纳米化学

纳米化学是化学和纳米科学的结合。纳米化学与结构单元的合成有关，后者取决于尺寸、表面、形状和缺陷性质。纳米化学被用于化学、材料和物理、科学以及工程、生物和医学应用。纳米化学和其他纳米科学领域具有相同的核心概念，但是这些概念的用法不同。

当科学家观察到材料在纳米级尺寸上发生奇异变化时，将纳米前缀赋予纳米化学。在纳米级结构上的几种化学修饰，证明了其与尺寸有关。

纳米化学的特征是尺寸、形状、自组装、缺陷和生物纳米。因此，任何新的纳米结构的合成都与所有这些概念相关联。纳米结构的合成取决于表面，尺寸和形状如何导致构件自组装成功能结构。它们可能具有功能缺陷，可能对电子、光子、医学或生物分析问题有用。

二氧化硅、金、聚二甲基硅氧烷、硒化镉、氧化铁和碳是具有纳米化学转化能力的材料。纳米化学可以从氧化铁（铁锈）中制造出最有效的MRI造影剂，该氧化铁具有检测癌症甚至杀死癌症的能力。二氧化硅（玻璃）可用于弯曲或阻挡光线。发展中国家还使用硅树脂制造流体回路，以获取发达国家的病原体检测能力。碳已经以不同的形状和形式被使用，它将成为电子材料的更好选择。

总体而言，纳米化学与化合物的原子结构无关。相反，它涉及将材料转换为解决问题的解决方案的不同方法。化学主要处理元素周期表中原子的自由度，但是纳米化学带来了控制材料行为的其他自由度。

纳米化学方法可用于制造碳纳米材料，例如碳纳米管（CNT），石墨烯和富勒烯，近年来由于其卓越的机械和电性能而受到关注。

纳米形貌是指出现在纳米尺度上的特定表面特征。在工业上，纳米形貌的应用通常包括电学和人工产生的表面特征。但是，自然表面特征也包括在此定义中，例如分子水平的细胞相互作用以及动植物的带纹理的器官。自然界中的这些纳米形貌特征具有独特的用途，有助于调节生物体的功能和功能，因为纳米形貌特征在细胞中极为敏感。

纳米光刻是在表面上人工产生纳米形貌蚀刻的过程。许多实际应用利用了纳米光刻技术，包括计算机中的半导体芯片。纳米光刻技术有很多类型，包括：

• 光刻技术
• 电子束光刻（EBL）
• X射线光刻
• 极紫外光刻（EUVL）
• 光耦合纳米光刻（LCM）
• 扫描探针显微镜光刻（SPM）
• 纳米压印光刻
• 浸笔式纳米光刻
• 软光刻

每种纳米光刻技术都有不同的分辨率，时间消耗和成本因素。纳米光刻使用三种基本方法。一种涉及使用抗蚀剂材料，该抗蚀剂材料用作“掩模”以覆盖和保护旨在平滑的表面区域。现在可以蚀刻掉未覆盖的部分，并用保护材料作为模板。第二种方法涉及直接雕刻所需的图案。蚀刻可能涉及使用量子粒子束，例如电子或光、或化学方法，例如氧化或SAM's（自组装单层）。第三种方法将所需的图案直接放置在表面上，产生最终产品，该产品最终比原始表面厚几纳米。为了可视化要制造的表面，必须使用纳米分辨率显微镜来可视化该表面，其中包括扫描探针显微镜（SPM）和原子力显微镜（AFM）。两个显微镜也可以用于加工最终产品。

纳米化学的一项经过广泛研究的应用是医学。使用纳米化学技术的一种简单的护肤产品是防晒霜。防晒包含纳米颗粒的氧化锌和二氧化钛。这些纳米化学物质通过吸收或反射光来保护皮肤免受有害的紫外线伤害，并防止皮肤因纳米粒子中电子的光激发而保留全部损伤。有效地，粒子的激发阻止了皮肤细胞受到DNA损伤。

涉及纳米技术方法的新兴药物递送方法可以通过改善身体反应，特异性靶向以及有效的无毒代谢而获得优势。许多纳米技术的方法和材料可以被功能化以用于药物递送。理想的材料采用受控激活的纳米材料将药物装载到体内。介孔二氧化硅纳米粒子（MSN）由于其较大的表面积和可进行各种单独修饰的灵活性，同时在成像技术下显示出高分辨率性能，因此在研究中的应用日益广泛。激活方法因纳米级药物递送分子而异，但是最常用的激活方法使用特定波长的光来释放货物。纳米阀控制的货物释放使用低强度的光和等离子体加热来释放包含金分子的MSN变体中的货物。^[7]两光子激活的光电换能器（2-NPT）使用近红外波长的光来诱导二硫键断裂，从而释放出货物。最近，由于无毒，通过皮肤自发吸收以及进入血脑屏障的能力，纳米金刚石已显示出药物输送的潜力。

由于细胞对纳米形貌特征非常敏感，因此组织工程中表面的优化将前沿推向了植入领域。在适当的条件下，使用精心制作的3维支架将细胞种子引向人造器官的生长。3-D支架结合了各种纳米级因素，可控制环境以获得最佳和适当的功能。支架是体外体内 细胞外基质 的类似物，可通过在体外提供必要的复杂生物学因子来实现成功的人工器官生长。其他优点包括细胞表达操纵，粘附和药物输送的可能性。

对于擦伤和伤口，纳米化学已证明可以改善愈合过程。电纺丝是一种在组织工程中生物学使用的聚合方法，但可以功能化以用于伤口包扎以及药物递送。这产生了促进细胞增殖，抗菌性能和受控环境的纳米纤维。这些属性是在宏观上创建的；但是，由于纳米形貌特征，纳米级版本可能会显示出更高的效率。纳米纤维和伤口之间的目标界面具有更高的表面积相互作用，并且有利于体内。

有证据表明，某些银纳米颗粒可用于抑制某些病毒和细菌。

纳米化学的新发展提供了多种具有高度可控特性的纳米结构材料。这些纳米结构材料的一些应用包括SAM和光刻技术，传感器中纳米线的使用以及纳米酶。

科学家还通过使用汽相和溶液相策略设计了许多具有可控制的长度，直径，掺杂和表面结构的纳米线组合物。这些定向单晶被用于半导体纳米线器件，例如二极管、晶体管、逻辑电路、激光器和传感器。由于纳米线具有一维结构，意味着较大的表面体积比，因此扩散电阻降低。另外，由于量子限制效应，它们在电子传输中的效率使它们的电性能受到较小的扰动的影响。因此，将这些纳米线用于纳米传感器元件增加了电极响应的灵敏度。