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光子和电子的区别范文1
1.电子
1897年，汤姆生（J．J．Thomsoni）用测量荷质比e/m的办法发现了电子，被称为电子之父。
2.自由电子
电子一般根据它的运动特征可以分为三种，一种是在金属内受原子核束缚的电子，这种电子是最不自由的，一般不称为自由电子；一种是在金属内不受原子核的束缚，但受到金属导体的束缚，出不了导体，这类电子我们常称之为自由电子，但是这类电子并不是真正自由的电子，仍需在金属导体内；还有一种电子是在真空中的电子，这种电子才是真正的自由电子。
3.光电子
光电子就是金属中的自由电子接受光子的能量从金属中飞出到真空中的真正自由电子。光电子带负电。
4.能量子
1900年，物理学家普朗克研究关于辐射问题的观点：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，1ε或2ε、3ε、4ε、…。当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子（energy quantum）。物理学后来的发展表明，普朗克在1900年把能量子引人物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。因此，这一年不仅是日历上一个新世纪的开始，而且是物理学一个新纪元的开始。能量子被称为超越牛顿的发现。18年之后，普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。
5.光子
最早认识到能量子意义的是年轻的爱因斯坦，他在1905年发表厂《关于光的产生和转化的一个试探性观点》一文。他表示，普朗克关于辐射问题的崭新观点还不够彻底，仅仅认为电磁波在吸收和辐射时才显示出不连续性，这还不够，实际上电磁辐射本身就是不连续的，也就是说，光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为v的光的能量子为hv，h为普朗克常量。这些能量子称为光子。也正是这一年，爱因斯坦创立了狭义相对论。爱因斯坦也由于发现了光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。
6.γ光子
γ射线是波长很短的光子，能量很高。每个光子均以同样的速度c（光速）运动。实验发现，当原子处于激发态时，即使没有外来的光波照射，原子也能自发地跃迁到较低能级，同时辐射出一个光子，这种过程称为自发跃迁或自发辐射。事实上，在几千摄氏度的温度下，原子发光主要来自自发辐射，而原子核的自发跃迁则产生γ射线。从原子内部能够射出这样高能的粒子，这也使科学家们意识到原子核是一个能量的宝库。
7.光电效应
光和其他物质发生相互作用时，基元过程通常表现为光子―电子作用或光子―原子作用，某些金属受到光的照射后，能够发射出电子，形成电流，这就是光电效应。
（1）光电效应中出来的电子获得了光子的能量，不计获得动量。因为在光电效应中一般照射的光子的能量是几个电子伏特，而金属的逸出功的能量也是几个电子伏特，两者能量在同一数量级，所以在作用时光子的动量就给了金属本身宏观物体，不考虑给电子的动量。而金属本身是宏观物体，对于光子给金属本身的动量后的宏观体现就不计了。
（2）康普顿效应一般是用x波段做实验的，因为光子的能量比逸出功要大3―4个数量级，所以逸出功对于光子的能量可以忽略不计，那么光子的动量就全给了电子等实物粒子，并且电子的动量可以用动量守恒计算出来。
（3）分析光电效应实验中，光电流随两极间电压的变化关系，要向学生说明并非所有的光电子都具有由公式：mv=hv-W所确定的同一初动能，实验证明绝大部分光电子的初动能都小于这个值。为什么即使是相同频率的光于也会产生初动能不同的光电子呢?从光电子发射机理上讲，在光照射下固体向真空发射的电子，既可以是自由电子，又可以是束缚电子。这些电子既可以来自距固体和真空界面只有几个原子的范围内，又可以来自比这厚得多的范围，只要电子具有足以从固体逸出的能量。这样，由于光子不仅从固体表面，而且从不同深处激发出电子，这些电子从不同深处向表面迁移的过程中，其运动的方向和路程又各不相同，因而它们消耗的能量也各不相同。同时，固体的能量理论也指出：固体中的大量电子均处在不同的能态之中，就是自由电子，其占有某一能级的机率也由费米分布函数所确定。根据能量的转化和守恒定律，一般情况下光电子的初动能应为：=hv+E-A。式中E正为电子受激前具有的能量，A为光电子从受激处运动到表面并逸出表面总共消耗的能量。正因为各电子的E和A有差别，它们吸收同样的光子也会有各不相同的初动能。只有那些具有最高能量Eo（对金属可认为就是费米能量）、逸出过程中消耗了最少能量Ao（就在表面且垂直飞出）的就是逸出功，电子才具有最大初动能，此时，Eo-Ao=W。对那些在费米能量以下（E＜Eo），离表面较深处（A＞Ao）的电子来说，吸收ν=νo的光子就难以逸出了。这时，如果吸收，ν＞νo的光子后，仍不能逸出，或能逸出的较少，或逸出时的初动能较小，那么，吸收大于ν的光子后将可能逸出或能逸出的较多或逸出时的初动能较大些。毫无疑问，入射光频率的提高将使电子受激后的总能量变大。这不仅使光电子逸出时的初动能普遍较大，其效果还增大了原来距表面较深处电子的逸出几率。可见，入射光的频率对光电子数的影响非常显著，因而量子效率随入射光频率的提高将大大增加。得出这一结论，正是尊重并剖析“相同频率的光子也会产生初动能不同的光电子”这一实验事实的必然结果。
8.原子跃迁
玻尔的频率条件告诉我们，在通常情况下，原子处于基态，基态是最稳定的。在原子中，当原子吸收外界能量后处于激发态，而激发态的原子是不稳定的。实验发现，当原子处于激发态时，即使没有外来的光波照射，原子也能自发地跃迁到较低能级，同时辐射出一个光子。光子以速度c（光速）运动。这种过程称为自发跃迁或自发辐射。事实上，原子发光主要来自自发辐射，并且光子的能量等于跃迁轨道之间的能级差。当大量原子处于不同激发态向基态跃迁时，可能发射的光的频率也是不同的。
9.光电效应与原子跃迁区别
（1）光电效应有三条实验规律：存在着饱和电流，存在着遏止电压和截止频率，光电效应具有瞬时性。原子跃迁也有三条基本假设：轨道量子化，定态假设，跃迁假设。
（2）光电效应的照射光频率与原子跃迁辐射出光的频率产生机理都是原子外层电子受激发产生的。
（3）光电效应表现为光子―电子作用，光照射金属轰击出电子。而原子跃迁是电子从一个稳定状态跃迁到另一个能量较低的稳定状态，则在此状态跃迁过程中，电子将发光（辐射出光子）。这两个物理过程似乎相反，但不是可逆过程。因此教师在教学中要加以区分。
10.原子跃迁与原子核的跃迁区别
当原子处于激发态时，即使没有外来的光波照射，原子也能自发地跃迁到较低能级，同时辐射出一个光子。这种过程称为自发跃迁或自发辐射。事实上，在几千摄氏度的温度下，原子发光主要来自自发辐射。原子跃迁产生最大频率是伦琴射线。原子核的自发跃迁是原子核的衰变，原子核的自发跃迁能产生α射线（α-yay）、β射线（β-yay）、γ射线（γ-yay）。
因此我们在教学中应该用严谨的科学言语传授于学生，让学生有好的科学素养和严谨习惯。不仅要全面地考虑问题，而且要考虑较深层次的问题，否则就会误导学生。只有学生准确全面理解物理概念和物理规律后，才能辨析似是而非的问题。
参考文献：
［1］钱伯初.量子力学.高等教育出版社，2006.
