什么时候能实现纳米金技术

1. 纳米技术在科技生产和生活中的应用

纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究，二十世纪六十年代后，研究段消人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。1984年，德国萨尔布吕肯的格莱特(Gleiter)教授把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料，开创纳米材料学之先河。1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议(Nano- ST)，标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。

1990年，美国国际商用机器公司的科学家利用隧道扫描显微镜上的探针，在镍表面用36个氙原子排出“IBM”三个字母。科学家们从这种能操纵单个原子的纳米技术中,看到了设计和制造分子大小的器件的希望。1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。

九十年代以来，准一维纳米材料的研制一直是纳米科技的前沿领域。1991年1月，日本筑波 NEC实验室的饭岛澄男(S. Iijima)首次用高分辨分析电镜观察到碳纳米管，这些碳纳米管为多层同轴管，也叫巴基管(Bucky tube)。2000年10月，美国宾州大学研究人员在Science上发表文章称，纳米碳管的质量是相同体积钢的六分之一，却具有超过钢 100倍的强度。不仅具有良好的导电性能, 还是目前最好的导热材料。纳米碳管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的热沉，也可用于发动机、火箭等的各种高温部件的防护材料。最新的研究表明，碳纳米管当中的空腔不仅可以充当微型试管、模具或模板，而且将第二种物质封存在这个约束空间还会诱导其具备在宏观材料中看不到的结构和行为。计算机模拟显灶闷示，封存在碳纳米管中的水能够以新的冰相存在，在合适的条件下，碳纳米管中液相和固相的明显界线将会消失，液体物质将会连续地转变成固体，而不发生明显的凝固过程。

1993年，美国IBM公司Almaden实验室Bethune等人和Iijima同时报道了观察到单壁碳纳米管(Single- walled Carbon Nanotubes)。1996年，因发现C60获得诺贝尔奖的斯莫利(Smalley)和他的研究组合成了成行排列的单壁碳纳米管束。同年，中科院物理所解思深研究员的研究组用化学气相法制备出面积达3mm×3mm的大面积碳纳米管阵列，它可用作极好的场发射平面显示器件。他们还于 1998年合成了当时最长的2毫米长度的纤维级碳纳米管。

除了碳纳米管外，科研人员还合成了其他的纳米管材料，如BxCyNz、NiCl2、类酯体、 MCM-41管中管、水铝英石、b-(g-)环糊精纳米管聚集体及定向排列的氮化硅纳米管等[1]。准一维纳米材料中除了空心的纳米管以外还有实心的纳米棒、纳米线、量子线。图1为我们研究组合成的氧化硅纳米线，直径为5-120nm，从线末梢到根部，长度为10-70mm。1997年，法国学者 Colliex在利用分析电弧放电得到包覆异质纳米壳体的C-BN-C管，由于它的几何结构类似于同轴电缆，直径又为纳米级，故称其为同轴纳米电缆(coaxial nanocable)。由于同轴纳米电缆具有的独特隐燃弯结构，将在纳米结构器件中占有重要的地位。

1996年，中国科技大学谢毅博士利用苯热合成法制备出产率很高、平均粒度为30nm的氮化镓粉体。1997年，清华大学范守善教授制备出直径为3-50纳米、长度达微米量级的氮化镓纳米棒，首次把氮化镓制备成一维纳米晶体，提出碳纳米管限制反应的概念。1999年，他与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作，实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长。

1997年，美国纽约大学科学家发现，DNA（脱氧核糖核酸）可用于建造纳米层次上的机械装置。2000年，美国朗讯公司和英国牛津大学的科学家用DNA的碱基配对机制制造出了一种每条臂长只有7纳米的纳米级镊子。

1998年，中国科技大学钱逸泰院士的研究组用催化热解法，从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金”。

1999年，北京大学电子系薛增泉教授的研究组在将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，组装出性能良好的扫描隧道显微镜用探针。同年，中科院金属所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究跃上世界先进水平。

1999年巴西和美国科学家用碳纳米管制备了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；不久，德国科学家研制出称量单个原子重量的“纳米秤”，打破了先前的纪录。同年，美国科学家在单个分子上实现有机开关，证实在分子水平上可以发展电子和计算装置。

中科院沈阳金属所的卢柯小组在纳米材料及相关亚稳材料领域取得了突出的成绩。他发展的利用非晶完全晶化制备致密纳米合金的方法已与惰性气体蒸发后原位加压法、高能球磨法成为当前制备金属纳米块材的三种主要方法之一。他们发现的纳米铜的室温超塑延展性，被评为2000年中国十大科技新闻。

从发现纳米碳管始，科学家们不断研制出越来越细的纳米碳管。2000年，解思深组利用常现电弧放电方法制备出内径为 0.5nm的碳纳米管。同年，香港科技大学的汤子康博士即宣布发现了世界上最细的纯碳纳米碳管¾0.4nm碳管，这一结果已达到碳纳米管的理论极限值。12月柏林的马克斯—玻恩研究所研制出1nm直径的薄壁纳米管，创出薄壁纳米管研制的新记录。

