第一篇：角鯊烯的功能及其應(yīng)用研究進(jìn)展

角鯊烯的功能及其應(yīng)用研究進(jìn)展

李成

上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

摘要：角鯊烯是一種脂質(zhì)不皂化物，分布廣泛，主要存在深海鯊魚的肝油中。角鯊烯具有很強的生物活性。角鯊烯具有提高體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)活性、增強機體免疫能力、改善性功能、抗衰老、抗疲勞、抗腫瘤等多種生理功能,是一種無毒性的具有防病治病作用的海洋生物活性物質(zhì)[1]。本文主要綜述角鯊烯的功能和應(yīng)用進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：角鯊烯；功能；應(yīng)用；理化性質(zhì) 角鯊烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

角鯊烯又名鯊烯、三十碳六烯、魚肝油萜，化學(xué)名為2，6，10，15，19，23–六甲基–2，6，10，14，18，22–二十四碳六烯，是一種高度不飽和烴類化合物，最初由日本化學(xué)Tsujimoto于 1906 年在黑鯊魚肝油中發(fā)現(xiàn)[2] [3]。角鯊烯是一種天然三萜烯類、多不飽和脂肪族烴類化合物，含有六個非共軛雙鍵，其結(jié)構(gòu)見圖1［4］，其性質(zhì)見表1。

圖1 角鯊烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)

表1 角鯊烯的性質(zhì)

分子式C30H50 分子量410.72 碘值 皂化值 酸值

比重（25℃）折光指數(shù) 熔點 沸點

371 <0.5 <0.5

0.857~0.863 1.4955～1.4975-75℃ 198 K 285℃ 角鯊烯的來源

角鯊烯廣泛存在于動植物體內(nèi)。角鯊烯主要來自深海鯊魚肝油，大多數(shù)鯊魚肝油都含有大量的角鯊烯，如深海的鎧鯊肝油中含角鯊烯40%～74%，小刺鯊肝油含角鯊烯49%～89%，其他深海鯊魚，如緣吻田氏鯊、新西蘭烏鯊也都含有較多的角鯊烯，范圍在32%～79%之間[5] [6] [7]。同時還少量存在于油脂不皂化物中，尤其在橄欖油、棕櫚油及其脫臭餾出物中含量較多。最近發(fā)現(xiàn)莧菜籽油含有3% 以上角鯊烯，莧屬植物種子油有望作為潛在角鯊烯資源。菜籽油、大豆油、米糠油、棉籽油等植物油也含有一定量角鯊烯，其它油脂雖也含有角鯊烯，但含量較少[8][9]。

角鯊烯廣泛分布在人體內(nèi)膜、皮膚、皮下脂肪、肝臟、指甲、腦等器官內(nèi)，在人體脂肪細(xì)胞中濃度很高，占正常健康成年人指甲特征性脂類成分37.172%，皮脂中含量也較多，每人每天可分泌角鯊烯約 125~425mg，頭皮脂分泌量最高[10]。

植物油角鯊烯大部分隨油脂脫臭時進(jìn)入脫臭餾出物，在脫臭餾出物中以生育酚―角鯊烯、甾醇―角鯊烯聚集化合物形式存在，由于這些組分間性質(zhì)相似，分離十分困難，目前尚無理想方法。不同原料角鯊烯含量見表2[11]。

表2不同原料角鯊烯含量

原料

深海鯊魚肝油54~86 橄欖油0.2~0.4 莧菜紅油3.0~6.0 羅漢果仁油12.5 棕櫚油脫臭餾出物0.5~0.8 大豆油脫臭餾出物1.83 米糠油脫臭餾出物 米糠油0.008~0.028 橄欖油脫臭餾出物 卡諾拉油脫臭餾出物

角鯊烯因含六個雙鍵，極不穩(wěn)定，易氧化，在空氣中放置會產(chǎn)生特殊氣味，易在鎳、鉑等金屬作用下加氫形成另一種生物活性物質(zhì)―角鯊?fù)?。角鯊烯常溫下為無色油狀液體，不溶于水，難溶于甲醇、乙醇和冰醋酸，易溶于乙醚、石油醚、丙酮、四氯化碳等有機溶劑。因此，角鯊烯可用有機溶劑有效提取，根據(jù)其在不同溶劑中溶解性，可采用冷凍結(jié)晶而分離。目前除從深海鯊魚肝油中提取外，主要從橄欖油脫臭餾出物中提取。

含量

1.9 10~30

1.21 角鯊烯的功能

3.1 角鯊烯的抗癌、抗腫瘤作用

角鯊烯具有極強供氧能力，可抑制癌細(xì)胞生成，防止癌細(xì)胞擴(kuò)散和因化療而白細(xì)胞減少，對胃癌、食道癌、肺癌，卵巢癌，具有明顯療效。研究表明，角鯊烯可降低砷鹽在細(xì)胞內(nèi)聚集，抑制亞砷酸鈉致癌作用及4–甲基亞硝胺–1–3 吡啶–1–丁酮所誘導(dǎo)肺癌，對結(jié)腸癌亦有預(yù)防作用。周金煦等小鼠接種艾氏腹水瘤（EAC）細(xì)胞試驗，證明角鯊烯既能降低EAC 接種成活率，又能抑制數(shù)種小鼠腫瘤生長，具防癌、抗癌作用。經(jīng)臨床觀察，角鯊烯對胃癌、食道癌、肺癌總有效率可達(dá)88.4%，且無不良反應(yīng)[12]。

據(jù)報道，角鯊烯膠囊治療白細(xì)胞減少癥臨床有效率達(dá)82.1%，但治療機制尚不明確，可能與角鯊烯抗自由基作用有關(guān)。另有研究表明，角鯊烯能顯著提高血液SOD活性的作用，減輕造血組織損傷，加速造血細(xì)胞的生成，減少白細(xì)胞的破壞；同時，角鯊烯可增強白細(xì)胞代謝活動，對腫瘤化療等所致的白細(xì)胞減少癥有較好療效[12]。

3.2 角鯊烯的抗疲勞作用

疲勞是一種復(fù)雜生理生化過程，通常與代謝紊亂、自由基過多、免疫功能失調(diào)有關(guān)。角鯊烯具有消除自由基、調(diào)節(jié)免疫功能等作用，角鯊烯進(jìn)入人體將迅速引起氧化作用，促使超氧化酶與乳酸脫氫酶顯著升高，乳酸迅速分解，體內(nèi)能量代謝旺盛，體力快速恢復(fù)，疲勞及時消除[13]。同時，角鯊烯又使體內(nèi)紅細(xì)胞大增，可有效克服因缺氧所引起各種疾??；從而為組織細(xì)胞制造能量，為減輕體力疲勞創(chuàng)造充分物質(zhì)基礎(chǔ)[14]。

3.3 角鯊烯的抗心血管疾病

高血壓、高血脂、高血粘是心腦血管疾病元兇，角鯊烯能促進(jìn)血液循環(huán)，預(yù)防及治療因血液循環(huán)不良而引起心臟病、高血壓、低血壓及中風(fēng)等，對冠心病、心肌炎、心肌梗死等有顯著緩解作用?？娠@著降低膽固醇和甘油三酯含量，強化某些降膽固醇藥物藥效，抑制血清膽固醇濃度，降低脂蛋白濃度，并加速膽固醇從糞便中排泄，可延緩動脈粥樣硬化形成[15]。角鯊烯能增加高密度脂蛋白和增加富含攜氧細(xì)胞體，人體攝入后，有助于降壓、降脂、降粘，可迅速促使血管疏通，是人體“血管清道夫”，防止冠心病和腦中風(fēng)發(fā)生。

3.4 角鯊烯的抗感染作用

角鯊烯具有滲透、擴(kuò)散、殺菌作用，可用作殺菌劑。對白癬菌、大腸桿菌、痢疾桿菌、綠膿桿菌、金葡菌、溶血性鏈球菌及念珠菌等有殺滅和抑制作用，可預(yù)治細(xì)菌引起上呼吸道感染、皮膚病、耳鼻喉炎等；還可治療濕疹、燙傷、放射性皮膚潰瘍及口瘡等。

3.5 角鯊烯增加缺氧耐受力

缺氧對機體而言是一種劣性刺激，能嚴(yán)重影響機體的氧化供能，最終導(dǎo)致機體的心、腦等重要器官缺氧，引起氧供應(yīng)不足而死亡。角鯊烯作為一種脂質(zhì)不皂化物，具有提高體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)活性、增強組織對氧的利用、增強機體免疫功能、抗衰老等多種生理功能。目前關(guān)于角鯊烯攝取氧功能的研究已取得一些進(jìn)展[1]。研究表明，角鯊烯具有類似紅細(xì)胞攝取氧的功能，與氧結(jié)合生成活化的氧化角鯊烯，在血液循環(huán)中輸送到機體末端細(xì)胞后釋放氧，從而增加機體組織對氧的利用能力，加速消除因缺氧所致的各種疾病的目的。它可增加組織對氧的利用，促進(jìn)生物氧化還原反應(yīng)及新陳代謝，全面增強體質(zhì)。角鯊烯通過向細(xì)胞供應(yīng)大量氧氣，使細(xì)胞恢復(fù)活力，提高身體的自然治愈能力。角鯊烯的應(yīng)用

4.1 角鯊烯在食品工業(yè)的應(yīng)用

角鯊烯因其具有提高血紅蛋白攜氧能力，促進(jìn)新陳代謝，提高機體免疫力和降低血清總膽固醇，防止動脈粥樣硬化等功能，而常作為功效成分添加于保健食品中。如在美國、歐洲及澳大利亞市場出現(xiàn)一種保健軟膠囊，每粒含角鯊烯500~1000 mg，深受消費者歡迎。在食品工業(yè)，角鯊烯通常作為功能性食品添加劑。近年來，由于明確角鯊烯具有滲透、擴(kuò)散、殺菌作用，無論是口服或涂敷于皮膚上，都能攝取大量氧，加強細(xì)胞新陳代謝，消除疲勞，從而已成為功能明確活性成分在功能性食品中廣泛應(yīng)用。另外，菜籽油加入0.5% 角鯊烯，可提高其熱穩(wěn)定性，減少高溫分解。

