什麼時候能實現納米金技術

1. 納米技術在科技生產和生活中的應用

納米材料的研究最初源於十九世紀六十年代對膠體微粒的研究，二十世紀六十年代後，研究段消人員開始有意識得通過對金屬納米微粒的制備和研究來探索納米體系的奧秘。1984年，德國薩爾布呂肯的格萊特(Gleiter)教授把粒徑為6nm的金屬鐵粉原位加壓製成世界上第一塊納米材料，開創納米材料學之先河。1990年7月，在美國巴爾的摩召開了第一屆國際納米科學技術學術會議(Nano- ST)，標志著納米材料學作為一個相對獨立學科的誕生。

1990年，美國國際商用機器公司的科學家利用隧道掃描顯微鏡上的探針，在鎳表面用36個氙原子排出「IBM」三個字母。科學家們從這種能操縱單個原子的納米技術中,看到了設計和製造分子大小的器件的希望。1993年，中國科學院北京真空物理實驗室操縱原子成功寫出「中國」二字，標志著我國開始在國際納米科技領域佔有一席之地。

九十年代以來，准一維納米材料的研製一直是納米科技的前沿領域。1991年1月，日本築波 NEC實驗室的飯島澄男(S. Iijima)首次用高分辨分析電鏡觀察到碳納米管，這些碳納米管為多層同軸管，也叫巴基管(Bucky tube)。2000年10月，美國賓州大學研究人員在Science上發表文章稱，納米碳管的質量是相同體積鋼的六分之一，卻具有超過鋼 100倍的強度。不僅具有良好的導電性能, 還是目前最好的導熱材料。納米碳管優異的導熱性能將使它成為今後計算機晶元的熱沉，也可用於發動機、火箭等的各種高溫部件的防護材料。最新的研究表明，碳納米管當中的空腔不僅可以充當微型試管、模具或模板，而且將第二種物質封存在這個約束空間還會誘導其具備在宏觀材料中看不到的結構和行為。計算機模擬顯灶悶示，封存在碳納米管中的水能夠以新的冰相存在，在合適的條件下，碳納米管中液相和固相的明顯界線將會消失，液體物質將會連續地轉變成固體，而不發生明顯的凝固過程。

1993年，美國IBM公司Almaden實驗室Bethune等人和Iijima同時報道了觀察到單壁碳納米管(Single- walled Carbon Nanotubes)。1996年，因發現C60獲得諾貝爾獎的斯莫利(Smalley)和他的研究組合成了成行排列的單壁碳納米管束。同年，中科院物理所解思深研究員的研究組用化學氣相法制備出面積達3mm×3mm的大面積碳納米管陣列，它可用作極好的場發射平面顯示器件。他們還於 1998年合成了當時最長的2毫米長度的纖維級碳納米管。

除了碳納米管外，科研人員還合成了其他的納米管材料，如BxCyNz、NiCl2、類酯體、 MCM-41管中管、水鋁英石、b-(g-)環糊精納米管聚集體及定向排列的氮化硅納米管等[1]。准一維納米材料中除了空心的納米管以外還有實心的納米棒、納米線、量子線。圖1為我們研究組合成的氧化硅納米線，直徑為5-120nm，從線末梢到根部，長度為10-70mm。1997年，法國學者 Colliex在利用分析電弧放電得到包覆異質納米殼體的C-BN-C管，由於它的幾何結構類似於同軸電纜，直徑又為納米級，故稱其為同軸納米電纜(coaxial nanocable)。由於同軸納米電纜具有的獨特隱燃彎結構，將在納米結構器件中佔有重要的地位。

1996年，中國科技大學謝毅博士利用苯熱合成法制備出產率很高、平均粒度為30nm的氮化鎵粉體。1997年，清華大學范守善教授制備出直徑為3-50納米、長度達微米量級的氮化鎵納米棒，首次把氮化鎵制備成一維納米晶體，提出碳納米管限制反應的概念。1999年，他與美國斯坦福大學戴宏傑教授合作，實現硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長。

1997年，美國紐約大學科學家發現，DNA（脫氧核糖核酸）可用於建造納米層次上的機械裝置。2000年，美國朗訊公司和英國牛津大學的科學家用DNA的鹼基配對機制製造出了一種每條臂長只有7納米的納米級鑷子。

1998年，中國科技大學錢逸泰院士的研究組用催化熱解法，從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被國際刊物譽為「稻草變黃金」。

1999年，北京大學電子系薛增泉教授的研究組在將單壁碳納米管組裝豎立在金屬表面，組裝出性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針。同年，中科院金屬所成會明博士合成出高質量的碳納米材料，使我國新型儲氫材料研究躍上世界先進水平。

1999年巴西和美國科學家用碳納米管制備了世界上最小的「秤」，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當於一個病毒的重量；不久，德國科學家研製出稱量單個原子重量的「納米秤」，打破了先前的紀錄。同年，美國科學家在單個分子上實現有機開關，證實在分子水平上可以發展電子和計算裝置。

中科院沈陽金屬所的盧柯小組在納米材料及相關亞穩材料領域取得了突出的成績。他發展的利用非晶完全晶化制備緻密納米合金的方法已與惰性氣體蒸發後原位加壓法、高能球磨法成為當前制備金屬納米塊材的三種主要方法之一。他們發現的納米銅的室溫超塑延展性，被評為2000年中國十大科技新聞。