2001年初，中国科技大学朱清时院士的研究组首次直接拍摄到能够分辨出化学键的C60单分子图像，这种单分子直接成像技术为解析分子内部结构提供了有效的手段，使科学家可以人工“切割”和重新“组装”化学键，为设计和制备单分子级的纳米器件奠定了基础。3月，美国佐治亚理工学院留美中国学者王中林教授的研究组利用高温固体气相法，在世界上首次合成了独特形态且无缺陷的半导体氧化物纳米带状结构。这是继纳米管、纳米线之后纳米家族增加的新的成员。它有望解决纳米管在大规模生产时稳定性的问题，并在纳米物理研究和纳米器件应用上有重要的作用。6月，香港科技大学沈平教授的研究组在单根纯碳纳米碳管中观察到超导特性。这一观察表明，当纳米碳管细到一定程度时，其材料性质将发生突变。从应用上来讲，纳米碳管超导性的发现，将有助解决电子在集成半导体器件中传输时的发热问题。

由上可见，在纳米基础研究领域，中国并不落后¾自90年代初，科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等单位就启动了有关纳米材料的攀登计划、国家重点基础研究项目等，投入数千万元资金支持纳米基础研究；中国的纳米科学家，在国际上取得了一系列令人瞩目的成果，相继在《Science》、《Nature》等权威杂志上发表了高水平的论文，使中国在纳米材料基础研究方面，尤其是纳米结构的控制合成方面，走在比较前沿的位置，继美、日、德之后，位居世界第四。但是，在纳米器件上总体来说研究层次还不是很高，手段离国外还有很大的差距。

二、 纳米科技的应用

在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏；纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。目前描述纳米材料中的基本物理效应主要是从金属纳米微粒研究基础上发展和建立起来的，要准确把握纳米科技中现象的本质，必须要在理论上实现从连续系统物理学向量子物理学的转变。

当今科技的发展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等特性为纳米科技和纳米材料的应用提供了广阔的空间。美国制定的“国家纳米技术倡议”(NNI)中所列纳米科学与技术涉及的领域很宽泛，但最基本的有三个，即纳米材料，纳米电子学、光电子学和磁学，纳米医学和生物学。

1 纳米电子学、光电子学和磁学

纳米粒子的宏观隧道效应确立了微电子器件微型化的极限。纳米电子学、光电子学及磁学微电子器件的极限线宽，以硅集成电路而言，普遍认为是70nm左右。目前国际上最窄线宽已为130nm，在十年以内将达到极限。如果将硅器件做的更小，电子会隧穿通过绝缘层，造成电路短路。解决纳米电子电路的思路目前可分为两类，一类是在光刻法制作的集成电路中利用双光子光束技术中的量子纠缠态，有可能将器件的极限缩小至25nm。另一类是研制新材料取代硅，采用蛋白质二极管，纳米碳管作引线和分子电线。新概念器件的形成，单原子操纵是重要的方式。1997年，美国科学家成功地用单电子移动单电子，这种技术可用于研制速度和存储容量比现在提高上万倍的量子计算机。2001年7月，荷兰研究人员制造出在室温下能有效工作的单电子纳米碳管晶体管。这种晶体管以纳米碳管为基础，依靠一个电子来决定“开”和“关”状态，由于它低耗能的特点，将成为分子计算机的理想材料 。在新世纪，超导量子相干器件、超微霍尔探测器和超微磁场探测器将成为纳米电子学中器件的主角。

利用纳米磁学中显着的巨磁电阻效应(giant magnetoresistance，GMR)和很大的隧道磁电阻(tunneling magnetoresistance, TMR)现象研制的读出磁头将磁盘记录密度提高30多倍，瑞士苏黎世的研究人员制备了Cu、Co交替填充的纳米丝，利用其巨磁电阻效应制备出超微磁场传感器。磁性纳米微粒由于粒径小，具有单磁畴结构，矫顽力很高，用作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。1997年，明尼苏达大学电子工程系纳米结构实验室采用纳米平板印刷术成功地研制了纳米结构的磁盘，长度为40纳米的Co棒按周期性排列成的量子棒阵列。由于纳米磁性单元是彼此分离的，因而称为量子磁盘。它利用磁纳米线阵列的存储特性，存贮密度可达400Gb×in-2。利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已问世，包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。

2 纳米医学和生物学

从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。

纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。

正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片) 等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。

