装性角度出发，合成和选择用于运输氧化/还原电
对的无机、有机、无机/有机溶剂，研究复合电解质对电池性能的影响。
确定适合柔性DSSC用的、低成本环境友好电解质。
4.柔性DSSC对电极的制备研究；铂是一种性能优异的催化剂，但是其昂
贵的价格及柔性DSSC所要求的、苛刻的对电极制备工艺大大限制了其
在柔性DSSC中的使用。开发合适的催化剂甚至是新型的柔性基底，并
确定催化剂在柔性基底上的制备工艺。利用电化学等方法研究这些工艺
对对电极上的电荷传递电阻的影响，确定合适的柔性DSSC用对电极。
5.柔性DSSC器件的制备工艺。研究柔性DSSC的单电池封装工艺，从耐
久性等方面评价这些工艺的优劣；研究柔性DSSC电池组件的设计和连
接，确保尽量少的光电转换功率损失，确定合适的柔性DSSC电池组件
设计工艺。
在铜铟硫CuInS2太阳能电池方面,
1.稳定的CIS制备工艺。
2.CIS材料的电子结构与其能带关系模型。
3.CIS/CuI薄膜界面微观电子结构与半导体能带结构模型；
4.研制出转化效率为10%的太阳能电池。
四、北京地区的工作基础
在纳米晶染料敏化太阳能电池（DSSC）领域,在北京从事DSSC研究的科研机构、学校不下十处。中科院物理所孟庆波教授主要从事固态电解质方面的研究，中科院化学所林原教授主要从事凝胶电解质方面的研究，北京大学黄春辉教授主要从事有机金属配合物染料方面的研究，清华大学邱勇教授主要从事导电聚合物固态电解质方面的研究。此外还有北京科技大学、北京航空航天大学、中科院微电子所等单位从事DSSC的研究。以上这些机构均致力于刚性DSSC的相关技术研究和开发。清华大学的林红副教授长期致力于柔性DSSC的关键材料制备和技术开发、刚性DSSC用低维纳米半导体材料制备、准固态电解质和低成本DSSC 对电极的研究，并取得了一定的成果。
在铜铟硫CuInS2太阳能电池领域,北京的研究机构在太阳电池以及相关材料的研究开发和理论研究方面处于国内领先水平，在国际上也具有一定的影响。不但可以借助于北京市强大的研发优势，还可利用北京现有丰富的研究检测平台以及先进的设备。另外，安泰科技股份有限公司已具备所需的主要设备和实验技术。在制备和测试CIS薄膜太阳电池相关材料和电池性能方面不仅设备完备而且技术先进。近年来对CIS薄膜太阳电池做了大量的研究工作，积累了关于CIS 薄膜太阳电池相关材料特性和电池性能的研究经验。特别是在实验上已经具有生产CIS薄膜太阳能电池的中试生产线和制备经验。
四、城市建筑节能材料支撑体系关键技术的研究
一、项目提出的背景及意义
当前，建筑能耗已接近我国社会终端总能耗的30%，到2020年可能逼近40%。而我国既有和新建建筑中，高能耗建筑物分别为99%和95%，相同单位建筑面积采暖能耗相当于发达国家节能建筑的2~3倍。建筑节能，尤其是城市建筑节能有着巨大的社会、经济效益和发展空间。
建筑节能涉及到设计、供热、建材等多个领域，而建材支撑体系及建筑物围护结构则是建筑节能的基础和关键，进而得到了广泛的重视和深入的研究。早在上世纪70年代，西方发达国家就开始注重建筑节能支撑体系的研究，目前的研发点包括低热传导率墙体材料、内外墙高性能保温材料、真空隔热玻璃材料、屋面沥青砂浆防水保温材料、门窗非热传导材料等，因而也形成有建筑节能完备的材料支撑体系。在我国建筑节能材料支撑体系的研究尚未开展，目前的研究包括外挂聚苯板等技术等，这不仅不能形成完备的材料支撑体系，在施工、使用服务期限及节能效果多方面都有很大的欠缺。
二、项目的目标
本项目依据国家节能政策的最新要求，结合国内外研究进展和项目申报单位的前期研究工作，进行城市建筑节能材料支撑体系关键技术的研究。项目的目标包括：
（1）建立建筑节能材料支撑体系整体结构框架；
（2）发展建筑节能各单项围护结构材料的加工制造技术；
（3）制定建筑节能材料支撑体系技术规范和施工应用规范。
三、项目包括的主要内容
（1）建筑节能材料围护结构热传导模拟分析和数值化计算及能效评测；
（2）墙体、门窗、屋面等单项材料的组成、结构、热性能研究及优化加工制备技术原型开发。
（3）建筑节能材料施工应用配套技术研发及相关标准的制定。
四、北京地区的工作基础
项目申报单位积极参与北京地区的城市发展，研发有多种新型节能建材产品，并已在北京建筑市场上得到应用。
五、功能性复合水凝胶软组织修复材料及其响应机理研究一、项目提出的背景及意义（包括国内外研究现状简要描述）
软骨、皮肤、肌腱等软组织在人体内分布广泛，由于各种创伤、烧伤、肿瘤、老化等引起的软骨病变退化或皮肤缺损等是临床上常见的病例，自体组织、异体或异种组织移植是目前软组织缺损修复的常用方法，但存在供体来源有限，有免疫排斥反应和传播疾病的危险性；此外临床上也有一些采用人工材料对软组织缺损进行修复的报道，但治疗效果不甚理想，主要原因是人工材料缺乏生物活性和组织诱导性，难以发挥相应组织的生理功能；与生物软组织力学性能不匹配等。而这类材料又有很广临床需求和市场前景，因而设计和研制具有良好力学匹配性、稳定性和生理功能的软组织替代修复材料是近年来国内外的研究热点。
随着生命科学和生物材料学的发展,人们对生物组织以及材料与生物组织的相互作用关系有了比较深入的了解，认识到软骨、皮肤、肌腱等生物体结缔组织大都有着以纵横交错的大分子网络和液体构成的水凝胶结构，当受到温度、化学物质、生物分子和生物信号等刺激时形状和物性发生改变，进而呈现相应的功能。它对刺激的响应是分子水平的，即分子的形态、分级结构和组装体结构均发生变化。因此要求理想的软组织替代修复材料不仅具有良好的生物相容性、化学稳定性和力学性能，同时还应具备仿生结构和生物智能响应特性。具有高弹性高强度高含水的高分子水凝胶及其改性物是最有应用前景的一类材料[2]。国内外研究者已经研究了多种用于人工软骨、人工皮肤、人工角膜等的天然和合成高分子水凝胶材料，但这些材料在其结构和功能上还与生物组织存在较大差距。相关材料的结构性能的关系和生物功能响应机理也没有明确的认识。
二、项目的目标
制备新型复合双相网络结构水凝胶，使其具有可根据临床需求进行调节的生物力学性能和化学稳定性，同时还有生物响应性和促进细胞组织生长修复等生理功能，可用于人工软骨、人工皮肤、角膜和肌腱等软组织替代和修复。探讨复合网络结构水凝胶生理功能与生物学响应机理。建立的组成与结构因素以及外界条件变化，对水凝胶双相网络结构和生物力学性能、化学稳定性、聚电介质特性、生理功能之间的相互作用关系的定性和定量的规律性认识
三、项目包括的主要内容