從發現納米碳管始，科學家們不斷研製出越來越細的納米碳管。2000年，解思深組利用常現電弧放電方法制備出內徑為 0.5nm的碳納米管。同年，香港科技大學的湯子康博士即宣布發現了世界上最細的純碳納米碳管¾0.4nm碳管，這一結果已達到碳納米管的理論極限值。12月柏林的馬克斯—玻恩研究所研製出1nm直徑的薄壁納米管，創出薄壁納米管研製的新記錄。

2001年初，中國科技大學朱清時院士的研究組首次直接拍攝到能夠分辨出化學鍵的C60單分子圖像，這種單分子直接成像技術為解析分子內部結構提供了有效的手段，使科學家可以人工「切割」和重新「組裝」化學鍵，為設計和制備單分子級的納米器件奠定了基礎。3月，美國喬治亞理工學院留美中國學者王中林教授的研究組利用高溫固體氣相法，在世界上首次合成了獨特形態且無缺陷的半導體氧化物納米帶狀結構。這是繼納米管、納米線之後納米家族增加的新的成員。它有望解決納米管在大規模生產時穩定性的問題，並在納米物理研究和納米器件應用上有重要的作用。6月，香港科技大學沈平教授的研究組在單根純碳納米碳管中觀察到超導特性。這一觀察表明，當納米碳管細到一定程度時，其材料性質將發生突變。從應用上來講，納米碳管超導性的發現，將有助解決電子在集成半導體器件中傳輸時的發熱問題。

由上可見，在納米基礎研究領域，中國並不落後¾自90年代初，科技部、國家自然科學基金委、中國科學院等單位就啟動了有關納米材料的攀登計劃、國家重點基礎研究項目等，投入數千萬元資金支持納米基礎研究；中國的納米科學家，在國際上取得了一系列令人矚目的成果，相繼在《Science》、《Nature》等權威雜志上發表了高水平的論文，使中國在納米材料基礎研究方面，尤其是納米結構的控制合成方面，走在比較前沿的位置，繼美、日、德之後，位居世界第四。但是，在納米器件上總體來說研究層次還不是很高，手段離國外還有很大的差距。

二、 納米科技的應用

在納米材料中，由於納米級尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度等物理特徵尺寸相當或更小，使得晶體周期性的邊界條件被破壞；納米微粒的表面層附近的原子密度減小；電子的平均自由程很短，而局域性和相乾性增強。尺寸下降還使納米體系包含的原子數大大下降，宏觀固定的准連續能帶轉變為離散的能級。這些導致納米材料宏觀的聲、光、電、磁、熱、力學等的物理效應與常規材料有所不同，體現為量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀隧道效應等。目前描述納米材料中的基本物理效應主要是從金屬納米微粒研究基礎上發展和建立起來的，要准確把握納米科技中現象的本質，必須要在理論上實現從連續系統物理學向量子物理學的轉變。

當今科技的發展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存儲和超快傳輸等特性為納米科技和納米材料的應用提供了廣闊的空間。美國制定的「國家納米技術倡議」(NNI)中所列納米科學與技術涉及的領域很寬泛，但最基本的有三個，即納米材料，納米電子學、光電子學和磁學，納米醫學和生物學。

1 納米電子學、光電子學和磁學

納米粒子的宏觀隧道效應確立了微電子器件微型化的極限。納米電子學、光電子學及磁學微電子器件的極限線寬，以硅集成電路而言，普遍認為是70nm左右。目前國際上最窄線寬已為130nm，在十年以內將達到極限。如果將硅器件做的更小，電子會隧穿通過絕緣層，造成電路短路。解決納米電子電路的思路目前可分為兩類，一類是在光刻法製作的集成電路中利用雙光子光束技術中的量子糾纏態，有可能將器件的極限縮小至25nm。另一類是研製新材料取代硅，採用蛋白質二極體，納米碳管作引線和分子電線。新概念器件的形成，單原子操縱是重要的方式。1997年，美國科學家成功地用單電子移動單電子，這種技術可用於研製速度和存儲容量比現在提高上萬倍的量子計算機。2001年7月，荷蘭研究人員製造出在室溫下能有效工作的單電子納米碳管晶體管。這種晶體管以納米碳管為基礎，依靠一個電子來決定「開」和「關」狀態，由於它低耗能的特點，將成為分子計算機的理想材料 。在新世紀，超導量子相干器件、超微霍爾探測器和超微磁場探測器將成為納米電子學中器件的主角。

利用納米磁學中顯著的巨磁電阻效應(giant magnetoresistance，GMR)和很大的隧道磁電阻(tunneling magnetoresistance, TMR)現象研製的讀出磁頭將磁碟記錄密度提高30多倍，瑞士蘇黎世的研究人員制備了Cu、Co交替填充的納米絲，利用其巨磁電阻效應制備出超微磁場感測器。磁性納米微粒由於粒徑小，具有單磁疇結構，矯頑力很高，用作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。1997年，明尼蘇達大學電子工程系納米結構實驗室採用納米平板印刷術成功地研製了納米結構的磁碟，長度為40納米的Co棒按周期性排列成的量子棒陣列。由於納米磁性單元是彼此分離的，因而稱為量子磁碟。它利用磁納米線陣列的存儲特性，存貯密度可達400Gb×in-2。利用鐵基納米材料的巨磁阻抗效應制備的磁感測器已問世，包覆了超順磁性納米微粒的磁性液體也被廣泛用在宇航和部分民用領域作為長壽命的動態旋轉密封。

