农药领域纳米技术论文

近年来，凡和人们生活相关的东西，纳米技术似乎都能渗透：建材、塑料、纺织、医药、能源、农业、化妆品……纳米技术的发展将给人们的生活带来巨大变化，这是可以预见的。比如，能源方面，由于更精确更合理地利用原材料，使得资源得以大大节约。今天小编给大家找来了《农药领域纳米技术论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

农药领域纳米技术论文 篇1：

纳米技术在作物病害防治中的应用研究进展

摘要：纳米技术用于作物的病害防治对农业的可持续发展具有重要意义，综述纳米技术在作物病害防治中的具体应用，采用纳米农药用于作物病害的防治、利用纳米传感器对作物病原体进行检测、利用纳米肥料提高作物的抗病能力等，旨在为纳米技术在作物病害防治中提供参考。

关键词：纳米技术；病害防治；可持续发展；作物；应用；抗病能力；研究进展

农作物病害是主要的农业灾害之一，病害的暴发对国民经济、特别是农业生产常造成重大损失。据报道，就全球范围而言，每年由病原真菌或病原细菌引发的植物病害导致作物减产14.1%，直接经济损失达220亿美元/年[3]。因此，对作物病害的防治一直是农业研究的重点和热点。

本研究就纳米技术在作物病害防治中的应用，包括采用纳米农药用于作物病害的防治、利用纳米传感器对作物病原体进行检测、通过施用纳米肥料提高作物的抗病能力等方面的研究进展进行综述，旨在为纳米技术在作物病害防治中的应用提供参考。

1纳米农药用于作物病害的防治

纳米农药指的是将农药原药或者载体粒子纳米化后，形成具有纳米效应、降低用量、提高药效、环境友好等特性的新型农药制剂[4-5]。目前常见的纳米农药有以下几种类型。

1.1纳米包埋型农药

纳米包埋型农药是指将农药与纳米材料通过溶解、包裹作用于粒子内部，或者通过吸附、附着作用于粒子表面[6]。目前常见的用于包埋农药的纳米材料有聚合物基纳米材料、固体脂质纳米材料、无机多孔纳米材料、纳米黏土材料等。这些纳米材料经过加工组装后又形成了不同形状的纳米包埋型农药，如纳米胶囊、纳米球、胶束、纳米凝胶、脂质体、无机多孔纳米粒等[5-6]。与传统农药相比，纳米包埋型农药能起到可控缓释，延长药物的持续性，增强药剂有效成分的溶解性，抑制药物因受光、紫外线、雨水、温度、微生物等因素的影响而过早降解的作用[6-7]。如Kaushik等将相对分子质量分别为600、1 000、1 500、2 000的聚乙二醇和5-羟基间苯二甲酸二甲酯共聚制得的4种嵌段共聚物纳米胶束用于包埋福美双，发现没有采用纳米包埋技术的福美双在水中释放后第7天就检测到了最高浓度，而采用纳米包埋技术的福美双在水中释放后分别于第15、21、28、35天时才检测到最高浓度[8]。除了具备上述纳米包埋型农药共有的优点外，不同的纳米材料由于自身特殊的性质，在防治作物病害的应用方面也具有各自的优点。目前常见的合成纳米包埋型农药的材料性质、合成类型及在防治作物病害上的优点如表1所示。表1常见的合成纳米包埋型农药的材料性质、合成类型及在防治作物病害上的优点

材料性质合成类型在防治作物病害上的优点聚合物基纳米材料

纳米胶囊、纳米球、胶束、纳米凝胶

基于天然聚合物如多糖、海藻酸钠、几丁质等加工成的纳米农药具有无毒、易降解、生物相容性好等优点，得到了广泛的关注和应用[9]；此外，纳米水凝胶和土壤结合后还能增加土壤的持水能力、渗透性、土壤通气量，有利于植物的生长[10]固体脂质纳米材料脂质体容易通过植物的角质层[1]无机多孔纳米材料无机多孔纳米粒无毒、生物相容性好、机械性能稳定、孔径可调节[11]

1.2纳米材料用作农药

最近的研究结果表明，镁、锌、铜、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、氧化铜、石墨烯等金属或无机材料被制成纳米级微粒之后本身就具有抑制病原真菌或病原细菌的功效，它们不仅在室内离体试验条件下能抑制病原菌的生长，而且在活体试验条件下也对作物病害表现出了很好的抑制效果[12-14]，但目前还不清楚其抑菌机理。常见的金属或无机纳米材料对病原菌的抑制种类及抑制机理如表2所示。表2常见的金属或无机纳米材料对病原菌的抑制种类及抑制机理