纳米生物材料也可以分为两类，一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。

3 在国防科技上的应用

纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。

在雷达隐身技术中，超高频(SHF，GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸收频带展宽。高的比表面积造成多重散射。纳米材料的量子尺寸效应使得电子的能级分裂，分裂的能级间距正处于微波的能量范围，为纳米材料创造了新的吸波通道。纳米材料中的原子、电子在微波场的辐照下，运动加剧，增加电磁能转化为热能的效率，从而提高对电磁波的吸收性能。美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99％，法国最近研制的CoNi纳米颗粒被覆绝缘层的纳米复合材料，在2-7GHz范围内，其m¢和m¢¢几乎均大于6。最近国外正致力于研究可覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料，并提出了单个吸收粒子匹配设计机理，这样可以充分发挥单位质量损耗层的作用。纳米材料在具备良好的吸波功能的同时，普遍兼备了薄、轻、宽、强等特点。纳米材料中的硼化物、碳化物，铁氧体，包括纳米纤维及纳米碳管在隐身材料方面的应用都将大有作为。

图2是我们研究组利用溶胶－凝胶法制备的b-纳米碳化硅粉的透射形貌照片，一次颗粒尺度约为 20nm。经微波网络矢量分析仪测量其介电损耗(tgd)达到9.28，而其它碳化硅粉的介电损耗在0.2-0.6之间，因而具备了在常温和高温下吸收超高频段电磁波的潜力。

4 纳米陶瓷的补强增韧

先进陶瓷材料在高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料难以克服的弱点。英国材料学家Cahn曾评述，通过改进工艺和化学组分等方法来克服陶瓷脆性的尝试都不太理想，无论是固溶掺杂的氮化硅、相变增韧的氧化锆要在实际中作为陶瓷发动机材料还不能实现。纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径之一。

纳米陶瓷具有类似于金属的超塑性是纳米材料研究中令人注目的焦点。例如，纳米氟化钙和纳米氧化钛陶瓷在室温下即可发生塑性形变，180℃时，塑性形变可达100%。存在预制裂纹的试样在180℃下弯曲时，也不发生裂纹扩展。九十年代初，日本的新原皓一（Niihara）报道用纳米SiC颗粒复合氧化铝材料的强度可达到1GPa以上，而常规的氧化铝基陶瓷强度只有350-600MPa。Al2O3/SiC纳米复合材料在1300℃氩气中退火2小时后强度提高到1.5GPa，它的高力学性能是与纳米复相陶瓷的精细显微结构直接相关的。德国马普冶金材料研究所的科研人员将聚甲基硅氮烷在高温下裂解后，制得的a-Si3N4微米晶与a-SiC纳米晶复合陶瓷材料。它具有良好的高温抗氧化性能，可在1600℃的高温使用（氮化硅材料的最高使用温度一般为1200-1300℃）。他们最新进展是通过添加硼化物提高材料的热稳定性，利用生成BN的包覆作用稳定纳米氮化硅晶粒，将这种Si-B-C-N陶瓷的使用温度进一步提高到2000℃，这是迄今国际上使用温度最高的块体陶瓷材料。

目前，纳米陶瓷粉体的制备较为成熟，新工艺和新方法不断出现，已具备了生产规模。纳米陶瓷粉体的制备方法主要有气相法、液相法、高能球磨法等。气相法包括惰性气体冷凝法、等离子法、气体高温裂解法、电子束蒸发法等。液相法包括化学沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水热法等。我们研究组提出利用原位选择性反应法制备了纳米晶TiC和TiN复合TZP的复合粉料，为陶瓷材料的显微结构设计提供了新的研究思路。纳米陶瓷的致密化手段也趋于多样化，其中微波烧结和放电等离子体烧结(SPS)具有良好的效果。美国宾州大学陈一苇教授利用无压烧结制备平均粒径为60nm的致密Y2O3块体材料，为发展纳米陶瓷带来新的希望。2001年6月，日本经济产业省报道将纳米陶瓷等新型材料应用于飞机部件制造技术。

5 纳米科技在其它方面的应用

纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强的优异性质使其在化工催化方面有着重要的应用。纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂，大大提高了反应效率。使用纳米镍粉作为反应催化剂的火箭固体燃料，燃烧效率可提高 100倍，用硅载体镍催化丙醛的氧化反应，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到有效控制，生成酒精的转化率迅速增大。

小型化本身并不代表纳米技术，纳米材料和纳米科技有着明确的尺度和性能方面的定义。制造纳米器件目前主要的方法还是通过“由上而下”(top down)尽力降低物质结构维数来实现，而纳米科技未来发展方向是要实现“由下而上”( bottom up)的方法来构建纳米器件。目前此方面的尝试有两类，一类是人工实现单原子操纵和分子手术，日本大阪大学的研究人员利用双光子吸收技术在高分子材料中合成了三维的纳米牛和纳米弹簧，使功能性微器件的制备接受有了新的突破。另一类是各种体系的分子自组装技术，已由分子自组装构建的纳米结构包括纳米棒、纳米管、多层膜、孔洞结构等。美国贝尔实验室的科学家利用有机分子硫醇的自组装技术制备直径为1-2nm的单层的场效应晶体管，这种单层纳米晶体管的制备是研制分子尺度电子器件重要的一步。这方面的工作现在还仅限于实验室研究阶段。