2 納米醫學和生物學

從蛋白質、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范圍，從而納米結構也是生命現象中基本的東西。細胞中的細胞器和其它的結構單元都是執行某種功能的「納米機械」，細胞就象一個個「納米車間」，植物中的光合作用等都是「納米工廠」的典型例子。遺傳基因序列的自組裝排列做到了原子級的結構精確，神經系統的信息傳遞和反饋等都是納米科技的完美典範。生物合成和生物過程已成為啟發和製造新的納米結構的源泉，研究人員正效法生物特性來實現技術上的納米級控制和操縱。

納米微粒的尺寸常常比生物體內的細胞、紅血球還要小，這就為醫學研究提供了新的契機。目前已得到較好應用的實例有：利用納米SiO2微粒實現細胞分離的技術，納米微粒，特別是納米金(Au)粒子的細胞內部染色，表麵包覆磁性納米微粒的新型葯物或抗體進行局部定向治療等。

正在研製的生物晶元包括細胞晶元、蛋白質晶元(生物分子晶元)和基因晶元(即DNA晶元) 等，都具有集成、並行和快速檢測的優點，已成為納米生物工程的前沿科技。將直接應用於臨床診斷，葯物開發和人類遺傳診斷。植入人體後可使人們隨時隨地都可享受醫療，而且可在動態檢測中發現疾病的先兆信息，使早期診斷和預防成為可能。

納米生物材料也可以分為兩類，一類是適合於生物體內的納米材料，如各式納米感測器，用於疾病的早期診斷、監測和治療。各式納米機械繫統可以快速地辨別病區所在，並定向地將葯物注入病區而不傷害正常的組織或清除心腦血管中的血栓、脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。另一類是利用生物分子的活性而研製的納米材料，它們可以不被用於生物體，而被用於其它納米技術或微製造。

3 在國防科技上的應用

納米技術將對國防軍事領域帶來革命性的影響。例如：納米電子器件將用於虛擬訓練系統和戰場上的實時聯系；對化學、生物、核武器的納米探測系統；新型納米材料可以提高常規武器的打擊與防護能力；由納米微機械繫統製造的小型機器人可以完成特殊的偵察和打擊任務；納米衛星可用一枚小型運載火箭發射千百顆，按不同軌道組成衛星網，監視地球上的每一個角落，使戰場更加透明。而納米材料在隱身技術上的應用尤其引人注目。

在雷達隱身技術中，超高頻(SHF，GHz)段電磁波吸波材料的制備是關鍵。納米材料正被作為新一代隱身材料加以研製。由於納米材料的界面組元所佔比例大，納米顆粒表面原子比例高，不飽和鍵和懸掛鍵增多。大量懸掛鍵的存在使界面極化，吸收頻帶展寬。高的比表面積造成多重散射。納米材料的量子尺寸效應使得電子的能級分裂，分裂的能級間距正處於微波的能量范圍，為納米材料創造了新的吸波通道。納米材料中的原子、電子在微波場的輻照下，運動加劇，增加電磁能轉化為熱能的效率，從而提高對電磁波的吸收性能。美國研製的「超黑粉」納米吸波材料對雷達波的吸收率達99％，法國最近研製的CoNi納米顆粒被覆絕緣層的納米復合材料，在2-7GHz范圍內，其m¢和m¢¢幾乎均大於6。最近國外正致力於研究可覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見光等波段的納米復合材料，並提出了單個吸收粒子匹配設計機理，這樣可以充分發揮單位質量損耗層的作用。納米材料在具備良好的吸波功能的同時，普遍兼備了薄、輕、寬、強等特點。納米材料中的硼化物、碳化物，鐵氧體，包括納米纖維及納米碳管在隱身材料方面的應用都將大有作為。

圖2是我們研究組利用溶膠－凝膠法制備的b-納米碳化硅粉的透射形貌照片，一次顆粒尺度約為 20nm。經微波網路矢量分析儀測量其介電損耗(tgd)達到9.28，而其它碳化硅粉的介電損耗在0.2-0.6之間，因而具備了在常溫和高溫下吸收超高頻段電磁波的潛力。

4 納米陶瓷的補強增韌

先進陶瓷材料在高溫、強腐蝕等苛刻的環境下起著其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料難以克服的弱點。英國材料學家Cahn曾評述，通過改進工藝和化學組分等方法來克服陶瓷脆性的嘗試都不太理想，無論是固溶摻雜的氮化硅、相變增韌的氧化鋯要在實際中作為陶瓷發動機材料還不能實現。納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰略途徑之一。