设计和制备一种新型双相网络结构复合水凝胶。通过采用两步法互穿网络技术，进行结构和成型工艺控制，使其具有可调控的生物力学性能、化学稳定性、高生物响应性和促进细胞组织生长修复等生理功能，可广泛用于人工软骨、人工皮肤、角膜和肌腱等软组织替代和修复。此外拟系统探讨PVA/HA－Hylan水凝胶的摩尔比、含水量、交联密度、聚集态结构、分子取向和分子间作用力等组成与结构因素，以及温度、离子浓度、力场、电场等外界条件变化，对PVA/HA－Hylan 水凝胶双相网络结构和生物力学性能、化学稳定性、聚电介质特性、生理功能之间的相互作用关系。
四、北京地区的工作基础
目前北京科技大学、中国药品生物制品检定所、北京化工大学、北京理工大学等单位均在生物医用水凝胶材料方面开展了应用基础性的研究工作，在实验室条件、理论等方面为该项目的打下了基础。
安全性评价－标准 经量化后的危险是否达到安全程度，这就需要有一个界限或标准进行比较，这个标准称为安全指标（或安全标准）。 所谓安全指标，就是社会公众可以接受的危险度。它可以是一个风险率、指数或等级，而不是以事故为零作为安全指标。为什么不以事故为零作为安全标准呢？因为事故不可能为零，至少目前是这样。这是由于人们的认识能力有限，有时不能完全识别出危险性。即使认识了现有的危险，随着生产技术的发展，新工艺、新技术、新材料、新能源的出现，又会产生新的危险。对已认识到的危险，由于技术资金等因素的制约，也不可能完全根绝。因此我们只能使危险尽可能减少，以至逐渐接近于零，当危险降到一定程度，人们就认为是安全的了。霍巴特大学的罗林教授曾给安全下了这样的定义：所谓安全，指判明的危险性不超过允许限度。这就是说世界上没有绝对的安全。安全就是一种可以允许的危险。确定安全指标实际上就是确定一个危险度或风险率，这个危险度或风险率必须是社会公众允许的、可以接受的。怎样确定安全指标，这取决于国家的政治、经济和技术状况，也取决于人们对危险性的认识水平。例如：美国交通事故的统计资料说明，小汽车发生碰撞而死亡的风险率为2.5×10-4死亡/人·年，这意味着一个10万人的集体每年有25人因车祸而死亡的风险，或者说每人每年有0.00025次因车祸而死亡的可能性。根据多年数据的积累，发现这个风险率能为社会公众所接受。因为要降低这个数值必须要花更多的钱去
改善交通设施和汽车的性能。没有人愿意去花那么多的钱来降低这个数值，也没有人害怕这个风险而放弃使用小汽车，所以就将这个风险率作为使用小汽车的安全指标。 在确定安全指标时，也可以参照自然灾害（如地震、台风、洪水等）造成的死亡概率。例如：10-3死亡/人·年的死亡概率，除了生病以外，一般是不能允许的，必须立即采取措施，降低危险。10-4死亡/人·年的风险率人们也是不愿看到的，愿意拿出费用进行改善，控制事故发生。10-5死亡/人·年的风险率与游泳的死亡概率相当，人们对这类风险是积极关心的，认为有必要采取措施。10-6死亡/人·年的风险率和天灾、飞机失事等死亡概率相同，人们感到有危险，但不一定发生在自己身上，因此愿意去做，碰到了自认倒霉。由此可见，10-3死亡/人·年的风险人们是不能接受的，而10-6死亡/人·年或更低的风险可以被社会忽视。有的危险虽然死亡概率较高，但社会效益大，也有可能允许。也有自己愿意干的事，虽然风险大一些也觉得可以接受。例如：拳击运动，选手的死亡率达每年二百分之一，但仍然有人干。 另外，也可以产业实际平均死亡率作为确定安全指标的依据。例如化学工业的FAFR值（劳动1亿小时的死亡率），许多国家都接近3.5，就可以此作为安全评价指标的基础。但在进行安全设计时，则要考虑10~20倍的保险系数。如FAFR值为4，设计时可用0.4作为安全指标。当然，在确定安全指标时，还要考虑投资的合理性和有效性，既要做到降低危险等级，使之达到安全水平，又要使所花的费用取得最优的
纳米材料四大效应及相关解释 四大效应基本释义及内容： 量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。 小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。 宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。 四大效应相关解释及应用： 表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径的变小比表面积将会显著地增加。例如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱
生堡亟随匿堂盘壶！Ｑ塑生！月筮塑鲞星！翅￡！！！』堕！丛型：＆坠磐盟！Ｑ塑：！些塑，盟些兰 纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展 刘建军何浩伟龚春梅庄志雄 纳米材料是指物质结构在三维空间内至少有一维处于 纳米尺度…（０．１—１００ｌｌｍ，１ａｍ＝１０一ｍ），或由纳米单元构 成的材料，被誉为“２１世纪的新材料”，这一概念首先是由美 国国家纳米计划（ＮＮＩ）提出来的。这些具有独特物理化学 性质的纳米材料，对人体健康以及环境将带来的潜在影响， 目前已经引起公众、科学界以及政府部门的广泛关注。随着 纳米技术的完善和应用规模的扩大，纳米材料将被迅速普及 和广泛应用旧ｏ。 据报道，目前世界范围内市场上有超过４００种消费品建 立在纳米材料的基础之上ｐ１，预计到２０１４年全球市场的纳 米科技产品价值将达２．６兆亿美元ＭＪ。为了了解应用于这 些产品中的纳米材料的潜在影响，就要熟悉和掌握其潜在暴 露风险、材料性质、产品生命周期及其在每一点性质和周期 上的潜在危险”Ｊ。自２０００以来，国内外对于纳米材料的生 物安全性和毒理学问题展开了日益深入的讨论和研究净“。 一、纳米材料的特殊效应和应用 纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、 化学特性”］，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电， 原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导 电。这是由于纳米材料特有的４大特殊效应所致¨１：即小尺 寸效应（８ｍａＬｌｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）、表面效应（￥ｕｒｆａｃｅｅｆｆｅｃｔ）、量子尺 寸效应（ｑｕａｎｔｕｍｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）和量子隧道效应（ｑｕａｎｔｕｍ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）；上述效应可导致纳米材料具有异常的吸附 能力、化学反应能力、分散与团聚能力，上述特性在赋予纳米 材料广泛应用的同时也带来一系列的负面效应。