纳米材料抑制病原菌的种类可能的抑菌机理纳米银立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）[17]、炭疽菌（Colletotrichum spp.）[18]、根腐病菌（Bipolaris sorokiniana）、稻瘟病菌（Magnaporthe grisea）[19]、葉枯病菌（Xanthomonas perforans）[20]释放出银离子，银离子与细胞膜结合后破环细胞膜的完整性，随后渗透到细胞质中的银离子导致关键酶失活和细胞死亡[20]纳米二氧化钛甜瓜细菌性叶斑病菌（Pseudomonas syringae Pv.lachrymans）、霜霉病菌（Pseudoperonospora cubensis）[21]、叶枯病菌[13]经光催化反应生成的活性羟基和超氧离子能穿透细胞壁，使细胞膜中的脂质发生过氧化反应，破坏细胞结构，导致细胞死亡[22]纳米氧化锌灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）、青霉菌（Penicillium expansum）[23]、交链格孢菌（Alternaria alternate）、匍枝根霉（Rhizopus stolonife）、尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）[24]沉积在细胞表面的氧化锌能产生活性氧（主要是单态氧、羟基自由基），或纳米颗粒本身的机械损伤造成细胞的结构和功能发生混乱[25]纳米石墨烯禾谷镰刀菌、尖孢镰刀菌、丁香假单胞菌、小麦黑颖病黄单胞菌（X. campestris pv. undulosa）[26]通过缠绕包裹病原菌位点性损伤细胞膜，引起细胞膜电势降低和孢子电解质泄露，从而造成病原菌裂解死亡[26]

除了单一利用某种金属或无机材料制成纳米级微粒用于作物病害的防治外，目前也研发了将不同的金属或无机材料组合成一种纳米制剂后用于病害的防治。研究发现，硅虽然对植物病原菌没有直接的抑制作用，但它能激活植物的生理活性，促进植物的生长，提高植物对病害的抵抗能力[15]。而银离子能对植物病原菌具有直接的抑制作用，基于硅和银各自的特点，Park等将硅和银组合在一起加工成了具有加强效应的抑菌纳米微粒，这种新型的硅-银纳米微粒不仅在离体试验条件下能抑制植物多种病原菌的生长，还在温室和大田试验中对南瓜白粉病表现出了很好的防治效果[16]。

1.3将原农药纳米化

农药原药绝大多数不溶于水，又难以直接粉碎使用，因此在农药的生产过程中往往要添加一些农药助剂，如溶剂、渗透剂、展着剂等。而这些农药助剂对人畜造成的毒性可能比农药有效成分本身更大[27]。

采用纳米加工技术使农药原药纳米化，如将液体农药制成微乳剂或将固体农药直接制成纳米微粒制剂，可以增加农药的比表面积，改善农药在水中的分散性和稳定性，减少有机溶剂和助剂的用量，降低农药的表面张力，促进靶标的吸收，提高农药的利用率[28]。戊唑醇是一种高效、广谱的杀菌剂，在全球范围内使用广泛，但由于其水溶性低，传统的戊唑醇乳油的生产要添加二氯甲烷和丙酮，并且该农药对地下水的污染指数为2.3，对地下水源淋溶存在危险。Díaz-Blancas等通过添加丙酮、甘油、吐温80、Agnique BL1754将戊唑醇原药加工成纳米乳剂后发现，该乳剂的表面张力比纯水低50%左右，大大提高了戊唑醇的利用率，降低了其对环境的污染[27]。

2纳米技术用于作物病害的检测

农作物的大部分病害在染病初期虽然较易防治，但一般不易被人察觉，病害一旦暴发，就给防治带来很大的困难。因此，在作物发病初期对病害进行及时、正确的检测，对防止病害的暴发尤为重要。纳米技术用于植物病害的检测，主要包括以下2个方面：一是利用纳米材料直接对植物病原体进行检测，二是作为快速诊断工具检测植物因病害产生的特征化合物，为作物病害的诊断提供参考。

2.1纳米材料直接用于病原体的检测

基因芯片是准确检测各种病原体的重要工具，而纳米基因芯片可以使分子在其上的结合速度比传统方法提高1 000倍，能灵敏地检测出细菌和病毒单个核苷酸的变化。Ruiz-Garcia等利用纳米基因芯片对感染番茄植株的病原细菌和病毒进行了准确、快速的检测[29]。金纳米颗粒由于具有较高的电导率和电催化活性，目前已被制成各种传感器，广泛应用于病原菌的检测中。Singh等利用纳米金侧流免疫层析传感器灵敏地检测出了小麦黑穗病病原菌（Tilletia indicai）[30]。纳米荧光探针由于其超高的灵敏度和即便是在超痕量组分的检测下都能发出足够强的荧光等特点，目前已被用于病原菌的检测中。Yao等将二抗羊抗兔连接到包裹了联毗咤钉的二氧化硅颗粒上制成的二氧化硅荧光纳米探针，用于检测茄科植物的细菌性叶斑病病原菌，与直接用异硫氰酸荧光作荧光探针相比，二氧化硅荧光纳米探针检测到的荧光信号更明显[31]。