納米陶瓷具有類似於金屬的超塑性是納米材料研究中令人注目的焦點。例如，納米氟化鈣和納米氧化鈦陶瓷在室溫下即可發生塑性形變，180℃時，塑性形變可達100%。存在預制裂紋的試樣在180℃下彎曲時，也不發生裂紋擴展。九十年代初，日本的新原皓一（Niihara）報道用納米SiC顆粒復合氧化鋁材料的強度可達到1GPa以上，而常規的氧化鋁基陶瓷強度只有350-600MPa。Al2O3/SiC納米復合材料在1300℃氬氣中退火2小時後強度提高到1.5GPa，它的高力學性能是與納米復相陶瓷的精細顯微結構直接相關的。德國馬普冶金材料研究所的科研人員將聚甲基硅氮烷在高溫下裂解後，製得的a-Si3N4微米晶與a-SiC納米晶復合陶瓷材料。它具有良好的高溫抗氧化性能，可在1600℃的高溫使用（氮化硅材料的最高使用溫度一般為1200-1300℃）。他們最新進展是通過添加硼化物提高材料的熱穩定性，利用生成BN的包覆作用穩定納米氮化硅晶粒，將這種Si-B-C-N陶瓷的使用溫度進一步提高到2000℃，這是迄今國際上使用溫度最高的塊體陶瓷材料。

目前，納米陶瓷粉體的制備較為成熟，新工藝和新方法不斷出現，已具備了生產規模。納米陶瓷粉體的制備方法主要有氣相法、液相法、高能球磨法等。氣相法包括惰性氣體冷凝法、等離子法、氣體高溫裂解法、電子束蒸發法等。液相法包括化學沉澱法、醇鹽水解法、溶膠-凝膠法、水熱法等。我們研究組提出利用原位選擇性反應法制備了納米晶TiC和TiN復合TZP的復合粉料，為陶瓷材料的顯微結構設計提供了新的研究思路。納米陶瓷的緻密化手段也趨於多樣化，其中微波燒結和放電等離子體燒結(SPS)具有良好的效果。美國賓州大學陳一葦教授利用無壓燒結制備平均粒徑為60nm的緻密Y2O3塊體材料，為發展納米陶瓷帶來新的希望。2001年6月，日本經濟產業省報道將納米陶瓷等新型材料應用於飛機部件製造技術。

5 納米科技在其它方面的應用

納米顆粒的比表面積大、表面反應活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力強的優異性質使其在化工催化方面有著重要的應用。納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等已直接用作高分子聚合物氧化、還原及合成反應的催化劑，大大提高了反應效率。使用納米鎳粉作為反應催化劑的火箭固體燃料，燃燒效率可提高 100倍，用硅載體鎳催化丙醛的氧化反應，當鎳的粒徑在5nm以下，反應選擇性發生急劇變化，醛分解反應得到有效控制，生成酒精的轉化率迅速增大。

小型化本身並不代表納米技術，納米材料和納米科技有著明確的尺度和性能方面的定義。製造納米器件目前主要的方法還是通過「由上而下」(top down)盡力降低物質結構維數來實現，而納米科技未來發展方向是要實現「由下而上」( bottom up)的方法來構建納米器件。目前此方面的嘗試有兩類，一類是人工實現單原子操縱和分子手術，日本大阪大學的研究人員利用雙光子吸收技術在高分子材料中合成了三維的納米牛和納米彈簧，使功能性微器件的制備接受有了新的突破。另一類是各種體系的分子自組裝技術，已由分子自組裝構建的納米結構包括納米棒、納米管、多層膜、孔洞結構等。美國貝爾實驗室的科學家利用有機分子硫醇的自組裝技術制備直徑為1-2nm的單層的場效應晶體管，這種單層納米晶體管的制備是研製分子尺度電子器件重要的一步。這方面的工作現在還僅限於實驗室研究階段。

2. 納米金的發展歷史

自從16世紀歐洲現代化學困皮笑的奠基人、傑出的醫師、化學家Paracelsus制備出「飲用金」用來治療精神類疾病以來，納米金就開始登上了科學的舞台。1 857年英國科學家法拉第在研究道爾頓的理論時，利用氯化金還原出含握者納米金的溶液，發現在其中加入少量電解質後，可使溶液由紅寶石色變為藍色，並最終凝集為無色，而加入明膠等汪含大分子物質便可阻止這種變化。盡管當時並不知道原因，但他的發現為納米金的應用奠定了科學基礎。1885年納米金溶液在美國常作為治療酗酒的主要成分；l890年Koch醫生發現結核桿菌不能夠在金的表面存活；1890年納米金被用來治療關節炎；1935年芝加哥外科專家Edward等人發現納米金溶液能有效的減輕患者病痛，強健體質。1939年Kausche和Ruska用電子顯微鏡觀察金顆粒標記的煙草花葉病毒，呈高電子密度細顆粒狀。1971年Faulk和Taylor首次採用免疫金染色(immunogold staining，IGS)將兔抗沙門氏菌抗血清與納米金顆粒結合，用直接免疫細胞化學技術檢測沙門氏菌的表面抗原，開創了納米金免疫標記技術。