这些已被 证实，以及有待被证实的负面效应给当前迅猛发展的纳米科 技带来了一定的隐患。现将纳米材料理化特性涉及的应用 研究领域归纳如表１［９－１０３。 二、纳米材料的毒理学研究现状 Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等０１１］２００４年首先提出了“纳米毒理学” （ｎａｏｎｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ）这一概念，次年Ｏｂｅｒｄ／Ｓｒｓｔｅｒ等¨２１发表文章 支持这一概念并称之为“从超细颗粒物的研究中演变而来 的新学科”。自从Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等发表论文之后，纳米毒理学 的发展步人了新轨道，在世界范围内召开的关于纳米材料毒 理学的会议越来越多，在各大学术网站上搜索到相关文章也 逐年增多。 ＤＯＩ：１０．３７６０／ｃｒａａ．ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－９６２４．２００９．０２．０１６ 基金项目：深圳市科技计划（２００７０２１５９） 作者单位：５１８０２０深圳市疾病预防控制中心毒理研究室 通信作者：庄志雄，Ｅｎｕ６１：ｊｕｎｉｉ８＠１２６．咖 ?１５９?．综述． 表１纳米材料理化特性涉及的应用研究领域‘９‘１０］研究应用领域材料和应用举例 电子学 磁学 光学 生物医药能源化工环保化工建筑、机械电极（纳米碳管）、超导体、导电及绝缘浆料、量子器件、量子计算机等 纳米磁性材料、磁靶向制剂、固定化酶、生物分离提纯、磁记录、纳米微品软磁材料等化妆品（ＴｉＯ：）、隐身材料、发光材料、光通讯、光储存、光电脑等 纳米，Ｅ物医用材料（纳米羟基磷灰石）、生物薄膜、药物载体、蕈冈传送载体、药物输送、控释系统、纳米牛物传感器等 纳米催化、储能（碳纳米管储氢）、蓄热及能源转换、保温节能（纳米Ｓｉ０２）等 抗生素材料（纳米Ａｇ，Ｔｉ０２）、功能涂料（纳米Ｚｎ０２，Ｆｅ２０３）有害气体治理、废水处理、阻声降噪等 超硬、高强、岛韧、超塑性材料等 已有研究表明，纳米材料经吸人、皮肤、消化道及注射等 途径与机体接触后能迅速进入体内，并容易通过血脑、睾丸、 胚胎等生物屏障分布到全身各组织。纳米颗粒往往比相同 剂量、相同组分的微米级颗粒物更容易导致肺部炎症和氧化 损伤。现有的细胞水平、动物实验和一些零星的人群研究结 果显示，人造纳米材料可以引起氧化应激、炎症反应、ＤＮＡ 损伤、细胞凋亡、细胞周期改变、基因表达异常，蛋白质差异 表达，并可引起肺、心血管系统及其他组织器官的损害。我 们从纳米毒理学研究的不同层次分类阐述纳米材料毒理学 研究的概况，并对研究较多的材料（纳米碳管、ＴｉＯ：等）举例 说明。 （一）纳米材料毒理学分子水平的研究 基因组学、后基因组学、毒物基因组学和蛋白质组学的 研究，都属于分子水平的范畴。迄今为止，国内外对纳米材 料毒性研究，主要还是采用形态学和酶活性等细胞毒性检测 和整体动物水平实验的方法，从分子水平进行机制方面的研 究并不普遍，目前已见纳米碳材料的蛋白质组学研究。 Ｗｉｔｚｍａｎｎ和Ｍｏｎｔｅｉｒｏ－Ｒｉｖｉｅｒｅ¨纠研究了多壁纳米碳管 （ＭＷＮＣＴ）对角质化细胞蛋白质组表达的影响。用０．４ｍｓ／ ｌＴｌｌ的ＭＷＮＣＴ处理角质化表皮细胞（ＨＥＫ）２４和４８ｈ，抽提 蛋白进行双向电泳，并检测ＩＬ－１Ｂ、ＩＬ－６、ＩＬ－８、ＩＬ－１０和ＴＮＦ．ａ 等细胞因子的变化。通过ＰＤＱｕｅｓＯＤ软件分析发现有 １５２个蛋白发生了显著的差异表达，细胞炎性因子ＩＬ－８浓度 在ＭＷＮＣＴ处理ＨＥＫ细胞２４和４８ｈ后显著增加，ＩＬ．１Ｂ在 ４８ｈ时间点浓度显著上升，ＩＬ－６浓度则有所降低，ＴＮＦ－ａ的 浓度变得极低（＜０．０１ｐｇ／ｍ１）。这螳细胞因子的变化说明 ＨＥＫ暴露于ＭＷＮＣＴ后产生了炎症反应，而蛋白的差异表 达则说明纳米碳材料本身具有损伤性，对ＨＥＫ细胞蛋白质万方数据
生物药物安全性评价 第一节生物类药物概述 一、生物类药物的概念和种类 ?生物类药物（biopharmaceutics或biopharmaceuticals）是利用生物体、生物组织或器官等成分，综合运用生物学、生物化学等学科的原理与方法制得的天然生物活性物质以及人工合成或半合成的天然物质类似物。 ?生物药物主要包括生化药物（biochemical drugs）生物技术药物 （bio-technology drugs)、和生物制品（biological products)等。 1、生化药物：一般是系指从动物、植物及微生物提取的，亦可用生物-化学半合成，或用现代生物技术制得的生命基本物质，如氨基酸、多肽、蛋白质、酶、辅酶、多糖、核苷酸、脂和生物胺等，以及其衍生物、降解物及大分子的结构修饰物等。 2、生物技术药物：是指生物来源的和使用生物工程技术制造的药物，包括多肽、蛋白质及其衍生物或由其组成的产品，如细胞因子、生长因子、单克隆抗体、重组DNA 蛋白疫苗及人组织提取的内源性蛋白等。 3、生物制品：是根据免疫学原理，用微生物（细菌、病毒、立克次氏体以及微生物的毒素等）、动物的血液、组织制成的，用以预防、治疗以及诊断人或动物传染病的一类药品。 包括： ★治疗用生物制品：抗体、DNA重组技术制品等。 ★预防用生物制品：疫苗。 ★诊断用生物制品：各种抗原抗体诊断液等。 （一）治疗用生物制品 1.未在国内外上市销售的生物制品。 2.单克隆抗体。 3.基因治疗、体细胞治疗及其制品。 4.变态反应原制品。 5.由人的、动物的组织或者体液提取的，或者通过发酵制备的具有生物活性的多组份制品。
