中國粉體網(wǎng)訊 納米金剛石(Nanodiamonds，NDs)顆粒是指尺寸介于1-100nm的金剛石顆粒,，是一種重要的碳納米材料,。前蘇聯(lián)在20世紀(jì)60年代合成出世界上第一批納米金剛石，直到20世紀(jì)80年代,，人們才開始對納米金剛石進(jìn)行研究,。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們對納米材料的表面修飾技術(shù)逐漸成熟,，科學(xué)家開始對納米金剛石的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控,，進(jìn)而將其他生物分子和納米顆粒與納米金剛石偶聯(lián)，形成納米復(fù)合物用于藥物運(yùn)輸,，生物成像等領(lǐng)域,。
納米金剛石的分類
Shenderova等人按照初始顆粒尺寸將納米金剛石分類為：（1）納米晶（1-100nm），既可以是單晶（高溫高壓球磨生產(chǎn)）也可以是多晶（石墨碳的冷壓縮合成或爆轟法）,。（2）超單晶粒子（2-10nm）,，由爆轟法或激光燒蝕產(chǎn)生,。（3）類金剛石（1-2nm），通常從石油中提取出來,。然而,，尺寸需要根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行選擇，因?yàn)榧{米金剛石的性質(zhì)取決于他們的形狀和大小,。其中,，超納米晶范圍內(nèi)的納米金剛石被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這種納米金剛石主要通過爆轟法來合成,，其特征尺寸為4-5nm,。
從空間尺度分類，納米金剛石分為零維納米金剛石單晶顆粒,、一維金剛石納米棒,、二維金剛石納米片、三維納米金剛石聚晶顆粒及納米金剛石膜,。
納米金剛石的主要合成方法
（1）高溫高壓法
高溫高壓法是一種將石墨粉在準(zhǔn)靜水壓及高溫作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸w粒的方法,。該方法常使用過渡金屬，如Fe,、Ni等作為觸媒,，加速石墨相到金剛石相的轉(zhuǎn)變。高溫高壓法可以可控制備不同晶粒尺寸,、不同形貌及質(zhì)量的金剛石顆粒,，是發(fā)展最久、使用最普遍的金剛石顆粒制備方法,。但是該方法反應(yīng)條件苛刻,，所需壓強(qiáng)（超過104個(gè)大氣壓）和溫度（超過1200℃）過高，且生產(chǎn)成本較高,、安全系數(shù)低,。
（2）化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法是制備納米金剛石顆粒、薄膜,、金剛石納米片和金剛石納米線的共同方法,，該方法基于CH4、H2和Ar或者N2等碳?xì)浠衔镒鳛樘荚�,，作為生長金剛石的前驅(qū)體,，通過金剛石的二次成核，獲得致密的,、晶粒尺寸為納米級的金剛石。改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及參與氣體的種類及濃度比例,，可控制備納米金剛石顆粒,、薄膜,、金剛石納米片和金剛石納米線。
（3）爆轟法
爆轟法合成納米金剛石生產(chǎn)成本相對較低,、效率相對較高,，通過爆炸時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓將爆炸體系的碳元素轉(zhuǎn)變?yōu)楹{米金剛石的黑粉。該方法合成的納米金剛石顆粒雜質(zhì)較多,，且需要經(jīng)過篩選,、提純?nèi)コ翘嘉镔|(zhì)得到納米金剛石顆粒。爆轟法納米金剛石顆粒外殼為類金剛石或類石墨的無序結(jié)構(gòu),，大小一般集中在2-10nm,，顆粒之間存在著范德華力，由于其尺寸小質(zhì)量輕,，從而易團(tuán)聚,，但是其表面有相對更多的活性基團(tuán)。
（圖片來源：張奎奎.基于納米金剛石的多功能平臺的構(gòu)建及其生物應(yīng)用的研究）
（4）破碎法
破碎法又稱為高能球磨法,，用球磨機(jī)通過控制不同的球磨介質(zhì),、磨料比以及其它實(shí)驗(yàn)參數(shù)，經(jīng)過研磨,、振動等方式將塊體金剛石破碎成不同尺寸的納米金剛石顆粒,。該方法操作簡單、條件溫和,，常用于金剛石顆粒的工業(yè)化生產(chǎn),。但該方法合成的納米金剛石顆粒尺寸差異較大，易團(tuán)聚,，需要分散球磨后的納米金剛石顆粒,，且由于金剛石材料具有極高的硬度及耐磨性，導(dǎo)致設(shè)備零件及球磨介質(zhì)極易受損壞及分散后的顆粒中雜質(zhì)含量過高,。
納米金剛石的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用
（1）吸附生物分子
納米金剛石由于比表面積大,、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、表面官能團(tuán)較多等性質(zhì),，通過親水,、疏水作用及靜電力等實(shí)現(xiàn)對小分子以及大的生物分子的吸附，用于醫(yī)藥領(lǐng)域中,，包括載藥,、抗癌治療、蛋白質(zhì)分離,、殺菌等方面,，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮愈來愈重要的作用。