2.2纳米材料作为快速诊断工具检测作物因病害产生的特征化合物

植物在病害、虫害、干旱或其他胁迫条件下会产生一些与损伤相关的植物激素和信号分子，如茉莉酸、茉莉酸甲酯、水杨酸等，从而激活植物体内防御基因的表达，提高抗胁迫的能力。通过对这些信号分子的检测，可以对植物的健康状况作出诊断，但普通的电化学传感器难以对这些信号分子进行检测。Wang等采用循环伏安法，用普通的金电极没有从感染了核盘菌的油菜种子中检测到明显的氧化峰，几乎检测不到水杨酸的存在，而采用同样的方法利用铜纳米颗粒修饰的金电极则检测到了明显且稳定的氧化峰，且测得的水杨酸的浓度与采用高效液相色谱-紫外检测法测得的值非常接近[32]。

除此之外，植物在感染某种病原菌的情况下会产生一些特殊的挥发性物质，通过检测这些挥发性物质可以推测植物是否感染了某种病原菌。4-乙基愈创木酚是疫病病原菌（Phytophthora cactorum）产生的标志性挥发物，通过检测该物质可以推测疫病病菌的存在情况。Fang等利用基于二氧化钛或二氧化锡修饰的丝网印刷碳电极成功地从感染了疫病病原菌的植物中检测到了4-乙基愈创木酚[33]。

3施用纳米肥料，提高作物的抗病能力

作物的病害有生理性病害（缺素症）和非生理性病害。生理性病害一般是由于缺少某些营养元素造成的，非生理性病害是由于受到病原菌的侵染造成的，作物一旦发生生理性病害就容易发生非生理性病害。一般来说，具有最佳营养状态的植物具有最大的抗病力。因此，给予农作物全面、合理的营养，提高作物对病害的抵抗力，也是作物病害防治的一个重要方面[34]。

纳米肥料是指纳米材料技术构建、医药微胶囊技术和化工微乳化技术改性而形成的肥料，由于纳米肥料具有普通肥料不具备的优点，目前已引起了广大的关注并投入了商品化生产。从植物营养的角度来看，目前生产的纳米肥料可大体分为大量元素纳米肥料、微量元素纳米肥料、纳米材料增强剂肥料、植物促生长纳米材料4类[35-36]。

3.1大量元素纳米肥料

大量元素纳米肥料是指含有氮、磷、钾、镁、钙、硫等大量元素中的1种或几种元素的纳米肥料。传统的大量元素肥料在施用过程中，有40%～70%的氮肥、80%～90%的磷肥、50%～90%的钾肥流失到环境中[37-38]，由于作物在生长过程中对大量元素的大量需求，预测到2050年作物对大量元素的需求将达到263 Mt[39]。因此，对大量元素纳米肥料的开发是纳米肥料中优先考虑的对象。目前已开发的大量元素纳米肥料主要有氮纳米肥料、磷纳米肥料、鈣纳米肥料、镁纳米肥料等。这些大量元素纳米肥料的开发既减少了普通氮肥、磷肥、钾肥的使用量，又减少了面源污染的发生。

3.2微量元素纳米肥料

微量元素锰、铜、锌等在作物抵御病害方面有非常重要的作用，这主要是因为与植物防御反应相关的酶，如苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶必须要在这些微量元素存在的情况下才能被激活[40]。然而，全球50%的土壤存在微量元素含量过低的问题，尤其是中性和碱性土壤，因此为了保证作物正常地生长，必须要依靠人工施肥来补充微量元素，而施用普通的肥料能被作物利用的微量元素小于5%[41-42]。目前已开发的微量元素纳米肥料主要有铁纳米肥料、锰纳米肥料、铜纳米肥料、锌纳米肥料、钼纳米肥料等[42-43]。微量元素纳米肥料的开发可提高作物对微量元素的利用率，增加作物的产量，减少病害的发生。

3.3纳米材料加强型肥料

纳米材料加强型肥料是指将一些材料加工成纳米级别后用于装载或包膜肥料，这些材料本身虽然不能给植物提供营养，但经过纳米材料装载或包膜后的肥料吸附性能增强，挥发量减少，能迎合土壤与作物的需肥规律可控释放，作物对其利用率也大幅提高。目前报道的装载或包膜各种肥料的纳米材料有高岭土、沸石、高分子树脂等。值得一提的是，沸石被加工成纳米级后由于具有比表面积大、阳离子交换量高且对大量元素（如K+、NH+4等）具有很高的选择性等特点，常被用于氮肥、钾肥等各种肥料的载体，经纳米沸石装载的肥料在室内盆栽试验和大田试验中都表现出了很好的促生作用，有效地减少了肥料的流失[36]。