纳米材料的生物安全性 随着纳米技术的飞速发展，各种纳米材料大量涌现，其优良特性及新奇功能使其具有广泛的应用前景，人们接触纳米材料的机会也随之迅速增多。然而，现有的环境与职业卫生接触标准及安全性评价标准及方法能否直接适用于纳米材料还未能确定，纳米材料生物安全性评价体系的建立还处在探索阶段。 由于纳米材料种类繁多，理化性质各不相同，即使同一种纳米材料不同粒径也会出现不同的生物效应。因此，对每年不断涌现的新型纳米材料进行生物安全性评价就显得尤为紧迫和必要，对合适的研究模型和高通量筛选的方法以及系统的人群流行病学调查将成为纳米材料生物安全性评价体系建立的下一步研究重点。 纳米技术已迅速成为全世界关注的热点前沿科技领域,它能使人们能够在原子、分子水平上制造材料和器件。纳米技术与信息、环境、能源、生物、空间等高新技术相结合将形成以纳米技术为主旋律的纳米产业及产业链,成为21世纪新的经济增长点。但由于其独特的理化性质,且不能用常规的方法和手段进行检测,可能会对人体及生态环境造成污染,从而危及人类健康。同时,纳米材料的生物安全性研究还牵涉到环境保护、社会安全、伦理道德等许多方面。因此,科学家们逐渐认识和重视纳米材料可能带来的生物安全性方面的影响以及相关研究。纳米材料生物安全性研究产生背景纳米级颗粒本身和由它构成的纳米固体主要具有4个方面的效应,即小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,当人们将物体细分成超微颗粒( 纳米级) 后, 它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比将会有显著的不同。 一、纳米材料的应用现状 1.在工业生产方面的应用 纳米材料的应用在工业生产中显示了独特的魅力。一些纳米材料如纳米二氧化硅用作橡胶、塑料、有机玻璃等材料的填充剂，可以改善材料的强度、韧性等
纳米材料的生物安全性研究 田蜜 （湖北的二师范学院化学与生命科学学院，武汉，430205） 摘要 综述了包括富勒烯(C60)、氧化铁、氧化铝、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅等在内的多种典型的碳基纳米材料、金属及其氧化物纳米材料和半导体(绝缘体)纳米材料的生物安全性研究进展。 关键词：纳米材料；纳米生物安全；纳米毒理学：毒性 Abstract Including of fullerenes (C60) are reviewed in this paper, ferric oxide, aluminum oxide, zinc oxide, titanium dioxide, silica, such as a variety of typical carbon nano material and semiconductor, metal and oxide nanomaterials (insulator) biological safety of nanomaterials were reviewed. Key words: nano materials; Nano biological safety; Nanotoxicology: toxicity 引言 纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面态丰富、化学活性高，具有许多块体及通粉末所没有的特殊性质，许多在普通条件没有生物毒性的物质，在纳米尺寸下却表现出很强的生物毒性[1]。与此同时，纳米材料可能产生的负面效应特别是对环境和健康的潜在影响，也引起了人们的关注。2003 年4 月，Science 首先发表文章讨论纳米材料可能产生的生物安全性问题[2]。随后，许多学者相继开展了纳米材料的毒理学研究。本文将一些学者的研究进行了综合，希望对各位有所帮助。 一、纳米安全性问题的提出 纳米科技预计也将给人类生活带来巨大的变化，因而成为发展最快的研究和技术开发领域之人们在逐渐认识纳米科学技术的优点和其潜在的巨大市场的同时，一个新的科学问题及社会问题—一纳米效应与安全性，引起人们广泛关注。首先，2003年的美国化学会年会上报告了纳米颗粒对生物可能的危害。2003年4月Science[2]引、7月Nature[3]相继发表编者文章，开始讨论纳米尺度物质的生物效应以及对环境和健康的影响问题。
I C S71.040.40 A43 中华人民共和国国家标准 G B/T36083 2018 纳米技术纳米银材料生物学效应相关的理化性质表征指南 N a n o t e c h n o l o g y S i l v e r n a n o m a t e r i a l s G u i d a n c e f o r t h e c h a r a c t e r i z a t i o no f b i o l o g i c a l e f f e c t-r e l a t e d p h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e s 2018-03-15发布2018-10-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
目 次 前言Ⅲ 引言Ⅳ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义1 4 理化性质表征的检测方法1 5 测试报告3 附录A (资料性附录) 纳米银材料理化性质检测示例4 附录B (资料性附录) 测试报告12 参考文献13
前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准由中国科学院提出三 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(S A C/T C279)归口三 本标准起草单位:国家纳米科学中心二中国食品药品检定研究院三 本标准主要起草人:谢黎明二刘颖二李瑞如二黄河二刘海宁二葛广路二徐丽明三
G B/T36083 2018 引言 纳米银具有广谱的抗菌性能,在生物医学领域具有广泛应用三含纳米银产品的生物效应与其使用的纳米银材料的理化性质紧密相关[1-4],如粒径及粒径分布二形貌二表面性质等三纳米银材料相关理化性质表征涉及共性的表征方法,因此制定本标准三 本标准建议表征的理化性质包括平均粒径及粒径分布二z e t a电势二p H二紫外可见吸收光谱最大吸收峰二总银含量二银的价态三本标准主要参考了国际标准化组织纳米标准技术委员会(I S O/T C229)颁布的相关标准[5-6]及美国国家癌症研究所(N a t i o n a lC a n c e r I n s t i t u t e)下属的纳米技术表征实验室(N a n o-t e c h n o l o g y C h a r a c t e r i z a t i o nL a b o r a t o r y,N C L)发布的相关标准表征方法,以及纳米银生物效应分析的学术文献中通常采用的理化表征方法三部分理化性质虽然与生物效应紧密相关,如表面功能团二聚集程度,但目前缺乏相应的标准方法,因此没有将此类理化性质表征包括在本标准中三
