恩诺沙星和玉米赤霉烯酮新型纳米材料标记免疫检测方法.docx

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1、摘 要食品中有毒有害污染物威胁着人类的健康，也是导致食品安全问题出现的重要因素之一。免疫分析方法因其高灵敏度、高通量、高特异性、低检测成本及操作快捷简便等优异特性而被广泛应用于食品中痕量污染物的快速分析。以纳米材料为探针元件的新型纳米免疫传感分析方法为进一步提高检测灵敏度及拓宽应用范围提供了必要的支持。本论文以零维半导体量子点（QDs）、金纳米粒子（AuNPs）和二维黑磷纳米片（BPNSs）-贵金属纳米复合物（BP-Au、BP-Pt、BP-Au-Pt）等不同维度的纳米材料为研究对象，探索了其独特的光，热，吸附和催化性能，并依次为免疫传感分析探针元件，构建了4类新型纳米免疫分析方法，从而实现了对

2、食品中小分子污染物的快速，高度灵敏的检测。具体内容如下：1. 量子点荧光及荧光淬灭纳米免疫层析传感分析方法的研究以最大发射波长（ex）为585 nm的橘红色CdTe/ZnS羧基水溶性QDs作为荧光探针元件，通过化学共价结合分别与玉米赤霉烯酮（ZEN）单克隆抗体（ZEN-Ab）或抗恩诺沙星（ENR）多克隆抗体（ENR-Ab）偶联制备免疫探针，构建了基于QDs荧光信号的半定量免疫层析传感分析方法（QICS）。并选用ex=525 nm的绿色QDs与鸡卵白蛋白（OVA）偶联制备作为荧光供体探针，选用最大吸收波长（Ab）为520 nm的AuNPs分别与ZEN-Ab或ENR-Ab结合制备荧光受体探针，构建

3、了基于QDs/AuNPs淬灭体系的荧光淬灭半定量免疫层析传感分析方法（A-FICS）。在用于ZEN的检测时，QICS及A-FICS分别实现了PBS缓冲液中1、0.25 g L-1 ZEN的检出以及谷物样品中20、5 g L-1 ZEN的检出。在用于ENR的检测时，QICS及A-FICS同样分别实现了PBS缓冲液中1、0.25 g L-1ENR的检出，且实现了动物源性食品中5、1.25 g L-1 ENR的检出。两种方法均可以在30 min内实现对食品中污染物的快速检测，且A-FICSs具有更高的灵敏度。相比于市售酶联免疫吸附（ELISA）试剂盒，ICSs具有灵敏度高、快捷及简便等优点，适用于动

4、物源性食品及谷物样品中食品污染物的现场可视化快速检测。2. 黑磷-金纳米复合物新型荧光淬灭免疫层析传感分析方法研究利用BPNSs的化学不稳定性合成了Ab=518 nm的BPNSs-AuNPs复合物（BP-Au），通过密度泛函理论（DFT）探索了BP-Au复合材料的形成机理，并通过荧光分析测定了BP-Au复合材料对QDs的荧光猝灭率。BP-Au与ZEN-Ab偶联制备新型荧光淬灭探针。选用ex=525 nm的QDs与OVA偶联作为荧光供体探针，构建了基于QDs/BP-Au淬灭体系的荧光淬灭半定量免疫层析分析方法（B-FICS）。B-FICS对ZEN的检测限为0.1 g L-1，对谷物样品进行检测，

5、检测限为2 g kg-1。B-FICS的灵敏度较A-FICS提高了2.5倍，证明对于QDs的淬灭而言，BP-Au比AuNPs具有更强的性能和应用潜力。B-FICS的成功构建为谷物中ZEN的快速，高灵敏度检测提供了一种新颖的方法，并为BPNSs在免疫传感分析及食品安全检测中的应用提供了新思路。3. 黑磷-金纳米复合物高灵敏度光热免疫层析传感分析方法研究除光吸收性能外BP-Au具有优异的光热性能。相较于BPNSs，BP-Au的光热转换率（）提高了12.9%。借助BP-Au良好的光热性能及物理吸附性能，将ENR-Ab与其偶联制备了新型光热传感探针。以此构建了基于BP-Au的光热定量免疫层析分析方法（