3.4促生型纳米材料

研究发现，有的纳米材料本身既不是植物大量元素和微量元素的来源，也不作为肥料的载体，但施用这些纳米材料后却能促进作物的生长，如纳米二氧化钛、纳米硅、碳纳米管等。钛并不是植物生长所必需的元素，土壤中也不须要添加额外的钛。但已经有多个研究报道纳米钛具有明显的促生长作用，Yang等将2.5 g/L纳米二氧化钛溶液处理菠菜的种子，待发芽后再用2.5 g/L二氧化钛溶液喷施叶片后发现与用非纳米二氧化钛相比，处理组菠菜中的生物量明显增加，且菠菜叶片中总氮、叶绿素、蛋白质的含量分别增加23%、34%、13%[44]。Jaberzadeh等分别用0.01%、0.02%、0.03%纳米二氧化钛喷施小麦叶片后发现，与对照组相比，小麥的生物量和产量都明显增加[45]。

硅也不是植物生长过程中的必需元素，但它能通过影响植物中其他元素如碳、氮、磷的代谢，促进作物种子的萌发和作物的生长。Suriyaprabha等将1%纳米硅悬浮液添加到含玉米的霍格兰水培液中，与对照组相比，处理组的玉米种子中各种大量元素和微量元素含量发生了明显的变化，但总的来看，处理组中玉米种子的萌发率提高了95.5%，玉米干质量增加了6.5%[46]。

研究表明，碳纳米管也能促进各种作物种子的萌发和生长。Lahiani等以大麦、大豆、玉米种子作为试验对象，将多壁碳纳米管添加到MS培养基中或者作为种子包衣处理上述不同作物种子，发现处理组种子的发芽率明显高于对照组[47]。Tiwari等也发现，碳纳米管在低浓度下能促进小麦种子的生长[48]。

4结语与展望

利用转基因技术培育出具有抗病害能力的农作物新品种是农作物病害防治的一个重要趋势，而在转基因技术研究中，基因载体扮演着重要的角色，它们不仅明显影响外源基因的转化效率，而且还会影响外源基因的表达特性。传统地利用农杆菌作为转基因载体存在宿主限制，外源重排率高，容易形成逃逸体、嵌合体等缺点[49]。而最近的研究结果表明，基于以纳米转基因载体的新型转化法与传统方法相比具有以下优点：纳米材料具有特殊的磁学、光学、热学性能和较多的表面活性基团，便于修饰，可以实现基因靶向递送或控制释放；纳米材料具有较高的电势和比表面积，加大了基因载量，提高了基因进入受体细胞的概率；纳米材料粒径很小，容易透过组织进入细胞，增加了基因的递送效率；纳米材料通常具有良好的生物相容性，因而对细胞的生长和代谢有较小的影响[49-50]。因此，以纳米材料介导外源基因的新型转化法为植物基因转导提供了一个新的工具，目前该方法在植物转基因中备受关注，已有不少关于利用纳米基因载体成功用于植物转基因的报道[51-53]，但利用纳米基因载体培育具有抗病害能力的转基因作物还未见报道，这是一个值得未来探讨和研究的方向。

此外，纳米材料因其小尺寸、表面效应等特殊性质容易被植物吸收，并能通过食物链富集和传递，能透过人体解剖学屏障，因此，纳米材料可能存在潜在的安全性问题[54]。但目前国际上对纳米材料的安全性评价尚没有统一的标准[55]。因此，一方面，应尽量选择无毒生物相容性高、可生物降解的纳米材料；另一方面，应尽快弄清纳米材料与植物的相互作用关系及其向食物中的迁移途径，建立定量的方法和模型，不断完善安全性评价工作和使用规范。

总之，由于纳米材料特殊的性能，利用纳米技术对作物病害进行预防和治理，有利于病害的早发现、早控制，能减少化学农药和化学肥料的使用，能弥补化学农药防治或生物防治存在的不足，提高作物病害的防治效率。这对减少农业开支、实现作物增产以及农业生产的可持续发展、生态环境的保护等具有重要的意义。

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作者：林英 司春灿 黄莉萍 高洁

农药领域纳米技术论文 篇2：

纳米:侠客还是杀手?

