納米材料

德用納米纖維素3D打印移植用的人造耳朵

據報道，最近，德國聯邦材料測試和研究所利用木質納米纖維素，通過3D打印技術制成了移植用的人造耳朵，可以作為先天性耳廓畸形兒童的植入物。

據研究人員邁克爾·豪斯曼介紹，制造人造耳朵的原料是可生物降解的木質納米纖維素。借助生物繪圖儀，具有黏性的納米纖維素可以完美塑造復雜的構造，固化后的結構仍然非常穩定。他們研究了納米纖維素水凝膠的特性，并進一步優化穩定性和3D打印工藝，制成了可用于移植的人造耳朵。這種人造耳朵可為先天性耳廓畸形兒童重建耳廓，使畸形耳朵得以補救，而且不會影響聽力。

人造耳朵僅是這項研究的一個應用。含有納米纖維素的水凝膠還可用作膝關節植入物，用于修補慢性關節炎造成的關節磨損。豪斯曼表示，下一個目標是用骨骼填充身體自身的細胞和活性成分，以制成生物醫學植入物。一旦將植入物植入體內，一些材料可能隨著時間的推移而生物降解，并溶解在體內。盡管納米纖維素本身不會降解，但它仍然非常適合作為生物相容性材料，用作植入物支架。

此外，選擇納米纖維素作為候選材料，還因為其機械性能，其微小但穩定的纖維可以非常好地吸收拉伸力。而且，納米纖維素允許通過不同的化學修飾，將功能結合到黏性水凝膠中。通過結構、機械性能和納米纖維素與其環境的相互作用，可以獲得需要的復雜形狀產品。

豪斯曼稱，這項研究的意義還在于，原料纖維素是地球上最豐富的天然聚合物，結晶納米纖維素的使用方法簡便且成本低廉。（科技日報）

我國首個石墨烯國家標準正式發布

據報道，近日，《納米科技術語第13部分：石墨烯及相關二維材料》正式發布。據悉，該標準由泰州巨納新能源有限公司、東南大學等單位起草，是我國首個石墨烯國家標準，將于2019年11月1日起正式實施。

石墨烯是由一個碳原子與周圍3個近鄰碳原子結合形成蜂窩狀結構的碳原子單層，具有許多優異性能，應用前景十分廣闊。近年來，石墨烯的制備、檢測、研究及應用不斷取得突破，各種新技術新產品陸續涌現，標志著石墨烯已處于從實驗室走向產業化的關鍵階段，開展標準化工作已成為迫切需求。

我國石墨烯標準化工作得到了國家有關部門的大力支持。《納米科技術語第13部分：石墨烯及相關二維材料》屬于我國石墨烯領域首批國家標準計劃項目之一，其制定及發布將為石墨烯的生產、應用、檢驗、流通、科研等領域，提供統一技術用語的基本依據，是開展石墨烯各種技術標準研究及制定工作的重要基礎及前提。

據介紹，該標準首次明確回答了石墨烯上下游相關產業共同關注的核心熱點問題：什么是石墨烯？什么是石墨烯層？石墨烯最多可以有幾層？雙層/三層/少層石墨烯是不是石墨烯？氧化石墨烯最多可以有幾層？還原氧化石墨烯最多可以有幾層？什么是二維材料？其內容不僅充分考慮了國內各界的意見和建議，同時也和國際標準保持了一致。（中國礦業報）

科學家利用光調控微型石墨烯蜘蛛運動

據報道，近日，吉林大學張永來教授、清華大學孫洪波教授與新加坡國立大學仇成偉教授在Advanced Material雜志上以封面文章在線發表了題為“Plasmonic Assisted Graphene Oxide Artificial Muscles”的研究論文。該論文利用石墨烯與金納米棒復合材料制備了光敏感的仿肌肉驅動器件（HAM），運用巧妙的設計方法，無須集成組裝過程，實現了復雜的肢體動作和多足運動，在光驅動仿生機器人方面取得了突破性的進展。

在仿生機器人的設計中，模仿肌肉作用的驅動部位是實現運動的關鍵。目前，驅動器研究集中于對驅動方法或環境刺激的控制，然而特定的驅動器件往往只能實現單一的變形。此外，目前仿生機器人多采用電驅動方式，需要集成能源部件，或外接能源供給裝置，使得系統在小型化方面受到制約。