第11章组织工程相关纳米生物材料 组织工程学（Tissue Engineering）一门多学科交叉的边缘学科，其研究涉及到细胞生物学、分子生物学、发育生物学、免疫学、临床医学、生物材料学、计算机科学等多个相关学科。它是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一个新的里程碑，标志着医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织和器官的新时代，人们试图通过组织工程学的研究，真正建造出替代人每一种组织甚至器官功能的生物性替代物。它的提出、建立和发展是对医学领域组织、器官缺损和功能障碍传统治疗方法和模式的一次革命，孕育着巨大的科学价值和广阔的临床应用前景，是21世纪生命科学研究领域的焦点之一，必将产生巨大的社会和经济效益【1－2】。 目前国内外对组织工程学研究极为重视，组织工程相关产品正逐步形成高附加值的高科技产业，有些产品已开始进入临床。如人工皮肤TransCyte、Apligraf、人工软骨Carticel TM等。其它领域如骨、膀胱、血管、角膜、神经、输尿管、肝、胰、心脏瓣膜、血细胞、食管、肠管等的研究也正处于积极的实验阶段。 但是，目前组织工程研究尚存在许多基本问题亟待解决，主要表现在：①生命现象的本质及活动规律，即各种细胞、组织和器官的基本结构及其与功能的关系；②如何调控种子细胞的特异性粘附、增殖、定向分化以使其获得良好的生物学活性，充分发挥其特定的功能；③生长因子等组织诱导因子的大规模制备及持续控制释放；④具有良好表面相容性、结构相容性、适当生物降解性和特定生物活性的仿生“智能”基质材料的研制，以引发人们所需的特异性、可控性生物反应等等【3－4】。 纳米科技给上述问题的解决带来了新的发展机遇。和它在生物医用材料领域中的意义与应用前景一样，纳米科技在组织工程学各领域的研究中也有重大的科学意义及广阔的应用前景，人们可以将纳米科技在其它领域的研究成果广泛地应用于组织工程学各相关领域【5-8】。组织工程学和纳米科技的有机结合，标志着组织工程学研究进入一个崭新的时代——纳米组织工程学时代。纳米组织工程学（Nano tissue engineering）就是将纳米科学与技术和组织工程学有机结合，从原子、分子水平认识细胞和组织的基本结构及其与功能的关系，阐明生命现象的本质及活动规律，并研制具有特定功能的仿生纳米装置和材料，为更好地恢复、维持或改善病损组织的功能奠定基础【1－4】。 纳米组织工程学的首要任务是利用纳米科学的原理和技术，从原子、分子水平进一步深入认识真核细胞基因组的结构及功能调控、基因产物如何构建成细胞结构、如何调节和行使细胞功能等，从而认识各种细胞、组织和器官的基本结构及其与功能的关系，阐明生命现象的本质及活动规律。然后从科学认识发展到工程技术，设计和制造出相应的纳米器件、纳米药物、纳米仿生“智能”基质材料，
第1章绪论 1、什么是生物材料 答：目前认为：生物材料为一种与生物系统相互接触，用以诊治组织/器官疾患，替换病损组织/器官，或者改善其形态或增进其功能的材料，包括生物源性材料和生物医用材料。 种类：蛋白质、核酸、高分子多糖及其复合物。 2、生物材料的类别 答：生物材料的类别如下： （1）按材料属性：医用金属材料、医用无机材料、医用高分子材料、医用复合材料…（2）按材料功能：硬组织材料、软组织材料、血液相容性材料、生物降解材料… （3）按材料来源：组织衍生材料、天然生物材料、人工合成材料 （4）按材料用途：骨科材料、心血管材料、血液透析材料、整形美容材料… 3、生物材料应用现状 答：生物材料应用现状如下： （1）软组织植入材料：医用缝合线（蚕丝、尼龙、羊肠(胶原)、聚酯…）、止血海绵、人工乳房植入体（石蜡、硅酮油、聚丙烯酰胺、聚乙烯海绵体、硅胶袋（内装硅凝胶或生理盐水）…）、经皮植入体、皮肤植入体、颚面植入体、眼耳植入体、血管植入材料、人工心脏瓣膜…（2）硬组织修复与替代材料：接骨板、人工关节、金属丝、螺钉、髓内钉、脊柱固定器件、牙根植入体、齿科材料等… （3）人工器官：人工肾(血液透析仪)、人工心脏、人工肺… （4）组织工程产品：皮肤、骨、软骨、膀胱、神经（壳聚糖、聚乙醇酸） 第2章生物大分子 1、生物大分子概念和种类 答：生物大分子概念：是生物体的重要组成成分，是一类具有生物功能、分子量较大、结构也比较复杂的天然高分子，同时也是一类非常重要的生物材料来源。 种类：蛋白质、核酸、高分子多糖及其复合物 2、胶原蛋白的特点及稳定构象，丝素蛋白的特点及稳定的构象 答：（1）胶原蛋白： 特点：耐湿热，生物相容性良好，生物可降解，经过处理可消除抗原性，能促进组织恢复，无异物反应 稳定构象：三股螺旋和球形 （2）丝素蛋白 特点：来源广泛、生物相容性良好，力学性能优良，血液相容性相对较好，可以缓慢降解，溶解性（浓的中性盐溶液） 稳定构象：反平行折叠链构象 第3章&第12章生物矿化和仿生材料 1、生物矿化的定义及主要分类是什么 答：生物矿化定义：生物矿化是指在一定条件下，在生物体的不同部位，以各种作用方式，在有机基质和细胞的参与下，无机元素从环境中选择性的在特定的有机基质上形核、生长和相变而转变为结构高度有序的生物矿物的过程。 主要分类：无定形矿物；无机晶体；有机晶体；最多的是含钙矿物，其次依次为非晶质氧化硅，铁锰氧化物、硫酸盐，硫化物、钙镁有机酸盐
高分子纳米生物材料的发展现状及前景 纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义 纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1纳米科技与高分子材料的邂逅 高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。 高分子纳米复合材料的应用及前景 由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。 纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。如纳米A-Al2O3/环氧树脂体系,粒径27nm,用量1%~5%(质量分数)时,玻璃化转变温度提高,模量达极大值,用量超过10%(质量分数)后,模量下降[79]。又如插层原位聚合制备的聚合物基有机)无机纳米级复合材料(聚酰胺/粘土纳米复合材料等)具有高强度、高模量、高热变形温度等优点,目前已有产品出现,用作自行车、汽车零部件等[55]。尤其引人注目的是高分子纳米复合材料在功能材料领域方面的应用,包括磁性、电学性质、光学性质、光电性质及敏感性质等方面。 磁性纳米粒子由于尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比;一般要求与聚合物复合的纳米粒子,采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。 利用纳米粒子的电学性质,可以制成导电涂料、导电胶等,例如用纳米银代替微米银制成导电胶,可以节省银的用量;还可以用纳米微粒制成绝缘糊、介电糊等。另外可用于静电屏蔽材料,日本松下公司应用纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料,而且可以调节其颜色;在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性。 利用复合体系的光学性能,可以制成如下材料:(1)优异的光吸收材料。例如在塑料制品表面上涂上一层含有吸收紫外线的纳米粒子的透明涂层,可以防止塑料