近年来，凡和人们生活相关的东西，纳米技术似乎都能渗透：建材、塑料、纺织、医药、能源、农业、化妆品……纳米技术的发展将给人们的生活带来巨大变化，这是可以预见的。比如，能源方面，由于更精确更合理地利用原材料，使得资源得以大大节约。美国就计划用纳米技术节约10％的照明能源：在纺织业上，使用纳米材料处理的布料将更抗菌、更耐磨；在材料加工上，许多产品用纳米材料作为包装更具防腐功能。

但是，科学家同时发现，纳米颗粒物吸附力强、表面不饱和化合键很多，更容易吸附空气中的有机物，成为多种有机污染物广泛传播的重要载体。它还能富集空气中的农药、多氯联苯等有机污染物和砷、汞、镉等重金属元素，形成共污染物，造成快速、广泛而持久的环境污染：在空气中，纳米颗粒物是以气溶胶形式存在的，能长期漂浮于空气中，并随人体呼吸过程进入肺组织深部，进入血液，并随血液迁移到其他组织器官i在水中，由于布朗运动等作用，纳米颗粒物很难沉降，能使水形成悬浊状态。水生动物，如水蚤和鱼能富集纳米颗粒物，使之进入食物链：在土壤中，纳米颗粒物能畅通无阻地在土壤中转移，也能被蚯蚓、细菌吸收和进入食物链。

7名病人

2007年1月至2008年4月，北京朝阳医院职业病与中毒医学科陆续来了7个奇怪的病人。她们来自河北承德的一家印刷厂，在同一个部门工作。这些女工的最初症状表现为呼吸急促，声音大得“像开了风箱”。当时，她们所在的工厂接到了一单生意，为将近5 000平方米的有机玻璃上色。为此，她们每人每天使用大概6千克涂料，这些涂料都添加了纳米材料。

不知道从什么时候起，女人们的脸颊、脖子开始出现月季花瓣状的红斑。当时她们并未在意，偶尔还会嬉笑着互相抓抓痒，喊上几句“你又过敏了”。但时间久了，她们身上的瘙痒越发严重，而且胸闷，气喘。于是，她们陆续来到北京朝阳医院职业病与中毒医学科做相关职业病鉴定。这批病人引起了医生宋玉果的注意。对病人进行了常规检查和病毒学检查后，他发现，她们都有或多或少的胸腔积液，同时患有非特异性间质性肺炎。在胸部X光和CT的扫描下，这些长期发炎的肺部像是浸水的饼干，肿涨了。更为严重的是，其中两人的肺部已经严重纤维化，“看上去好像老树皮，黑斑密布的样子”。而正常的肺表面密布健康的肺泡细胞，像一棵根枝繁茂的树，时刻进行着新陈代谢。除此之外，病人的肺部外部组织还产生了胸膜肉芽肿，一些血管纠结在一起，发酵成了肉芽组织。用显微镜看，这些细胞都发炎“成了发糕状”。

宋玉果决定到她们的工作现场看一看。现场的一幕令他吃惊：在一间70平方米的车间里，没有一扇窗户，只有一个出入的小门。专家们使用色谱装置发现，女工们使用的涂料含有丁酸、丁基酯、醋酸、正丁醇、甲苯等。通过电子显微镜，宋玉果有了新发现——直径约30纳米的颗粒。

过了大约半年的时间，这7名女工的最初症状发生了变化。那些“浸水的饼干”，发展成了“发酵的面包”。胸片显示的结果更为可怕：那些肺部弥漫着或黑或灰的杂质，有的看起来像磨了一半的毛玻璃，有的黑乎平的，什么都看不见。宋玉果用一根长长的管子，从这些变异的肺里提取了一些液体，结果在液体里也发现了许多纳米颗粒。这些颗粒，和调查人员从工厂通风口取得的标本完全一致。

宋玉果还从这些纳米颗粒中提取出了变异的细胞质和肺上皮细胞。这些肺上皮细胞的染色质发生了严重浓缩，边缘呈现萎靡状态，细胞的形态特征基本上呈现新月状——这些都是细胞死亡的前兆。

此外，研究组还对病人进行了面部、手臂皮疹的治疗。同样，他们在病人的皮肤细胞里也发现了纳米颗粒，直径同样为30纳米左右。

研究人员将少量碳纳米管注入实验鼠体内。不到1个小时，这些原本活蹦乱跳的小白鼠，就像吸入了石棉颗粒，出现呼吸急促、瞳孔涣散的现象。大概4个小时后，和人类一样，它们出现了明显的肺间质纤维化，肺部弥漫黑斑。

宋玉果认为，正是印刷工业采用的纳米颗粒导致了这些女工的病变。他把研究结果写成论文发表在2009年9月号的《欧洲呼吸杂志》，据称，这是全世界第一例纳米颗粒可能致命的临床毒理病例报告，在国际上引起了很大反响。宋玉果认为，由于纳米颗粒直径微小，可轻易穿透人的皮肤细胞，进入肺上皮细胞，粘贴于细胞质，并且围绕着细胞膜产生毒性。某些纳米物质可能还在人体内开始了“环球旅行”，它们将母体存放于各个器官。

不过，也有不少专家表达了反对意见，他们认为，那家工厂里还含有很多别的有害气体，在没有对照试验的情况下，不能轻易地把责任归在纳米颗粒身上。

纳米杀手?