針對這一難題，科研者利用石墨烯材料具有良好的導熱性和機械性能，石墨烯氧化物材料導熱性能大大降低的特點，采用激光還原石墨烯氧化物對材料導熱性能進行改性，實現“關節”部位導熱性能改變。將具有一定的負熱膨脹系數的石墨烯、石墨烯氧化物材料與具有較大熱膨脹系數的PMMA材料結合，可在光熱條件下產生單一的圓弧狀彎曲，利用激光局部還原石墨烯氧化物材料，改性區域的彎曲程度大大提高，響應時間加快，可形成類似肌肉牽拉作用的關節彎曲效果。科研者還進一步加入了金納米棒，提升了材料的光熱轉化效率，加速了膨脹材料的形變。此外，金納米棒材料獨特的波長選擇特性，不僅為光驅動方法提供了光強、時間的調控方法，還增加了波長調控方法。利用這一原理，科研者成功完成了微型仿生蜘蛛的爬行過程、仿生捕蠅草捕獲過程，和仿生手各關節的逐一控制彎曲，體現了HAM設計的靈活性，這一工作為微型仿生機械運動提供了新的設計理念。（科技部）

中科院理化所合成碳納米環研究取得新進展

據報道，最近，中國科學院理化技術研究所超分子光化學研究中心研究員叢歡團隊聯合上海中醫藥大學科研人員利用光化學合成手段，在精確合成碳納米環分子方面取得新進展。研究人員利用經典光化學蒽[4+4]二聚反應的可逆性，原創發展了蒽光二聚-解聚合成策略，并在前期工作基礎上進一步拓展了該策略在合成大張力共軛大環方面的成功應用。

紫外光照射下，8字型的雙環分子可進行逆[4+4]反應實現大環擴環，利用大環的蒽結構單元作為雙烯體，與原位生成的苯炔分子發生聯系2步[4+2]環加成反應，進而完成首例五蝶烯衍生的碳納米雙環分子合成。在另一項工作中，通過調控側臂合成子的長度和彎曲角度，實現了在蒽二聚體骨架的鈍角端關環，還原芳構化后完成蒽二聚體衍生的寡聚對苯撐大環合成。

新合成的共軛大環分子均具有較高的熒光量子產率，其中兼具五蝶烯和對苯撐共軛結構的大環分子經過拆分后表現出較好的圓偏振發光性質。上述結果顯示該系列分子在有機多孔材料、光電材料等方面的潛在應用價值。（中國科學院理化技術研究所）

我國研究發現納米氧化鐵對沙門氏菌的抑制作用

據報道，1月17日，從揚州大學獲悉，由該校醫學院高利增教授課題組和中國農業科學院家禽研究所施壽榮副研究員課題組合作研究發現，利用納米氧化鐵能夠有效起到抑制雞組織上和細胞內沙門氏菌的作用。

沙門氏菌是一種全球性的重要的食源性人畜共患病致病菌。目前，能夠消除細胞內沙門氏菌的有效方法仍然非常有限。“沙門氏菌作為一種兼性胞內菌，它能夠侵入宿主細胞內存活，逃逸宿主免疫系統和大部分抗生素的殺菌作用，引起抗生素耐藥。我們聯合科研團隊以沙門氏菌感染的主要來源——雞為試驗動物，從體外抑菌、細胞實驗、體內實驗三個層次發現了納米氧化鐵對沙門氏菌的抑制作用。這將為清除隱藏在宿主細胞內逃避宿主免疫系統和抗菌藥物治療的頑固性細菌感染，提供一種新的防治策略。”高利增說。

據介紹，這項研究揭示了納米氧化鐵抑制胞內沙門氏菌的作用機制：沙門氏菌感染引起自噬，同時納米氧化鐵能夠進入自噬泡內并借用自噬泡內的酸性環境，發揮類過氧化物酶活性，提高胞內活性氧水平，與溶酶體共同作用清除胞內沙門氏菌，從而起到了抑制沙門氏菌增殖的作用。日前，相關研究成果已發表在生物醫學權威學術期刊《Theranostics》上。（科技日報）

新型納米藥物有效治療角膜炎

據報道，近日，浙江大學醫學院附屬第二醫院舉辦了第三屆廣濟創新項目大賽。大賽上，浙江大學轉化醫學研究院周民教授團隊與浙江大學附屬第二醫院眼科中心主任姚克教授團隊共同研發的一種具有光活性雙功能納米藥物——新型銅源復合納米銀眼用凝膠獲獎。該藥物以近紅外激光為動力源，同時可控釋放銀離子和銅離子，其中銀離子可高效殺滅耐藥菌，而銅離子可以加速眼角膜的愈合。