［2］普通高中课程标准实验教科书・物理.人民教育出版社，2007.
光子和电子的区别范文2
关键词：大学物理；类比法；教学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）20-0071-02
作为一门自然科学的基础课程，很多学校都将大学物理作为专业必修课开设。大学物理涉及物理学的基本概念、理论和方法，这些知识是构成学生科学素养的重要组成部分，同时，也是高新技术理论重要基础。通过对该课程的学习，可以培养学生的科学世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索和创新精神。然而，随着我国高等教育扩招规模的快速发展，办学规模不断扩大，这使得普通高等院校学生基础出现了一定程度的下降，因此，在大学物理教学中出现许多新的问题。比如说，学生反映物理难学，老师觉得难教，很多同学缺乏学习兴趣，甚至许多学生通过死记硬背来应付考试。即便如此，期末考试学生的挂科率也比较高，这给大学物理课程教学目标的实现带来了很大难题。为了解决物理教学中的这些问题，除了教学的深度改革之外，还需要教师掌握有效的教学方法，提高教学质量。其中，类比法就是一种可以有效地缓解工科大学物理课程内容多、学时紧的矛盾，而且可以帮助学生在学习中举一反三、融会贯通。
结合笔者的教学实践，本文就物理教学和学习中经常使用的类比法作一些探讨。
所谓类比，就是指运用特定事物在某些方面的相同、相似或可比拟的特性来分析、推断所研究对象在另一些方面的属性和特征的一种间接推理方法。
在物理学的发展历史上，有一些著名的物理学家就是运用类比推理的方法取得成功的。如荷兰物理学家惠更斯，他发现光和声这两类物理现象具有很多相同的性质：它们都遵循直线传播规律，都有反射、折射和干涉现象，而“声”是一种波动，由此他推出结论：“光”可能也是一种波动，随后的很多实验证明，这种类比推理得出的想法是正确的。又如，20世纪20年代，法国著名青年物理学家德布罗意就是在将实物粒子与光子进行类比的基础上，得出了“实物粒子也具有波动性”这一物理学史上具有划时代意义的科学论断。还有，轨道量子化中，自旋量子数的得出，都是类比推论的结果。
从事大学物理教学的教师都会体会到：类比法不仅是一种重要的科学研究方法，也是一种有效的教学方法。尤其对工科大学物理的教学而盲，教学内容中的很多概念都可以通过相互类比进行学习和理解。例如，力学中质点的直线运动公式、刚体的定轴转动公式，以及量子力学中的各种力学关系，都可以进行类比；电磁学中静电场规律与稳恒磁场规律的类比等。在教学中适当地运用类比法，不仅可以帮助学生在学习中举一反三、融会贯通，而更为重要的是，通过这样的教学实践，可以培养学生善于观察、勇于探索的科学能力。
下面举几个运用类比法进行物理教学的典型例子。
康普顿效应和光电效应，都是表明光的粒子性的两个重要效应。康普顿效应是光子与电子发生弹性碰撞，而光电效应则是电子吸收光子。为什么会产生这样的区别？同样是用光子去打击电子，为什么用可见光照射时，电子可以吸收光子，表现为光电效应；而用X射线照射时，此时电子不吸收光子，而是与光子发生弹性碰撞，表现为康普顿效应？它们之间会有什么联系呢？带着这些疑问，我们将这两种效应进行一场深入的对比和分析。
在光电效应中，入射光通常是可见光和紫外光，这些光子的能量很低，大约为几个eV，和金属中电子的束缚能量（逸出功）有相同数量级。所以，在光电效应中，光子和物质相互作用时，必须考虑光子、电子和原子核三者的能量和动量变化.但是，由于原子核的质量比电子大几千倍，因此，核的能量变化很小，可以忽略不计，而动量变化较大，无法略去。爱因斯坦方程只表示光子与电子的能量守恒，而没有相应的光子和电子的动量守恒关系。
而在康普顿效应中，X射线光子的能量大约在10～10eV，相对于光电效应的入射光而言，能量大了很多。此时，可认为是光子与核外电子二者的相互作用，光子和电子之问能量和动量均守恒，而没有考虑原子核的运动。作为一级近似，可以认为电子是自由的。光子与这种“自由电子”发生碰撞，损失部分能量出射，宏观体现为波长变长。与光子作用的那个电子叫做康普顿电子（初速度为零），康普顿电子获得光子给予它的那部分能量出射.其出射角度在0°～90°之间，这也证明了康普顿效应是两个准自由粒子的弹性碰撞。
此外，薄膜干涉中的等倾干涉条纹与牛顿环很容易混淆，教学的过程中，可以通过类比的方法将它们予以区分，加深理解和记忆。首先，可以告诉学生，等倾干涉产生于平行薄膜干涉，而牛顿环产生于楔角渐变的薄膜干涉。其次，可根据它们的产生原理不同，分析条纹的特点。如图1所示，对等倾干涉而言，假设薄膜光学厚度为nh，入射角为i，对应折射角为γ，此时光程差为
δ=2hncosγ+■
由上式可知，γ相等（即入射角i相等）的点，光程差相等，这些点形成同一圆形条纹，当然，不同的入射角具有不同级次的同心圆环。i越小光程差越大，干涉级次越高，即圆环中心（i=0）的级次最高。
对牛顿环而言，如图2所示，垂直下表面入射角的单色光在厚度为h处的光程差为：δ=2ne+■
由此可见，厚度h相同处光程差相等，即同一厚度的所有点具有同一级干涉条纹，因此，干涉条纹也是圆形的，e不同时，构成一系列同心圆环。e越小，光程差越小，干涉级次越低，即e=0时，级次最低。
类比法在物理教学中的运用相当广泛，它不仅有利于学生对新知识的学习、理解，还有利于对较复杂的物理过程和抽象物理概念的具体化、形象化，能帮助学生通过联想进行再造想象，寻求思维的线索，获取解决问题的方法。对于培养学生创造能力具有重要的现实意义。
参考文献：
[1]Compton A H. A quantum theory of the scattering of X-rays by light elements[J].Physcal Review，1923，21（5）：483-502.