目前，纳米材料广泛用于建筑涂料、电子器材、化妆品，甚至衣服的面料等领域，再加上汽车的普及，使得城市大气中由尾气组成的纳米级污染颗粒的含量迅速上升。因此，不少实验室开始研究纳米的潜在危害。

日本的研究人员发现，纳米材料很可能会对DNA分子造成伤害。东京理科大学教授武田健和同事研究了纳米颗粒对新生小鼠基因表达的影响。他们把二氧化钛纳米颗粒注射进怀孕母鼠体内，然后解剖，分析发育到不同阶段的新生雄性小鼠的基因表达模式，结果发现有100多个基因与对照组小鼠存在差异。与这些基因的功能有关联的疾病范围很广，包括儿童自闭症、学习障碍、癫痫、阿尔兹海默式病和帕金森氏症等。这篇文章发表在2009年8月份的《微粒和纤维毒理学报》上。但武田健教授同时指出，这项实验只是发现了基因表达的变化，并不能说明这些小鼠出生后一定会得这些病。另外，研究人员为母鼠注射了大剂量的二氧化钛纳米颗粒的做法，和自然情况并不相符。

2009年11月16日，《癌症研究》杂志发表了美国加州大学洛杉矶分校科学家的论文，首次证明二氧化钛纳米颗粒能打断单链和双链DNA分子，造成染色体断裂，引发癌症。实验小鼠只要接触这种纳米颗粒5天之后就能看到这种效应。那么，纳米颗粒是如何打断DNA分子的呢7我们知道，二氧化钛是一种化学惰性分子，很难与其他分子发生化学反应。二氧化钛纳米颗粒的直径通常至少在10纳米以上，而DNA分子的直径为2纳米，构成DNA分子主链的碳一碳化学键的长度则在0.12～0.15纳米之间，纳米颗粒不太可能“冲断”DNA分子。

研究人员认为，这是由于纳米颗粒能够引发炎症反应。纳米颗粒太小，可随意在人体内四处游走，并在亚细胞的水平上改变人体微环境，诱发“氧化应激效应”，导致人体产生更多的自由基。当微粒的体积越来越小时，其相对表面积就越来越大。人体免疫系统对

这种奇怪的物质很不熟悉，把它们当做敌人加以攻击。由于纳米颗粒的数量巨大，这种攻击便持续不断，引发了慢性炎症反应。正是这种炎症反应导致了细胞一直处于应激状态，其后果就是DNA发生断裂，直至诱发癌症。

二氧化钛是最常见的一种纳米颗粒，全球每年的产量高达200万吨。这种新型材料广泛用于化妆品工业，甚至牙膏和食品着色剂中，尤其是防晒霜中含量很高，因为它对紫外线有防护作用。因此，科学家建议消费者尽量不用喷涂式防晒霜，以免不小心吸入纳米颗粒。这种颗粒不能穿透皮肤，却能通过肺部进入血液循环系统。

在美国化学学会年会上，有三个研究小组也曾分别报告说，纳米材料具有特殊的毒性。位于休斯顿的美国宇航局太空中心的研究小组发现，向小鼠的肺部喷含有碳纳米管的溶液，碳纳米管会进入小鼠肺泡，并形成肉芽瘤。杜邦公司的一个研究小组也发现了类似的结果。用聚四氟乙烯制作的纳米颗粒毒性更强。纽约州罗切斯特大学的一个研究小组让大鼠在含有这种纳米颗粒的空气中生活15分钟，就会导致大多数老鼠在4个小时内死亡。在另一项研究中，该研究小组发现用碳13和锰制作的纳米颗粒能够进入大鼠的嗅球，并迁移到大脑。

美国“纳米新产品项目”机构的首席科学顾问安德鲁·梅纳德也在英国《自然》杂志上撰文指出，纳米产品有害的说法目前主要停留在理论上，但可信度较高。许多研究表明，纳米颗粒大小、比表面积、可溶性和表面化学性能等因素，均可能决定纳米材料是否有潜在危害。

纳米材料的生物效应与毒性的研究数据，目前还很少。初步的实验证据提示我们，即使化学成分相同的物质，它的微米颗粒与纳米颗粒也可能具有不同的生物效应，这些生物效应可能有益也可能有害，大量未知的问题需要研究。