很多人有過角膜炎的困擾，這是因為角膜位于眼球最前面，直接與外界接觸，易受到微生物、外傷及理化刺激因素的損害而發生炎癥。角膜炎發展到后期很可能導致失明，目前全球有2 000多萬因角膜病致盲的患者，占致盲原因的1/5。其中一個非常重要的原因就是缺乏有效殺死耐藥細菌的藥物。因此，浙江大學轉化醫學研究院周民教授團隊與浙江大學附屬第二醫院眼科中心主任姚克教授團隊共同對此類臨床難題進行了科技攻關，研發了一種具有光活性雙功能納米藥物——新型銅源復合納米銀眼用凝膠。該藥物以近紅外激光為動力源，同時可控釋放銀離子和銅離子，其中銀離子可高效殺滅耐藥菌，而銅離子可以加速眼角膜的愈合。今后，此產業對于其他眼科感染性疾病甚至身體其他部位的感染疾病的治療指日可待。目前，該項目實驗室前期階段研究已完成，已有投資公司和若干廠商提出合作或者技術購買意向，相關業務正在洽談中。（青年時報）

納米鋁顆粒燃燒領域研究取得新進展

據報道，哈爾濱工程大學航建學院劉平安副教授、劉俊鵬博士和兼職教授王孟軍合作的論文《納米鋁顆粒的點火與燃燒：反應分子動力模擬研究》2019年1月在燃燒權威期刊《Combustion and Flame》上發表。這是該校教師首次在該期刊上發表論文，表明其在納米顆粒燃燒機理方向的研究得到了國際學術界的認可，代表了前沿水平。

論文主要研究對象為火箭動力燃料納米鋁顆粒的燃燒。與微米鋁顆粒相比，納米鋁顆粒燃燒以其獨特的物化特性，可最大限度提高固體推進劑的性能。但過高的反應活性使得納米鋁顆粒在制造后往往覆蓋氧化層，帶有氧化殼層的納米鋁顆粒燃燒是一個既普遍又復雜的問題。近20年間，多位國際學者及學術團隊展開深入研究，形成殼層碎裂燃燒模型和質量擴散控制燃燒理論兩個學派，但納米鋁顆粒的點火燃燒機理在學術界依然沒有定論。

劉平安所在科研團隊應用分子動力模擬的方法，從納米、飛秒尺度研究鋁顆粒燃燒過程和各組分熱動力行為，并首次考慮輻射傳熱對鋁顆粒傳熱影響。論文結果表明，氧化殼層并沒有在鋁核熔化時瞬間碎裂，點火階段是一個由內外組分擴散所主導的過程。氧化層薄厚不同的納米鋁顆粒遵循不同的應力傳播規律。氧化層區域的鋁氧比例是影響外界氧氣分子擴散速率的關鍵因素。論文成果為擴散主導燃燒學派提供了有力的證據，具有重要的學術價值，并指導了納米鋁基金屬燃料的研制與應用。目前，團隊鋁基金屬燃料發動機已經試驗成功。（哈爾濱工程大學）

我國學者發現金屬納米催化劑尺寸效應

據報道，近日，從中國科學技術大學獲悉，該校路軍嶺教授課題組與李微雪教授課題組合作，首次揭示了金屬納米催化劑中，幾何效應和電子效應各自對催化反應隨尺寸變化的調變規律，創造性地提出一種拆分剝離金屬顆粒幾何效應和電子效應的策略——金屬納米顆粒的“氧化物選擇性包裹”。

通過“氧化物選擇性包裹”4nm顆粒的低配位原子，有效抑制了副反應的發生，獲得了高比質量活性和高選擇性的催化劑。該策略不但能夠有效拆分剝離金屬顆粒的幾何和電子效應，而且打破了催化性能隨顆粒尺寸變化的“火山型”曲線。該策略為理解催化反應中的幾何效應和電子效應提供了有效手段，并且為設計高活性、高選擇性的金屬催化劑提供重要指導。（科技日報）

蘇州納米所在三維碳材料神經支架研究中取得進展

據報道，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所納米-生物界面重點實驗室程國勝團隊一直以來致力于開發基于碳材料的三維生物支架，模擬體內微環境的復雜性，構建神經干細胞和原代神經元的生長微環境。該團隊率先提出了三維石墨烯泡沫神經支架，經過多年努力，對三維石墨烯如何調控神經干細胞增殖、分化、遷移、粘附，進行了深入研究，取得了系統性的研究成果。

三維石墨烯生物學特性與其結構和尺寸緊密聯系，通過控制三維石墨烯的結構和尺寸，能夠有效調控其性質，以滿足不同的應用需求。該團隊利用微納加工技術的可控性，采用光刻、電鍍、退火、化學氣相沉積等方法獲得形狀和尺寸均一的“量身定制”三維石墨烯支架。在此工作基礎上，在三維石墨烯的底部設計了二維石墨烯薄膜，利用化學氣相沉積法構建了三維-二維石墨烯復合支架，將其作為神經支架，底部二維石墨烯薄膜能夠為神經細胞在孔隙間的有效跨越提供支撐，更好地模擬神經網絡。此外，該復合支架的形狀和尺寸精確可控，通過改變支架寬度可調控神經祖細胞的定向分化行為（。蘇州納米技術與納米仿生研究所）