4.2 角鯊烯在醫(yī)藥工業(yè)的應(yīng)用

癌癥是人類大敵，迄今為止尚無很好特效藥物治療。許多研究結(jié)果表明，角鯊烯對于腫瘤治療具有一定生物活性，如角鯊烯單獨用于鼠類時即有抗腫瘤效果，其作用機理是角鯊烯可抑制腫瘤細(xì)胞生長，并增強機體免疫力，從而增強對腫瘤抵抗力；另一方面，角鯊烯能抑制致癌物亞硝胺生成，從而可起到抗腫瘤作用。另外，臨床實驗發(fā)現(xiàn)，角鯊烯可與其它抗腫瘤藥物同時使用，使這些藥物藥效得到較大提升，適于淋巴腫瘤等多種腫瘤。此外，角鯊烯對其它一些疾病，如潰瘍、痔瘡、皮炎和皮膚燙傷等癥也有一定療效，并可治療或輔助治療高血脂癥[12][13]。在醫(yī)藥品上，角鯊烯可用作軟膏（親水軟膏、吸水軟膏）基料，也用作栓劑組分，能促進(jìn)藥物充分吸收。近年來，很多國家已將其列入藥物行列，如我國藥典就將角鯊烯作為口服營養(yǎng)藥，劑量為每天l~2 克。日本已將其作為治療低血壓、貧血、糖尿病、肝硬化、癌癥、便秘、齲牙內(nèi)服藥劑，及作為治療膽和膀胱結(jié)石、扁桃腺炎，風(fēng)濕病、神經(jīng)痛、支氣管炎、感冒鼻炎、氣喘、痛風(fēng)、胃及十二指腸潰瘍病等外敷藥劑。

4.3 角鯊烯在化妝品工業(yè)的應(yīng)用

角鯊烯為無色或淡黃色油狀液體，在化妝品中很易形成乳化，因此，可用于膏霜（冷霜、潔膚霜、潤膚霜）、乳液、發(fā)油、發(fā)乳、唇膏、芳香油和香粉等化妝品中作為保濕劑，同時具抗氧化和自由基清除劑作用。另外，也用作高級香皂高脂劑。角鯊烯也廣泛應(yīng)用于美容藥物。含有角鯊烯制劑對痤瘡等皮膚病療效顯著，且無副作用。例如一種以33 份角鯊烯、33 份十二烷和33 份十四烷組成制劑用于治療痤瘡等皮膚病，在施用后幾小時見效，幾天內(nèi)可治愈。金靖德等以角鯊烯7~11 份、維生素E油0.8~1.1 份、維生素DA 油2~3 份、紅花油0.8~1.2份相混合并以大豆油配至成100 份制得美容膠囊，服用后可改善皮膚新陳代謝與微循環(huán)。

由于角鯊烯在高溫和紫外光照射下很易生成過氧化物，所以應(yīng)用于護(hù)膚品時，可使皮膚免受高溫和紫外光傷害。角鯊烯是很好活性氧輸送載體，故含角鯊烯化妝品有防止皮膚粗糙、增強皮膚免疫力等功效。染發(fā)和護(hù)發(fā)用品是日常生活常用化妝品，若由化工原料組成可能會給人們帶來美麗同時也會傷害人們健康。Kamitsuj將角鯊烯及酸性染料配制成一種染發(fā)劑，該染發(fā)劑具有使用安全、染后頭發(fā)自然有光澤、且耐洗特點。Scharfe等以角鯊烯為原料配制成頭發(fā)護(hù)理劑有去頭屑、防脫發(fā)和生發(fā)功效。為改善口感，牙膏中會加入一些香精，香精通常系由一些化學(xué)原料制成，對口腔皮膚會產(chǎn)生刺激作用；日本高砂香料公司在牙膏中加入少量角鯊烯，可減輕牙膏中薄荷油等香料對口腔皮膚刺激。

展望

角鯊烯有著很好的應(yīng)用前景，但是目前對其藥理研究還不是很多，特別是角鯊烯在免疫佐劑方面的研究還處于初步階段。角鯊烯的天然產(chǎn)量比較少，目前人工合成的工藝還不夠完善，產(chǎn)率不高，浪費嚴(yán)重，成本高，探索新的合成方法勢在必行。

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第二篇：生物醫(yī)用功能高分子材料應(yīng)用及研究進(jìn)展

生物醫(yī)用功能高分子材料應(yīng)用及研究進(jìn)展

摘要：隨著人民生活水平的提高，人們對于醫(yī)療保健方面的要求也越來越強，使得對于生物醫(yī)用材料的要求也越苛刻。本文詳細(xì)闡述了生物醫(yī)用功能高分子材料近年來的應(yīng)用研究及發(fā)展?fàn)顩r，綜述了國內(nèi)外生物醫(yī)用高分子材料的分類、特性及研究成果，展望了未來的生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展趨勢。并評述了醫(yī)用高分子材料在人工臟器、藥劑及醫(yī)療器械方面的應(yīng)用介紹了我國近年來的研究情況和存在的問題。

關(guān)鍵詞：高分子材料；發(fā)展趨勢；綜述

1.概述

高分子材料和加工技術(shù)的發(fā)展, 使得人工合成材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用, 變得越來越廣泛。數(shù)十年的醫(yī)學(xué)發(fā)展和臨床應(yīng)用, 證明醫(yī)用高分子材料在人體內(nèi)外, 獲得了成功的應(yīng)用, 而醫(yī)學(xué)的進(jìn)步, 又給高分子材料提出了大量新的課題, 使其向“精細(xì)化” , “功能化” 的方向發(fā)展, 賦予了高分子材料以新的生命力。

生物醫(yī)用高分子材料指用于生理系統(tǒng)疾病的診斷、治療、修復(fù)或替換生物體組織或器官，增進(jìn)或恢復(fù)其功能的高分子材料。研究領(lǐng)域涉及材料學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)。在功能高分子材料領(lǐng)域，生物醫(yī)用高分子材料可謂異軍突起，目前已成為發(fā)展最快的一個重要分支。生物醫(yī)用功能高分子材料中有的可以全部植人體內(nèi)，有的也可以部分植入體內(nèi)而部分暴露在體外，或置于體外而通過某種方式作用于體內(nèi)組織。隨著現(xiàn)代生物工程技術(shù)的高度發(fā)展，又使得利用生物體合成生物材料成為可能。此類材料由于具有良好的生物相容性和生物降解性備受世人矚目。

2生物醫(yī)用功能高分子材料分類

生物醫(yī)用高分子材料分合成和天然兩大類，下面我們就分別對這兩種材料進(jìn)行詳細(xì)的論述。2.1天然生物材料

天然生物材料是指從自然界現(xiàn)有的動、植物體中提取的天然活性高分子，如從各種甲殼類、昆蟲類動物體中提取的甲殼質(zhì)殼聚糖纖維，從海藻植物中提取的海藻酸鹽，從桑蠶體內(nèi)分泌的蠶絲經(jīng)再生制得的絲素纖維與絲素膜，以及由牛屈肌腱重新組構(gòu)而成的骨膠原纖維等。這些纖維由于他們來自生物體內(nèi)且都具有很高的生物功能和很好的生物適應(yīng)性，在保護(hù)傷口、加速創(chuàng)面愈方面具有強大的優(yōu)勢，已引起國內(nèi)外醫(yī)務(wù)界廣泛的關(guān)注。自然界廣泛存在的天然生物材料仍有著人工材料無可比擬的優(yōu)越性能。例如：迄今為止再高明的材料學(xué)家也做不出具有高強度和高韌性的動物牙釉質(zhì)，海洋生物能長出色彩斑斕、堅閶義不被海水腐蝕的貝殼等等。甲殼素又稱幾丁質(zhì)（chitin），廣泛存在于蝦、蟹等甲殼動物及昆蟲、藻類和細(xì)菌中，是世界上僅次于纖維素的第二大類天然高分子化合物。它是一種惰性多糖，用濃堿脫去乙?；赊D(zhuǎn)變成聚殼糖（chintosan）。甲殼素、聚殼糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解產(chǎn)物帶有一定正電荷，能從血液中分離出血小板因子，增加血清中H-6水平，促進(jìn)血小板聚集或凝血素系統(tǒng)，作為止血劑有促進(jìn)傷口愈合，抑制傷口愈合中纖維增生，并促進(jìn)組織生長的功能，對燒、燙傷有獨特療效。比如家蠶絲脫膠后可得到純絲素蛋白成分，絲素蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的生物醫(yī)學(xué)材料，具有無毒、無刺激性、良好的血液相容性和組織相容性。根據(jù)研究報道，由于天然高分子醫(yī)用材料的獨特臨床效果，它的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。2.2合成生物材料

由于天然材料的有限，人們需要大量的生物材料來維持他們的健康。合成高分子材料因與人體器官組織的天然高分子有著極其相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能，因而可以植入人體，部分或全部取代有關(guān)器官。因此，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要支柱材料。與天然生物材料相比，合成高分子材料具有優(yōu)異的生物相容性，不會因與體液接觸而產(chǎn)生排斥和致癌作用，在人體環(huán)境中的老化不明顯。通過選用不同成分聚合物和添加劑，改變表面活性狀態(tài)等方法可進(jìn)一步改善其抗血栓性和耐久性，從而獲得高度可靠和適當(dāng)有機物功能響應(yīng)的生物合成高分子材料。目前，使用于人體植入產(chǎn)品的高分子合成材料包括聚酰胺、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡膠和硅凝膠等。應(yīng)用場合涉及組織粘合、手術(shù)縫線、眼科材料(人工玻璃體、人工角膜和人工晶狀體等)、軟組織植入物(人工心臟、人工腎、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。

合成醫(yī)用高分子材料發(fā)展的第一階段始于1937年，其特點是所用高分子材料都是已有的現(xiàn)成材料，如用丙烯酸甲酯制造義齒的牙床。第二階段始于1953年，其標(biāo)志是醫(yī)用級有機硅橡膠的出現(xiàn)，隨后又發(fā)展了聚羥基乙酸酯縫合線以及四種聚(醚一氨)酯心血管材料，從此進(jìn)入了以分子工程研究為基礎(chǔ)的發(fā)展時期。目前的研究焦點已經(jīng)從尋找替代生物組織的合成材料轉(zhuǎn)向研究一類具有主動誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織器官再生修復(fù)的新材料，這標(biāo)志著生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展進(jìn)入了第三個階段，其特點是這種材料一般由活體組織和人工材料有機結(jié)合而成，在分子設(shè)計上以促進(jìn)周圍組織細(xì)胞生長為預(yù)想功能，其關(guān)鍵在于誘使配合基和組織細(xì)胞表面的特殊位點發(fā)生作用以提高組織細(xì)胞的分裂和生長速度。3.生物醫(yī)用高分子材料的特性要求

