吴晓春，国家纳米科学中心研究员，于南开大学获得博士学位，主要研究领域包括：（1）具有光学活性贵金属纳米结构的设计、可控制备和性质研究；相关纳米结构在生物医学领域应用的探索研究；（2）发展具有光学活性/类酶催化活性有机/无机杂化纳米结构的高灵敏度和高选择性测量方法并用于生化检测；（3）纳米尺度功能特性类标准物质/样品研制，纳米结构表征和性质测量的国家标准/国际标准制定。在相关研究领域发表论文60余篇。2006年作为首席科学家承担了重大研究计划：纳米标准物质和检测用纳米标准样品的可控合成、量产及微纳加工方法标准化研究（2006CB932600）。负责主持系列金纳米棒标准物质/样品的研制和相关国家标准的制订。

　　《金纳米棒的制备、性质及应用》介绍了金纳米棒的发展历史，包括金纳米棒的可控制备、组装和阵列结构的构建，金纳米棒独特的长径比和尺寸依赖的局域表面等离激元共振特征及由此增强的各种光学活性，金纳米棒各向异性纳米结构带来的导向组装，金纳米棒在生物医学领域及生化检测领域的应用。

　　当前纳米技术的研究热点主要集中在几大方面：新能源与新材料技术、半导体及微电子行业应用、纳米技术的生物医学应用。
　　鉴于当前传统石化能源供应日益严峻的形势，新能源技术越来越引起人们重视。能源技术涉及生产、储存、运输和使用。相对于核能，安全性更高的基于清洁能源技术生产的电能被认为最有可能替代广泛使用的石化能源，供给人们日常生产生活。在这方面研究中，纳米技术用于开发可更持久储存电能的电池材料的潜力最大。一方面，现有的公共电力供应体系并未提供能源储存途径，新型能源，如风能、潮汐能或太阳能等随时间和季节波动较大的能源无法为公众提供稳定的电力供应，而现有技术尚无法满足大容量电力的长期储存需求，因而需要有新型的储存手段；另一方面，纳米材料本身是一种优越的电能储存材料，从原理来看，电储存于电容中，而电容的容量与电容器的两极面积成正比，与两极间距离成反比，纳米材料较大的比表面和较小的间距无疑具备了理想电容的条件。除了电力储存，具有更高光电转换效率的纳米材料也已经被用于研究和制造新一代效率更高的太阳能电池板，而各种更为稳定高效的金属氢化物纳米晶和碳纳米管等储氢材料也被开发出来。此外，纳米材料还被用在提高现有石化能源的利用率上，在石油和天然气的加工过程中，纳米级催化剂的使用能够有效降低成本，在新能源取代现有能源前尽可能提高石化能源的利用率并降低其对环境的影响。在各项研究中，有一项长远发展计划尤其引人注目。在诺贝尔奖得主RSmalley牵头下，莱斯大学于2005年4月启动了“扶手椅量子线”计划（Armchair Quantum Wire Project）。该计划在美国宇航局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）支持下，发展新型高效金属型碳纳米管替代现有铜线传输电力，并预期于2050年构建1亿个覆盖北美大陆的异步地区性储存单元和发电单元。这些单元可以用于储存和调剂覆盖全美的各种电力生产系统，包括核电、太阳能发电、风能发电等。从而实现能源的安全、有效利用。
　　摩尔定律（Moore’s Law）在过去几十年被证明十分精确，按照该定律，如今基于硅的微电子和半导体行业的发展已经逐渐接近技术极限，虽然加工手段不断提高，但微观材料的量子物理特性使得进一步的微型化已经无法获得稳定的电子元件。为了进一步提高各种微电子元件的性能，推动信息技术的持续发展，需要全新观念和全新技术的引入。纳米技术被认为有着巨大潜力为这一行业注入革命性的发展动力，分子电子学概念的引入无疑将为未来半导体行业带来革命性的变革。分子电子学是纳米技术的一个分支并致力于研究和开发基于分子结构的电子器件。现代纳米技术的发展为这一领域的产生和发展提供了基本前提，近年来高速发展的扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM）及原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）为新型微纳电子、分子电子器件的制备和加工提供了技术上的可行性。CJoachim 和JGimzewski等于1994年就成功利用STM进行了对金基底上的富勒烯单分子电导的测量，首次从实验上证实了单分子作为电子元件的可能性［27］。此外，新型纳米材料为分子电子学提供了物质基础。碳纳米管是其中的一个典型代表，IBM的TJWatson研究中心在这一领域做了大量前瞻性研究，尤其是在单壁碳纳米管场效应晶体管（fieldeffect transistor，FET）方面［28］。通常合成的碳纳米管总是混有金属型与半导体型的两种碳纳米管，但仅有半导体型材料能够作为FET，为解决这一难题，该中心开发了有效纯化半导体型碳纳米管的方法。近年来，有机半导体、生物大分子等也被用于开发新型器件。有机半导体是一大类表现出半导体性质的有机材料。目前有两大类，一类是有机电荷转移复合物，另一类是导电聚合物。有机电荷转移复合物的研究始于1954年发现的二萘嵌苯溴复合物［29］。这一类物质通常为多个分子（或多个部分）构成的大分子复合物，电子在不同结构间发生跃迁的过程中，电荷从该大分子的一部分迁移至另一部分。导电聚合物是一类具有较好导电性的有机聚合物，于20世纪60年代被发明，其能够表现出金属或半导体的导电性能［30］。相比于传统的无机导体，导电聚合物的最大优势在于良好的可加工性能，2000年诺贝尔化学奖就授予了对发现和发展导电聚合物做出杰出贡献的三位科学家。不过，经过几十年的发展，导电聚合物仍然没有大规模取代传统的导电材料，因为其劣势也比较明显，制备成本高、抗腐蚀性能差是阻碍其大规模推广应用的最主要问题。生物分子在近十多年来也被证明可作为分子电子器件，这一概念最早由南加州大学的LAdleman于1994年提出，并从理论上论证了使用DNA作为计算机解决七点哈密顿（Hamilton）路径问题的可行性［31］。DNA计算原理与当今计算机科学界的研究热点——并行计算的原理类似，即同时利用多个处理器进行计算，由于每个DNA分子都可以看作一个图灵机（Turing machine），因此溶液中大量的DNA分子可以进行超大规模的并行计算，这样的计算能力从原理上而言无疑远远超出现有的基于多核处理器的并行计算技术［32，33］。近几年来，基于免疫技术的发展，又出现了多肽器件和多肽计算。多肽计算基于多肽序列与其抗体间的特异关系，对一些NP完全问题进行计算，例如哈密顿路径问题等。相比于DNA计算，多肽计算是20进制的计算，而且针对一个序列有不同的抗体可以使用，因而有更高的可调控性。但是由于单克隆抗体筛选制备的复杂性、抗体的稳定性等问题，这一概念还较难推广［34，35］。
　　纳米技术在生物医学方面也有广泛的应用前景。NIH每年向这一领域投入超过2亿美元，覆盖纳米材料的制备与基本性质研究、纳米医学研究、纳米材料的环境和生物安全性研究等众多相关领域。纳米技术能够用于开发高灵敏度的检测手段、可控性更强的药物运输载体、相容性更好的人造组织和器官等。尤其值得注意的是，NIH下属的美国国立癌症研究所（National Cancer Institute，NCI）大力支持纳米技术的发展以期获得更为强有力的对抗癌症手段。在NCI纳米技术联盟支持下，8个癌症纳米技术中心从事于开发鉴别新癌症靶标的手段、检测癌症发生前分子水平或细胞组织水平变化的试剂或成像技术、运载多种药物的多功能靶向载体、实时监测治疗效果的反馈体系、降低治疗副作用的新手段参见在众多从事这一领域研究的课题组中，比较有代表性的有以下一些课题组：北卡罗来纳大学的DeSimone课题组长期从事于开发“智能”纳米颗粒。该颗粒由该实验室开发的PRINT（Particle Replication in Nonwetting Templates）方法制备，基于多肽和适体文库筛选构建能够选择性结合特定肿瘤细胞或内皮细胞表面受体的纳米颗粒，载带上信号分子或药物后，这种颗粒能够用于检测和治疗癌症［36］。
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《纳米科学与技术》丛书序
前言