基于納米金剛石的基因遞送平臺,，是一種簡便,、快速,、廣泛的基因傳輸工具。納米金剛石被修飾后通過靜電作用與基因結(jié)合,，對核酸有高親和力,，可以促進(jìn)基因向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增強(qiáng)了疾病的治療能力,，而且還顯示出低細(xì)胞毒性的特點(diǎn),，因此，納米金剛石進(jìn)行基因遞送用于靶向治療是一種很有前景的疾病治療方法,。
（2）生物傳感
熒光納米金剛石具有光穩(wěn)定性高,、明亮的多色熒光、生物毒性低,、物化性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),，在生物傳感方面也具有應(yīng)用價(jià)值。
在細(xì)胞生長過程中起重要信號作用的標(biāo)志物,，如過氧化氫,、谷胱甘肽、金屬離子等,，常通過與有機(jī)熒光探針結(jié)合或反應(yīng)時(shí)的熒光變化來檢測,，然而，有機(jī)熒光探針在強(qiáng)光光源激發(fā)下易漂白,，納米金剛石即使在強(qiáng)光照射下也不會發(fā)生光漂白,，而且在與生物分子相互作用時(shí)基本不會發(fā)生熒光變化，因此,，熒光納米金剛石常被開發(fā)應(yīng)用于檢測,、生物傳感、細(xì)胞示蹤和細(xì)胞活動探究等生物應(yīng)用,。
（3）細(xì)胞標(biāo)記與生物成像
用高能粒子束輻照高溫高壓納米金剛石,，在經(jīng)過高溫退火可以產(chǎn)生NV（氮空位）色心，使納米金剛石具有熒光,。這種具有熒光的納米金剛石可以用于生物成像,。
帶負(fù)電荷的NV色心金剛石具有廣泛的紅光發(fā)射（600-800nm）和出色的光穩(wěn)定性（既無光漂白又無光閃爍現(xiàn)象），發(fā)光波段處于生物窗口區(qū),，能夠很好的適用于生物成像,。但是，激發(fā)波長通常在510-560 nm,，會被有機(jī)分子吸收,，從而引起組織自熒光干擾及組織穿透深度低。熒光納米金剛石的亮度很大程度上取決于缺陷密度和顆粒大小，常用的生物成像的熒光納米金剛石粒徑在100nm以上,，但是粒徑較大的熒光納米金剛石很難被細(xì)胞攝取,，遺憾的是,，50 nm以下的熒光納米金剛石熒光性能不足以用于熒光生物成像,，但是可以在小粒徑納米金剛石表面修飾熒光基團(tuán)，使其具有熒光性能,。
（4）組織工程
組織工程學(xué)是通過構(gòu)建生物相容性好的組織替代物以恢復(fù)和改善組織功能的技術(shù),。傳統(tǒng)的人造關(guān)節(jié)涂層材料常使用金屬材料，因而易產(chǎn)生金屬過敏,、排斥反應(yīng)等不利于骨組織的修復(fù)和再生,，納米金剛石由于良好的生物相容性不會引起免疫排斥反應(yīng)，同時(shí)具有抗菌特性,，而且與傳統(tǒng)的金屬材料相比,，高硬度的納米金剛石制造的人造關(guān)節(jié)材料磨損輕微。另外,，納米金剛石還是良好的口腔材料,。
雖然納米金剛石被應(yīng)用于多個(gè)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，但仍有一些需要解決的問題,，例如,，納米金剛石的解聚問題，如何降低成本,、降解副產(chǎn)物,，以及設(shè)計(jì)表面化學(xué)修飾方法及結(jié)構(gòu)來制備更好的功能材料。此外,，使用納米金剛石制備復(fù)合材料將為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的納米材料帶來更多的新穎性,。
小結(jié)：
納米金剛石是一類新興的碳納米材料，具有卓越的力學(xué)性能,、光學(xué)性能,，較大的比表面積和可調(diào)控的表面結(jié)構(gòu)等特性。其獨(dú)特之處之一是存在熒光缺陷中心,，區(qū)別于其他碳納米材料,。人們可以通過表面摻雜、內(nèi)部摻雜以及化學(xué)官能團(tuán)等方式來合理調(diào)控納米金剛石的力學(xué)性能,、化學(xué)性能以及光電性質(zhì)等,，這使得納米金剛石在聚合物復(fù)合材料、電子器件,、生物醫(yī)藥,、能源、環(huán)境和軍事等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。
參考來源：
1,、秦世榮.納米金剛石/稀土化合物復(fù)合納米粒子的制備及其生物應(yīng)用研究
2,、王福濤.稀土上轉(zhuǎn)換粒子修飾的納米金剛石在雙模成像及藥物運(yùn)輸中的應(yīng)用探究
3、張奎奎.基于納米金剛石的多功能平臺的構(gòu)建及其生物應(yīng)用的研究
4,、王歡. 富含特定含氧官能團(tuán)的碳納米材料的構(gòu)建及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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