醫(yī)用高分子材料，是指在醫(yī)學(xué)上使用的高分子材料。其對于挽救生命．救治傷殘．提高人類生活質(zhì)量等方面具有重要意義。能被用于醫(yī)療領(lǐng)域作為醫(yī)用材料就必須有著它獨特的性質(zhì)，性能要求也必須十分苛刻。通過歸納，應(yīng)當(dāng)符合以下要求：（1）生物相容性。生物相容性是描述生物醫(yī)用材料與生物體相互作用情況的。是作為醫(yī)用材料必不可少的條件．包括血液相容性，組織相容性，生物降解吸收性。（1）生物功能性。生物功能性是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化學(xué)性質(zhì)．具體有：可檢查．診斷疾??；可輔助治療疾?。豢蓾M足臟器對維持或延長生命功能的性能要求；可改變藥物吸收途徑：控制藥物釋放速度、部位．滿足疾病治療要求的功能等。（3）無毒性。無毒性即化學(xué)惰性。此外，還應(yīng)具備耐生物化．物理和力學(xué)穩(wěn)定性。易加工成型，材料易得、價格適當(dāng)．便于消毒滅菌；以及還要防止在醫(yī)用高分子材料生產(chǎn)。加工過程中引入對人體有害的物質(zhì)。（4）可加工性：能夠成型、消毒(紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消毒)等。正因為對于生物醫(yī)用高分子材料的要求嚴(yán)格，相關(guān)的研發(fā)周期一般較長，需要經(jīng)過體外實驗、動物實驗、臨床實驗等不同階段的試驗，材料市場化需要經(jīng)國家藥品和醫(yī)療器械檢驗部門的批準(zhǔn)，且報批程序復(fù)雜、費用高。所以生物材料的研發(fā)成本高、風(fēng)險大。這也是目前生物材料的市場價格居高不下的一個重要原因。4.生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用

根據(jù)不同的角度、目的甚至習(xí)慣，醫(yī)用高分子材料應(yīng)用有不同的分類方法，尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。主要在人造器官、人造組織、以及其它的一些高分子藥劑等。4.1人造器官

（1）人工腎：四十年前荷蘭醫(yī)生用賽璐洛玻璃紙作為透析膜, 成功地濾除了患者血液中的毒素。目前人工腎以中空絲型最為先進(jìn), 其材質(zhì)有醋酸纖維, 賽璐洛和聚乙烯醇。其中以賽璐路居多, 占98%, 它是一種親水性的、氣體和水都能通過的材料, 同時要求有很好的選擇過濾性, 病人的血液從人工腎里流過由它們所構(gòu)成的中空絲膜, 就可將尿素、尿酸,Ca2+等物質(zhì)通過, 并留在人工腎里繼而排出, 而人體所需的營養(yǎng)、蛋白質(zhì)卻被擋住,留在血液里返回人

體, 從而對血液起到過濾作用, 目前中空纖維膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功, 并用于工業(yè)化生產(chǎn)。（2）人工肺：人工肺并不是對于人體肺的完全替代，而是體外執(zhí)行血液氧交換功能的一種裝置，目前以膜式人工肺最為適合生理要求,它是以疏水性硅橡膠, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。(3)人工心臟：1982年美國猶他大學(xué)醫(yī)療中心, 成功地為61歲的牙科醫(yī)生克拉克換上了Jarvak一7型人工心臟, 打破了人造心臟持久的世界紀(jì)錄, 美國人工心臟專家考爾夫博士指出閉,人工心臟研制成功與否取決于找到合適的彈性體, 作為人工心臟主體心泵的高分子材料,現(xiàn)在所用的材料主要為硅橡膠。（4）其它，如人工心臟瓣膜、心臟起搏器電極的高分子包覆層、人工血管、人工喉、人工氣管、人工食管、人工膀胱等。4.2人造組織

指用于口腔科、五官科、骨科、創(chuàng)傷外科和整型外科等的材料，包括：(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡膠等，如蛀牙填補用樹脂、假牙和人工牙根、人工齒冠材料和硅橡膠牙托軟襯墊等；(2)眼科材料：這類材料特別要求具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)、良好的潤濕性和透氧性、生物惰性和一定的力學(xué)性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶狀體(硅油、透明質(zhì)酸水溶液)、人工玻璃體、人工眼球、人工視網(wǎng)膜、人工淚道、隱型眼鏡(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工關(guān)節(jié)、人工骨、接骨材料(如骨釘)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纖維及其復(fù)合材料；(4)肌肉與韌帶材料：人工肌肉、人工韌帶等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纖維等；(5)皮膚科材料：人工皮膚，含層壓型人工皮膚、甲殼素人工皮膚、膠原質(zhì)人工皮膚、組織膨脹器。4.3藥用高分子

(1)高分子緩釋藥物載體：藥物的緩釋是近年來人們研究的熱點。目前的部分藥物尤其是抗癌藥物和抗心血管病類藥物(如強心苷)具有極高的生物毒性而較少有生物選擇性，通常利用生物吸收性材料作為藥物載體，將藥物活性分子投施到人體內(nèi)以擴(kuò)散、滲透等方式實現(xiàn)緩慢釋放。通過對藥物醫(yī)療劑量的有效控制，能夠降低藥物的毒副作用，減少抗藥性，提高藥物的靶向輸送，減少給藥次數(shù)，減輕患者的痛苦，并且節(jié)省財力、人力、物力。目前存在時間控制緩釋體系(如“新康泰克”等，理想情形為零級釋放)、部位控制緩釋體系(脈沖釋放方 式)。近年來研究較多的是利用聚合物的相變溫度依賴性(如智能型凝膠)，在病人發(fā)燒時按需釋放藥物，還有利用敏感性化學(xué)物質(zhì)引致聚合物相變或構(gòu)象改變來釋放藥物的物質(zhì)響應(yīng)型釋放體系。(2)高分子藥物(帶有高分子鏈的藥物和具有藥理活性的高分子)：如抗癌高分子藥物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子藥物(治療動脈硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子藥物(抗菌、抗病毒、抗支原體感染)、抗輻射高分子藥物、高分子止血劑等。將低分子藥物與高分子鏈結(jié)合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一個實現(xiàn)高分子化的藥物是青霉素(1 962年)，所用載體為聚乙烯胺，以后又有許多的抗生素、心血管藥和酶抑制劑等實現(xiàn)了高分子化。天然藥理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制劑等。5.國內(nèi)外研究進(jìn)展

近年來，美國、歐洲和日本對生物醫(yī)用高分子材料的研究與開發(fā)突飛猛進(jìn)，從人工器官到高效緩釋高分子藥物都取得了很多成果和巨大效益。據(jù)美國健康工業(yè)制造者協(xié)會資料報告，1995年世界市場達(dá)1200億美元，美國為510億美元，預(yù)計在21世紀(jì)將成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)在美國商業(yè)化的生物技術(shù)是以醫(yī)藥品為主的。加拿大的生物技術(shù)的優(yōu)勢領(lǐng)域在醫(yī)療器材和制藥業(yè)。在歐洲，英國的生物技術(shù)市場達(dá)到36億歐洲貨幣單位。德國1997年投入生物技術(shù)研究與開發(fā)的總經(jīng)費大約為33億馬克。生物技術(shù)是日本21世紀(jì)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)領(lǐng)域之一。在“生物技術(shù)立國”的口號下，日本政府5年內(nèi)投資2萬億日元，其中生物降解材料和藥物生產(chǎn)商業(yè)化是其重點支持的領(lǐng)域。韓國制定了《韓國生物技術(shù)2000綱要》，在實施綱要的14年期間，政府和企業(yè)將投資200億美元。

我國生物醫(yī)學(xué)高分子研究起步較晚。自20世紀(jì)70年代末起，北京大學(xué)和南開大學(xué)從事這一領(lǐng)域的研究?！熬盼濉逼陂g由何炳林與卓仁禧主持的國家自然科學(xué)基金重大項目組織大批科研力量進(jìn)行研究，在此領(lǐng)域取得了顯著成績。1998年“生物醫(yī)學(xué)高分子”項目獲教育部科技進(jìn)步一等獎。我國現(xiàn)有醫(yī)用高分子材料60多種，制品達(dá)400余種。早在1999年6月，科技部生物領(lǐng)域?qū)＜医M就在南京和上海召開了“生物芯片技術(shù)”和“組織工程技術(shù)”研討會，會議決定啟動這2個研究項目H?，并作為該領(lǐng)域的重點課題。東南大學(xué)、清華大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海第二醫(yī)科大學(xué)、第一軍醫(yī)大學(xué)和華東理工大學(xué)等單位承擔(dān)了這些課題，其某些研究成果已見報道。此外，中科院化學(xué)所、天津大學(xué)、中國科技大學(xué)、浙江大學(xué)、四川大學(xué)、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院等單位也分別在組織工程、藥物控釋等方面展開了研究工作，使我國醫(yī)用高分子材料的研究呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。6.結(jié)語

醫(yī)用高分子材料與醫(yī)療水平的進(jìn)步密切相關(guān)，其用途十分廣泛。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)給人類健康帶來福音的同時，也對醫(yī)用材料的開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段醫(yī)用高分子材料的研制具有重要的科學(xué)意義和非常巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。因此，加速我國對新型醫(yī)用高分子材料的研究與開發(fā)將是今后相關(guān)材料領(lǐng)域刻不容緩的艱巨任務(wù)。7.參考文獻(xiàn)

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第三篇：南瓜的營養(yǎng)價值與保健功能及其應(yīng)用研究進(jìn)展

南瓜的營養(yǎng)價值與保健功能及其應(yīng)用研究進(jìn)展

摘 要:綜述了南瓜的營養(yǎng)價值與保健功能及其在食品、藥品領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展情況,并展望其研究和應(yīng)用的前景。

關(guān)鍵詞:南瓜；營養(yǎng)價值；保健功能；應(yīng)用

南瓜Cucurbita)是葫蘆科南瓜屬植物。南瓜的營養(yǎng)價值較高,如中國南瓜(Cucurbita maschata D.),張建農(nóng)等[1 ] 測定得出各南瓜,南瓜 學(xué)名Cucurbita spp, 又稱麥瓜、番南瓜、番瓜、倭瓜、伏瓜、金瓜、飯瓜、老緬瓜、窩瓜、番蒲?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床試驗亦表明,南瓜具有多種食療保健作用和藥用價值。本文就南瓜的營養(yǎng)價值與保健功能及其在食品、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展情況作一簡要綜述。南瓜的營養(yǎng)價值 1.1 南瓜的營養(yǎng)成分