第1章 绪论
1.1 纳米科学和技术发展现状
1.1.1 纳米科学和技术发展历程
1.1.2 纳米技术研究对象
1.1.3 当前纳米技术应用研究热点
1.2 金纳米材料
1.2.1 金纳米材料性质
1.2.2 金纳米棒
参考文献

第2章 金纳米棒的制备及其组装体的构建
2.1 硬模板方法制备金纳米棒
2.2 光化学合成法制备金纳米棒
2.3 电化学合成法制备金纳米棒
2.4 种子生长法制备金纳米棒
2.5 金纳米棒合成的其他方法
2.6 金纳米棒的分离纯化
2.7 金纳米棒的再生长
2.8 二氧化硅包覆的金纳米棒的合成
2.9 金纳米棒组装体的构筑方法
2.9.1 基于生物分子特异识别的组装
2.9.2 基于双官能团小分子桥连作用构筑组装体
2.9.3 基于静电相互作用的组装
2.9.4 在多相界面金纳米棒的自组装
2.9.5 硬模板诱导组装法
2.9.6 其他相互作用构筑组装体
参考文献

第3章 金纳米棒的性质
3.1 局域表面等离激元共振
3.2 表面等离激元共振峰的介电敏感性
3.3 金纳米棒单/双光子荧光
3.4 近场效应和近场耦合
3.5 单粒子谱技术
3.6 电子动力学的双温模型和光机械模型
3.7 与金纳米棒吸收相关的效应
3.7.1 光声效应
3.7.2 光热效应
3.7.3 金纳米棒的激光热熔
3.8 金纳米棒的机械性质（杨氏模量）
3.9 金纳米棒LSPR增强的单线态氧产生
3.10 金纳米棒表面等离激元手性光学活性
参考文献

第4章 金纳米棒的应用
4.1 金纳米棒在生物医学领域的应用
4.1.1 金纳米棒在生物成像方面的应用
4.1.2 金纳米棒在生物分子检测和疾病诊断方面的应用
4.1.3 金纳米棒用作药物载体
4.1.4 金纳米棒的光热治疗
4.1.5 金纳米棒用作多功能癌症诊疗载体
4.2 金纳米棒的生物安全性
4.2.1 金纳米颗粒与蛋白相互作用
4.2.2 金纳米棒的细胞生物学效应
4.2.3 金纳米棒对细胞的选择性作用
4.2.4 金纳米棒在动物体内的研究
4.3 金纳米棒在检测领域的应用
4.4 金纳米棒杂化纳米结构的应用
4.4.1 介孔二氧化硅包覆的金纳米棒（Au NR@SiO2）用于生化检测
4.4.2 用于等离激元增强化学反应/催化剂
4.5 金纳米棒的其他应用
4.5.1 光存储介质
4.5.2 潜在物理应用
4.5.3 其他应用
参考文献

附录Ⅰ 金纳米棒标准物质/样品
附录Ⅱ 金纳米棒表征系列国家标准国家标准