摘要: 作为纳米科学和纳米技术的基础，纳米材料已成为当今最热门的研究主题之一。纳米材料因其独特的体积效应、表面效应和量子尺寸效应，在声、光、电、磁等方面呈现优异的性能。近年来，被广泛应用于生物检测、药物递送、植入材料、医学成像和环境治理等... 展开 作为纳米科学和纳米技术的基础，纳米材料已成为当今最热门的研究主题之一。纳米材料因其独特的体积效应、表面效应和量子尺寸效应，在声、光、电、磁等方面呈现优异的性能。近年来，被广泛应用于生物检测、药物递送、植入材料、医学成像和环境治理等领域中。本文合成了一系列以ZnO为代表的功能型纳米材料，并重点研究了它们的理化性质以及它们在抗菌及降解中的应用。本文包括两大部分，具体研究内容如下： 一、ZnO在抗菌和牙齿美白中的应用 1.1利用原子层沉积(atomiclayerdeposition，简写为ALD)法制备了两种不同的最外层原子层(锌原子和氧原子)的ZnO纳米薄膜，并利用3D打印评价系统定量评价了不同类型最外层原子对ZnO薄膜抗菌活性的影响。结果表明，不同的最外层原子层的ZnO对不同菌种的抑制作用也不同。以锌原子为最外层的ZnO纳米薄膜(简写为ZnO-Zn)对革兰氏阴性的大肠杆菌(Escherichiacoli，简写为E.coli)有较好的抗菌效果。相反，以氧原子为最外层的ZnO纳米薄膜(简写为ZnO-O)对革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus，简写为S.aureus)具有较强的抗菌活性。此外，我们还从Zn2+逸出、氧空位浓度、光催化活性和细菌的基因表达等方面对这两种ZnO纳米薄膜的抗菌机理进行了系统探讨。 1.2设计并开发了一种基于ZnO-BC的集固有的抗菌性能、光热杀菌性能和抗毒素作用于一身的三重功能杀菌系统。该系统可通过化学联合光热的疗法，协同杀灭细菌，对细菌感染进行有效治疗。此外，由于该系统具有较高的比表面积，可通过负载具有抗炎和抗毒素作用的地塞米松(dexamethasone，简写为DXMS)，减轻毒素对机体的伤害，抑制炎症反应。体外和体内的实验均表明，该系统可有效清除败血症中常见的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。此外，结合其近红外响应特性，可实现在指定部位释放药物，加速细菌的清除和机体的快速恢复。 1.3利用用微波诱导法制备了一系列高比表面积、低能带隙的ZnO。这些ZnO可以在较低强度的长波长的暖光下激发活性。本文以牙齿美白为例，首次将ZnO的光催化性能应用于生物医学领域。同时，利用具有高生物安全性的黄光作为ZnO的激发光源。结果表明，这种方法不仅可以有效的吸附牙齿表面的色素，还可以在黄光下有效分解牙齿表面及深层附着的色素。这一发现将ZnO在光催化领域的应用拓展到了环境和能源领域之外，并在生物医学领域开辟了许多新的机遇。 二、3D打印结合纳米原位输送技术的开发与应用 2.1利用3D打印技术，设计并优化了基于拇指大小的绿色燃料驱动微型马达(thumbsizedmotor，简写为TSM)，以探索其在水污染中的原位修复作用。为了保证水体修复效果，我们在TSM中加入了四个功能单元：用于驱动的绿色燃料、用于引导方向的磁性纳米四氧化三铁(Fe3O4)、用于高效吸附污染物的超轻气凝胶和特殊驯化的枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis，简写为B.subtilis)。当TSM到达污染区域时，会自动释放枯草芽孢杆菌来降解污染物，并通过气凝胶选择性吸附污染物，达到原位修复水体的目的。 2.2合成了肠溶性胶囊包裹的磁性纳米颗粒(enteric-coatedmagneticnanoparticles，简写为EMNPs)，并提出了一种新的生物医学工程概念来实现营养物质吸收的实时调节。磁性纳米颗粒(magneticnanoparticles，简写为MNPs)通过肠溶性胶囊的包裹，可避免胃酸的腐蚀，从而能够顺利到达小肠部位。到达小肠后，胶囊逐渐溶解，在小肠表面形成一层保护膜，同时释放MNPs。在外加磁场的作用下，MNPs的震动会促进小肠的蠕动，可减少碳水化合物的吸收，达到减肥的目的。此外，EMNPs可减少酒精吸收，并通过促进肠道蠕动的方式加速酒精代谢，起到解酒的作用。 收起