利用纳米磁学中显著的巨磁电阻效应(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。
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