2017年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）推荐项目公示材料（自然奖、自然奖-直报类） 1、项目名称：医药磁性纳米材料的构建、生物效应及诊疗应用 2、推荐奖种：高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖 3、推荐单位（专家）:东南大学 4、项目简介: 磁性纳米材料因其丰富的磁学特性和良好的生物相容性，在生物传感与检测、磁共振成像以及磁感应肿瘤热疗等生物医学领域有广泛的应用前景。如何构建生物医用磁性纳米材料，解决其控制制备的关键科学问题和建立相关标准，发现磁性纳米材料新的生物效应，并解决其在生物医学应用中核心科学问题，是实现临床实际应用的挑战和迫切需求。本项目经过多年研究取得了如下创新成果： （1）磁性纳米材料的制备、标准研制及电磁控制组装 系统研究了磁性纳米颗粒（Fe 3O 4 与γ-Fe 2 O 3 ）的制备方法及机理，实现了结构、尺寸和形貌控制制备，结果发表在Coll. Surf. A、J. Mag. Mag. Mater.、Chem. Mater.等专业期刊上，被SCI正面他引总计290篇次。研制出10L纳米γ-Fe 2O 3 弛豫率国家标准物 质（GBW（E）130387），教育部组织的科技成果鉴定认为该标准物质填补了国内外空白，对磁共振成像造影剂研制、生产及临床应用具有重要意义。提出了一种基于交变磁场下磁性纳米颗粒间弛豫率差异导致的组装新机制，制备得到具有各向异性磁热效应的水凝胶，结果发表在Angew. Chem. Int. Ed.、ChemPhysChem、Adv. Mater.等专业期刊上，被同行认为“交变磁场组装磁性纳米颗粒是过去十几年来除了静磁场控制组装以外首次提出的新的组装方式和机制”，“首次制备除了具有各向异性磁热效应的磁性水凝胶”，“在未来的临床热疗中具有重要应用前景”。
医疗器械生物学评价和审查指南 一、目的与范围 为使GB/T 16886－ISO 10993系列标准能够正确而有效地实施，特制定本指南。 本指南为医疗器械评价者提供了生物学评价指南，为医疗器械的审查提供了生物安全性审查指南。 注：本指南不涉及微生物污染、灭菌（如“无菌”、“细菌内毒素”）、除菌和动物源性医疗器械的病毒去除与控制等方面的生物安全性。 二、术语 （一）医疗器械：同《医疗器械管理管理条例》。 （二）制造者：医疗器械制造者或商标持有人/单位。 （三）评价者：医疗器械制造者或受其委托的专家。 注：医疗器械制造者对生物安全性评价负责。 （四）审查者：对医疗器械管理负有职责的行政管理部门或受其委托负责医疗器械审查的机构。 三、医疗器械/材料首次生物安全性评价 （一）评价依据 GB/T 16886－ISO 10993《医疗器械生物学评价》系列标准。 （二）评价者 应当经过培训并在医疗器械生物学评价方面具有长期实践经验。
（三）评价要求 1．出于保护人类的目的，需要进行生物学评价的医疗器械，生物学评价（特别是必要的动物试验）未开展之前不得进入临床试验。 2．对医疗器械开展生物学评价时，应当按照GB/T －ISO 给出的评价流程图开展。 3．评价者在进行生物学评价过程中应当注重运用已有信息（包括材料、文献资料、体外和体内试验数据、临床经验），不应当局限在生物学试验上。 4．当生物学评价确定需要进行生物学试验时，应当委托有相应生物学试验资质的检验机构来进行。 5．在进行生物学试验时，应当： （1）在进行动物试验前，先进行体外试验； （2）按要求充分并合理地利用试验动物资源，优化试验方案，降低试验成本。 6．应当按GB/T 16886－ISO 10993系列标准对报告的要求，出具《生物学试验报告》。 注：生物学试验报告可不与型式检验报告一起出具。 7．《生物学评价报告》可以考虑（但不限于）包括以下方面： （1）医疗器械生物学评价的策略和所含程序； （2）医疗器械所用材料选择的描述； （3）材料表征 －医疗器械材料的定性与定量的说明或分析 －医疗器械材料与市售产品的等同性比较 （4）选择或放弃生物学试验的理由和论证； （5）已有数据和试验结果的汇总； （6）完成生物学评价所需的其他数据。
纳米生物医用材料 摘要：纳米生物材料的理论和实验研究正成为现代生物和医用材料的研究热点。随着纳米技术和材料科学、生命科学的不断交叉, 纳米生物医用材料已在新型医用植入材料和介入医用材料、组织工程和再生医学材料、新型药物和基因控释载体及高效生物诊断材料领域取得较大进展。本文主要介绍了纳米技术在止血材料、骨科移植材料、血管支架材料等领域上的应用, 并探讨纳米生物医用材料的发展前景。 关键词：纳米生物材料；应用；发展； 1 引言 生物医用纳米材料是用于和生物系统结合、治疗和替换生物机体中的组织、器官或增进其功能的材料[1]。“纳米生物材料”是生物技术器件的基础, 可以简单地分为两类, 一类是适合于生物体内应用的纳米材料, 它本身即可以是具有生物活性的, 也可以不具有生物活性。它不仅易于被生物体接受,而且不引起不良反应。另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料, 它被用于其它纳米人工器件的制造。比如已经发展的有代表性的人工组织器官替代纳米材料(如人工骨骼、人工牙齿) , 以及用于分离生物分子的功能膜和各种特性化生物分子材料等。 1.1纳米材料的基本效应 因为纳米材料整体尺寸较小, 电子运动受到很大限制, 而且电子平均的自由程较短, 其局域性以及相干性得到增强。纳米材料整体尺度不断下降, 这让纳米体系当中的原子数量降低很多, 致使其宏观固定的连续性逐渐消失[2]。同时使得纳米材料表现出分离能级, 并且量子尺寸这一效应非常显著, 这让纳米体系具有的磁、电、热、光这些物理性质和常规材料有所不同, 其表现出不少新奇特性, 例如热学性能、磁学性能、催化效应以及化学方面的反应能等。