光子和电子的区别范文3
【关键词】万有引力本质 光本质 光电效应 电磁波
前文阐述了物质空间的变化规律及磁的本质，今天笔者将揭示万有引力及电磁波空间的本质。
1 万有引力的由来
“当电子运动方向一致，以及沿同一轴线同向旋转或自旋时，它们彼此就会吸引，运动方向相反他们彼此就会排斥，这正是磁力产生的原因。电子的速度越接近，引力越大，速度越不一致斥力就越大。此原理对于一切粒子（物质）均适用”[1]。下面（图1）是利用小磁珠组成的各种各样的图形，我们随意将小磁珠放在一起，可以发现，小磁珠并没有因为之间的斥力而弹开，而最终却因为引力而结合在一起。只要有磁引力的存在，小磁珠总能够找到正确的办法，组合成各种形状的物体，笔者在这里将这种现象称引力主导现象。为什么会产生这种现象呢？图2-A为两块以排斥方式排列的磁铁，虚线表示两块磁铁的中心连线，或者叫平衡线，箭头代表力的方向。当同极靠近时，两块磁铁的斥力会产生背向平衡线的一个合力，在没有其他外力的作用下，这个合力会变得越来越大，而斥力在磁铁之间的平衡线方向的分量越来越小，直至最后为零，可以看出，在斥力作用下，磁体之间的状态趋于不稳定。图2-B为两块以吸引方式排列排列的磁铁，两块磁铁之间的引力会形成一个朝向平衡线的合力，在没有其他外力的作用下，这个合力会变得越来越小，直至为零，这时磁铁之间的引力完全与平衡线重合，达到最大，不再变化，这时磁铁直接的状态是最稳定的。在引力与斥力的对抗中，引力取得完胜，这就是引力主导原则。宇宙在有限的空间里是不允许物质通过斥力无限增大空间的，而是通过引力达到一个暂时的稳定。
我们用小磁珠构建一个磁球，小磁珠磁极方向的排列是随机的（非刻意的排列），随着小磁珠的数量增加，磁球的体积和质量在不断变大，当大到一定程度，磁球内小磁珠的磁极朝各个方向排列的数量趋于相等，变得均匀，对外的极性趋于消失，而磁球对外的引力与斥力却一直存在，并且朝各个方向变得均匀稳定。此时将两个这样的磁球靠近，根据引力主导原则，磁球间不是排斥而依然是相互吸引的。当磁球增大到一定程度，对外引力的大小只跟球体的质量与距离有关，而不再跟球体的方向相关，极性相关了。
我们把小磁珠看做一个自旋的磁，然后用基本粒子替换磁畴，那么磁球就变成了宏观意义上的物质。事实上任何自旋和旋转的粒子（物质）之间均能产生引力与斥力，根据引力主导原则，最终使粒子粘合起来的为引力，我们把粒子旋转产生的引力称做初原引力。夸克、电子、质子等粒子通过一定方式的旋转产生初原引力组合成原子、分子，原子、分子由一定的运动方式组成形形的宏观物质。宏观物质之间就像磁球一样存在由各个级别粒子集体产生的对外的力，而这些力当中，最终发挥作用的是引力。因此宏观物质彼此之间是吸引的，这就是万有引力。
图3-A表示粒子的个数与万有引力的关系，x表示粒子的个数，y表示物质对外的引力。
随着粒子的增多，其对物质万有引力的贡献陡然下降。当粒子数目达到x1时，物质已经接近宏观物质，此时粒子对万有引力的贡献已经非常微小，且接近于恒定值。这时x1之后的线段可以看成一条直线，且斜率接近0。我们把x轴的单位放大，且用质量代替粒子数目，如图3-B，此时将质量的单位调到足够大，线段的斜率也随之变大，万有引力与质量就成了正相关的线性关系。比如一个2kg的物体与地球的引力相当于两个1kg物体对地球的引力，是其的2倍。
气体的分子之间可以认为只存在线运动（旋转和自旋忽略不计），当温度降低或空间压缩时分子的线速度降低，角速度大大增加，分子的空间大大减小，进而形成液体。由于分子还是具有很高的线速度，分子自旋及分子内部粒子产生的引力不足以对抗分子的线动能。所以液体的分子相对自由的。当温度进一步降低分子线动能减小不足以对抗分子引力，分子就会被束缚，形成固体。这时分子的线速度不是完全消失，而是转化为引力平衡位置的振动。温度越低振动越微小，温度越高振动越剧烈，直至挣脱引力。
2 重新定义电磁波
我们首先来探讨一个问题：电子究竟是什么？至今为止仍没有人能够给一个准确答案，可以说电子是宇宙中最神奇的粒子，看不见，摸不到，在空间中不能单独稳定存在，我们只有通过外在的现象分析其性质。笔者认为电子占用的空间极大，纵使相隔千里，两个电子依然能够发生作用（不排除通过空间介质）。宇宙的空间被物质占据着，而电子的空间却大到了极限，宇宙中已没有过多的空间来满足电子，所以在有限的空间内电子必须被压缩在物质内，而不能独立存在。
笔者已证明电磁本质为电子空间变化，笔者认为电磁波实为电子的空间波动。振动电子的空间发生了波动，而电子空间的波动势必会影响其周围电子空间。大家知道，光是某种频率的电磁波，我们眼睛之所以能够看到光线，就是因为光源电子与我们人眼内的电子发生作用，光源电子通过空间波动挤压或吸引到眼睛内的电子，我们的眼睛正是将眼内电子波动的信号传给大脑，而我们的大脑有能力把此频率的电子波动翻译成各种颜色的光线，并判断出光源的距离，借此勾画出物质的外形。
而光又具有什么性质呢？（1）某种频率的光具有饱和振幅，且基本固定不变。为什么这么说呢？因为物质内的电子轨道及其空间有限，电子的振动范围不能无限大。随着物质的能量增大，电子的振幅在有限空间内达到饱和，最大化，且基本稳定不变，否则电子将突破轨道，脱离核的控制，此时物质瓦解并形成新的物质。所以某种光被激发以后，其振幅基本是个固定值。（2）光的强度是由振动电子的密度决定，而不是振幅。比如一个灯泡，我们想调大它的亮度就必须加大它的电流，这时通过灯泡的电子数量增加，也就是说单位时间内参与振动的电子多了，密度就变大了。（3）光的能量与其频率成正比。电子振动的频率是由核对其的束缚力决定的，束缚力越大，频率越高，消耗的能量就越多。我们通过人工振荡器发射的电磁波，是电子的群体行为，而不是单个电子受到激发的振动独立完成的，而光波是物质原子核内每个电子独立振动发出的，人工电磁波与光电子的振动有本质区别，所以人工电磁波不具有以上光的3个性质。