營養(yǎng)成分含量分別為: 水分90.24 %、蛋白質(zhì)0.65 %、脂肪0.13 %、碳水化合物6.08 %、纖維2.15 %、灰分0.73 % ,同時還含有豐富的胡蘿卜素、VA、VC、VE、精氨酸、天門冬氨酸、葫蘆巴堿、腺嘌呤、果膠、甘露醇、葉紅素、葉黃素及鈣、鉀、鋅、鉻等礦物質(zhì),特別是稀有氨基酸瓜氨酸含量達(dá)0.21mg/ g ,果膠含量占南瓜干物質(zhì)的7 %～17 %，熱能很低(每100 g約含有92 kJ 熱量), 含有較多的粗纖維、維生素、β-胡蘿卜素, 為低脂、低鈉、高膳食纖維、高維 生素E、高β-胡蘿卜素、高鉀、高鈣食品;含有人體所需的l7 種氨基酸, 其中賴氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸等必需氨基酸含量較高,南瓜多糖純品(簡稱PP)由D半乳糖、L葡萄糖醛酸組成。南瓜中還含較多的類胡蘿卜素。1.2 營養(yǎng)成分含量

《辭?！分袑I養(yǎng)品質(zhì)的定義是:“食物中各種營養(yǎng)素含量多少及被機體消化吸收和利用的程度高低的1 種相對指標(biāo)”。蔬菜品質(zhì)是由產(chǎn)品外觀和眾多的內(nèi)在因素構(gòu)成的復(fù)合性狀, 分感官品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。而營養(yǎng)品質(zhì), 即指蔬菜產(chǎn)品的主要營養(yǎng)成分含量的高低, 包括各種維生素、礦物質(zhì)以及蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物等, 直接決定蔬菜的營養(yǎng)價值, 與人類健康有著較為密切的關(guān)系, 應(yīng)得到足夠重視?，F(xiàn)代研究表明, 南瓜果肉中營養(yǎng)成分豐富且全面。南瓜粉中含有18 種氨基酸[2], 其中人體必須氨基酸蘇氨酸、結(jié)氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、色氨酸等均存在。還含有胡蘿卜素、果膠、微量元素等成分。碳水化合物含量占整個干物質(zhì)的2/3 左右。南瓜雖被當(dāng)作蔬菜, 但它的蛋白質(zhì)含量卻比較高, 尤其是印度南瓜, 蛋白質(zhì)含量達(dá)到了1.9%;礦物質(zhì)含量呈高鉀、鈣低鈉型;測定每100 g 果肉中含瓜氨酸20.9 mg, 尤其果肉中的維生素A 含量居瓜菜之首。且營養(yǎng)成分的含量因品種和單株的不同有顯著差異[3], 因此品質(zhì)育種具有較廣闊的前景。1.3 南瓜的營養(yǎng)

南瓜果肉營養(yǎng)成分豐富而全面,含有蛋白質(zhì)、脂肪、葡萄糖、淀粉、19 種氨基酸(內(nèi)含人體必需的8 種氨基酸和兒童必需的組氨酸)、果膠、谷氨酸、葉黃素、胡蘿卜素和P、K、Ca、Zn等微量元素,其中胡蘿卜素、鉀和磷的含量豐富,均高于其它瓜類,可與胡蘿卜素含量高的作物番茄、胡蘿卜相媲美。據(jù)測定每100 g(克)瓜肉中內(nèi)含谷氨酸20.9 mm(毫克),在南瓜干物質(zhì)中脂肪含量為2 %～5 % ,果膠含量為7 %～17 % ,此外,果肉中富含纖維素、VB、Vc、VA 等,尤其果肉中VA 含量居瓜菜之首。南瓜種子還含有大量的脂肪、脂肪酸、蛋白質(zhì)及礦質(zhì)營養(yǎng)。在嫩梢、嫩葉、嫩莖、嫩花中也同樣含有多種營養(yǎng)物質(zhì)[4]。吳增茹、金同銘[5]對南瓜中β-胡蘿卜素和維生素E 的含量進(jìn)行了分析: 31 個南瓜品種這2 種物質(zhì)的含量差異很大,β-胡蘿卜素含量從0.1-8.9 mg/100 g(鮮重)不等, 高低相差幾十倍之多, 維生素E 含量高的達(dá)1.4 mg/100 g(鮮重)。林德佩、華啟衡[6]對印度南瓜的幾個營養(yǎng)品質(zhì)性狀(熱量298.2kJ/100 g, 水分79.2g/100 g, 蛋白質(zhì)1.6 g/100 g, 脂肪0.2 g/100 g, 碳水化合物18.2 g/100 g, 灰分0.8 g/100 g, 均為鮮重,后文同)進(jìn)行測定, 并與中國南瓜進(jìn)行比較, 得出結(jié)論: 印度南瓜營養(yǎng)價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于參試的中國南瓜。王萍、劉杰才等[7]對6 個南瓜品種果實營養(yǎng)成分進(jìn)行了測定, 結(jié)果表明: 干物質(zhì)含量在11.42%-15.23%, 與其他瓜類蔬菜相比, 干物質(zhì)含量較高。果實中各種營養(yǎng)成分含量由高至低依次是: 可溶性糖>淀粉>果膠>粗蛋白>粗纖維。可溶性糖含量達(dá)到了5.57%-7.52%;淀粉含量在1.34%-2.41%;果膠含量在1.14%-2.03%(占干重的9.98%-15.49%), 高于富含果膠的胡蘿卜(8%-10%)和番茄(2%-7%)。果實的主要營養(yǎng)成分含量相比, 印度南瓜干物質(zhì)含量平均為13.97%, 比中國南瓜品種高2.22%, 綠皮品種南瓜干物質(zhì)含量最高達(dá)15.23%。各種營養(yǎng)成分相比, 印度南瓜品種的可溶性糖、淀2006(2): 27-29 中國瓜菜專題綜述粉、果膠的平均含量都比中國南瓜品種含量高, 分別高出0.98%、0.67%、0.24%, 而粗纖維含量以中國南瓜最高,平均高出印度南瓜0.18%。β-胡蘿卜素的含量也較高, 其中印度南瓜品種紅皮南瓜達(dá)到34.22 mg/100 g, 高于富含β-胡蘿卜素的胡蘿卜(4.79 mg/100 g)。從礦物質(zhì)含量來看, 南瓜果實中各種礦物質(zhì)含量由高至低依次為P>Ca>Mg>Zn。6 個品種所含的各種礦質(zhì)元素有明顯差異, Ca、P 含量以印度南瓜綠皮品種最高, 達(dá)到50.67 和60.70 mg/100 g。Mg 和Zn 的含量以印度南瓜紅皮品種和中國南瓜灰皮倭瓜最高, 分別達(dá)到23.90 和0.36 mg/100 g。1.4功能成分

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)南瓜含有多種生理活性物質(zhì), 具有藥用價值。南瓜已被國內(nèi)外公認(rèn)為集食品、保健品為一身的營養(yǎng)品, 其作用和用途相當(dāng)廣泛。對糖尿病、高血壓、高血脂、肥有良好的保健作用?？纱龠M(jìn)肝腎細(xì)胞再生, 同時對改善便秘 效果顯著, 是理想的天然保健食療品[8]。南瓜多糖: 南瓜多糖純品由D-葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、木糖和D-葡萄糖醛酸組成。葉盛英等[9]研究表明, 南瓜主要活性成分是南瓜多糖(pumpkin polysaccharide, PP)。熊學(xué)敏等[10]用大鼠進(jìn)行試驗, 結(jié)果表明南瓜多糖有降低四氧嘧啶糖尿病大鼠血糖的作用, 以消渴丸為對照組進(jìn)行比較,結(jié)果顯示: 治療組總有效率為87.13%, 其中顯效16 例、有效10 例;對照組總有效率為66.6%。2 組比較, 治療組優(yōu)于對照組(P<0.01)。動物試驗得出結(jié)論: 南瓜多糖對糖尿病并發(fā)癥的預(yù)防及治療具有潛在意義。從南瓜多糖的化學(xué)組成分析看, 其中含有大量的糖醛酸, 有較多帶負(fù)電荷的酸性基團(tuán), 故推測南瓜多糖可能有類似磷脂的作用, 可清除膽固醇, 也是較好的抗動脈粥樣硬化的食療劑。南瓜粗纖維: 南瓜中粗纖維含量高(高者達(dá)干粉的11.2%), 對降血脂、降膽固醇及排除重金屬毒物等有一定的作用[11]。果膠: 南瓜可提供豐富的果膠物質(zhì)。能粘結(jié)和解除人體內(nèi)毒性細(xì)菌、鉛等重金屬及一些放射性元素, 具有抗環(huán)境毒物的作用。南瓜中果膠含量最高可達(dá)到南瓜果皮干物質(zhì)的7%-17%[12]。礦質(zhì)元素: Cr 是胰島素輔助因子, 是葡萄糖耐量因子GTF 的活性中心, Zn 能影響體內(nèi)細(xì)胞蛋白和核酸合成, 這2 種元素在南瓜果肉中均有一定含量。2005 年東北農(nóng)業(yè)大學(xué)最新測定結(jié)果: Cr(5.746-20.943 mg/kg, 干樣);Zn(13.508-30.980 mg/kg, 干樣)。程永安等[13]研究南瓜中Cr3+ 含量為8.017 μg/100 g(鮮重)。生物堿: 南瓜中所含的生物堿、南瓜子堿、葫蘆巴堿(0.122-0.486mg/g, 干樣)等有效成分能消除和催化分解致癌物質(zhì)亞硝胺而有效防治癌癥[14]。南瓜須: 王鵬等[15]對南瓜須的鎮(zhèn)痛、抗炎 藥理作用進(jìn)行初步研究表明, 南瓜須對正常小鼠因化學(xué)物理等因素引起的疼痛均有明顯鎮(zhèn)痛作用, 有良好的抗炎作用。CTY: 南瓜含有豐富的CTY(環(huán)丙甘氨酸丙酸), 可增加糖尿病人胰臟細(xì)胞中所缺乏的Glut-Z 蛋白質(zhì)的含量。其他: 南瓜全身都是寶[16];南瓜蒂可催吐, 治療黃疽、臍濕;南瓜根可補虛通乳;南瓜花具有清熱、解痛、消腫、止血等作用, 可治痢疾、發(fā)熱、等癥, 還有祛痰止咳作用, 中老年人用南瓜花沏水喝有益健康。此外含有具降血脂、抗驚厥、恢復(fù)腦細(xì)胞功能和降壓作用的γ—氨基丁酸及多肽類物質(zhì), 這幾種有效成分目前開展的研究剛剛起步, 因此有關(guān)其功能成分的研究具有重要意義。目前, 世界上可食用蔬菜作物種類有129 種[17], 南瓜的綜合營養(yǎng)作用在這些蔬菜中排在前列。因此, 南瓜更應(yīng)該說是富有多種營養(yǎng)成分和保健功效的功能性蔬菜, 在亞健康人群消費領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮蟆? 南瓜的保健功能 2.1南瓜的保健作用