未雨绸缪

英国《自然》杂志子刊《纳米技术》曾公布过一项对全球400名著名科学家的调查。结果显示，尽管对纳米时代的前景振奋不已，但科学家也承认，自己比普通人更害怕纳米技术，因为这项技术对人体和环境的影响完全无法预料。

目前还不能确定纳米产品会危害人体健康。即使科学家能够确定，也不必恐慌，因为纳米技术现在还处于实验室探索阶段，容易加以控制。但是纳米技术就像其他新技术，有可能带来安全、社会诸多问题，在推广之前应该对此有清醒的认识和透彻的了解，未雨绸缪，以免出现难以控制的、不可逆转的严重后果。

在以前，我们主要强调的是纳米技术美妙神奇的一面，而有意无意地忽视它可能带来的负面影响。如果因为担心负面影响而不敢发展纳米技术或做出过于严格的限制，那当然是不可取的；但是不考虑后果地盲目发展纳米技术，也是危险的。

正如科学院白春礼院长指出：我们要有“科学发展观”的思想，不能再走20世纪“先发展后治理”的老路，因为这条路已经给人类带来了太多的灾难。我们要在发展纳米技术的同时，同步开展其安全性研究，使纳米技术有可能成为人类第一个在其可能产生负效应之前，就已经过认真研究，并最终成为能安全造福人类的新技术。

作者：王 维

农药领域纳米技术论文 篇3：

纳米技术改变世界

21世纪初，国内曾兴起过一阵“纳米热”，先后出现了纳米钢皂、纳米衣服……此后，纳米科技与人们的日常生活似乎越来越“脱节”。其实，纳米科技是身边“最熟悉的陌生者”。智能手机苹果、三星等大牌手机使用的大都是纳米芯片；医院检查身体，使用的试纸和试剂很多都是纳米产品；电视机，也是用碳纳米管制作的显示屏……

纳米，从未远离。它一直和其他技术相结合包装在层层“外衣”下，默默为人类提供着便利。未来，纳米科技有望在信息技术、生物医药、能源环境等领域，给人类带来更多福祉，甚至成为未来世界的改变者。

颠覆性变革印刷业

对于公众来说，纳米技术似乎远不如3D打印技术那么“看得见摸得着”，也不如智慧城市那样耳熟能详。它似乎被束之高阁，仅仅停留在实验室里。

事实真的如此吗？不久前，记者随同中科院北京综合研究中心工作人员到位于怀柔科教园区的中科纳新印刷技术有限公司，与印刷领域的纳米科技来了一次“面对面”接触。

“我们的核心技术是纳米材料绿色制版技术，这是一种非感光、无污染、低成本的新型印刷制版技术，”在中科纳新工作的中科院化学所博士纪艺琼介绍，“如果进一步推广，它必将引发整个印刷业颠覆性的变革。”

走进生产车间，几台看似不起眼的制版机躺在中间，几名工作人员正将一张铝板放进机器内，不多时，一张制好的版材就从机器尾端出口“跑”了出来。没有刺鼻的化学药水味，没有排污管道，甚至没有大的噪音，报纸、杂志制版过程轻而易举完成了。

“喷墨是手段，纳米是我们的核心技术，用纳米手段来实现亲水亲油区域的自由调控。”据纪艺琼介绍，纳米科技给印刷技术带来新的突破，不但环保，还可节约成本，“用这样的印刷设备，可节约30%左右的成本”。

据了解，该项技术的产业化正稳步推进，目前山东等地的报社已开始利用中科纳新的设备大规模印刷报纸。不产生废水，不造成重金属污染，印刷业革命已成为现实。

“纳米”就在我们生活中

除了印刷制版，纳米科技其实早已应用于人们的日常生活之中。只不过，它如同春雨一般，“随风潜入夜，润物细无声”，以至于公众都忽视了它的存在。

“拿纳米钢皂来说，其实技术早就成熟了，在很多地方也买得到。”据国家纳米科学技术指导协调委员会专家组秘书长、国家纳米科学中心科技管理部副主任任红轩介绍，纳米钢皂最早在德国生产出来，近年国内也出现同类产品。这种不锈钢肥皂，能有效去除鱼腥味等多种异味，但由于价格高昂并未进入超市销售，而主要在大商场贩卖。

“纳米科技早就无孔不入了。”在办公室里，任红轩拿起一部苹果手机向记者比画了一下，“这里面的芯片都是利用纳米技术制造出来的，但一般人谁知道？”