《生物材料学》课程教学大纲 一、课程名称（中英文） 中文名称：生物材料学 英文名称：Biomaterials Science 二、课程代码及性质 课程代码:0816473 课程性质:专业选修课,选修课 三、学时与学分 总学时：40（理论学时：32学时；实践学时：0学时） 学分：2.5 四、先修课程 材料科学基础、金属材料学、陶瓷材料学、高分子科学基础 五、授课对象 本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设 六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用） 本课程的教学目的: 1. 系统掌握生物材料学方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决生物材料学复杂问题的能力； 2. 掌握各种典型生物材料，具备独立进行生物材料选用的能力； 3. 理解不同典型生物材料的使用要求，掌握典型生物材料的优缺点,具备运用所学知识进行各种生物材料的选用、性能检测等能力； 4．了解生物材料的发展前沿，掌握其发展特点与动向。
七、教学重点与难点： 教学重点： 生物材料与生物组织的相互作用、医用金属材料、医用无机非金属材料、医用高分子材料、生物材料表面改性等内容。 教学难点：
(1) 生物材料与生物组织的相互作用。 (2) 生物矿化的机制。 八、教学方法与手段： 教学方法： (1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成; (2)安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。 教学手段： (1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观; (2)收集典型生物材料实物,在课堂上进行针对性讲授。 九、教学内容与学时安排 （1）总体安排 教学内容与学时的总体安排，如表2所示。 （2）具体内容 各章节的具体内容如下： 第一章绪论 (4学时) 1.1 生物材料概述 1.2生物材料分类 1.3生物材料的特征与评价 第二章生物材料与生物组织的相互作用(4学时) 2.1 氨基酸与蛋白质 2.2 结构蛋白与结缔组织 2.3 骨组织 2.4 牙组织 2.5 体液
专题、生物医用材料的生物相容性及其生物学评价 生物医用材料必须具备优良的生物相容性才能被人体接受，保证临床使用的安全性。生物相容性问题在70年代初开始受到各国政府和学术界的重视。1992年国际标准化组织(iso)发布医用装置生物学评价标准(iso 10993-1992)。1997年国内发布了医疗器械生物学评价标准GB／T16886，等同采用了 ISO10993-1992标准。 第一节、生物相容性概念和原理 生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。材料的生物相容性是生物医用材料研究设计中首先考虑的重要问题。 生物医用材料与组织、细胞、血液接触时，会产生各种反应，（包括宿主反应（即机体生物学反应）和材料反应）。见下图。
材料与机体之间的反应，影响到各自的功能和性质，下图是上表中生物相容性反应的后果。
多数医用材料植入体内以后，物理的化学的性状会变化。引起生物医用材料变化的因素有： (1)生理活动中骨路、关节、肌肉的力学性动态运动； (2)细胞生物电、磁场和电解、氧化作用： (3)新陈代谢过程中生物化学和酶催化反应； (4)细胞粘附吞噬作用： (5)体液中各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用。 另一方面，医用材料植入人体后，机体会发生三种生物学反应：组织反应、血液反应和免疫反应。引起生物体反应的因素有： (1)材料中残留有毒性的低分子物质；
(2)材料聚合过程残留有毒性、刺激性的单体； (3)材料及制品在灭菌过程中吸附了化学毒剂和高温引发的裂解 (4)材料和制品的形状、大小、表面光滑程度 (5)材料的酸碱度。 生物相容性的分类 生物医用材料的生物相容性分为两类： 若材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用，称为血液相容性； 若与心血管系统外的组织和器官接触，主要考察与组织的相互作用，称为组织相容性或一般生物相容性。 所有医用材料和装置都将首先遇到组织相容性问题（即便是人工心血管系统），所以叫做一般生物相容性。 组织相容性涉及的各种反应在医学上都是比较经典的，反应机理和试验方法比较成熟； 而血液相容性涉及的各种反应比较复杂，很多反应的机理尚不明确。在血液相容性试验方法方面，除溶血试验外，多数尚不成熟，特别是涉及凝血机理中的细胞因子和补体系统方面的分子水平的试验方法还有待研究建立。 下图列出生物医用材料生物相容性分类：
《生物材料学》课程教学大纲 课程组人员：张胜民、王朝元、刘晓军 一、课程名称：生物材料学 二、英文名称：Biomaterials 三、课程编码： 四、学时与学分：32/2 五、先修课程：无机及有机化学 六、课程教学目标 1．帮助学生获得必要的生物材料学的基本知识，了解本学科发展的前沿动态，掌握研究本门学科的一般方法； 2. 使学生了解生物材料学在生物医学工程、生物科学、生物技术及医学中的地位和作用，培养和增强学生学习和应用本门学科的兴趣和社会责任感； 3．培养学生的自主学习能力、口头与书面表达能力，以及团队协作精神。 七、适用学科专业 生物医学工程、生物技术、生物科学、医学、材料学、化学 八、基本教学内容与学时安排 ●生物医学材料总论I（2学时） 生物材料发展 生物材料定义与特性 ●生物医学材料总论II（2学时） 生物医学材料的分类 生物医学材料的研究内容 ●生物惰性材料I（2学时） 生物惰性陶瓷 碳质生物材料 ●生物惰性材料II（2学时） 生物惰性金属材料 生物惰性高分子 生物惰性复合材料 ●生物活性材料I（2学时）
多孔陶瓷 生物活性玻璃和玻璃—陶瓷 ●生物活性材料II（2学时） 钙磷陶瓷 生物水泥 生物活性高分子材料 ●生物活性材料III（2学时） 复合生物活性材料 生物活性涂层 ●生物可降解材料（2学时） 生物无机可降解材料 生物有机高分子可降解材料 生物复合可降解材料 ●细胞与基因活性生物材料（2学时） 基因控制与活化 细胞与基因活性材料的制备 细胞与基因活性材料的利用 ●仿生生物材料（2学时） 天然生物材料的特性、结构特征 生物材料的仿生设计及研究实例 ●纳米生物材料（2学时） 纳米生物材料概念、特性 纳米生物材料制备 纳米生物材料应用 ●基因、药物与DNA控释材料与系统（2学时）控释材料的基本要求及释放装置类型 常用的控释材料 ●生物材料前沿专题I（2学时） 纳米复合生物材料 纳米杂化生物材料 ●生物材料前沿专题II（2学时） 生物材料表面