2. 纳米金的发展历史

自从16世纪欧洲现代化学困皮笑的奠基人、杰出的医师、化学家Paracelsus制备出“饮用金”用来治疗精神类疾病以来，纳米金就开始登上了科学的舞台。1 857年英国科学家法拉第在研究道尔顿的理论时，利用氯化金还原出含握者纳米金的溶液，发现在其中加入少量电解质后，可使溶液由红宝石色变为蓝色，并最终凝集为无色，而加入明胶等汪含大分子物质便可阻止这种变化。尽管当时并不知道原因，但他的发现为纳米金的应用奠定了科学基础。1885年纳米金溶液在美国常作为治疗酗酒的主要成分；l890年Koch医生发现结核杆菌不能够在金的表面存活；1890年纳米金被用来治疗关节炎；1935年芝加哥外科专家Edward等人发现纳米金溶液能有效的减轻患者病痛，强健体质。1939年Kausche和Ruska用电子显微镜观察金颗粒标记的烟草花叶病毒，呈高电子密度细颗粒状。1971年Faulk和Taylor首次采用免疫金染色(immunogold staining，IGS)将兔抗沙门氏菌抗血清与纳米金颗粒结合，用直接免疫细胞化学技术检测沙门氏菌的表面抗原，开创了纳米金免疫标记技术。