3. 納米金 是什麼意思

納米金即指金的微小顆粒，其直徑在1～100nm，具有高電子密度、介電特性和催化作用，能與多種生物大分子結合，且不影響其生物活性。由氯金酸通蔽裂褲過還原法可以方便地制備各種不同粒徑的納米金，其顏色依直徑大小而呈紅色至紫色。
以納米金為免疫標記物的檢測技術的發展
作為現代四大標記技術之一的納米金標記技術(nanogold labelling techique)，實質上是蛋白質等高分子被吸附到納米金顆粒表面的包被過程。吸附機理可能是納米金顆粒表面負電荷，與蛋白質的正電荷基團因靜電吸附而形成牢固結合，而且吸附後不會使生物分子變性，由於金顆粒具有高電子密度的特性，在金標蛋白結合處，在顯微鏡下可見黑褐色顆粒，當這些標記物在相應的配體處大量聚集時，肉眼可見紅色或粉紅色斑點，因而用於定性或半定量的快速免疫檢測方法中。由於球形的納米金粒子對蛋白質有很強的吸附功能，可以與葡萄球菌A蛋白、免疫球蛋白、毒素、糖蛋白、酶、抗生素、激素、牛血清白蛋白等非共價結合，因而在基礎研究和實驗中成為非常有用的工具。
1．1 作為顯源芹微鏡示蹤物
1978年，Geobegan等將納米宏簡金標記抗體用於普通光鏡下檢測B淋巴細腦表面膜免疫球蛋白，建立了光鏡水平的免疫金染色(immunogold staining，IGS)。1981年 Danscher用銀顯影方法增強金顆粒的可見度，並提高了靈敏度。Holgate等人於1983年建立了用銀顯影液光鏡下金顆粒的可見性的免疫金銀染色法(immunogold-siliver staining，IGSS)，利用銀的增強作用，加大單獨金粒子在光鏡下可視粒子的半徑，增加了小顆粒金粒子的標記密度，提高了靈敏度。1986年Fritz等人又在IGSS法基礎上成功地進行了彩色IGSS法，使得結果更加鮮艷奪目。盡管如此，由於亞硝酸銀化合物是光敏性的，需要在暗室里進行標記，實驗操作非常的不便，改用非光敏的醋酸銀化合物，價格又過於昂貴，所以納米金在光鏡中的應用日漸減少。而利用納米金的高電子密度，能在電鏡下清晰的分辨顆粒，作為在透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(sEM)和熒光顯微鏡的示蹤物在電鏡免疫化學和組織化學中得到了廣泛應用。
1．2 應用於均相溶膠顆粒免疫測定技術
均相溶膠顆粒免疫測定法(sol particle immunoassay， SPIA)是利用免疫學反應時金顆粒凝聚導致顏色減退的原理，將納米金與抗體結合，建立微量凝集試驗檢測相應的抗原，如間接血凝一樣，用肉眼可直接觀察到凝集顆粒。已成功地應用於PCG的檢測，直接應用分光光度計進行定量分析。
l.3 應用於流式細胞儀
應用熒光素標記的抗體，通過流式細胞儀(Flow CytoMeter，FCM)計數分析細胞表面抗原，是免疫學研究中的重要技術之一。但由於不同熒光素的光譜相互重疊，區分不同的標記很困難。Boehmer等研究發現，納米金可以明顯改變紅色激光的散射角，利用納米金標記的羊抗鼠Ig抗體應用於流式細胞術，分析不同類型細胞的表面抗原，結果納米金標記的細胞在波長632nm時，90度散射角可放大10倍以上，同時不影響細胞活性。而且與熒光素共同標記，彼此互不幹擾。因此，納米金可作為多參數細胞分析和分選的有效標記物，分析各類細胞表面標志和細胞內含物。
1．4 應用於斑點免疫金銀染色技術
斑點免疫金銀染色法(Dot-IGS，IGSS)是將斑點ELISA與免疫納米金結合起來的一種方法。將蛋白質抗原直接點樣在硝酸纖維膜上，與特異性抗體反應後，再滴迦納米金標記的第二抗體，結果在抗原抗體反應處發生金顆粒聚集，形成肉眼可見的紅色斑點，此稱為斑點免疫金染色法(Dot-IGS)。此反應可通過銀顯影液增強，即斑點金銀染色法(Dot-IGS/IGSS)。
1．5 應用於免疫印跡技術
免疫印跡技術(immunoblotting，IBT)也稱為免疫轉印技術，其原理是根據各種抗原分子量大小不同，在電泳中行走的速度不同，因而在硝酸纖維素膜上占據的位置也不同；把含有特異性抗體的血清和這一薄膜反應，那麼特異性的抗原抗體反應就顯色。而納米金免疫印跡技術相比酶標記免疫印跡技術具有簡單、快速、具有相當高的靈敏度。而且應用納米金將硝酸纖維素膜上未反應抗體進行染色，評估轉膜效率，校正抗原一抗體反應的光密度曲線，即可進行定量免疫印跡測定。
1．6 應用於斑點金免疫滲濾測定技術
斑點金免疫滲濾測定法(dot immuno-gold filtration assay，DIGFA)是斑點免疫測定法(dot immunoboding assay，DIBA)中的一種，是1982年由Hawkes等人在免疫印跡技術基礎上改良發展起來的一項免疫學新技術。其原理完全同斑點免疫金染色法，只是在硝酸纖維膜下墊有吸水性強的墊料，即為滲濾裝置。在加抗原(抗體)後，迅速加抗體(抗原)，再加金標記第二抗體，由於有滲濾裝置，反應很快，在數分鍾內即可顯出顏色反應。與斑點免疫滲濾測定法(d o t immunotietration assay，DIFA)相比，所不同的是免加底物液，直接由紅色膠體金探針顯色，結果鮮艷，背景更清楚，可以在室溫下保存。該方法已成功地應用於人的免疫缺陷病病毒(HI)的檢查和人血清中甲胎蛋白的檢測。目前使用的有HCG試劑盒，AFP試劑盒，消化道腫瘤篩檢試劑盒。