说到光就不得不提光电效应。用一束光照在金属表面，当光超过一定的频率，不论强度的大小，均能使电子脱离金属的束缚，跃出金属表面。笔者认为光源电子的空间波动一定会影响金属内的电子，而金属内的电子可以近似的看做自由电子，受光源电子空间波动影响会跟随光源电子的频率振动。振动频率越高电子受到的力就越大，由f=mv/t可以看出，频率越高t越小，电子受到的力就越大，因此电子能够摆脱金属原子核的束缚。那么为什么强度很弱的光依然能够产生光电效应呢？笔者认为，光波并不是一份份的量子，当光强度很弱时，光波不是均匀作用在金属表面的每一个电子，而是选择金属表面跟光源电子距离最近且运动状态最接近的自由电子作用，这样被作用的电子最先（也最容易）被激发，自身能量最高，最先跃出金属表面（好比一群人最先掉下悬崖的，是站在悬崖边上的那个）。随着光波持续照射或光的强度变大，光波就有能力使金属表面越来越多的电子被激发，脱离金属束缚的电子就越多，金属电场强度就越大。在笔者看来，电流及电磁波均为电子之间的空间作用，其传播速度就是电子的空间感应速度（并不是电子运动速度），均为光速，事实证明，二者出奇的一致。
金属之所以能够反射光，是由于金属表层的自由电子以光源电子相同频率被激发，形成了等同的次光源；物质之所以透明是由于物质内部原子核对电子的束缚力相当强大或其他原因，透明物质内的电子不能被源电子激发一起振动；黑体之所以是黑的是因为物质内部的电子受光源电子振动的激发而振动，但由于黑体的电子不是完全自由的，其振动势必带动原子振动，将光的频率振幅降低，成为不可见的电磁波了及热能了。
3 结语
总之光是波而不是粒子，笔者在此纠正前文有关光子空间的论述，笔者对空间的论述也至此终结，实际上笔者并不反对经典物理学，相反是将牛顿的二维经典物理学延伸到了三维空间，是对经典物理的补充与发展，如果硬要区别对待，那就叫它空间物理学吧。
光子和电子的区别范文4
（1）雄蜂是由卵细胞直接发育而来的，体细胞中含有16条染色体，属于倍体；蜂王和工蜂属于雌蜂，是由受精卵发育而来的，属于二倍体。由此可知，蜜蜂的性别是由的数目决定的。在雌蜂中，蜂王可育，而工蜂不育，说明生物性状是由的结果。
（2）受精卵发育为蜂王的过程中，有丝分裂后期的细胞中含有个染色体组；蜂王产生卵细胞的过程中，一个初级卵母细胞中能形成个四分体。
（3）蜂巢中所有的雄蜂、工蜂和蜂王共同组成一个。受精卵孵化为新蜂王过程中，先孵化出来的新蜂王咬死即将孵化出来的其他“王储”，这在生态学上称为，达尔文称之为。
（4）在蜜蜂的体色中，褐色（B）对黑色（b）为显性。现有褐色雄蜂与黑色蜂王杂交，依的体色及比例可以验证孟德尔的分离定律。
40.【生物――选修3：现代生物科技专题】（15分）
请回答下列有关基因工程的问题：
（1）如果用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群体就叫做这种生物的。
（2）一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有、以及。
（3）目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为。将目的基因导入植物细胞常用方法是法。转基因动物中常用的方法是。
（4）大肠杆菌是最常用的受体细胞，其原因是，其转化方法是：首先用处理细胞，使细胞处于一种的生理状态，这种状态的细胞被称作感受态细胞。
参考答案
1.C解析：酶的化学本质是蛋白质或RNA，故组成酶的基本单位是氨基酸或核糖核苷酸。
2.A解析：本题考查细胞呼吸的过程，意在考查知识理解能力。②过程表示有氧呼吸的第二、第三阶段，在第二阶段中需要水参与，在第三阶段中有水产生。①过程产生的[H]将在③过程中被利用，细胞中无[H]积累。③过程中无能量释放。在剧烈运动中，人体细胞主要通过有氧呼吸即①②过程提供能量。
3.B解析：R型肺炎双球菌不具有荚膜、菌落表面粗糙、无毒，注射到小鼠体内不会使小鼠患病；而S型肺炎双球菌具有荚膜、菌落表面光滑、有毒，注射到小鼠体内会使小鼠患病败血病而死亡。电子显微镜下不能区别DNA分子的结构，故B项错误。
4.C解析：一对相对性状中，显性性状个体数量不一定比隐性性状个体多。X染色体上的基因控制的显性性状在雌性个体中易于表现。在一对等位基因中，基因频率大的不一定是显性基因。
5.B解析：该实验的自变量是细胞分裂素，结合题意，应该先创造顶端优势，然后在通过细胞分裂素处理，观察实验结果。因此，实验组应保留②，并在①处涂抹等量细胞分裂素溶液。
31.（1）胰岛素葡萄糖载体胰岛素（的浓度）、胰岛素受体（的数目）（2）胰高血糖素（肾上腺素）（3）Ⅰ型自身免疫Ⅱ型
光子和电子的区别范文5
关键词：固体物理学 教学改革 教学实践
中图分类号：G462 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0143-02
固体物理学是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律以及阐明其性能与用途的学科[1]。从学科结构和内容上看，该课程内容基于普通物理学、高等数学、线性代数、量子力学、热力学统计物理等课程，主要讲述晶体结构、晶体结合、晶格振动和能带理论等方面知识。它既是当今物理学领域中最重要的学科之一，也是许多新学科的基础。由该学科发展起来的基本概念、基本理论和实验技术，已向其他相邻学科领域渗透，并促进其他学科的发展[2]。如：金属物理、半导体物理、磁学、低温物理、电介质物理、表面物理、非晶态物理、材料科学等。几十年来，以固体物理的理论为基础，在半导体、磁学、激光、超导、纳米材料等现代技术研究方面取得了重要突破。随着科学技术的发展，固体物理课程的教学在新的历史条件下已面临前所未有的挑战，碰到了许多难以回避的新问题、新情况。传统的固体物理教学内容对固体物理前沿的新成果、新概念介绍得不够，且传统的教学方法单一，不利于学生解决问题的能力及创新能力的培养。为了适应精英教育、构建研究型大学人才培养的需要，固体物理学的教学改革十分必要。因此，笔者结合自己在学习和讲授固体物理学过程中的感想，针对教学目标、教学内容和教学方法等方面作出如下探索。
1 培养学生自主学习的能力