3. 纳米金 是什么意思

纳米金即指金的微小颗粒，其直径在1～100nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响其生物活性。由氯金酸通蔽裂裤过还原法可以方便地制备各种不同粒径的纳米金，其颜色依直径大小而呈红色至紫色。
以纳米金为免疫标记物的检测技术的发展
作为现代四大标记技术之一的纳米金标记技术(nanogold labelling techique)，实质上是蛋白质等高分子被吸附到纳米金颗粒表面的包被过程。吸附机理可能是纳米金颗粒表面负电荷，与蛋白质的正电荷基团因静电吸附而形成牢固结合，而且吸附后不会使生物分子变性，由于金颗粒具有高电子密度的特性，在金标蛋白结合处，在显微镜下可见黑褐色颗粒，当这些标记物在相应的配体处大量聚集时，肉眼可见红色或粉红色斑点，因而用于定性或半定量的快速免疫检测方法中。由于球形的纳米金粒子对蛋白质有很强的吸附功能，可以与葡萄球菌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价结合，因而在基础研究和实验中成为非常有用的工具。
1．1 作为显源芹微镜示踪物
1978年，Geobegan等将纳米宏简金标记抗体用于普通光镜下检测B淋巴细脑表面膜免疫球蛋白，建立了光镜水平的免疫金染色(immunogold staining，IGS)。1981年 Danscher用银显影方法增强金颗粒的可见度，并提高了灵敏度。Holgate等人于1983年建立了用银显影液光镜下金颗粒的可见性的免疫金银染色法(immunogold-siliver staining，IGSS)，利用银的增强作用，加大单独金粒子在光镜下可视粒子的半径，增加了小颗粒金粒子的标记密度，提高了灵敏度。1986年Fritz等人又在IGSS法基础上成功地进行了彩色IGSS法，使得结果更加鲜艳夺目。尽管如此，由于亚硝酸银化合物是光敏性的，需要在暗室里进行标记，实验操作非常的不便，改用非光敏的醋酸银化合物，价格又过于昂贵，所以纳米金在光镜中的应用日渐减少。而利用纳米金的高电子密度，能在电镜下清晰的分辨颗粒，作为在透射电镜(TEM)、扫描电镜(sEM)和荧光显微镜的示踪物在电镜免疫化学和组织化学中得到了广泛应用。
1．2 应用于均相溶胶颗粒免疫测定技术
均相溶胶颗粒免疫测定法(sol particle immunoassay， SPIA)是利用免疫学反应时金颗粒凝聚导致颜色减退的原理，将纳米金与抗体结合，建立微量凝集试验检测相应的抗原，如间接血凝一样，用肉眼可直接观察到凝集颗粒。已成功地应用于PCG的检测，直接应用分光光度计进行定量分析。
l.3 应用于流式细胞仪
应用荧光素标记的抗体，通过流式细胞仪(Flow CytoMeter，FCM)计数分析细胞表面抗原，是免疫学研究中的重要技术之一。但由于不同荧光素的光谱相互重叠，区分不同的标记很困难。Boehmer等研究发现，纳米金可以明显改变红色激光的散射角，利用纳米金标记的羊抗鼠Ig抗体应用于流式细胞术，分析不同类型细胞的表面抗原，结果纳米金标记的细胞在波长632nm时，90度散射角可放大10倍以上，同时不影响细胞活性。而且与荧光素共同标记，彼此互不干扰。因此，纳米金可作为多参数细胞分析和分选的有效标记物，分析各类细胞表面标志和细胞内含物。
1．4 应用于斑点免疫金银染色技术
斑点免疫金银染色法(Dot-IGS，IGSS)是将斑点ELISA与免疫纳米金结合起来的一种方法。将蛋白质抗原直接点样在硝酸纤维膜上，与特异性抗体反应后，再滴加纳米金标记的第二抗体，结果在抗原抗体反应处发生金颗粒聚集，形成肉眼可见的红色斑点，此称为斑点免疫金染色法(Dot-IGS)。此反应可通过银显影液增强，即斑点金银染色法(Dot-IGS/IGSS)。
1．5 应用于免疫印迹技术
免疫印迹技术(immunoblotting，IBT)也称为免疫转印技术，其原理是根据各种抗原分子量大小不同，在电泳中行走的速度不同，因而在硝酸纤维素膜上占据的位置也不同；把含有特异性抗体的血清和这一薄膜反应，那么特异性的抗原抗体反应就显色。而纳米金免疫印迹技术相比酶标记免疫印迹技术具有简单、快速、具有相当高的灵敏度。而且应用纳米金将硝酸纤维素膜上未反应抗体进行染色，评估转膜效率，校正抗原一抗体反应的光密度曲线，即可进行定量免疫印迹测定。
1．6 应用于斑点金免疫渗滤测定技术
斑点金免疫渗滤测定法(dot immuno-gold filtration assay，DIGFA)是斑点免疫测定法(dot immunoboding assay，DIBA)中的一种，是1982年由Hawkes等人在免疫印迹技术基础上改良发展起来的一项免疫学新技术。其原理完全同斑点免疫金染色法，只是在硝酸纤维膜下垫有吸水性强的垫料，即为渗滤装置。在加抗原(抗体)后，迅速加抗体(抗原)，再加金标记第二抗体，由于有渗滤装置，反应很快，在数分钟内即可显出颜色反应。与斑点免疫渗滤测定法(d o t immunotietration assay，DIFA)相比，所不同的是免加底物液，直接由红色胶体金探针显色，结果鲜艳，背景更清楚，可以在室温下保存。该方法已成功地应用于人的免疫缺陷病病毒(HI)的检查和人血清中甲胎蛋白的检测。目前使用的有HCG试剂盒，AFP试剂盒，消化道肿瘤筛检试剂盒。