6、PT-ICS）。该方法通过对T线处温度变化的分析实现了ENR的高灵敏定量检测分析，其检测限为0.023 g L-1，线性范围为0.03-10 g L-1。对动物源性食品样品进行检测，检测范围为0.45150 g kg-1，回收率为72.6-126.2。该PT-ICS较可视化半定量ICS和ELISA试剂盒的测定结果更为灵敏，为动物源性食品中ENR残留的快速、高灵敏定量检测提供了新策略，并有望用于其他食品污染物的高度灵敏检测。4. 以黑磷-铂纳米复合物为纳米酶探针的免疫吸附比色及光热传感分析技术研究在BPNSs表面原位还原超小铂纳米粒子（PtNPs），形成BP -Pt纳米酶。基于其良好的类过氧化物

7、酶性质和物理吸附性质，制备了新型的非酶信号探针用以替代辣根过氧化物酶（HRP）标记二抗，并建立了一步法非酶免疫吸附分析方法（NISS）用于高灵敏度检测ENR，LOD为0.005gL-1，灵敏度为0.068gL-1（R2=0.994）。此外，基于TMB催化氧化产物（oxTMB）在808 nm处的良好光热性能，建立了光热免疫吸附测定（PT-NISS）。PT-NISS的检测结果与NISS一致。另外，NISS和PT-NISS在动物衍生食品样品中的ENR回收率分别为75.1-124.1和71.2-119.1。检测结果与市售ELISA试剂盒一致。NISS和PT-NISS为检测食品样品中的残留污染物提供了更

8、为快速和有希望的策略，并有望用于检测其他高度敏感的生物大分子。关键词：食品污染物；二维黑磷纳米片；光热传感；纳米酶；量子点；荧光猝灭；免疫分析ABSTRACTFood contamination threatens human health and is one of the important factors leading to food safety issues. Immunoassays are widely used for the rapid analysis of trace contaminants in food due to their high specificity,

9、 high sensitivity, high throughput, low detection cost, and fast and easy operation. The new nano-immunoassays using nano-materials as probe elements provides necessary support for further improving the sensitivity and broadening the application range. In this thesis, nano-materials with different d

10、imensions such as zero-dimensional semiconductor quantum dots (QDs), gold nanoparticles (AuNPs) and two-dimensional black phosphorus nanosheets (BPNSs) -precious metal nanocomposites (BP-Au, BP-Pt, BP-Au-Pt) are taken as research object, and their unique light, heat, adsorption and catalytic propert

11、ies are explored. Using the above nanomaterials as probe elements for immunosensing analysis, five new types of nanoimmunoassays have been established, thereby achieving rapid and highly sensitive detection of small molecular contaminants in food. The details are as follows:1. Quantum dot fluorescen

12、ce and fluorescence quenching nanoimmunochromatographic sensing assaysIn this section, orange-red CdTe/ZnS carboxyl water-soluble QDs with a maximum emission wavelength of 585 nm are used as fluorescent probe elements. They are chemically covalently bound to zearalenone (ZEN) monoclonal antibody (ZE

13、N-Ab) or anti- Enrofloxacin (ENR) polyclonal antibody (ENR-Ab) was conjugated to prepare immunoprobe, and fluorescent semi-quantitative immunochromatographic sensing assay (QICS) was established. In addition, green QDs with maximum emission wavelength of 525 nm was coupled with chicken ovalbumin (OV

14、A) as fluorescent donor probes, and AuNPs with maximum absorption wavelength of 520 nm was combined with ZEN-Ab or ENR-Ab as fluorescent receptor probes. A fluorescence quenching semi-quantitative immunochromatographic sensing assay (A-FICS) based on QDs/AuNPs quenching system was constructed. When

15、used for the detection of ZEN, QICS and A-FICS respectively achieved the detection limits (LODs) of 1 and 0.25 g L-1 ZEN in PBS buffer and 20 and 5 g L-1 ZEN in cereal samples. When used for ENR detection, QICS and A-FICS achieved LODs of 1 and 0.25 g L-1ENR in PBS buffer and 5 and 1.25 g L-1 ENR in

16、 animal-derived food samples. Both assays achieved rapid detection of contaminants in food within 30 minutes, and A-FICSs has higher sensitivity. Compared with commercial ELISA kits, ICSs have the advantages of high sensitivity, quickness, and simple operation. They are suitable for the on-site visu

17、alization and rapid detection of food contaminants in cereal and animal-derived food samples.2. A novel fluorescence quenching immunochromatographic sensing method based on black phosphorus-Au nanocomposites as acceptor probeIn this section, the chemical instability of BPNSs was used to synthesize a