随着科学技术的迅速发展，学生既要学习原有的经典知识，又要接受更多的课程和社会信息，如何在有限的时间内实现这两者的有效结合，是当今各个阶段的教育都面临的一个重要问题。面对知识更新速度的加快，我们的教育目标也应该有所调整，即努力实现由“授之以鱼”向“授之以渔”的转变[3]。尤其是对于大学生，他们已经接受了十多年传统的学校教育，有了较多的知识积累，大学阶段的教育一方面是教给他们以知识，更重要的是培养他们自主学习的能力，使他们掌握研究性学习的方法，以便走向社会后具备自我学习、获取新知识和开展新工作的能力。明确了这样的培养目标之后，在教学过程中，就应该有针对性的创造各种条件，让学生自主参与到学习过程中来。例如，在讲授布洛赫波的时候，先向学生强调晶体中电子波函数是按晶格周期调幅的平面波，接着启发学生考虑自由电子波函数的形式（量子力学已经讲述过），经过引导，学生回想起自由电子的波函数是平面波的形式，之后再分析晶体中电子是受到晶格势场的周期性调制，所以需在平面波的波函数前面加上一个调幅因子，最终形成了布洛赫波函数。经过这样一个过程，学生可以自主的回顾以前所学的知识，并将其和新内容相联系，有助于新旧知识的融合和贯通。与此同时，也可以激发学生学习的积极性，培养他们学习和运用知识的能力。
2 教学内容的精选
固体物理内容十分丰富，体系庞大，各部分有各自的特点。其中复杂抽象的概念体系、晶体结构的描述、严密的理论推导等要求任课教师具有较好的数学和物理学修养，要熟悉固体物理学发展历史和前沿研究的新动态、新概念，且能够对物理图像进行透彻的讲解；要求学生具有扎实的微积分、线性代数、群论等数学知识和量子力学、原子物理学、理论力学和统计物理学等物理知识。同时，固体物理学知识比较零散、概念多、模型多、原理和定律多，这对教师和学生都是一种挑战。面对如此庞大的知识体系和丰富的内容，在讲授过程中如何组织授课思路和精选教学内容，是教师要解决的一个问题。首先，理清固体物理的主线是非常重要的，即明确固体物理是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律及阐明其性能与用途的学科，是从微观的角度来揭示固体的宏观物理现象.在此基础上，认真分析教材，同时参考其他经典教材，精选教学内容，重在物理概念和模型，至于公式的推导和方程的求解等环节可适当简化，留给学生课后自行解决。按照这样的思路进行下来，即使在有限的课时内，学生对物理概念、物理图像的认识也会比较清晰，有利于对基础知识的掌握.
3 重视章节之间的内在联系
固体物理学虽然涉及内容较多，但是认真分析后，不难发现各章节之间衔接紧密。以胡安的《固体物理学》为例，本科阶段的教学内容主要是前四章：第一章主要讲晶体的周期性结构，那么这些结构形成的内在机理是什么，就要考虑粒子间的相互作用，这样就引出了第二章关于晶体结合的问题；同时，由晶体的结合类型和结合能，表明在不同的条件下，原子间会出现某种形式的引力和电子云的斥力，这些相反的作用力决定着平衡时原子间距，再考虑到绝热近似，实际晶格则在平衡位置附近振动，由此可引出第三章关于晶格动力学和晶体热学性质的内容；晶格动力学主要是针对原子的水平上的内容，而晶体中还包括电子，那么电子的状态是怎样的呢？这就引出了第四章能带论.由此可见，在教学中，抓住知识体系的主线，突出概念和模型，便于学生识记、理解、掌握知识体系。
4 注入学科前沿知识
固体物理学是一门发展十分迅速的基础科学，与当今最活跃的凝聚态物理和新材料科学紧密相连，也在其他多个学科领域得以应用，因此面对不断涌现的新的现象和新的科研成果，固体物理学的前沿动态在教学中应该有所反映[4]，这将有助于提高学生对该课程学习的积极性和明确努力方向，同时也使课堂教学增添活力.例如，在讲授晶体的共价键结合时，笔者就联系自己的科研实际，介绍了碳纳米管和石墨中碳原子的成键形式的差异，说明了二者在物理性质上的区别和联系，以此为基础，进一步介绍了低维碳纳米材料近年来的研究进展。再如讲授能带理论的时候，笔者向学生介绍了石墨烯的能带特征，说明了在低能极限下，石墨烯呈现出线性的能量色散关系，使得传导电子可以看作是无质量的Dirac费米子，这种类似于光子的特性，使其可用于相对论量子力学的研究，同时表明其独特的载流子特性和优异的电学特性，这些都是近几年凝聚态物理的研究热点。所以，把科学前沿知识引入课堂，不仅可以让学生强烈地感受到科学发展的脉搏和动力，极大的拓展了学生的视野，还可以激发起学生运用基础学科理论实现科技创新的勇气和欲望。这与“着重于启迪学生思维，发展学生智能，开发学生的创造性，努力拓宽学生的知识面，为探索未知世界铺路架桥”的世界一流大学培养人才模式是相呼应的。
5 教学手段的优化组合
固体物理课程中包括大量的立体图像和复杂的空间结构，还涉及晶格振动的动态过程，对学生的空间想象能力要求较高。传统的“粉笔+黑板”的课堂教学手段就有一定的弊端， 因此可以将现代化的教学手段融入进来[5]。例如，使用多媒体课件演示晶体结构、倒格子、能带、晶格振动等模型，再结合自制教具，实现图片、动画和实体模型相结合，使学生建立形象的空间模型概念，更直观的理解教学内容。所以，多媒体教学技术以其趣味性、形象性，可以增强教学的感染力，为固体物理教学注入了新的活力，从根本上改变了固体物理传统的教与学的方式，有助于激发学生学习的兴趣，培养学生的思维能力和创造力。但是，多媒体课件不完全适合固体物理学教学，应根据具体内容和教学反馈进行取舍。例如，在讲授倒点阵、布洛赫定理、声子态密度等理论性较强的内容时，要配合节奏相对缓慢的板书，使学生理解知识要点，学会推理，从而有效的学习。
6 结语
上述教学改革方案是笔者在自己学习和讲授固体物理学的过程中总结出来的，可以概括为“抓主线，选内容，重前沿，讲方法”，目前在教学活动中也一直在实践，获得了较好的教学效果。但是，固体物理教学改革是一个庞大而又复杂的系统工程，课程改革的进行涉及到诸多方面，需要广大教育工作者不断研究和探索，进行多次“实践―反思―总结”，方可真正跟上当今科学技术日新月异发展的要求，培养出新世纪合格的高素质和创新型人才。
参考文献
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[2] 梅显秀.固体物理教学改革的探索与实践[J].大学物理，2010（29）.
[3] 华中，宋春玲，刘研.固体物理教学改革的探索与实践[J].吉林师范大学学报（自然科学版），2004（4）.