一、纳米生物材料生物学特性、生物安全性及在重大疾病快速检 测中的应用基础研究 一、项目提出的背景及意义 近年来，在医疗卫生和生物医学工程领域，纳米技术的引入和纳米生物材料的使用，极大的促进了现代医学的发展。现在已有多种含纳米生物材料的医疗用品得到国家或省市级食品药品监督管理局的批件，进入了临床阶段。 国内外已有很多报道，纳米材料具有特殊的生物性质，主要体现在两个方面：一方面，从生物体整体而言，纳米材料在生物体内的分布途径及靶器官具有特殊性；另一方面，从细胞水平来讲，与常规材料不同，纳米颗粒可以通过各种方式直接进入细胞内，导致细胞功能的改变甚至丧失，影响细胞的正常工作。因此，纳米材料特殊生物学性质可能会引起生物负效应，有必要对纳米材料的生物学特性和生物安全性进行研究。 在众多人们日常生活中所能接触的纳米材料中，纳米生物材料与其它纳米材料相比，在与人体的接触方式上有明显不同。纳米医用材料一个最显著的特点就是在研制和使用它的过程中，已经人为的使它通过了肺、肠、皮肤这三个人体抵御外来颗粒物侵入的主要屏障，直接进入人体的循环系统，因此可能对人体造成更直接、更巨大的危害。所以，迫切需要马上开展对纳米生物材料安全性的研究。 纳米材料的生物安全性是一个方兴未艾的研究热点，国内外的研究水平基本处在一个水平线上，还有很多问题没有研究透彻，尤其是对纳米生物材料来讲。例如，现在人们还不了解不同纳米生物材料在生物体内的分布、蓄积、排泄特性，也不了解不同纳米生物材料是如何与各种细胞相互作用的。因此，对纳米生物材料毒理学的研究还基本上是空白，需要更加细致的研究。 通过对纳米生物材料安全性的研究，可以了解、掌握各种纳米生物材料的毒理学数据，为相关管理机构对纳米生物材料及其产品进行风险管理提供理论依据和数据基础；使管理机构可以制定科学有效的管理办法来规范纳米医用产品的使用、处理，这一方面可以增强消费者对相关纳米医用产品的使用信心，扩大纳米医用产品的使用市场；另一方面，可以增强国家产业政策决策机构对纳米医用产业的信心，增大对纳米产业政策倾斜和资金投入，促进纳米医用产业的发展。另
纳米材料的特异效应及应用 摘要：介绍了纳米材料所独有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效 以及介电限域效应，这些效应使得它们在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料不具备的特性。综述了纳米材料在催化、传感、磁性、食品、化妆品、生物医学等方面的应用，叙述了纳米材料在科学技术发展和社会进步中所起到的重要作用，并说明了它还将有更广阔的应用前景。 关键词：纳米材料；基本效应；应用 Nanostructured material’s special effects and its applications Abstract：The particular small size effect，surface effect，quantum size effect, macroscopic quantum tunneling effect and dielectric confinement effect with nanometer materials are presented . As a result of these effects，nanometer materials possess some special properties which normal materials do not have as far as magnetics ，optics ，electronics ，and sensitivity，ect . are concerned . The application of nanometer in the catalytics ，sensitivity ，magnetics，food ,cosmetics and biomedicine，and so on are summarized . And t he important role of nanometer material in science and technology development and social progress is described. The application prospect of nanometer materials is also illustrated. Key words：nanometer materials ；basic effect ；application 1984年德国科学家Gleiter首先制成了金属纳米材料，同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议，使纳米材料成为世界性的热点之一；1990年在美国巴尔的摩召开的第一届NST会议，标志着纳米科技的正式诞生；1994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议，表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。 纳米材料是指由纳米粒子构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100nm，在通常情况下，应不超过l0nm。即这种材料是指其基本颗粒在l～100nm 范围内的材料。纳米粒子是处在原子簇和宏观物质交界的过渡区域，是一种典型的介观系统，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种颗粒材料。随着物质的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物质材料所不具有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、量子隧道效应和介电限域效应，从而使超细粉末与常规颗粒材料相比较具有一系列特异的物理、化学性质，使之作为一种新材料在国防、电子、化工、轻工、航天航空、生物和医学等领域中开拓了广阔的应用前景。 1纳米材料的特异效应 1.1小尺寸效应 由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应. 当超细