18、 BPNSs-AuNPs nanocomposites (BP-Au) with a maximum absorption wavelength of 518 nm. The formation mechanism of BP-Au composites was explored by density functional theory (DFT). The fluorescence quenching rate of QDs by BP-Au composites was measured by fluorescence analysis. Furthermore, BP-Au was co

19、upled with ZEN-Ab as novel fluorescence acceptor probe, and QDs with a maximum emission wavelength of 525 nm was coupled with OVA as fluorescent donor probe. A fluorescence quenching semi-quantitative immunochromatographic analysis method (B-FICS) based on the QDs/BP-Au quenching system was construc

20、ted. B-FICS has LOD of 0.1 g L-1 for ZEN in PBS buffer and 2 g kg-1 in cereal samples. The sensitivity of B-FICS is 2.5 times higher than that of A-FICS, which proves that for quenching QDs, BP-Au has stronger performance and application potential than AuNPs. The successful construction of B-FICS pr

21、ovided a novel method for rapid and high-sensitivity detection of ZEN in cereals, and provided new ideas for the application of two-dimensional BPNSs in food safety testing.3. High sensitivity photothermal immunochromatographic sensing assay based on black phosphorus-Au nanocomposite as photothermal

22、 probeA novel photothermal sensing probe was established by coupling BP-Au with ENR-Ab through physical adsorption, and a photothermal quantitative immunochromatographic analysis method (PT-ICS) based on the good photothermal performance of BP-Au was constructed. The LOD of PT-ICS for ENR is 0.023 g

23、 L-1 in PBS buffer, and the linear range is 0.03-10 g L-1. When detection animal derived food samples, the detection range of 0.45150 g kg-1 and a recovery rate of 72.6% -126.2% was achieved. The PT-ICS is more sensitive than semi-quantitative ICSs and the ELISA kit, which provides a new strategy fo

24、r the rapid and highly sensitive quantitative detection of ENR residues in animal-derived foods, and is expected to be used for highly sensitive detection of other food contaminants.4. Colorimetric and photothermal non-enzymatic immunosorbent sensing assay based on black phosphorus-platinum nanocomp

25、osite as nanometer enzyme probeUltra-small platinum nanoparticles (PtNPs) were reduced in situ on the surface of BPNSs to form BP-Pt nanozymes. Based on its good peroxidase-like properties and physical adsorption properties, a novel nanozymatic signal probe was prepared to replace the horseradish pe

26、roxidase (HRP) -labeled secondary antibody, and a one-step non-enzymatic immunosorbent assay (NISS) was established. The assay (NISS) was used to highly sensitive detect ENR with LOD of 0.005 gL-1 and a sensitivity of 0.068gL-1 (R2 =0.994) in PBS buffer. In addition, based on the good photothermal p

27、erformance of TMB catalytic oxidation product (oxTMB) at 808 nm, a photothermal immunosorbent assay (PT-NISS) was established. The test results of PT-NISS are consistent with NISS. In addition, the ENR recoveries of NISS and PT-NISS in animal-derived food samples were 75.1% -124.1% and 71.2% -119.1%

28、, respectively. The detection results were consistent with commercially available ELISA kits. NISS and PT-NISS provided faster and promising strategies for the detection of residual contaminants in food samples, and are expected to be used to highly sensitive detect other biological macromolecules.K

29、eywords: Food contaminants, quantum dots, two-dimensional black phosphorus nanosheets, photothermal sensing, nanoenzymes, fluorescence quenching, immunoassay目 录第一章 绪 论11.1 食品安全检测技术概述11.1.1 液相色谱技术11.1.2 气相色谱技术11.1.3 毛细管电泳技术21.1.4 其他前瞻性技术21.2 免疫检测分析研究概述21.3 纳米免疫分析传感技术研究概述41.3.1比色免疫传感分析41.3.2 荧光免疫传感分析6

30、1.3.3 光热免疫传感分析111.3.4 纳米酶免疫传感分析131.4 二维黑磷纳米片151.4.1 黑磷纳米片161.4.2 黑磷纳米片的制备171.4.3 黑磷纳米片的应用181.5 本课题研究的意义和内容211.5.1 研究意义211.5.2 主要研究内容211.6 参考文献23第二章 量子点荧光及荧光淬灭纳米免疫层析传感分析方法的研究332.1 前言332.2 材料与方法342.2.1 实验试剂342.2.2 主要仪器352.2.3 待测物抗体的纯化及包被原的制备352.2.4 传感探针的制备362.2.5 量子点及荧光及荧光淬灭纳米免疫层析传感分析方法设计思路372.2.6 试纸条