南瓜的營養(yǎng)、藥用價值非常高, 我國古代就有對南瓜食療保健作用的記載。中醫(yī)史書《滇南本草》中記載: “ 南瓜性溫、味甘無毒, 入脾、胃二經(jīng), 能潤肺益氣、化痰排膿、驅(qū)蟲解毒, 治咳嗽、哮喘、肺癰、便秘等癥”?！夺t(yī)林記要》記 載他能“益心斂肺”。在《本草綱目》中, 李時珍將南瓜與靈芝放在一起, 說他有“補中、補肝氣、益心氣、益肺氣、益精氣” 的作用。近代營養(yǎng)學(xué)和醫(yī)學(xué)表明, 南瓜具有多種保健作用和藥用價值,正確食用南瓜可有效防治高血壓、糖尿病及肝臟病變, 還具有預(yù)防哮喘病、防癌、防便秘、預(yù)防和治療動脈粥樣硬化, 提高人體免疫能力等多種功效。此外, 常吃南瓜, 可使大便通暢、肌膚豐美, 尤其對女性, 有美容作用。清代名臣張之洞曾建議慈禧太后多食南瓜。清代名醫(yī)陳修園說:“南瓜為補血之妙品”。2.1.1 降血糖

張擁軍等[18 ]將蜜早南瓜由水提、醇沉后經(jīng)大孔徑離子柱和Sepherose 柱、SephadexA2)蛋白質(zhì)的含量,能促進(jìn)胰島素正常分泌,增強胰島素受體的敏感性,同時可激活萄糖酶,加快葡萄糖的轉(zhuǎn)化,降低血糖濃度。南瓜是控制和輔助治療糖尿病的食療佳品。2.1.2 抗腫瘤

徐國華等[20]以小鼠S180、艾氏腹水癌的抑瘤率分別為37.3 %和33.3 % ,胸腺增重率為8.3 %。對白細(xì)胞及淋巴細(xì)胞數(shù)的影響,南瓜多糖組明顯高于安瘤乳組,對紅細(xì)胞、血小板計數(shù)及血漿白蛋白水平均無顯著影響。南瓜多糖組血漿超氧化物歧化酶(SOD)活性升高,丙二醛(MDA)含量有不同程度的降低,但無顯著差異,紅細(xì)胞免疫吸附腫瘤細(xì)胞能力增強。

2.1.3 抗炎作用

南瓜須性味微苦,入肝經(jīng),具有調(diào)經(jīng)止痛等作用,主治婦乳縮劇痛。近來研究表明,南瓜須對正常小鼠因化學(xué)物理等因素引起的疼痛有明顯的鎮(zhèn)痛作用,并 有良好的抗炎作用, 其作用明顯比精氨酸雙糖苷(AFG)好。2.1.4 防治胃腸疾病

南瓜含有豐富的果膠,在一些品種中可達(dá)2.03 % ,果膠可保護(hù)胃腸道不受粗糙食物刺激,促進(jìn)潰瘍愈合。南瓜粥有抑制胃酸分泌過多的功效,因而潰瘍病患者食用南瓜粥尤為適宜。目前,美國、日本等國營養(yǎng)學(xué)家已將南瓜列為胃與十二指腸潰瘍患者食譜中必不可少的內(nèi)容。南瓜不但營養(yǎng)價值很高,而且具有廣泛的醫(yī)療和保健作用。南瓜全身是寶,瓜肉、瓜子、瓜蒂、瓜藤、瓜根均可入藥,中醫(yī)認(rèn)為南瓜有消炎止痛、解毒、養(yǎng)心補肺等作用[21 ]。2.1.5 人體的“清潔工” 南瓜中的果膠有極好的吸附性,能粘結(jié)和消除體內(nèi)細(xì)菌毒性和其它有害物質(zhì),如重金屬和放射性元素,并保護(hù)胃腸等消化道粘膜免受粗糙食物刺激。它可以粘結(jié)體內(nèi)多余的膽固醇,預(yù)防和治療動脈粥樣硬化,防治高血壓及冠心病。果膠和膳食纖維還可中和食物中殘留的農(nóng)藥成分以及亞硝酸鹽等有害物質(zhì),促進(jìn)人體胰島素分泌,幫助肝、腎功能減弱的患者增加肝、腎細(xì)胞再生能力。

2.1.6 抗癌和防癌功效 南瓜中含有的甘露醇,有較好的通大便作用,可以減少糞便中毒素對人體的危害,對防止結(jié)腸癌有一定功效。南瓜中還含有豐富的VA 衍生物,能降低肌體對致癌物質(zhì)的敏感程度,穩(wěn)定上皮細(xì)胞,防止癌變;還含有一 種可分解亞硝胺的酶,對預(yù)防癌癥也有一定的作用。

2.1.7 減肥作用 南瓜中的纖維素和葫蘆巴堿具有促進(jìn)新陳代謝作用,起到良好的減肥效果。因膳食纖維的“充盈”作用,使人感到飽腹,減少饑餓,排泄物增多,這樣可以起到減肥的作用。

2.1.8 驅(qū)蟲 南瓜籽中所含的某些成份空腹食用能有效驅(qū)除蛔蟲、絳蟲、姜片蟲和血吸蟲等寄生蟲,堪稱驅(qū)蟲的“爽口良藥”。此外,種子富含油脂,炒食香脆可口,常食用南瓜種子有治攝蘆腺肥大癥之功效。

2.1.9 明目 果肉中的胡蘿卜素能促進(jìn)上皮組織生長分化,對維持正常視覺,保護(hù)視力,預(yù)防眼病有顯著的作用。此外,古今民間常有用南瓜醫(yī)治婦女產(chǎn)后浮腫、便秘,南瓜蒂冬季治療凍瘡病等功效。又因果肉有高鈣、高鉀、低鈉的特點,特別適合中老年人預(yù)防骨質(zhì)疏松和高血壓疾病。還能促進(jìn)人體胰島素的分泌,增加肝腎細(xì)胞的再生能力,有保肝強腎解毒之功效。南瓜的營養(yǎng)價值和藥用價值南瓜又名麥瓜、番瓜、倭瓜、金冬瓜，屬葫蘆科南瓜屬。原產(chǎn)于亞洲南部，南瓜的適應(yīng)性很強，南北各地都普遍栽培，我國南瓜分布最廣，因產(chǎn)地不同而叫法各異。嫩瓜可作蔬菜，味甘適口，是夏秋季節(jié)的瓜菜之一；老瓜可作飼料或雜糧，故不 少地方又稱之為“飯瓜”。3 南瓜在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

從南瓜中分離和濃縮降血糖因子、環(huán)丙基氨基酸(CTY)、南瓜多糖、南瓜果膠及膳食纖維等有效成分,既可以作為食品添加劑添加到各種食品中開發(fā)強化食品,又可以微膠囊化處理后的產(chǎn)品申請功能性食品、藥品。因此,南瓜作為藥食同源的保健食品,原材料市場價格低廉,有著極高的深加工開發(fā)價值。3.1 在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1.1 南瓜冰淇淋 熊學(xué)敏等[22]通過以南瓜果肉為原料,經(jīng)分選、打漿、殺菌、冷卻、酶解、糖化、發(fā)酵、制備原漿等多道工序完成。發(fā)酵的南瓜果肉冰淇淋具有營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨特、口感細(xì)膩、酸甜可口的特點,同時以南瓜發(fā)酵原漿替代部分奶油和牛奶,可相對降低成本,而且南瓜天然的色澤可以無需添加任何色素,是一種很有市場前景的冷飲,值得開發(fā)利用。

3.1.2 南瓜飲料 新鮮南瓜經(jīng)整理后清洗、消毒、切開去籽、切片、熱燙、打漿、酶解、壓榨過濾、調(diào)配、殺菌、裝瓶即可制成原汁的南瓜飲料。目前有一些關(guān)于南瓜復(fù)合飲料的研究,如將南瓜汁、枸杞浸提物、銀耳微粉復(fù)配成顏色鮮艷、口感適宜的復(fù)合飲料。3.2 在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

3.2.1 降血糖、降血脂、防治動脈硬化 張之佳等[23]用超細(xì)南瓜粉喂飼實驗性糖尿病家兔9 天后指標(biāo)接近正常,與陰性組的差異有顯著性,機械精磨南瓜粉作用較緩慢,喂飼料15 天后出現(xiàn)療效。復(fù)方超細(xì)南瓜粉對實驗性糖尿病家兔的血糖和尿糖作用最好,喂飼6 天后基本恢復(fù)正常,且與陰性對照組比較差異顯著。各實驗組的血清總膽固醇和血清(漿)甘油三酯在造模后第五天達(dá)到最高值,超細(xì)粉及其復(fù)方在繼續(xù)喂飼4 天后療效顯著,機械精磨組則需7 天才出現(xiàn)療效,表明超細(xì)粉及其復(fù)方具有很好的降血脂、防治動脈硬化的作用。

3.2.2 治療前列腺疾病 南瓜籽仁、粉劑對長期膀胱刺激癥患者的臨床療效及對尿流動力學(xué)的影響,表明該制劑能明顯改善各種原因所致的尿頻、尿急等癥狀,提高膀胱順應(yīng)性,增加膀胱初感容量,但對尿流串檢查各項參數(shù)影響不大。南瓜籽制劑可用于各種原因所致的膀胱刺激癥的對癥治療。南瓜籽油中含有一種可稱為雄激素的活性生物觸媒劑成分,能夠消除前列腺的初期腫脹,調(diào)整膀胱及尿道功能,緩解前列腺增生癥狀等,對泌尿系統(tǒng)及前列腺增生具有良好的治療和預(yù)防作用。特別是南瓜籽油配合棕櫚的提取物用于治療良性前列腺增生具有很好的療效。