光子和电子的区别范文6
非对称纳米粒子的特殊非均质结构决定了其独特的理化性质，由此也为这种新型纳米材料的广泛应用奠定了基础，尤其在生物纳米技术领域。这种非对称纳米材料的独特性质主要包括表面双亲性、催化特性和生物相容性。下面将从这几个方面进行综述。
1.1表面两亲性在水/油混合体系中，具有表面两亲性质的固体纳米粒子可以在两相表面形成一层结构稳定的单分子层以阻止乳化液滴的聚并。由于非对称粒子两面不同的结构特点，因而对其表面活性的研究也曾一度引起广泛的研究热潮。Binks等对比研究了均质粒子和非对称粒子在油/水界面上的吸附性能。结果发现，非对称粒子可使Pickering乳液的稳定性大大增高。相对于仅产生均一表面湿润性的粒子，非对称粒子是具有两面不同湿润性表面的新型粒子，并且也由此具备了典型的Pickering效应和传统表面活性剂的两亲性质［4］。为进一步探究非对称粒子的两亲性，Glaser等运用哑铃状Au-Fe3O4纳米粒子在水相中乳化正己烷，并深入阐明了非对称粒子的两亲性。实验通过配位体交换在Au的部分修饰正十二硫醇(DDT)和十八硫醇(ODT)以增加Au部分的疏水性，从而在整体上提高了粒子的两亲性质。由于具有两亲性的非对称粒子在界面上可通过自组装以降低界面张力，从而增强乳浊液的稳定性，因此在乳液体系中碳氢化合物配体修饰的Au部分因其非极性而朝向正己烷相，同时，极性分子Fe3O4则浸入水相中。实验证明，相对于相同粒径和化学组成的均质粒子，非对称粒子具有更好的界面活性，并且其界面活性随着粒子两亲性的增强而增强。最近一项研究表明，不同类型固体纳米粒子在稳定癸烷和水乳化液时，非对称纳米粒子表现了相对于均质粒子更强的稳定性，因此可以更有效地抑制分散相的聚并。通过观察纳米粒子对两相液滴的乳化作用，Fan等［6］通过动力学模型从机制的角度详细比较了非对称纳米粒子和均质纳米粒子在稳定Pickering乳液时的区别。结果表明，两相界面上粒子的密度是稳定Pickering乳液最关键的因素。当密度足够大时，三相接触角可以作为区分粒子是否有效地稳定乳化液的一种量度。当以相同的密度和接触角时，非对称纳米粒子在稳定乳化液时表现出较均质纳米粒子更加有效。在生物质精炼过程中，初产品的不相溶性和热不稳定性大大增加了纯化过程的复杂度，从而导致得率降低，因此，一种既能够在两相界面上稳定存在又同时具备催化性的材料应运而生。非对称纳米材料因其良好的两亲性可以有效稳定水/油乳液，当在其表面修饰催化剂时，这种材料便可以在两相界面上进行催化反应，从而有效完成非均相的有机合成反应，提高生物质精炼的效率［7］。近年的研究表明，非对称纳米材料凭借优越的表面活性，其多种应用潜能已被开发，如表面稳定剂、增容剂以及防水纺织品等。在工业生产中，为了在反应性共混体系中增容两种组分，通常需要使用嵌段共聚物作为增容剂，但由于大多数的嵌段共聚物不能吸附在界面上，并且在高剪切挤压过程中容易丢失，因此很大程度上增加了共混聚合物的成本。然而，非对称粒子因其表面双亲性质有效避免了嵌段共聚物的缺点，因此可以代替嵌段共聚物成为一种新型增容剂。经相关实验证明，非对称粒子在聚合物共混体系中具有更高的增容效率［8］。Synytska等［9］还巧妙地利用了非对称粒子的双亲性将其化学性修饰到纤维表面，从而开发出新型的防水纺织品。
1.2催化特性近些年，科学家对于催化剂分子与纳米粒子的结合研究已获得一些进展，如纳米驱动器、感应器、纳米泵以及自动装置的问世。相应复合材料的性质及应用也受到广泛关注。研究人员发现，在氧化物载体上修饰金属所形成的复合纳米材料，相较于未修饰之前的单一组分纳米材料具有更强的催化活性，并且这种复合粒子的催化性能还会因发生在金属与氧化物接触面上的协同效应而增强。Wang等［10］用贵金属和金属氧化物制备出哑铃状的非对称纳米材料，并研究了该合成材料在氧化CO中的催化效率。结果表明，制备的Au-Fe3O4和Pt-Fe3O4非对称粒子在氧化CO时表现了较单纯的贵金属材料(Au或Pt)更强的催化活性。类似地，在催化H2O2还原反应时，Au-Fe3O4纳米粒子也表现出很好的协同效应，从而获得增强的催化性能［11］。自1972年，由日本东京大学FujishimaA和HondaK两位教授［45］首次报告发现TiO2单晶电极可以光催化分解水产生氢气，从而开辟了光解制氢的研究道路。随着材料学的发展，纳米化光催化剂得以实现。由此诞生的纳米TiO2粒子凭借其较高的光催化活性成为当前最有应用潜力的一种光催化剂。但因其能带限制，只有吸收波长小于387.5nm的紫外光才能产生光生电子和空穴以诱发光催化反应，这在很大程度上限制了TiO2光催化技术的实际应用。为拓展TiO2光能利用效率，充分利用太阳光中的可见光，国内外学者围绕TiO2改性做了大量研究［12］。由于贵金属粒子在入射光电场作用下，其自由电子可产生集体振荡，当入射光子频率与贵金属纳米粒子传导电子的整体振动频率相匹配时，纳米粒子会对光子能量产生很强的吸收作用，就会发生局域表面等离子体共振(localizedsurfaceplasmonresonance，LSPR)效应。在Seh等［13］的研究中，制备的非对称金-TiO2纳米粒子可借助金的LSPR效应有效促进TiO2光解制氢。根据实验对比核壳结构的金-TiO2纳米粒子可知，非对称的金-TiO2纳米粒子作为优良的光催化剂在等离子体增强的可见光光解制氢的应用中表现了较好的催化效率。类似地，利用TiO2的光催化性质，非对称结构的金-TiO2纳米粒子还被应用在光催化甲醇氧化生产甲醛的反应中［14］。纳米粒子可以通过将环境中的自由化学能转化成机械能从而使其获得自身动力。作为贵金属之一的铂是一种良好的金属催化剂。它可以催化过氧化氢生成水和氧气，因此制得的铂-金非对称金属纳米棒在过氧化氢水溶液中通过催化反应可获得自发动力。实验显示，在过氧化氢溶液中该纳米棒可以30μm/s的速度进行轴向运动。在类似的实验中，Ozin和他的同事［16］也观察到镍-金纳米棒的旋转运动。在对非对称纳米粒子的催化动力机制的研究中，Wang等［17］制备的修饰有过氧化氢酶的金-吡咯非对称纳米棒在H2O2溶液中也呈现出一定的运动现象。Howse等在前人的研究基础上对非对称粒子催化动力机制进行了深入探索，他们在聚苯乙烯微球的半面上包覆了铂金属材料，并利用铂对过氧化氢的催化还原作用而使其获得自发动力。实验发现，在短时间内，非对称形态的粒子呈现出定向运动，且运动速率随着环境中底物分子浓度的升高而增大。由此构建的趋化系统也为非对称纳米粒子的实际应用提供了新的方向。之后，在Sen和Chaturvedi等的进一步研究中发现，具有催化性的非对称粒子在紫外线照射和H2O2的环境中还表现出一定的趋光性［19，20］。基于非对称材料独特的结构特点和多种性质的相辅相成，这种新型复合粒子为进一步的材料创新以及应用开发都提供了良好的基础和平台。从近年的研究热度和方向可见，具有催化性的非对称纳米粒子，在化学和生物领域都具有很大的应用潜力。