31、的组装与检测步骤392.2.7 样品分析402.3 结果与讨论402.3.1 传感探针的表征402.3.2 免疫层析传感分析方法的优化422.3.3 免疫层析分析方法的建立472.4 本章小结512.5 参考文献52第三章 黑磷-金纳米复合物荧光淬灭免疫层析传感分析方法研究543.1 前言543.2 材料与方法543.2.1 实验试剂543.2.2 主要仪器553.2.3 玉米赤霉烯酮单克隆抗体纯化及包被原的制备553.2.4 荧光淬灭探针的制备（BP-Au-Ab）563.2.5 荧光供体探针的制备（QDs-OVA）563.2.6 黑磷-金纳米复合物荧光淬灭免疫层析传感分析方法设计思路563.

32、2.7 试纸条的组装与检测步骤573.2.8 样品分析573.3 结果与讨论573.3.1 黑磷-金纳米复合物表征573.3.2 黑磷-金纳米复合物合成机理研究603.3.3 黑磷-金纳米复合物荧光淬灭免疫层析传感分析方法的优化623.3.4 黑磷-金纳米复合物荧光淬灭免疫层析传感分析方法的优化643.4 本章小结693.5 参考文献70第四章 黑磷-金纳米复合物高灵敏光热免疫层析传感分析方法研究734.1 前言734.2 材料与方法744.2.1 实验试剂744.2.2 主要仪器754.2.3 恩诺沙星多克隆抗体的纯化及包被原的制备754.2.4 光热传感探针的制备37754.2.5 光热性

33、能的测定764.2.6 恩诺沙星黑磷-金纳米复合物光热免疫层析传感方法设计思路37764.2.7 试纸条的组装与检测步骤774.2.8 样品分析784.3 结果与讨论784.3.1 黑磷-金纳米复合物探针的表征784.3.2 复合物在NC膜上的应用性能评价794.3.3 黑磷-金纳米复合物光热免疫层析传感方法的优化804.3.4 黑磷-金纳米复合物光热免疫层析传感方法的建立834.4 本章小结884.5 参考文献89第五章 以黑磷-铂纳米复合物为纳米酶探针的免疫吸附比色及光热传感分析技术研究935.1 前言935.2材料与方法945.2.1 实验试剂945.2.2 主要仪器945.2.3 恩诺

34、沙星多克隆抗体的纯化及包被原的制备955.2.4 BP-Pt纳米酶的制备955.2.5 恩诺沙星黑磷-铂纳米酶免疫吸附比色及光热传感方法设计思路955.2.6 免疫吸附传感分析方法的建立及检测步骤975.3 结果与讨论975.3.1 黑磷-铂纳米纳米酶探针的表征975.3.2 黑磷-铂纳米复合物稳态动力学分析1015.3.3 非酶免疫吸附传感分析方法的优化1035.3.4 非酶免疫吸附比色传感分析方法（NISS）的建立1055.3.5 非酶免疫吸附光热传感分析方法（PT-NISS）的建立1085.4 本章小结1105.5 参考文献112第六章 结 论1156.1 全文总结1156.2 论文的创

35、新点1166.3 论文的不足之处117第七章 展 望118攻读博士学位期间发表论文情况119致 谢122主要符号表英文缩写英文全称中文AAL-ascorbic acid抗坏血酸AbAntibody抗体AFMAtomic force microscope原子力显微镜BPBlack phosphorus黑磷BSABovine albumin牛血清蛋白EDC1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐ELISAenzyme linked immunosorbent assay酶联

36、免疫吸附分析FT-IRFourier transform infrared spectrum傅里叶变换红外光谱HR-TEMHigh-resolution transmission electron microscope高分辨率透射电子显微镜LODLimit of detection最低检测限MRLMaximum residue limit最大残留限量NHSN-Hydroxy succinimideN-羟基丁二酰亚胺NIRNear Infrared近红外光谱NPNanoparticle纳米粒子NSNanosheet纳米片OVAovalbumin鸡卵白蛋白PTPhotothermal光热PVCPo