3.2.3 抗過敏 南瓜籽氨酸是從葫蘆科中找到的一種水溶性非蛋白氨基酸,其化學(xué)名稱為3302.［] 陳智民.南瓜粉降血糖、降血壓作用的人體研究[J ].江西中醫(yī)藥,1994(2):50.[J ].無錫輕工大學(xué)學(xué)報,2002 , 21(2):173565.[4] 張擁軍,姚惠源.南瓜活性多糖的降糖作用及其組成分析

[5] 吳增茹, 金同銘.用高效液相色譜法測定不同品種南瓜中的β-胡蘿卜素[J].華北農(nóng)學(xué)報, 1998, 13(3): 141-144.[6] 林德佩, 華啟衡.印度南瓜及其雜種一代[J].長江蔬菜, 1997,(10): 30-33.[ ] 張之佳,洪伯鏗,張擁軍.超細(xì)南瓜粉對家兔實驗性糖尿病作用的研究[J ].中國糧油學(xué)報,1998 ,13(2): 5264.2 王燕,車振明.南瓜的功能特性及其深加工[ J].食品研究與開發(fā), 2005, 3: 762.1] 劉宜生.南瓜的開發(fā)與利用[J].中國食物與營養(yǎng), 2001,(5): 19-20.[2] 王鳴.南瓜屬—多樣性(diversity)之最[J].中國西瓜甜瓜, 2002,(3): 42-45.[3] 葉盛英, 郭琪.南瓜多糖的提取及其藥理作用研究概況[J].天津 藥學(xué), 2003 , 15(2): 58-60.[4] 張華, 王靜, 王晴.南瓜中γ-氨基丁酸及18 種氨基酸的測定 [J].食品研究與開發(fā), 2003,(3): 108-109.[7] 王萍, 劉杰才, 趙清巖, 等.南瓜的營養(yǎng)成分分析及利用研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2002, 23(3): 52-54.[8] 李新崢, 周俊國, 楊鵬鳴, 等.南瓜的多樣性與開發(fā)利用[J].河 南職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報, 2004, 32(1): 35-38.[9] 熊學(xué)敏, 石揚, 康明, 等.南瓜多糖降糖有效部位的提取分離及 降糖作用的研究[J].中成藥, 2000, 22(8): 6-8.[10] 黃黎彗, 黃群, 于美娟.南瓜的營養(yǎng)保健價值及產(chǎn)品開發(fā)[J].現(xiàn) 代食品科技, 2005(3): 176-179.[11] 謝宇.開發(fā)南瓜產(chǎn)品情報研究[J].四川食品工業(yè)科技, 1991(4): 33-37.[12] 程永安, 張思慧.富鉻南瓜新品種永安2 號的選育研究[J].中國 農(nóng)學(xué)通報, 2005, 21(5): 298-300.[13] 王鵬, 王春玲, 張占偉.南瓜須鎮(zhèn)痛抗炎藥理作用實驗研究[J].時珍國醫(yī)國藥, 1999, 10(8): 567.[14] 鄒宇曉, 肖更生.南瓜的功能成分及保健食品開發(fā)與研究[J].中 國果菜, 2004,(4): 47-48.[15] 田雄.探秘南瓜功能[J].知識就是力量, 2005,(3): 42-43.[16] 張耀偉, 崔崇士, 李云紅.籽用南瓜油用性評價[J].中國瓜菜, 2005,(4): 37-39.[17] 李彤, 李瓊.南瓜籽治療慢性前列腺炎30 例[J].中國民間療法, 1999, 7(6): 6.[18] 陳振宇, 梁志華.南瓜籽油的氣相色譜-質(zhì)譜分析[J].分析測試 學(xué)報, 2003,(6): 77-79.[19] 王萍, 趙清巖.南瓜的營養(yǎng)成分藥用價值及開發(fā)利用[J].長江 蔬菜, 1998,(7): 1-3.[20] 楊富民.南瓜籽乳飲料的研制[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2002, 37(4): 452-455.[21] 王俊賢.含雙歧因子芹菜南瓜保健飲料的研制[J].運城學(xué)院學(xué) 報, 2003, 21(5): 45-46.[22] 吳翔, 王智, 肖丹, 等.南瓜、枸杞、蘆薈復(fù)合發(fā)酵果酒的制造[J].食品工業(yè), 2005, 26(4): 24-26.[23 ] 王薇, 任秀珍, 韓京祥, 等.南瓜的營養(yǎng)價值和藥用價值[J].吉 林蔬菜, 2005,(3): 67-68.中國瓜菜劉洋等: 南瓜營養(yǎng)品質(zhì)與功能成分研究現(xiàn)狀與展望專題綜述 ·29· 張芳,蔣作明.南瓜的功能特性及其在食品工業(yè) 中的應(yīng)用[ J].食品工業(yè)科技, 2000, 6: 6210.3 張擁軍, 沈曉明.天然降糖食品-南瓜的最新研 究進(jìn)展[ J].食品科技, 2002, 9: 68-70.4 周漢奎.南瓜綜合加工技術(shù)[ J].食品科學(xué), 1991, 9: 59-62.

第四篇：石墨烯強韌陶瓷基復(fù)合材料研究進(jìn)展

石墨烯強韌陶瓷基復(fù)合材料研究進(jìn)展

趙琰 建筑工程學(xué)院

摘要：石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可作為強韌相引入陶瓷材料中，解決陶瓷材料的脆性問題。本文綜述了石墨烯強韌的陶瓷基復(fù)合材料的研究進(jìn)展。在介紹石墨烯力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，著重闡述了石墨烯/陶瓷基復(fù)合材料的材料體系、制備方法、強韌化效果和強韌化機理，討論了實現(xiàn)石墨烯對陶瓷材料強韌化的關(guān)鍵問題，并對未來石墨烯強韌陶瓷基復(fù)合材料的研究工作進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：石墨烯；陶瓷；強韌 1.引言

二十世紀(jì)八十年代以來，納米材料與技術(shù)得到了極大的發(fā)展，而納米碳材料也是從這一時期開始進(jìn)入歷史舞臺。1985年，由60個碳原子構(gòu)成的“足球”分子C60被三位英美科學(xué)家Curl、Smalley和Kroto發(fā)現(xiàn)，隨后C70、C86等大分子相繼出現(xiàn)，為碳家族添加了一大類新成員富勒烯(Fullerene)。1991年，日本電鏡專家Iijima發(fā)現(xiàn)了由石墨層片卷曲而成的一維管狀納米結(jié)構(gòu)—碳納米管(CNTs)，其性能奇特，應(yīng)用前景廣闊，現(xiàn)已成為一維納米材料的典型代表[1]。2004年，英國科學(xué)家Andre Geim和Konstantin Novoselov發(fā)現(xiàn)了碳材料“家譜”中的一位新成員—石墨烯(Graphene)，石墨烯僅由一個原子層厚的單層石墨片構(gòu)成，是一種二維納米材料。作為碳的二維晶體結(jié)構(gòu)，石墨烯的出現(xiàn)最終將碳的同素異形體勾勒為一副點、線、面、體(從零維到三維)相結(jié)合的完美畫面，如圖1所示[2,3]?？v觀近三十年的納米材料與技術(shù)的發(fā)展史，我們可以看到，每一種新的納米碳材料的發(fā)現(xiàn)都極大的推動了納米材料與技術(shù)的發(fā)展。2.石墨烯的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能

石墨烯是由sp2雜化的碳原子緊密排列而成的蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，厚度約0.35 nm，僅為一個原子的尺寸。石墨烯是碳材料的基本組成單元，石墨烯可以包裹形成零維的富勒烯，可以卷曲形成一維的碳納米管，還可以堆積成為三維的石墨，通過二維的石墨烯可以構(gòu)建所有其他維度的碳材料[4]。同單壁、多壁碳納米管之間的關(guān)系類似，除了嚴(yán)格意義上的石墨烯(單層)外，少數(shù)層的石墨層片在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上明顯區(qū)別與塊體石墨，在廣義上也被歸為石墨烯的范疇[3]。

圖1 碳的同素異形體

[2]

石墨烯在熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等方面均具有優(yōu)異的性能，其室溫下的熱導(dǎo)率約為3000-5000 Wm-1K-1，電子遷移率可達(dá)10000-20000 cm2V-1s-1[5,6]，理論和實驗研究均表明石墨烯是目前已知的材料中強度和硬度最高的晶體結(jié)構(gòu)[7-13]。利用原子力顯微鏡(AFM)和納米壓痕技術(shù)可以測量石墨烯的力學(xué)性能，如圖2所示，不同研究者的測試結(jié)果列于表1。從表1可以看出，機械剝離法制備的石墨烯力學(xué)性能較好，其楊氏模量可達(dá)1 TPa，強度可達(dá)130 GPa，而化學(xué)剝離法制備的石墨烯，由于其表面存在缺陷和含氧官能團(tuán)，力學(xué)性能受到一定影響。石墨烯優(yōu)異的性能，使其可作為復(fù)合材料中的添加相，實現(xiàn)材料的功能化和結(jié)構(gòu)化。

圖2 懸浮的石墨烯膜，(a)跨越圓形孔陣列的石墨烯薄片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，(b)石墨烯膜的非接觸式AFM圖，(c)懸浮的石墨烯薄片的納米壓痕示意圖，(d)斷裂膜的AFM圖

[13]

表1 石墨烯力學(xué)性能的實驗測試結(jié)果

研究者

研究機構(gòu)

測試結(jié)果

機械剝離法制備的單層石墨烯的楊C Lee, X Wei, J W

Columbia University(USA)氏模量為1.0 ± 0.1 TPa，強度為130 ±

Kysar等 GPa[13]

Max-Planck-Institut für C Gómez-Navarro, M

Festk?rperforschung Burghard, K Kern

(Germany)

化學(xué)還原法制備的單層石墨烯的彈

性模量為0.25 ± 0.15 TPa[12]

M Poot, H S J van der Zant

Delft University of Technology(Netherlands)

當(dāng)石墨層數(shù)在八層以下時，力學(xué)性能

依賴于石墨烯的層數(shù)[11]

3.石墨烯在陶瓷材料中的應(yīng)用

陶瓷材料具有高熔點、高硬度、高耐磨性、高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，但是脆性是其致命的缺點，限制了陶瓷材料的應(yīng)用范圍，因此，陶瓷材料的強韌化一直是材料學(xué)家長期關(guān)注的問題。目前，陶瓷材料的強韌方法包括：ZrO2相變增韌、纖維增韌、晶須增韌、顆粒增韌等[14]。