1.3生物相容性基于亚细胞的尺寸大小，纳米粒子被广泛应用于生物领域，如细胞标记和成像。当纳米材料被应用于生物体内时，该材料或结合在细胞表面，或经吞噬作用和巨胞饮作用内化到细胞内。研究表明，在纳米粒子与细胞或胞外环境之间通常会产生一些生物效应，这些生物效应的发生主要由纳米粒子的物理化学性质(尺寸、形状、表面性质)所决定，并由此产生生物相容性或其他生物效应。为了使纳米材料在生物体内更好地发挥其预期作用，研究者们认为，良好的生物相容性是一个至关重要的前提条件。经大量研究发现，SiO2、羟磷灰石(HAP)［23］、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)以合适的物理化学性质修饰于材料表面时，可使材料引入官能基团从而获得较高的生物相容性。因此，无论是对称或非对称纳米材料，其表面如果修饰这些试剂，理论上都是可以获得较好的生物相容性。在了解到聚丙烯酸和聚丙烯酰胺-丙烯酸在人体试验中均表现了良好生物相容性后，Yoshida等创新性地将这两种试剂利用化学反应制成具有两相性的非对称纳米胶体，并在两部分材料中分别修饰了生物素和异硫氰酸荧光素，进而可将链霉亲和素特异性结合在材料表面。经进一步的细胞实验表明，这种非对称纳米胶体在较宽的剂量范围内仍保持很好的生物相容性。在最近一项研究中，非对称纳米材料Au@MnO因同时具备磁性和光学性的双功能而成为高通量检测的研究重点。但是MnO因自身带有一定的细胞毒性阻碍了其在生物医学领域的应用。为了解决这一问题，科学家们将SiO2包覆在暴露的MnO部分，通过改变非对称材料的表面修饰，从而使这一非对称纳米材料(Au@MnO@SiO2)在之后的细胞活力实验中表现了较好的生物相容性，并降低了细胞毒性，从而扩展了其应用范围。
2基于非对称纳米材料的生物探针构建及其应用研究
作为多功能纳米材料，非对称纳米粒子的大多数应用都得益于它可调控的非对称结构和独特的表面特性。随着非对称纳米粒子制备方法的多样化，其在各领域的应用潜能被不断开发，尤其在生物医学领域。由于在非对纳米粒子的两部分独立表面上可以分别修饰配体或蛋白质等生物大分子，由此构建的多功能生物探针已被广泛应用在医学研究和临床诊断上，如生物传感器和靶向药物运载系统等。
2.1生物传感由于非对称纳米粒子具有独特的理化性质，因此可经多种修饰而获得良好的生物传感性能。具有精确生物传感能力的纳米探针对医学领域的应用具有重大意义。Wu等［28］制备的非对称金-聚苯乙烯纳米粒子就同时具备了细胞特异性靶标和生物传感功能。由于修饰在聚苯乙烯半面上的抗HER-2抗体可以与BT474人乳腺癌细胞表面的HER-2受体特异性结合来靶标细胞，同时又通过对金半面的表面增强拉曼散射图谱来传感目标细胞，从而提高了癌细胞检测的灵敏度。Villalonga等［29］运用非对称纳米粒子成功设计出一种尿素传感系统。在这种非对称纳米粒子的金表面修饰上脲酶，同时在介孔硅材料表面包覆上一种pH感应门控(pH-responsivegate)物质，当这一生物探针在环境中遇到尿素时，金部分携带的脲酶就会专一性分解尿素，导致环境中pH值升高，进而打开pH感应门控以实现传感效应。在哺乳动物中枢神经系统中，多巴胺是一个非常重要的神经递质，因而对这种神经递质的定量检测也引起了研究人员浓厚的兴趣。目前，利用多巴胺在电极上的电化学催化氧化作用进行的检测最为普遍。但由于电极表面会因氧化产生污物以及来自抗坏血酸联合氧化形成的干扰都对多巴胺的检测效率构成了一定的负面影响。最近的一项研究显示，将非对称金纳米团簇修饰在玻璃碳电极上制得的多巴胺电化学传感器在多项实验中均表现了较高的催化活性从而有效降低了多巴胺检测限。在多巴胺的电化学反应中，非对称纳米团簇作为一种氧化还原介质可有效促进团簇与玻璃碳电极间的电子转移，以增强多巴胺的电化学催化氧化，从而提高了多巴胺的检测灵敏度和效率［30］。类似的研究发现，为构建一个生物识别-效应系统，在非对称金-介孔硅纳米粒子的两部分分别修饰上链霉亲和素和辣根过氧化物酶(HRP)，当该探针特异性地结合在修饰了生物素的金电极上时，由于固定化的HRP在电化学反应中可转化环境中H2O2从而产生电分析信号，之后由循环伏安曲线来表征这一传感效应。多模态成像是生物医学诊疗中的一项重要的传感手段。通过标记生物荧光物质或量子点的成像探针在细胞靶标和分子检测中已广泛应用。得益于局部表面等离子体共振现象，贵金属纳米粒子以及包含贵金属的复合纳米颗粒具有优良的光学性质，因而可用于光学传感［32］。Sotiriou等将Fe3O4/Ag非对称粒子标记特异性抗体后，细胞实验中暗场荧光测试结果表明，摄取Fe3O4/Ag粒子的Raji和Hela细胞显示出较强的荧光信号，与未经该材料处理的Raji和Hela细胞形成强烈的反差，说明Fe3O4/Ag非对称粒子能够很好地应用于细胞标记和生物成像中。根据量子点的荧光性质，Selvan等制备了表面包覆SiO2的Fe3O4/CdSe非对称二聚体，之后将聚乙二醇(PEG)修饰在复合粒子表面，PEG的亲油基团暴露在表面以便于细胞膜标记。将表面改性后的复合粒子用于活体细胞膜的特定标记，激光共聚焦扫描显微镜结果显示，经磁性粒子标记后小鼠乳腺癌细胞显示出较好的荧光特性，从而证实了Fe3O4/CdSe粒子在体内成像上的应用。