37、lyvinyl chloride聚氯乙烯QDsQuantum dots量子点TEMTransmission electron microscope透射电子显微镜UVUltraviolet紫外光谱XPSX-ray photoelectron spectroscopyX射线光电子能谱分析第一章 绪 论食品卫生安全直接关系国计民生，同时也是推动经济发展、促进社会和谐的必要条件。食品贸易的全球化进程增加了受污染食品的传播风险，食品安全问题作为一个全球性问题，引起了国家、食品行业以及消费者越来越多的关注。根据世界卫生组织（WHO）的统计，每年约6亿人因食品污染物（病原体，天然毒素，食品添加剂，农兽药残留

38、等）1-3患病，并导致42万人死亡。其中因真菌毒素污染而造成的粮食安全问题以及因兽药抗生素残留而导致的抗菌素耐药性（AMR）问题已成为全球人类和动物健康的主要威胁。我国2019年发布的GB 27612017和GB 316502019标准中，分别对6类真菌毒素和267类兽药残留制定了2230项限量及使用要求，实现了对真菌毒素及兽药品类及食品种类的基本覆盖，为加强我国食品安全治理管理提供了强有力的支撑4, 5。1.1 食品安全检测技术概述食品安全检测技术的开发及应用在保障居民食品卫生安全中的重要性不言而喻。然而，由于真菌毒素和兽药残留往往以痕量的形式存在，加之复杂的食品基质严重干扰检测结果，因此开

39、发出灵敏度高、准确性好的检测分析方法一直是食品安全分析领域的巨大挑战。目前，要实现高精度和高灵敏度，食品分析和安全验证主要依靠传统仪器分析方法。1.1.1 液相色谱技术带有不同检测器（例如二极管阵列检测器（DAD）、质谱（MS）、荧光检测器（FLD）的液相色谱（LC）已被广泛应用于食品污染物检测中，特别是针对具有高极性、非挥发性以及热不稳定性的污染物的检测6-9。我国也基于HPLC开发了多项食品安全国家标准检测方法。与其他方法相比，该方法因效能高、灵敏度高以及使用广范等优势而被广泛接受。其中，基于MS检测系统的HPLC-MS/MS的检测过程无需衍生化，通过在色谱洗脱过程中对多个碎片离子的特殊监

40、控即可实现定量检测10-12。1.1.2 气相色谱技术搭载不同检测器（如氢火焰离子检测器（FID）和热导检测器（TCD）的气相色谱技术（GC）和气相色谱-质谱（GC-MS）技术被用于食品污染物的检测13, 14。但除了高挥发性的农药成分外，多数食品中污染物因具有高极性和低挥发性等特性，需要复杂的衍生化后才可通过GC分析。尽管GC相关技术在许多挥发性农药残留检测及食品挥发性物质检测方面具有许多优势15，但由于需要进行衍生化步骤（通常会遇到降解问题），因此其在真菌毒素和兽药残留等污染物的分析中的应用并不广泛16, 17。1.1.3 毛细管电泳技术毛细管电泳（Capillary-electropho

41、resis，CE）18-20因样品消耗小、高校、快速等优势而得到了广泛的应用。但CE常需通过搭载检测器（如紫外、电导率及化学发光检测器）等方式实现分析检测，且其较短的光路严重影响了检测灵敏度21，因此限制了其在真菌毒素和兽药残留等污染物检测中的应用。1.1.4 其他前瞻性技术复杂的检测步骤，笨重且昂贵的仪器是限制其在现场测试中应用的主要瓶颈。仪器的灵敏度和便携性似乎无法同时实现。因此，研究人员将目光转向其他前瞻性方法上，例如拉曼光谱技术（Raman）22, 23、分子印迹技术（MIT）24, 25、电化学方法或时间分辨光谱技术26, 27。不幸的是，同样的问题仍然存在。值得一提的是，食品中蛋白

42、质、盐类、脂质和其他小分子物质等复杂成分极易污染仪器，从而导致信号波动大、检测灵敏度低以及基质效应等一系列问题。因此，样品预处理成为了几乎所有仪器分析检测中最为基本且必不可少的步骤28-30。常见的样品预处理方法包括固相萃取（SPE）31, 32，分散固相萃取（D-SPE）33, 34，固相微萃取（SPME）35, 36，免疫亲和柱（IAC）37，磁性固相萃取（MSPE），分散液-液微萃取（DLLME）等方法38-40。但预处理过程操作繁琐、耗时长、提取试剂及样品需求量大且损耗程度高等问题，成为了限制仪器分析技术应用的又一个关键因素。因此建立高效、快速、高灵敏度的现场快速分析技术，使食品污染物