1．7 應用於免疫層析技術
免疫層析法(gold immunochromatography assay， GICA)是將各種反應試劑以條帶狀固定在同一試紙條上，待檢標本加在試紙條的一端，將一種試劑溶解後，通過毛細作用在層析條上滲濾、移行並與膜上另一種試劑接觸，樣品中的待測物同層析材料上針對待測物的受體(如抗原或抗體)發生特異性免疫反應。層析過程中免疫復合物被截留、聚集在層析材料的一定區域(檢測帶)，通過可目測的納米金標記物得到直觀的顯色結果。而游離標記物則越過檢測帶，達到與結合標記物自動分離之目的。GICA特點是單一試劑，一步操作，全部試劑可在室溫長期保存。這種新的方法將納米金免疫檢測試驗推進到～個嶄新的階段。
1．8 生物感測器
生物感測器(biosensor)是指能感應(或響應)生物、化學量，並按一定規律將其轉換成可用信號(包括電信號、光信號等)輸出的器件或裝置。在生物感測器方面，納米金主要設計為免疫感測器，是利用生物體內抗原與抗體專一性結合而導致電化學變化設計而成。另外由於納米金的氧化還原電位是+1．68V，具有極強的奪電子能力，能大大提高作為測定血糖的生物感測器葡萄糖氧化酶膜的活性，金顆粒越細，活性越大。
1．9 生物晶元
生物晶元是以膜、玻璃、硅等固相介質為載體，其最大的優點在於高通量、並行化、微型化。一次實驗可同時檢測多種或多份生物樣品。生物晶元包括基因晶元、蛋白質晶元、細胞晶元、組織晶元。目前，生物晶元用於食品安全檢測領域的應用主要包括農葯、獸葯殘留檢測，食品微生物檢測、動物疫病監測、轉基因動物植物檢測等。2002年Park等在《Science》雜志上介紹了一種以納米金為探針的基於電荷檢測的新型基因晶元，該晶元具有非常好的靈敏度及特異性，可以在十萬分之一比率中檢測出單鹼基突變的基因片段。
納米金技術在食品安全快速檢測中的應用
目前食品檢測分析一般採用化學分析法(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。相對於靈敏度較低的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，並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。
2．1 獸葯殘留
所謂獸葯殘留是指動物產品的任何可食部分所含獸葯的母體化合物及，或其代謝物，以及與獸葯有關的雜質的殘留。獸葯殘留既包括原葯也包括葯物在動物體內的代謝產物。主要的殘留獸葯有抗生素類、磺胺葯類、呋喃葯類、抗球蟲葯、激素葯類和驅蟲葯類。獸葯通常是通過在預防和治療動物疾病用葯、在飼料添加劑中使用以及在食品保鮮中引入葯物而帶來對食品的污染。人長期攝入含獸葯的動物性食品後，不但會對人體產生毒性作用，出現過敏反應，而且動物體內的耐葯菌株可傳播給人體，當人體發生疾病時，就給臨床上感染性疾病的治療帶來一定的困難，延誤正常的治療。另外有些殘留物還具有致畸、致癌、致突變作用。
Verheijen利用膠體金標記純化的抗鏈黴素單克隆抗體，對鏈黴素的檢測限為160ng/ml，檢測方便快速，不需要其他試劑和儀器，時間僅需lOmintl41。而使用膠體金免疫層析試紙條，在檢測蝦肉等組織試樣中殘留氯黴素(chloramphenicol，CAP)殘留時，靈敏度可達到 lng/ml，只需5～10min，並且與類似物沒有交叉反應。Yong Jin等也使用金標法來檢測動物血漿和牛奶中的新黴素殘留，其檢測限為10ng/mltl6J。鹽酸克倫特羅即β2受體興奮劑，俗稱「瘦肉精」能增強脂解和減慢蛋白質分解代謝，若在畜牧生產中使用，可明顯提高飼料轉化率和瘦肉率；但使用劑量過大，則會對動物和人(間接)的肝臟、腎臟等器官產生嚴重的毒副作用。盡管歐盟於1996年禁止在畜牧生產中使用該葯(EC Direc． tive 96/22/EC)，我國農業部也於1997年明令禁止，但國內「瘦肉精」中毒事件時有發生。劉見使用金標試紙法快速檢測檢測鹽酸克倫特羅，最小檢測量達到40ng/ml。現在商品化的試紙條產品現在也比較成熟，比利時UCB Bio-procts公司開發的Tlhe Beta STAR檢測法就是將特定的β-內醯胺受體固定在試紙條上，用膠體金有色微粒作為標記物，5min內可以檢測到青黴素和頭孢黴素殘留。而國內的劉平在用生物電化學感測器檢測牛奶中殘留的青黴素時，認為使用納米金將有助於提高感測器的檢測限。
2.2 動物傳染病