2.2靶向运载非对称复合纳米粒子因其两面性在药物靶向输送方面具有潜在应用价值，有的已步入临床研究阶段，因此成为当今生物医学中热门的研究课题之一。众所周知，含铂化合物是一类常用的抗癌药物。因其对肿瘤细胞识别力差而引起较大的毒副作用，多项研究已致力于将其载带于具有靶向功能的纳米材料上。在一项研究中，磁性介孔磷酸钙纳米材料表面可经化学反应修饰上—COOH，之后，研究者将含铂化合物、—NH2化的靶向分子叶酸和荧光标记物罗丹明B分别经化学交联而结合在材料表面。经细胞实验表明，该靶向运载系统在Hela细胞中表现了较高的特异性和杀伤力，从而也验证了传统的对称纳米材料在靶向运载功能上的应用可行性［36］。而以两面性和多功能为主要特点的非对称纳米材料，在合适的设计下亦可作为靶向运载的工具。Sun等［37］利用Au-Fe3O4非对称复合结构的各向异性表面特性及多功能单元，设计了具有靶向输送含铂药物的新型多功能载体。以共价键的形式将含铂化合物的药物和具有靶向作用的HER-2特异性抗体分别连接到复合结构中的金颗粒和Fe3O4颗粒表面，通过对化学连接方式的设计使含铂化合物在低pH值条件下释放，从而可以一定程度上实现对癌细胞的选择性杀伤。相较于单一性即传统的对称纳米材料，非对称的Au-Fe3O4材料本身就兼具了示踪信息:磁性和光学性，因而无需标记其他示踪物，从而简化了修饰过程。此外其非对称表面的生物修饰相对独立，更有利于实现药物分子的可控设计和监控。类似地，在利用非对称金-聚苯乙烯纳米粒子特异性靶标并传感人乳腺癌细胞时，Wu等也提到可以在聚苯乙烯表面通过疏水性吸附将药物固定在功能载体上，以达到高效治疗的目的。最近，Wang等［38］基于具有典型非对称结构的聚苯乙烯-四氧化三铁-氧化硅三元复合体系，在聚合物和氧化硅组分表面分别修饰上不同的化学基团，并且借由功能基团的选择性分别连接上靶向分子叶酸和化疗药物DOX，从而制备了具有靶向和pH值敏感的控释药物载体(图2)。细胞实验结果证明该载体具有良好的肿瘤细胞靶向效果。Sahoo等运用传统的对称纳米材料，也设计出一种以叶酸为靶向载带药物DOX的运载系统。其设计主要是以多功能的MnFe2O4纳米粒子作为载体，通过SiO2包覆形成核壳复合体，后经表面修饰和造孔剂作用使得这一载体表面具备官能基团和多孔性，叶酸分子可通过表面官能基团连接于载体上，而DOX则可载入表面多孔中。这一精良设计使得该运载系统获得了较好的靶向运载效力。与这一DOX运载系统相比，虽然非对称纳米材料在靶向运载效力或是设计程序的复杂程度上并无明显优势，但是Wang等的非对称复合材料可因连接DOX的pH感应门控而实现DOX的可控释放。由此可见，非对称纳米粒子可以有效实现靶向基团和载带药物分步地附着于粒子表面，从而使得这种材料的表面生物修饰具有更好的独立性和可控性。这种通过复合材料的两个独立表面及其表面基团来设计多功能纳米诊疗系统的新思路，可以扩展到其他不同组分的非对称复合材料体系，并可能用于其他生物医学领域。作为靶向运载系统，非对称纳米材料还可以应用在基因治疗(genetherapy)方面。基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷基因，达到治疗目的。Salem等在非对称Au-Ni纳米棒表面分别化学性修饰上靶向配体和DNA质粒从而设计出一个靶向基因运载系统。修饰在Au表面的转铁蛋白作为靶向物质可以有效捕捉到细胞，同时由于结合在Ni部分的质粒DNA具有编码荧光素蛋白酶和绿色荧光蛋白的基因，因此经细胞转染实验后，激光共聚焦扫描显微镜的结果证明了靶向基因运载系统的有效性，从而为这种复合材料的进一步临床应用提供了实验依据。
2.3基因疫苗基因疫苗指的是DNA疫苗，即将编码外源性抗原的基因插入到含真核表达系统的质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答。一项研究表明，修饰有外源DNA的非对称无机纳米棒可作为一种基因瞬时表达的载体，当其导入细胞内以后，外源DNA和宿主细胞染色体DNA不发生整合就可直接表达为抗原蛋白。与其他无机非病毒载体不同的是，这些纳米棒可以在空间特定区域上修饰不同的功能基团，以提供精确控制的抗原［40］。因此，为进一步开发这种特殊材料的应用潜能，相关研究应首先证实这一新型疫苗载体可以在体内发生强烈的免疫反应。Salem等运用基因枪法将携带有模式抗原的非对称Au-Ni纳米棒导入小鼠体内，结果观察到很强的抗体反应和CD8+T细胞反应。由于免疫刺激佐剂效应(immunostimulatoryadjuvanteffect)，修饰在纳米棒Ni部分的pcDNA3可以增强结合在Au部分上抗原的免疫原性，从而有效增强了免疫应答的强度［41］。这项研究也为非对称纳米材料在接种疫苗领域的进一步应用提供了研究基础。
2.4杀菌剂在临床上，细菌感染是一项可引起较高死亡率并增加医疗成本的严重问题。然而随着细菌抗药性的发现和不断增强，探索新型杀菌剂的开发和应用成为研究热点。Lee等［42］的研究表明，银纳米粒子对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均表现了较强的杀菌效果，因而成为一种高效的新型抗菌剂。然而，银纳米粒子较强的团聚效应、易氧化性和较高表面能等缺陷也限制了这种抗菌剂的实际应用。之后，围绕增强银纳米杀菌剂的稳定性和杀菌力的研究进一步展开。其中，利用非对称纳米材料和银纳米粒子复合形成的抗菌剂表现了较好的杀菌效果。由Zhang等制备的Fe3O4-SiO2非对称纳米棒因其优越的生物相容性而成为杀菌剂良好的修饰材料。Fe3O4-SiO2非对称纳米棒因结合了两个部分材料的性质而同时具备较强的磁性和温和的表面修饰性能，因此由其与银纳米粒子结合形成的复合材料便成为一种可回收的高效杀菌剂。通过抑菌实验发现，Ag@Fe3O4-SiO2对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的最低抑菌浓度分别为0.90μg/mL和1.35μg/mL，明显低于单一的银纳米粒子。之后的实验进一步证实，修饰了银纳米粒子的非对称纳米棒作为一种新型杀菌剂，具有相对较好的分散性和稳定性，更重要的是具备了更加有效且持久的杀菌力。
3展望