1．7 应用于免疫层析技术
免疫层析法(gold immunochromatography assay， GICA)是将各种反应试剂以条带状固定在同一试纸条上，待检标本加在试纸条的一端，将一种试剂溶解后，通过毛细作用在层析条上渗滤、移行并与膜上另一种试剂接触，样品中的待测物同层析材料上针对待测物的受体(如抗原或抗体)发生特异性免疫反应。层析过程中免疫复合物被截留、聚集在层析材料的一定区域(检测带)，通过可目测的纳米金标记物得到直观的显色结果。而游离标记物则越过检测带，达到与结合标记物自动分离之目的。GICA特点是单一试剂，一步操作，全部试剂可在室温长期保存。这种新的方法将纳米金免疫检测试验推进到～个崭新的阶段。
1．8 生物传感器
生物传感器(biosensor)是指能感应(或响应)生物、化学量，并按一定规律将其转换成可用信号(包括电信号、光信号等)输出的器件或装置。在生物传感器方面，纳米金主要设计为免疫传感器，是利用生物体内抗原与抗体专一性结合而导致电化学变化设计而成。另外由于纳米金的氧化还原电位是+1．68V，具有极强的夺电子能力，能大大提高作为测定血糖的生物传感器葡萄糖氧化酶膜的活性，金颗粒越细，活性越大。
1．9 生物芯片
生物芯片是以膜、玻璃、硅等固相介质为载体，其最大的优点在于高通量、并行化、微型化。一次实验可同时检测多种或多份生物样品。生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片。目前，生物芯片用于食品安全检测领域的应用主要包括农药、兽药残留检测，食品微生物检测、动物疫病监测、转基因动物植物检测等。2002年Park等在《Science》杂志上介绍了一种以纳米金为探针的基于电荷检测的新型基因芯片，该芯片具有非常好的灵敏度及特异性，可以在十万分之一比率中检测出单碱基突变的基因片段。
纳米金技术在食品安全快速检测中的应用
目前食品检测分析一般采用化学分析法(CA)、薄层层析法(TLC)、气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)，但需要繁琐、耗时的前处理，样品损失也较大。相对于灵敏度较低的CA和TLC方法，GC、HPLC的灵敏度较高，但操作技术要求高、仪器昂贵，并不适合现场快速测定和普及，而以纳米金为免疫标记物的检测技术正弥补了这些技术的缺点，在现代食品分析检测中的运用也越来越多。
2．1 兽药残留
所谓兽药残留是指动物产品的任何可食部分所含兽药的母体化合物及，或其代谢物，以及与兽药有关的杂质的残留。兽药残留既包括原药也包括药物在动物体内的代谢产物。主要的残留兽药有抗生素类、磺胺药类、呋喃药类、抗球虫药、激素药类和驱虫药类。兽药通常是通过在预防和治疗动物疾病用药、在饲料添加剂中使用以及在食品保鲜中引入药物而带来对食品的污染。人长期摄入含兽药的动物性食品后，不但会对人体产生毒性作用，出现过敏反应，而且动物体内的耐药菌株可传播给人体，当人体发生疾病时，就给临床上感染性疾病的治疗带来一定的困难，延误正常的治疗。另外有些残留物还具有致畸、致癌、致突变作用。
Verheijen利用胶体金标记纯化的抗链霉素单克隆抗体，对链霉素的检测限为160ng/ml，检测方便快速，不需要其他试剂和仪器，时间仅需lOmintl41。而使用胶体金免疫层析试纸条，在检测虾肉等组织试样中残留氯霉素(chloramphenicol，CAP)残留时，灵敏度可达到 lng/ml，只需5～10min，并且与类似物没有交叉反应。Yong Jin等也使用金标法来检测动物血浆和牛奶中的新霉素残留，其检测限为10ng/mltl6J。盐酸克伦特罗即β2受体兴奋剂，俗称“瘦肉精”能增强脂解和减慢蛋白质分解代谢，若在畜牧生产中使用，可明显提高饲料转化率和瘦肉率；但使用剂量过大，则会对动物和人(间接)的肝脏、肾脏等器官产生严重的毒副作用。尽管欧盟于1996年禁止在畜牧生产中使用该药(EC Direc． tive 96/22/EC)，我国农业部也于1997年明令禁止，但国内“瘦肉精”中毒事件时有发生。刘见使用金标试纸法快速检测检测盐酸克伦特罗，最小检测量达到40ng/ml。现在商品化的试纸条产品现在也比较成熟，比利时UCB Bio-procts公司开发的Tlhe Beta STAR检测法就是将特定的β-内酰胺受体固定在试纸条上，用胶体金有色微粒作为标记物，5min内可以检测到青霉素和头孢霉素残留。而国内的刘平在用生物电化学传感器检测牛奶中残留的青霉素时，认为使用纳米金将有助于提高传感器的检测限。
2.2 动物传染病
动物传染病不但会影响动物养殖经济，也对人类健康构成威胁，联合国粮农组织和世界卫生组织已把预防和控制严重的动物流行病作为其工作重点之一。虾白斑病毒(white spot syndrome virus，WSSV)是阻碍虾养殖业发展的主要因素，至今还没有有效的药物，所以及早检测出病毒，显得尤其重要。Wang Xiaojie等已成功研究了斑点免疫金渗滤法(DIGFA)t19~和金标试纸法来检测虾白斑病毒，其中金标试纸法的检测限为1 μg/ml，而使用银增强，可以达到0．0lμg/ml。赖清金等使用金标试纸条来检测猪瘟病毒，10～15min就能检出结果，并可根据检测结果合理指导猪瘟免疫和建立适宜的免疫程序。禽流感病毒(AIV)是引起禽类急性死亡的烈性、病毒性传染病，而且能感染人，我国许多地区也先后报道有高致病性禽流感的发生，给养禽业造成了重大的经济损失，也严重威胁了人类的健康。刘永德等将兔抗禽流感H5、H9亚型病毒抗体纯化后，分别与制备的胶体金研制成免疫金探针，用改良的渗滤法安全快速地检测被检材料中禽流感H5、H9亚型病毒，3min即可得到结果，检测灵敏度分别为1．62ug/ml和1．25μg/ml。