43、的检测分析方法逐渐向更简单，更高效的方向迈进，对从源头上控制和防范食品安全风险，实现“从农田到餐桌”的食品安全综合管理，保证食品产业的可持续、快速发展具有重要的现实意义。1.2 免疫检测分析研究概述免疫分析技术（Immunoassay，IA）于20世纪50年代兴起，Yalow和Berson于1959年首次提出的放射免疫检测方法41，并因此而获得1977年诺贝尔生理和医学奖42。这成为了当时唯一的生物学分析技术。但放射性元素对人体健康带来的危害以及其废物对环境造成的恶劣影响使得开发基于非放射性标记物的免疫分析方法成为了亟待解决的问题。1966年下半年，Avrameas和Pierce首次开发了抗原

44、抗体的酶标记技术（Immuno-enzymatic techniques），在一定程度上解决了信号标记的问题。自酶标记技术在1970年被用于免疫组织化学检测后，Engvall和Perlmann于1971年首次实现了固相酶免疫定量检测43，标志着酶联免疫吸附分析方法（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）的成功构建（图1-1）。自此，IA技术被广泛应用于生物医学诊断、食品和环境污染物检测分析等领域。图1-1 免疫分析技术基本原理Fig. 1-1 Scheme of immunoassaysIA的根本原理为至少一种抗体与抗原发生特异性的结合反，通过与抗原或

45、抗体偶联的标记物的信号放大反应实现对待测物的定性或定量检测44。常见的IA可分为竞争分析（直接竞争45和间接竞争46）和非竞争分析（双抗夹心）两类。在众多应用领域中，对真菌毒素、农兽药残留、以及生理激素等食品及环境中常见的小分子污染物的识别及检测通常通过竞争法实现，这是因为其仅具有单一表面决定簇，无法形成多个抗体47-49。目前已有基于独特型抗体、抗异型抗体或抗体可变区片段的开放夹心式非竞争分析方法应用于小分子待测物的检测中，但仍处于探索阶段50。对于肿瘤标志物、致病菌、食物过敏源等具有多个表面决定簇的生物大分子待测物而言，常通过双抗夹心的方式实现高灵敏检测51-53。在ELISA的基础上，1

46、985年，Zuk RF等人将酶标记免疫分析、色谱分析和毛细管迁移等方法相结合开发了酶标记的可视化快速免疫层析分析方法（immuno-chromatographic assay，ICA）（图1-2）54。与ELISA相比，ICA操作简单，不依赖仪器，无需苛刻的实验室条件以及专业检测技术人员即可实现快速可视化分析。金纳米颗粒（AuNPs）的引入更是使得ICAs逐渐成为了现场即时检测（point-of-care testing，POCT）最主要的检测手段之一，在解决全球健康问题工作中起到了至关重要的作用55。图1-2 免疫层析分析检测技术示意图56Fig. 1-2. The basic struct

47、ure of ICA相较于上述仪器分析方法而言，免疫分析技术具有更高的可操作性，无需昂贵的仪器设备以及复杂的样品前处理过程。同时，免疫分析技术还因具有检测通量高、特异性强、线性范围好、耗时短及成本低等不可比拟的优势而在分析领域种具有不可替代性。1.3 纳米免疫分析传感技术研究概述随着纳米技术的发展，自然科学的每个分支都受到了巨大影响。纳米材料是一类一维或多维尺寸在1-100 nm（纳米尺寸）范围，或由其作为基本粒子组成的材料57, 58（图1-3）。根据结构不同，纳米材料可被分为零维（0D）、一维（1D）、二维（2D）及三维（3D）材料，其中，将0D、1D和2D材料称为低维材料。纳米材料具有独特的小尺寸效应（small size effect）、表面效应（surface effect）、量子尺寸效应（quantum size effect）及量子隧道效应等特性（quantum tunneling effect），并因结构尺寸、材质及形态的不同在声、光、热、磁、力、电等方面表现出了多种多样的异于宏观物质的优异性能。基于上述特性，纳米材料为生物医学、航天、能源、环境以及化工等领域的发展提供了有力的支撑。图1-3 纳米材料尺寸及分类示意图Fig. 1-