隨著石墨烯制備、化學(xué)修飾和分散技術(shù)的成熟，近年來基于石墨烯的復(fù)合材料研究進(jìn)展很快[15-37]。基于石墨烯優(yōu)異的力學(xué)性能，將其作為強韌相引入陶瓷材料的研究也已展開。

表2 石墨烯/陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究結(jié)果

強韌相

基體

制備方法

氧化石墨烯與Al2O3機械混

Al2O3

合，用一水肼還原，放電等

離子燒結(jié)(SPS)十二烷基硫酸鈉(SDS)作為Graphene Nanosheet

Al2O3

分散劑，超聲混合，高頻感

應(yīng)加熱燒結(jié)(HFIHS)

添加0.5 wt%，斷裂韌

性提高72 %[29] 實驗結(jié)果

Graphene Nanosheet

添加2 wt%，斷裂韌性

提高53 %[28]

添加3 wt%，斷裂韌性Graphene Few-layer Graphene Graphene Platelet

Al2O3 ZrO2-toughened Al2O3(ZTA)Graphene

ZrO2

球磨混合，HFIHS 十六烷基三甲基溴化銨

添加1.5 vol%，斷裂韌Graphene Platelet

Si3N4

(CTAB)作為分散劑，超聲結(jié)合球磨混合，SPS Multilayer Graphene;

添加1 wt% Multilayer Exfoliated Graphene Nanoplatelet;Nano Graphene Platelet

熱壓燒結(jié)，添加0.2 wt%，彎曲強度提高

N-甲基吡咯烷酮(NMP)作Graphene Platelet

Si3N4

為溶劑，超聲結(jié)合球磨混合，熱壓燒結(jié)和無壓燒結(jié) %，斷裂韌性提高10 %；無壓燒結(jié)，添加2 wt%，彎曲強度提高147 %，斷裂韌性提

高30 %[36]

Graphite Nanosheet 羥基磷灰石

超聲混合，SPS

(HA)

添加0.5 wt%，彎曲強

度提高12 %[37]

Si3N4

聚乙二醇作為分散劑，高能

Graphene，斷裂韌性提

球磨，熱等靜壓燒結(jié)

高43 %[35] 性提高235 %[34]

Al2O3

球磨混合，HFIHS 氧化石墨烯與Al2O3膠體滴

定混合，SPS

添加0.81 vol%，斷裂

球磨混合，SPS

韌性提高40 %[32] 添加3 wt%，斷裂韌性

提高367 %[33] 提高22 %[30] 硬度稍有降低[31]

表2列出了不同研究者制備的石墨烯/陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究結(jié)果。從表2可以看出，石墨烯在不同的陶瓷基體中(Al2O3、ZTA、ZrO2、Si3N4、HA)均可達(dá)到明顯的補強增韌的效果，增韌方面的效果尤其突出，其強韌化機制主要包括裂紋的偏轉(zhuǎn)、分支，石墨烯的橋聯(lián)、斷裂、拔出等，如圖3和圖4所示。

值得注意的是，與納米顆粒的團(tuán)聚或納米纖維之間的糾纏不同，石墨烯材料，特別是化學(xué)還原法制備的石墨烯，因其平面形貌和層間相互作用，很容易發(fā)生層狀堆積。由于制備技術(shù)的限制和石墨烯本身容易團(tuán)聚的特點，目前作為陶瓷材料強韌相研究的石墨烯材料并不是嚴(yán)格意義上的單層石墨烯，通常為多層的石墨烯，當(dāng)其厚度方向達(dá)到幾個納米時，可稱其為石墨烯納米片。雖然隨著石墨層數(shù)的增加，石墨烯中存在缺陷的可能將增加，這將導(dǎo)致其力學(xué)性能有所降低，但是石墨烯作為陶瓷材料的強韌相，由于其獨特的二維結(jié)構(gòu)和巨大的接觸面積，依然可以顯著提高陶瓷材料的力學(xué)性能，因此圍繞石墨烯和石墨烯納米片展開的陶瓷基復(fù)合材料的研究是十分必要的。

圖3 石墨烯納米片/ 氮化硅納米復(fù)合材料中的韌化機制，(a)顯微硬度測試預(yù)制裂紋(插圖)，對于裂紋的進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)在幾處位置有石墨烯納米片對裂紋的橋聯(lián)，其中的兩處展示在高分辨率的SEM圖片上，(b)對裂紋的進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)裂紋曲折的擴(kuò)展路徑，(c)材料的斷口形

貌揭示了復(fù)合材料中存在三維增韌機制[34]

圖4(a-c)不同Al2O3/GNS納米復(fù)合材料斷口的高分辨SEM圖片；(a)Al2O3/0.25GNS納米復(fù)合材料觀察到短的GNS拔出和其與Al2O3基體的結(jié)合；(b)Al2O3/0.5GNS納米復(fù)合材料觀察到相對大尺寸的GNS拔出和分離的石墨烯層片(小的白色箭頭)；(c)一個多層石墨烯結(jié)構(gòu)和GNS的拔出；(d)GNS拔出增韌機制和相鄰GNS層片滑移現(xiàn)象的示意圖；(e,f)外力作用下晶

格中的原子經(jīng)歷滑移運動的示意圖[29]

在陶瓷基體中實現(xiàn)石墨烯的強韌作用主要取決于兩個關(guān)鍵因素，一是石墨烯的分散，二是基體與石墨烯之間的界面結(jié)合。

強韌相在基體中的分布狀態(tài)對于復(fù)合材料的力學(xué)性能至關(guān)重要，石墨烯由于其平面形貌和層間相互作用，很容易發(fā)生層狀堆積，因此石墨烯的有效分散對于復(fù)合材料力學(xué)性能的提高顯得尤為重要，眾多研究者在此方面進(jìn)行了大量的研究。研究結(jié)果表明，采用不同的溶劑、添加表面活性劑或?qū)κ┻M(jìn)行化學(xué)修飾等方法有利于提高石墨烯的分散性[38-41]。石墨烯在有機介質(zhì)中的分散效果較好，如NMP；選用無機介質(zhì)作為溶劑，通常需要添加分散劑，如陰離子表面活性劑SDS、陽離子表面活性劑CTAB、非離子型表面活性劑聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮等。為了獲得良好的分散效果，石墨烯和基體材料可采用球磨、超聲分散、膠體滴定等一種或多種方式依次使用的方法進(jìn)行混合。與石墨烯相比，氧化石墨烯表面官能團(tuán)較多，分散性較好，將氧化石墨烯與陶瓷基體混合，然后用還原劑進(jìn)行還原，如一水肼、氫氣等，可得到分散效果良好的石墨烯/陶瓷基體的混合粉體。需要注意的是，除了采用多種方法得到分散良好的石墨烯/陶瓷基體的混合漿體，還應(yīng)注意分散后料漿的干燥方法，避免干燥過程中石墨烯的二次團(tuán)聚。

為提高石墨烯與基體的界面結(jié)合強度，有利于載荷在界面間的傳遞，可對石墨烯進(jìn)行物理或化學(xué)的表面修飾和改性。需要注意的是，雖然對石墨烯進(jìn)行表面修飾有利于其分散和提高界面結(jié)合強度，但是由于化學(xué)修飾引入的缺陷對石墨烯面內(nèi)力學(xué)性能的降低在復(fù)合材料的設(shè)計中也應(yīng)加以考慮。同時，當(dāng)石墨烯與基體的界面結(jié)合強度過高時，不利于石墨烯撥出增韌機制的發(fā)揮，因此對復(fù)合材料界面結(jié)合強度的控制至關(guān)重要，然而目前對于這方面的研究報道還很少。

對于陶瓷基材料，燒結(jié)過程對力學(xué)性能的影響很大。采用先進(jìn)的燒結(jié)方法，如熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、SPS、HFIHS，可以降低燒結(jié)溫度、縮短保溫時間、有效保護(hù)石墨烯的二維結(jié)構(gòu)，獲得致密度高、晶粒尺寸均勻細(xì)小的復(fù)合材料，有利于力學(xué)性能的提高。4.結(jié)論與展望

石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時其獨特的二維結(jié)構(gòu)和巨大的接觸面積，使其在陶瓷材料中具有明顯的補強增韌的效果。石墨烯對陶瓷材料強韌作用的實現(xiàn)，關(guān)鍵在于石墨烯的有效分散和基體與石墨烯之間適宜的界面結(jié)合，這將是今后研究中需要重點解決的問題。通過表面改性達(dá)到石墨烯的有效分散同時控制其與陶瓷基體的界面結(jié)合狀態(tài)，可實現(xiàn)陶瓷材料補強增韌的可控制備，有利于擴(kuò)展陶瓷材料的使用范圍。

本論文得到國家自然科學(xué)基金(81171463)、山東省高?？萍加媱?J14LA59)、淄博市科技發(fā)展計劃(2014kj010079)資助。

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第五篇：石墨烯性質(zhì)與應(yīng)用

石墨絮是絕緣體還是導(dǎo)體？

2007-03-18 09:11 紫月影夭兒 | 分類：學(xué)習(xí)幫助 | 瀏覽1906次| 該問題已經(jīng)合并到>>

提問者采納 2007-03-18 09:15 有一種稱為石墨炸彈的武器在戰(zhàn)時被用來破壞敵方的供電設(shè)施,這種炸彈不會造成人員傷亡,而是在空中爆炸時散布大量極細(xì)的石墨絮,這些石墨絮是 導(dǎo)體飄落到供電設(shè)備上,會造成 短路,從而使供電系統(tǒng)癱瘓評論(1)|贊同36

音速行 |八級采納率39%

擅長：青春期學(xué)習(xí)幫助

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2007-03-20 23:50dolphin027|二級

準(zhǔn)確說石墨是禁帶寬度僅為0.08eV的半導(dǎo)體，表觀上具有金屬導(dǎo)電性，其根源在于其π電子的遷移率很高，但載流子濃度(電子濃度)不大。評論|贊同0 查看更多其他回答石墨的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)是多少

2007-05-17 15:21 shenzhen_he | 分類：學(xué)習(xí)幫助 | 瀏覽4880次

提問者采納 2007-05-17 15:32 石墨比熱 710 J/(kg·K)電導(dǎo)率 0.061×10-6/(米歐姆)熱導(dǎo)率 129 W/(m·K)石墨的兩種晶體結(jié)構(gòu)怎么分辨