動物傳染病不但會影響動物養殖經濟，也對人類健康構成威脅，聯合國糧農組織和世界衛生組織已把預防和控制嚴重的動物流行病作為其工作重點之一。蝦白斑病毒(white spot syndrome virus，WSSV)是阻礙蝦養殖業發展的主要因素，至今還沒有有效的葯物，所以及早檢測出病毒，顯得尤其重要。Wang Xiaojie等已成功研究了斑點免疫金滲濾法(DIGFA)t19~和金標試紙法來檢測蝦白斑病毒，其中金標試紙法的檢測限為1 μg/ml，而使用銀增強，可以達到0．0lμg/ml。賴清金等使用金標試紙條來檢測豬瘟病毒，10～15min就能檢出結果，並可根據檢測結果合理指導豬瘟免疫和建立適宜的免疫程序。禽流感病毒(AIV)是引起禽類急性死亡的烈性、病毒性傳染病，而且能感染人，我國許多地區也先後報道有高致病性禽流感的發生，給養禽業造成了重大的經濟損失，也嚴重威脅了人類的健康。劉永德等將兔抗禽流感H5、H9亞型病毒抗體純化後，分別與制備的膠體金研製成免疫金探針，用改良的滲濾法安全快速地檢測被檢材料中禽流感H5、H9亞型病毒，3min即可得到結果，檢測靈敏度分別為1．62ug/ml和1．25μg/ml。
2.3 農葯殘留
農葯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。
2．4 致病微生物檢測
目前基於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於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晶元技術，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葯性變異。該晶元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、肉毒梭菌和空腸彎麴菌等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感測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，使該感測器對大腸桿菌的檢測精度由10 6 CFU/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，然後用生化和血清學試驗做鑒定，一般需要24～48h，而採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。
在致病菌快速檢測中金標試紙條的研究越來越廣泛。謝昭聰等應用膠體金免疫層析法檢測水產品中霍亂弧菌的研究中，增菌液霍亂弧菌含量為1CFU/ml，通過增菌12h後，即可應用膠體金免疫層析法診斷試劑檢出，而一般水產品霍亂弧菌檢測所採用的傳統常規方法，檢測時限長，增菌培養需8～16h，分離培養需14～20h，初步報告需30h以上，實際操作中，需要3d以上才能出報告。腸桿菌科的大屬沙門氏菌可引起人的沙門氏菌性食物中毒，王中民等人採用免疫滲濾法可檢出85%的引起食物中毒的沙門氏菌，靈敏度為2．4×107CFU/ml，對最常見的鼠傷寒、豬霍亂和腸炎沙門氏菌，檢出率達100%，而採用膠體金免疫層析法的靈敏度為2．1×106CFU/mlt30j。被美國列為七種主要食源性致死病菌之一的李斯特菌，如果按照傳統的分離培養和鑒定技術需要l～2周時間，而採用免疫膠體金層析法只需10min就能得到檢測結果，靈敏度達到87．5%。
2．5 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，甚至癌症。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，非常適用於食物樣品的檢測。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。貉麴黴毒素是麴黴屬和青黴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、分布最廣的是赭麴黴素A(OTA)，賴衛華等研製的赭麴黴毒素A快速檢測膠體金試紙條，檢測限達到了10ng/mlt331，遠遠低於目前我國對赭麴黴毒素的限量要求5μg/L。黃麴黴毒素B z的快速檢測國內也有很多研究，孫秀蘭研製的黃麴黴毒素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麴黴毒素B，含量。
小 結
隨著科學技術的不斷發展，食品分析檢測技術也在不斷地更新、完善和迅速發展，尤其是快速檢測技術更能適應現代高效、快速的節奏和滿足社會的要求。儀器分析法可以保證數據的精確性和准確性，但其流程仍比較煩瑣。盡管以納米金為標記物的免疫分析法及其它速測技術的開發過程需投入較多資金和較長時間，但具有簡單、快速、靈敏度高、特異性強、價廉、樣品所需量少等優點，其靈敏度與常規的儀器分析一致，適合現場篩選，而且其中的金免疫層析技術正在向定量、半定量檢測和多元檢測的方向發展，更加體現出金標技術的優勢。總之，快速檢測技術的快速、靈敏、簡便等優點，使之在食品衛生檢疫和環境檢測中有著廣泛的應用價值和發展前景。