2.3 农药残留
农药残留分析的困难包括：样品基质背景复杂、前处理过程繁琐，需要耗费较多的时间、被测成分浓度较低、分析仪器的定性能力受到限制、仪器检测灵敏度不够等一系列问题，但使用金标记的快速检测可以很好的解决以上问题。国内的王朔分别使用纳米金免疫层析和纳米金渗滤法检测西维因的残留，整个检测过程只需5min，检测限也分别达到100ug/L和50μg/L。国内的生物技术公司也开发出了成熟的商品化产品，如克百威农残速测试纸条等。
2．4 致病微生物检测
目前基于金标记的快速检测研究在致病微生物方面比较多，检测的种类也比较多。最早Hasan以免疫磁性分离技术为基础的免疫胶体金技术已成功应用于01群霍乱弧菌(Vibriocholerae)的检测。国内洪帮兴等人研究了以硝酸纤维膜为载体纳米金显色的寡核苷酸芯片技术，为在分子水平快速简便的鉴别致病菌提供了可能，甚至可以检出致病菌的耐药性变异。该芯片技术对大肠埃希氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌、霍乱弧菌、副溶血弧菌、变形杆菌、单核细胞增生李斯特菌、蜡样芽孢杆菌、肉毒梭菌和空肠弯曲菌等10种(属)具有高灵敏度和特异性，检出水平可达10CFU/mlt251。殷涌光等在使用集成化手持式Spreeta TM SPR传感器快速检测大肠杆菌时，引入胶体金复合抗体作为二次抗体大幅度增加质量，进一步扩大了检测信号，同时延长胶体金复合抗体与微生物的结合过程，使检测信号进一步稳定与放大，从而显着提高了检测精度，使该传感器对大肠杆菌的检测精度由10 6 CFU/ml提高到10 1CFU/ml。金免疫渗滤法重要的食源性致病菌之一大肠埃希氏菌0157：H7，目前的检测通常先以山梨醇麦康凯琼脂(sMAC)进行初筛，然后用生化和血清学试验做鉴定，一般需要24～48h，而采用胶体金免疫渗滤法检测却非常的简便，在很短时间即可得到结果。
在致病菌快速检测中金标试纸条的研究越来越广泛。谢昭聪等应用胶体金免疫层析法检测水产品中霍乱弧菌的研究中，增菌液霍乱弧菌含量为1CFU/ml，通过增菌12h后，即可应用胶体金免疫层析法诊断试剂检出，而一般水产品霍乱弧菌检测所采用的传统常规方法，检测时限长，增菌培养需8～16h，分离培养需14～20h，初步报告需30h以上，实际操作中，需要3d以上才能出报告。肠杆菌科的大属沙门氏菌可引起人的沙门氏菌性食物中毒，王中民等人采用免疫渗滤法可检出85%的引起食物中毒的沙门氏菌，灵敏度为2．4×107CFU/ml，对最常见的鼠伤寒、猪霍乱和肠炎沙门氏菌，检出率达100%，而采用胶体金免疫层析法的灵敏度为2．1×106CFU/mlt30j。被美国列为七种主要食源性致死病菌之一的李斯特菌，如果按照传统的分离培养和鉴定技术需要l～2周时间，而采用免疫胶体金层析法只需10min就能得到检测结果，灵敏度达到87．5%。
2．5 真菌毒素的检测
真菌毒素(Mycotoxin)是由真菌(Fungi)产生的具有毒性的二级代谢产物，广泛存在食品和饲料中，人类若误食受污染的食品，就会中毒或诱发一定疾病，甚至癌症。检测食品中的真菌毒素常用理化方法或生物学方法。但理化法需要较昂贵的仪器设备，操作复杂。而运用免疫技术检测真菌毒素敏感性高，特异性强，非常适用于食物样品的检测。D．J．Chiao等使用金标免疫层析法在10min之内即可检测50ng/ml的肉毒杆菌毒素B(BoNT/B)，如果使用银增强则其检测限可以达到50pg/ml，而且对A、E型肉毒杆菌毒素没有交叉反应。貉曲霉毒素是曲霉属和青霉属产生的一类真菌毒素，其中毒性最大、与人类健康关系最密切、对农作物的污染最重、分布最广的是赭曲霉素A(OTA)，赖卫华等研制的赭曲霉毒素A快速检测胶体金试纸条，检测限达到了10ng/mlt331，远远低于目前我国对赭曲霉毒素的限量要求5μg/L。黄曲霉毒素B z的快速检测国内也有很多研究，孙秀兰研制的黄曲霉毒素B，金标免疫试纸条，其最低检测限达到2．5ng/ml，而且能定性或半定量检测食品中的黄曲霉毒素B，含量。
小 结
随着科学技术的不断发展，食品分析检测技术也在不断地更新、完善和迅速发展，尤其是快速检测技术更能适应现代高效、快速的节奏和满足社会的要求。仪器分析法可以保证数据的精确性和准确性，但其流程仍比较烦琐。尽管以纳米金为标记物的免疫分析法及其它速测技术的开发过程需投入较多资金和较长时间，但具有简单、快速、灵敏度高、特异性强、价廉、样品所需量少等优点，其灵敏度与常规的仪器分析一致，适合现场筛选，而且其中的金免疫层析技术正在向定量、半定量检测和多元检测的方向发展，更加体现出金标技术的优势。总之，快速检测技术的快速、灵敏、简便等优点，使之在食品卫生检疫和环境检测中有着广泛的应用价值和发展前景。