2011-08-23 16:45 hubin821 | 分類：化學(xué) | 瀏覽1504次

石墨存在兩種晶體結(jié)構(gòu)：六方形結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)，六方形結(jié)構(gòu)為ABABAB?堆積模型、菱形結(jié)構(gòu)為ABCABCABC?堆積模型，如下圖所示：（a）為六方形結(jié)構(gòu)，（b）為菱形結(jié)構(gòu)。

我手上現(xiàn)在有份天然石墨樣品，不知道怎么分辨是什么石墨，是鱗片石墨還是微晶石墨，或者說里面含多少六方的多少菱形的提問者采納 2011-08-30 08:45 只能用x射線衍射分析（XRD）才能知道含多少六方（六方晶系）的多少菱形（三方晶系，菱面體）。鱗片石墨是指材料的宏觀外形，肉眼可以判斷。微晶石墨說的是材料中的石墨以很小的晶粒雜亂無章地排列（晶粒內(nèi)部規(guī)則排列為六方形結(jié)構(gòu)或菱形結(jié)構(gòu)），晶粒的大小同樣可以用x射線衍射分析測定。x射線衍射儀在一般的省會城市中的比較有名的理工科大學(xué)都有，可聯(lián)系其分析測試中心或材料或化學(xué)院、系、所。（官網(wǎng)上查聯(lián)系方式），一個樣品費用100元左右。提問者評價謝謝 評論|贊同1 caoyuannust |十四級采納率82%

擅長：物理學(xué)化學(xué)教育/科學(xué)理工學(xué)科

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2011-08-25 17:401257721|四級

你應(yīng)該問的是石墨和金剛石的區(qū)別。石墨與金剛石都是碳單質(zhì)，且為同素異形體，區(qū)別在于原子的排布形式不同。碳有三種同素異形體，即金剛石、石墨和無定形碳。無定形碳有炭黑、木炭、焦炭、骨炭、活性炭等。統(tǒng)稱黑碳。這三種同素異形體的物理性質(zhì)差別很大。但在氧氣里燃燒后的產(chǎn)物都是二氧化碳。1.金剛石的晶體結(jié)構(gòu)金剛石是典型的原子晶體，在這種晶體中的基本結(jié)構(gòu)粒子是碳原子。每個碳原子都以sp3雜化軌道與四個碳原子形成共價單鍵，鍵長為1.55×10-10 m，鍵角為109°28′，構(gòu)成正四面體。每個碳原子位于正四面體的中心，周圍四個碳原子位于四個頂點上，在空間構(gòu)成連續(xù)的、堅固的骨架結(jié)構(gòu)。因此，可以把整個晶體看成一個巨大的分子。由于C—C鍵的鍵能大(為347 kJ/mol)，價電子都參與了共價鍵的形成，使得晶體中沒有自由電子，所以金剛石是自然界中最堅硬的固體，熔點高達(dá)3 550 ℃，并且不導(dǎo)電。2.石墨的晶體結(jié)構(gòu)石墨晶體是屬于混合鍵型的晶體。石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形蜂巢狀的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個碳原子還有一個2p軌道，其中有一個2p電子。這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大π鍵。因而這些π電子可以在整個碳原子平面上活動，類似金屬鍵的性質(zhì)。而平面結(jié)構(gòu)的層與層之間則依靠分子間作用力(范德華力)結(jié)合起來，形成石墨晶體.石墨有金屬光澤，在層平面方向有很好的導(dǎo)電性質(zhì)。由于層間的分子間作用力弱，因此石墨晶體的層與層之間容易滑動，工業(yè)上用石墨作固體潤滑劑。3.無定形碳所謂無定形碳是指其內(nèi)部結(jié)構(gòu)而言。實際上它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是真正的無定形體，而是具有和石墨一樣結(jié)構(gòu)的晶體，只是由碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結(jié)構(gòu)零亂而不規(guī)則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量雜質(zhì)。無定形碳包括： 炭黑 木炭 焦炭 活性炭 骨炭 糖炭無定形碳跟少量砂子、氧化鐵催化劑混合，在約3500℃中加熱，使產(chǎn)生的碳蒸氣凝聚，可得人造石墨。而跟中子數(shù)無關(guān)，原子的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同時，叫作同位數(shù)。自然界中碳元素有三種同位素，即穩(wěn)定同位素12C、13C和放射性同位素14C，14C的半衰期為5730年，14C的應(yīng)用主要有兩個方面：一是在考古學(xué)中測定生物死亡年代，即放射性測年法；二是以14C標(biāo)記化合物為示蹤劑，探索化學(xué)和生命科學(xué)中的微觀運動。我是做化學(xué)的，希望對你有幫助。以后不懂的還可以找我。鱗片狀石墨 性質(zhì)：呈鱗片狀、薄葉片狀晶質(zhì)的石墨，大小一般為(1.0～2.0)×(0.5～1.0)mm，最大4～5mm，片厚0.02～0.05mm。鱗片愈大，經(jīng)濟(jì)價值愈高。多呈浸染狀、片麻狀分布于巖石中。具有明顯的定向排列。與層面方向一致。石墨含量一般為3％～10％，最高20％以上，常與古老變質(zhì)巖(片巖、片麻巖)中石英，長石，透輝石等礦物共生，在火成巖與石灰?guī)r接觸帶也可見到。鱗片狀石墨具層狀結(jié)構(gòu)，其潤滑性，柔韌性，耐熱性和導(dǎo)電性能均比其他石墨好。主要用作制取高純石墨制品的原料。土狀石墨 土狀石墨又稱非晶質(zhì)石墨或隱品質(zhì)石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性也差。品位較高。一般的60～80％。少數(shù)高達(dá)90％以上。礦石可選性較差。評論|贊同0 其他類似問題

石墨烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)問題

2010-12-18 22:09 zzk314 | 分類：工程技術(shù)科學(xué) | 瀏覽3397次

石墨烯是正六邊形的嗎?它的π電子是共軛的嗎?是像石墨一樣的共軛的嗎?? 一定要準(zhǔn)確,不懂的少裝

提問者采納 2010-12-19 10:26 石墨烯是六邊形的，它的π電子是共軛的，但不像石墨一樣共軛的。

它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯在原子尺度上結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用相對論量子物理學(xué)(relativistic quantum physics)才能描繪。

石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。提問者評價謝謝 評論(1)|贊同6 石墨烯是一種什么物質(zhì)？

2012-06-03 08:31 似痛心的愛 | 來自手機知道 | 分類：化學(xué) | 瀏覽124次

物質(zhì)種類、用途、定義，是否環(huán)保 我有更好的答案

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2012-06-03 08:37張勇內(nèi)蒙古伊東|二級

石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu), 它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一維(1D)的碳納米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料[1]。

石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。室溫下石墨烯具有10倍于商用硅片的高載流子遷移率(約10 am /V·s)，并且受溫度和摻雜效應(yīng)的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性(300 K下可達(dá)0.3 m)，這是石墨烯作為納電子器件最突出的優(yōu)勢，使電子工程領(lǐng)域極具吸引力的室溫彈道場效應(yīng)管成為可能。石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測序等領(lǐng)域，同時有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。

石墨烯的合成方法主要有兩種：機械方法和化學(xué)方法。機械方法包括微機械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法 ； 化學(xué)方法是化學(xué)還原法與化學(xué)解理法。評論|贊同0 2012-06-03 08:32xi10539093|四級

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料[1]。石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在[1]，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎[2]。

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料[3]，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光“[4]；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料[1]。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應(yīng)。

石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層雷同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列構(gòu)成的單層二維晶體。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子尺寸網(wǎng)。石墨烯的命名來自英文的graphite(石墨)+-ene(烯類結(jié)尾)。石墨烯被認(rèn)為是平面多環(huán)芳香烴原子晶體。

石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，碳碳鍵（carbon-carbon bond）僅為1.42?。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當(dāng)施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小。

石墨烯是構(gòu)成下列碳同素異形體的基本單元：石墨，木炭，碳納米管和富勒烯。完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形);如果有五邊形和七邊形存在，則會構(gòu)成石墨烯的缺陷。12個五角形石墨烯會共同形成富勒烯。

石墨烯卷成圓桶形可以用為碳納米管；另外石墨烯還被做成彈道晶體管（ballistic transistor）并且吸引了大批科學(xué)家的興趣。在2006年3月，佐治亞理工學(xué)院研究員宣布, 他們成功地制造了石墨烯平面場效應(yīng)晶體管，并觀測到了量子干涉效應(yīng)，并基于此結(jié)果，研究出以石墨烯為基材的電路.石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它是已知材料中最薄的一種，質(zhì)料非常牢固堅硬，在室溫狀況，傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。石墨烯的原子尺寸結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用量子場論才能描繪。

石墨烯是一種二維晶體，最大的特性是其中電子的運動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”(electric charge carrier)，的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。[1]發(fā)展簡史。第一：石墨烯是迄今為止世界上強度最大的材料，據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當(dāng)于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜（厚度約100 納米），那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂；第二：石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度。石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，碳元素更高的電子遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑 石墨烯出現(xiàn)在實驗室中是在2004年，當(dāng)時，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時不遠(yuǎn)了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，目前一般的電腦芯片以這種方式浪費了70%-80%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非同尋常的優(yōu)良特性評論|贊同0 查看被隱藏回答2012-12-26 18:411079235453|五級 石墨烯硬度大，導(dǎo)電性能好，有韌性，可彎曲評論|贊同0 其他類似問題 石墨烯奇異物理性質(zhì)有哪些?

2012-05-27 08:45 西門吹吹風(fēng)1 | 分類：化學(xué) | 瀏覽509次

提問者采納 2012-05-27 12:59 石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光”；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應(yīng)。第一：石墨烯是迄今為止世界上強度最大的材料，據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當(dāng)于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜（厚度約100 納米），那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂；第二：石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運動速度。石墨烯的應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，碳元素更高的電子遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑提問者評價太感謝了，真心有用 評論|贊同1

我i國足 |來自團(tuán)隊心系數(shù)學(xué) |五級采納率40%

擅長：生活常識物理學(xué)哲學(xué)數(shù)學(xué)常見軟件 按默認(rèn)排序|按時間排序

其他2條回答

2012-05-30 14:07chocolate02091|二級

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體*高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。評論|贊同0 查看被隱藏回答2012-08-23 18:54li996166749|二級 由碳元素組成評論|贊同0 其他類似問石墨棒導(dǎo)熱性能怎么樣？