應用領域
食品、玻璃、生物體的著色劑。
用於遺傳基因的鑒定技術。
用於環境凈化產品的提煉。
用於食品、化妝品的防腐劑。
加入到化妝品中起到美白、抗衰老、潤膚的作用。
生產抗菌、抑菌、消炎類葯品，醫療器械，保健用品，美容護理器械。
生產與人們生活息息相關的各類生活日用品、食品、飲品等。如納米金香皂，牙刷，各種美容面膜。

4. 納米金的研究難點是什麼

主要包括以下幾個方面：

制備技術：制備高質量、高純度的納米金是一項技術難題。其中涉及到化學合成、表面修飾、分散穩定等工藝問題，需要對化學、物理和材料科學等多個領域有深入的了解。

生物毒性：目前已經有許多研究表明，納米顆粒可能對人體健康造成潛在的危害。納米金作為一種新型材料，其生物毒性尚未得到充分的評估和探索。

環境影響：隨著大規模應用的推廣，納米金腔滾顆粒也會進入環境中，可能對生態環境和生物多樣性造成影響。如何減少其環境風險是當前急指圓螞需解決的問題之一。

量產與商業化：納米金的制備技術和生產工藝需要進行深入研究和優化，以實現大規模、經濟高效的生產。同時，如何將其應用於商業化領域中，還需要進一步唯埋探索。

5. 納米金是什麼物質，對人的皮膚有什麼作用

納米金指金的微小顆粒，直徑為1到100nm，具有高電子密度、介電特性和催化作用，能在不影響生物活性的前提下與多種生物大分子結合。由氯金酸通過還原法可以方便地制備各種不同粒徑的納米金，其顏色依直徑大小而呈紅色至紫色。

對人的皮膚作用：

1、納米金粒活化纖維細胞，可以喚醒沉睡細胞，強化膠原與纖維的緊密度，修補疤痕、扶平皺紋、緊實肌膚，提高細胞組織活化，抗氧化及抗衰老，令肌膚自發性的展現韻律性規則的收縮。

2、通過按摩納米金顆粒可以全面滲入皮膚真皮層，讓肌膚保水能力倍增，產生更多的膠原蛋白對抗自由基，防止皮膚老化，使面部皮膚細紋減少，皮膚變得飽滿緊實，充滿彈性，從細胞到肌膚整個活化起來。

3、納米金球體具有催化活性效果，可以快速全面穿透，滲入真皮網狀層，形成彈性網膜，緊密連接，修護疲弱受損的細胞，活化纖維母細胞，改善肌膚彈性與好褲鋒張力，將彈力纖維與膠原蛋白纖維兩者緊密結合，撫平皺紋，緊實肌膚，實現抗氧化、友晌抗菌，解除各種肌膚問題，深層調理因皮脂病變所產生的問題。

(5)什麼時候能實現納米金技術擴展閱讀

我國科研人員在納米金催化研究中取得重要進展

在國家自然科學基金項目（項目編號：21590792，91645203，21521091）等資助下， 清華大學化學系李雋課題組與美國西北太平洋國家實驗室Chongmin Wang 和匹茨堡大學Scott X. Mao課題組合作，在納米金催化領域中取得重要進展。

研究成果以納米金催化一氧化碳氧化反應中的尺寸效應和動態結構變化為題，於2018年7月9日在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS，美國科學院院刊》）上發表。

自八十年代末發現納米尺寸（2～5 nm）的金粒子具有低溫催化活性以來，納米金催化成為異相催化領域的里程碑之一。三十多年來，具有納米尺寸的負載型金催化劑已經得到廣泛的實驗和理論研究，但其異常顯著的「尺寸效應」仍然是一個難解之迷。

李雋課題組在多年開展的金團簇及其納米粒子催化研究基礎上，發現納米金催化過程中存在反應條件下生成的動態單原子，因而提出了「動態單原子催化」的概念。

為揭示動態單原子催化的本質，通過利用環境電子透射顯微鏡和計算化學模擬的手段，首次揭示一氧化碳氧化反應中反應分子和金納米顆粒的動態作用機理。研究發現，大的金顆粒（>4 nm）在與一氧化碳分子作用時只發生表面重構，不破壞顆粒的整體結構；而較小的金顆粒（～2 nm）在與一氧化碳分子作用時，金顆粒的整體結構被破壞，變成無定形的動態結構。

計算模擬表明，對於較小的金顆粒,表面吸附了一氧化碳的金原子可以源源不斷地把反應分子輸送純拍到載體和金顆粒的界面處，從而與吸附在界面的氧氣分子發生反應，大大加快了反應速率。因此金催化的尺寸效應可以由納米金顆粒在反應條件下能否生成金的動態單原子而得以解釋。

上述發現提高了人們對傳統納米金催化劑尺寸效應的認識，研究中所提出的動態單原子催化的反應模式可以解釋更多的金屬納米催化現象，對納米催化劑的動態反應機理研究具有重要的指導意義。

6. 納米18k金是什麼金

納米金即指金的微小顆粒，其直徑在1～100nm，具有高電子密度、介電特性和催化作用，能與多種生物大分子結合，且不影響其生握埋物活性。由氯金酸通過還原法可以方困旦便地制備各種不同粒徑的納米金，其顏色依段尺螞直徑大小而呈紅色至紫色。

(6)什麼時候能實現納米金技術擴展閱讀：

1935年芝加哥外科專家Edward等人發現納米金溶液能有效的減輕患者病痛，強健體質。1939年Kausche和Ruska用電子顯微鏡觀察金顆粒標記的煙草花葉病毒，呈高電子密度細顆粒狀。

1971年Faulk和Taylor首次採用免疫金染色(immunogold staining，IGS)將兔抗沙門氏菌抗血清與納米金顆粒結合，用直接免疫細胞化學技術檢測沙門氏菌的表面抗原，開創了納米金免疫標記技術。