在芯片制造领域，纳米科技进步意义重大。每一台电脑、智能手机的生产都离不开芯片。目前，英特尔最先进的移动SoC（系统级芯片）采用22纳米工艺，高通的高端SoC采用28纳米工艺。采用纳米级较低的工艺生产芯片，可提高芯片的性能和能耗效率。最新消息是，英特尔将公布14纳米制造工艺，并表示将利用这项新工艺生产新一代智能手机和平板电脑芯片。毫无疑问，这将带来智能手机、平板电脑性能的新飞跃。

“前两年红火的纳米衣服，在技术上也有了新发展。”据任红轩介绍，国家纳米科学中心正在帮助一家企业研制一种耐高温、透气的纳米衣服，可用于高温下作业的特种行业，“我们提供材料和技术支持，他们生产”。

在医疗领域，纳米科技也早已应用多年。但相对于治疗，目前纳米科技主要在疾病检测领域发挥作用。科学家针对不同病情设计出不同试纸，“最简单的应用就是检查女性是否怀孕的试纸，用的也是纳米技术。”任红轩说。

据了解，2011年，国家纳米科学中心和检验检疫部门合作，研发了用于快速检测植物病毒的试剂盒，目前这种试剂盒已被海关部门投入使用。中科院生物物理所研究员阎锡蕴也向记者介绍，纳米科技在医学成像、农药检测等领域用途很广。她曾利用纳米模拟酶发展了肿瘤诊断新技术。该技术简便、快捷，突破了免疫组化法依赖于昂贵抗体的限制。

人们日常生活中必须用到的电池、手机显示屏等，也离不开纳米技术。“碳纳米管被用作导电材料，已经用于锂离子电池中，且实现了产业化；利用碳纳米管场发射性质制造的显示屏，在手机上的运用效果非常好，也已实现了产业化。”任红轩告诉记者，每当人们打开手机享受其带来的便利时，就已在不自觉地享受着纳米科技带给人类的福祉了。

下一次工业革命的核心？

1991年，碳纳米管为人类发现，此后被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等研究中。1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达500亿美元……

如今，纳米技术与信息技术、生物技术共同构成当今世界高新技术三大支柱。包括美国、日本、欧盟、俄罗斯等50多个国家和地区都有各自明确的纳米科技发展战略，并投入巨资抢占战略制高点。美国甚至将纳米计划视为下一次工业革命的核心。

“从我国对纳米技术的支持力度看，纳米研究一直是热点。”据任红轩介绍，近年国家在这方面投入的经费基本上每年在10亿元以上。此外，地方政府也有相应投入。当前及未来纳米科技热点在哪里？任红轩称主要集中在以石墨烯为代表的纳米材料、生物医药、信息技术、能源环境几个方面。

“石墨烯是由单层碳原子组成的二维晶体，可是制备功耗更小、速率更高的新一代纳米电子元件的重要基础性材料。它的发现是纳米科技发展史上，距现在最近的一个里程碑事件。”任红轩表示。

在生物医药方面，尽管纳米科技用于新药研发成功的案例不多，但这并非纳米本身的原因，而是因为世界上对药品的研发、上市有着严格审定程序。实际上，科学家们已在实验室研发出很多种新药，在临床数据的表现都很好，但因为审批的原因，正式上市尚需时日。任红轩举例说，经过10多年努力，一种名为“富勒烯包钆”的药物被研发出来，可用于治疗各种肿瘤。它的原理是可在肿瘤组织外围形成一个包围圈，阻断肿瘤组织与外界物质交换，从而实现抑制其生长的目的。目前，研究人员通过实验发现，它在治疗乳腺癌、胰腺癌方面疗效显著，已申请了三个国际专利和20多个附属专利，并通过了动物实验阶段，未来如果能够走入市场，可能会改变目前现有的肿瘤治疗方式。

在信息技术方面，纳米科技对提高每平方英寸存储器的存储密度、提高中央处理器的计算速度有着至关重要的作用。目前，中科院上海微系统所在纳米相变存储器的产业化关键技术上已取得重大突破。“时下流行的可穿戴智能设备，其芯片、材料将来都离不开纳米技术。纳米技术的进步将推进这些智能设备的发展。”任红轩说。

对于中国纳米科技未来的发展，任红轩称和国外主要区别是，我国企业在纳米科技创新方面所承担的角色不同。国内发展纳米科技的主体是科研院所和高校，大型企业参与较少，导致很多技术“沉淀”在机构与院校。“科技创新本来就应以企业为主体，如果没有企业参与，国家的投入再多都没有用。”

此外，纳米技术也亟须建立标准以及认证、认可制度。现在国内在纳米试纸、纳米太阳镜等部分成形的产品生产方面有相关企业标准，但谈不上国家标准，更多产品则缺乏标准，行业有些混乱。任红轩认为有关方面应在产业规范方面作出更多努力。

作者：彭科峰