中国航天器用新型陶瓷基材料

发布时间 :2022-01-12 浏览次数 : 134

      托于中国科学院上海硅酸盐研究所,高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室25年前成立。虽然有个拗口的名称,但该实验室科研人员所作的研究却并不令人陌生,既关乎民生,亦关乎国防。

       一个灵光一现的好想法,从实验室走向现实,再转向市场,其难度不言而喻。“虽然我们实验室所做的大多是基础性研究,但我们也有的放矢,按着应用需求来做,这点毫不含糊。”高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室(以下简称实验室)主任施剑林在接受《中国科学报》记者采访时表示。
      他所在的实验室依托于中国科学院上海硅酸盐研究所(以下简称上海硅酸盐所),于25年前成立。该实验室虽然有个拗口的名称,但该实验室科研人员所作的研究却不让人陌生,既关乎民生,亦关乎国防。
纳米“厂房”提高催化效率
      先进无机材料的研究、开发和利用,是当前材料科学发展最迅速、最活跃的前沿领域之一。其探索性强,交叉学科知识覆盖面广,具有广阔的应用前景。在成立不算长的时间里,实验室在高性能陶瓷材料、纳米材料、超微结构和计算科学等方面所取得的成绩让人瞩目。对于环保人士而言,汽车催化剂不是个陌生的概念。施剑林和他所在的课题组,曾用10年时间,将一种介孔结构的汽车尾气催化剂从实验室推向市场。
       介孔的孔径在2~50纳米,1纳米是1米的十亿分之一。施剑林就在这肉眼无法分辨的长度单位上,将介孔改造成“孔道厂房”的组成部分。当汽车排放的尾气通过这些“厂房”时,纳米孔道内的催化材料便能发挥作用。这种方法,能大幅减少纳米催化材料的用量,提高催化效率,使用寿命也能延长。可能“生不逢时”,这项介孔结构的汽车尾气催化剂推向市场后,恰逢国内销售市场比较混乱,不少针对自主品牌的汽车催化剂的销售价格甚至超过成本。虽然最终结局很遗憾,但一项有价值的科研成果能得到成功转化在一定程度上已是很幸运的事了。
      在生物医用材料方面,施剑林和他的团队不断努力,最近取得了显著进展,某些方面已走在国际最前沿。据悉,研究人员针对不同药物分子的大小,把介孔纳米颗粒的孔道尺寸分别调控为2~10纳米和10纳米以上,分别用于化学药物和基因药物的担载输运;同时调控介孔纳米颗粒的粒径为30~400纳米,并在颗粒表面作适当的修饰改性,就可把药物靶向输送到病变如癌变部位,进入细胞甚至直接进入细胞核内,达到提高疗效、减少毒副作用的目的。
     “我们做的不仅仅是载体材料,还要做细胞实验、活体动物实验等一整套相关实验。等成果出来,未来的目的是能够在临床得到应用。”施剑林说。承担了“运输任务”的纳米颗粒载体,在包覆药物和进行稳定性及靶向修饰之后,通过静脉注射进入人体,它会自动或在外场引导下找到病变部位实施治疗,所以是一种低毒高效的化疗手段,是当前国内外研究的热点和发展方向。此外,结合了化疗、热疗、放射治疗以及高强度聚焦超声无创治疗等的多模式癌症治疗模式,也在该实验室加紧开发。
为肿瘤诊疗提供精准技术
      化学生物是个热点领域。对于施剑林所在的课题组而言,去年算是个丰收年。在多功能介孔纳米生物材料的设计、制备与应用方面,他们取得了不少进展,上海硅酸盐所研究员步文博的研究成果就是代表之一。作为高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室副主任,步文博在应用基础研究领域也干得颇有激情,其研究进展或许将为肿瘤病人带去福音。患者去医院进行是否有肿瘤的诊断,往往要借助分子影像诊断技术,通常采用CT、磁共振、荧光这三种诊断方式,但这三种单一的成像诊断方式各有优劣,都可能出现难以判断的情况或误判。
     “为此,我们制备了一种基于多功能上转换发光的诊断纳米探针,在显微镜下看上去像个‘芝麻球’,却可以将多种成像探测模式联合于一体。”步文博在接受《中国科学报》采访时说,巧妙地将金纳米颗粒与上转化纳米颗粒结合于一体,将此作为CT造影剂和荧光示踪剂,即可同时实现针对病变组织的红外激发上转换荧光成像和增强的CT成像。这样便能大大提高确诊率,为病患提供更精准的诊断。
       多功能纳米诊疗剂,是一种用于高效化疗与放疗结合的协同疗法,这也是步文博的研究之一。他谈到,放疗是临床上治疗癌症的主要手段,可以精确聚焦定位病人的肿瘤部位,并辅以高能X射线杀死癌细胞,达到抑制肿瘤生长的目的。
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