应用领域
食品、玻璃、生物体的着色剂。
用于遗传基因的鉴定技术。
用于环境净化产品的提炼。
用于食品、化妆品的防腐剂。
加入到化妆品中起到美白、抗衰老、润肤的作用。
生产抗菌、抑菌、消炎类药品，医疗器械，保健用品，美容护理器械。
生产与人们生活息息相关的各类生活日用品、食品、饮品等。如纳米金香皂，牙刷，各种美容面膜。

4. 纳米金的研究难点是什么

主要包括以下几个方面：

制备技术：制备高质量、高纯度的纳米金是一项技术难题。其中涉及到化学合成、表面修饰、分散稳定等工艺问题，需要对化学、物理和材料科学等多个领域有深入的了解。

生物毒性：目前已经有许多研究表明，纳米颗粒可能对人体健康造成潜在的危害。纳米金作为一种新型材料，其生物毒性尚未得到充分的评估和探索。

环境影响：随着大规模应用的推广，纳米金腔滚颗粒也会进入环境中，可能对生态环境和生物多样性造成影响。如何减少其环境风险是当前急指圆蚂需解决的问题之一。

量产与商业化：纳米金的制备技术和生产工艺需要进行深入研究和优化，以实现大规模、经济高效的生产。同时，如何将其应用于商业化领域中，还需要进一步唯埋探索。

5. 纳米金是什么物质，对人的皮肤有什么作用

纳米金指金的微小颗粒，直径为1到100nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能在不影响生物活性的前提下与多种生物大分子结合。由氯金酸通过还原法可以方便地制备各种不同粒径的纳米金，其颜色依直径大小而呈红色至紫色。

对人的皮肤作用：

1、纳米金粒活化纤维细胞，可以唤醒沉睡细胞，强化胶原与纤维的紧密度，修补疤痕、扶平皱纹、紧实肌肤，提高细胞组织活化，抗氧化及抗衰老，令肌肤自发性的展现韵律性规则的收缩。

2、通过按摩纳米金颗粒可以全面渗入皮肤真皮层，让肌肤保水能力倍增，产生更多的胶原蛋白对抗自由基，防止皮肤老化，使面部皮肤细纹减少，皮肤变得饱满紧实，充满弹性，从细胞到肌肤整个活化起来。

3、纳米金球体具有催化活性效果，可以快速全面穿透，渗入真皮网状层，形成弹性网膜，紧密连接，修护疲弱受损的细胞，活化纤维母细胞，改善肌肤弹性与好裤锋张力，将弹力纤维与胶原蛋白纤维两者紧密结合，抚平皱纹，紧实肌肤，实现抗氧化、友晌抗菌，解除各种肌肤问题，深层调理因皮脂病变所产生的问题。

(5)什么时候能实现纳米金技术扩展阅读

我国科研人员在纳米金催化研究中取得重要进展

在国家自然科学基金项目（项目编号：21590792，91645203，21521091）等资助下， 清华大学化学系李隽课题组与美国西北太平洋国家实验室Chongmin Wang 和匹茨堡大学Scott X. Mao课题组合作，在纳米金催化领域中取得重要进展。

研究成果以纳米金催化一氧化碳氧化反应中的尺寸效应和动态结构变化为题，于2018年7月9日在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS，美国科学院院刊》）上发表。

自八十年代末发现纳米尺寸（2～5 nm）的金粒子具有低温催化活性以来，纳米金催化成为异相催化领域的里程碑之一。三十多年来，具有纳米尺寸的负载型金催化剂已经得到广泛的实验和理论研究，但其异常显着的“尺寸效应”仍然是一个难解之迷。

李隽课题组在多年开展的金团簇及其纳米粒子催化研究基础上，发现纳米金催化过程中存在反应条件下生成的动态单原子，因而提出了“动态单原子催化”的概念。

为揭示动态单原子催化的本质，通过利用环境电子透射显微镜和计算化学模拟的手段，首次揭示一氧化碳氧化反应中反应分子和金纳米颗粒的动态作用机理。研究发现，大的金颗粒（>4 nm）在与一氧化碳分子作用时只发生表面重构，不破坏颗粒的整体结构；而较小的金颗粒（～2 nm）在与一氧化碳分子作用时，金颗粒的整体结构被破坏，变成无定形的动态结构。

计算模拟表明，对于较小的金颗粒,表面吸附了一氧化碳的金原子可以源源不断地把反应分子输送纯拍到载体和金颗粒的界面处，从而与吸附在界面的氧气分子发生反应，大大加快了反应速率。因此金催化的尺寸效应可以由纳米金颗粒在反应条件下能否生成金的动态单原子而得以解释。

上述发现提高了人们对传统纳米金催化剂尺寸效应的认识，研究中所提出的动态单原子催化的反应模式可以解释更多的金属纳米催化现象，对纳米催化剂的动态反应机理研究具有重要的指导意义。

6. 纳米18k金是什么金

纳米金即指金的微小颗粒，其直径在1～100nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响其生握埋物活性。由氯金酸通过还原法可以方困旦便地制备各种不同粒径的纳米金，其颜色依段尺蚂直径大小而呈红色至紫色。

(6)什么时候能实现纳米金技术扩展阅读：

1935年芝加哥外科专家Edward等人发现纳米金溶液能有效的减轻患者病痛，强健体质。1939年Kausche和Ruska用电子显微镜观察金颗粒标记的烟草花叶病毒，呈高电子密度细颗粒状。

1971年Faulk和Taylor首次采用免疫金染色(immunogold staining，IGS)将兔抗沙门氏菌抗血清与纳米金颗粒结合，用直接免疫细胞化学技术检测沙门氏菌的表面抗原，开创了纳米金免疫标记技术。