欢乐谷夜场人多吗:纳米技术在水产养殖中的应用

分类： 水产养殖技术
纳米技术在水产养殖中的应用
浙江大学饲料科学研究所   邓岳松   夏枚生   胡彩虹  青宝华   许梓荣
纳米是“nanometer”译名，即为毫微米，通常用“nm”表示。在物理学中，纳米是长度的单位；一纳米为十亿分之一米。所谓“纳米科技”，就是在0．l～100纳米的尺度上，研究和利用原子、分子的结构、特征及相互作用的高新科学技术（Crandall等，1992）。用纳米技术制备的纳米材料有以下特点：l）表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加，l克超微颗粒表面积的总和可高达100 m2；2）小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒的质变，由颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应，超微颗粒尺寸变小，会产生一系列新奇的性质；引量子尺寸效应：由无数原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子。分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大，当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。
纳米技术在水产领域中的应用还较少，但从纳米技术的发展来看它将给传统的养鱼技术带来巨大的变革与提高，可大大简化养鱼的净水工艺及装备，降低投资与能耗。从当前已取得的纳米科技成果来看，近期可以在水产领域中应用与开发的至少有以下几个方面：正纳米净水材料
纳米净水材料包括纳米净水剂和纳米过滤器等。纳米净水剂是将纳米材料用特定的方法加入传统水处理剂后，其巨大的比表面积、极高的表面活性和特有的结构，使净化药物分子理化性能改变，净水絮凝剂效果倍增，用药少，时间短，成本低（王维一，2001）。常规的用氯气杀灭水中细菌、病毒的方法，会形成近百种含氯有机物，有些可以致癌。而用纳米过滤器可避免这些缺点，如纳米水处理滤膜（严希康等，1997），是多孔结构薄膜，微孔直径为1纳米，水分子以及比水分子还小的矿物质元素可以通过，而细菌、病毒、农药、有机物均被过滤掉，用这种方法处理的饮用水即使在管道内滞留一段时间也是安全的。这种薄膜对钙有亲和性，过滤水为软水，用于锅炉不结垢，过滤时加入磷酸盐还可以减少含铅量。这种膜还可以用于污水净化，水产养殖业可用于净化鱼池（塘）
2  纳米饲料和纳米饲料添加剂
鱼虾的肠道较短，对饲料中营养物质的吸收较畜禽差，如果把饲料中的一部分难溶于消化道介质的有效成分纳米化，就会溶于介质中而易于被吸收，提高生物利用率。另外可以在饲料配方中，添加纳米级无机抗菌剂，可以防止鱼虾体内因摄食传统抗生素而带来的残毒弊端，生产绿色水产品。纳米化后的饲料或饲料添加剂，由于粒径小有利于在消化道滞留，延长肠壁接触时间提高饲料生物利用率。饲料或饲料添加剂纳米化还可以改变饲料或饲料添加剂的性质，对水产动物的生长有更加明显的促进效果。
3  纳米药物及诊断技术
药物的吸收常受到药物在吸收部位的溶出速度影响，减小药物粒径可增大暴露在介质中的表面积促进溶解，进而提高药物的吸收率；药物的大分子被粒化成纳米粒径级的小分子后，就能穿透组织间隙。通过动物最小的毛细血管，这样就大大提高了药物的作用效果（马利敏等，2001；袁鹏群等，2001）。当前水产动物疾病很多，这些疾病的快速诊断对治疗十分重要。生物芯片（Ramsny，1998）是不同于半导体电子芯片的另一类芯片，是在很小几何尺度的表面积上，装配一种或集成多种生物活性物质（一般是纳米尺度的），仅用微量采样，即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和 DNA特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片）和基因芯片（DNA芯片）等几类，都有集成、并行和快速检测的优点，已成为对世纪生物医学工程的前沿科技。这些纳米技术为水产动物疾病的快速诊断创造了条件。纳米探针是一种探测单个活细胞的纳米传感器，探头尺寸仅为纳米量级，当它插入活细胞时，可探知基因表达和靶细胞的蛋白生成，用于筛选微量药物。
4   纳米基因工程
纳米生物学在纳米尺度上认识生物大分子的精细结构及其与功能的关系，在此基础上可以按意愿进行裁剪后嫁接制造具有特殊功能的生物大分子，使基因工程变得更加可控，“定制”多种多样的生物产品，使水产品发生深刻变革。人类的食品结构将随之发生变化，新颖的观赏鱼类及食用鱼类将不断出现，使宠物鱼更富观赏性。
鱼是人类的重要蛋白质来源，人们一直在寻求和培育生长快、饵料省、抗逆性强的养殖对象，基因工程技术为这一目标开辟了一条新的途径。纳米载体在介导基因转移方面至少具有以下几个优势：l）由于是非生物材料，因此无免疫原性，不会引起机体的免疫反应；2）与病毒载体不同，无遗传毒性与细胞毒性，不会导致细胞的转化和细胞死亡；3）由于其特殊的结构及表面电荷，本身具有很高的基因转移效率；4）纳米载体可介导外源基因在宿主细胞染色体DNA中的整合，从而获得转基因的长期、稳定表达：5）纳米载体可保护转导基因不受机体血浆或组织细胞中各种补体以及各种酶的破坏，有利于目的基因在转导进入靶细胞后能更好、更稳定地发挥其作用；6）纳米本身具有抵抗或杀死某种病毒包括对HW病毒的杀灭作用，因此它既可作为载体又可作为一种药物而被应用。随着人们对纳米载体所具有的独特性能的深人认识和开发，预期将会有更快更大的发展。
5   无机纳米抗菌材料
无机纳米抗菌剂包括纳米 TiO2、ZnO、SiO2及其银系纳米复合粉等，由于量子尺寸效应和具有巨大的比表面积及不同的抗菌机制，具有传统抗菌剂所无法比拟的优良抗菌效果，其综合抗菌效果也优于有机类和天然类抗菌剂。其中，纳米TiO2、 ZnO是基于光催化反应使有机物分解而具有抗菌效果的。在阳光尤其是紫外线的照射下，粒子中的价带电子被激发跃迁到导带，形成光生电子孔穴对，并在空间电荷层的电场作用下，发生有效分离。这两种粒子光催化对细菌作用表现在两个方面：一方面光生电子与光生孔穴与细胞膜或细胞内组分反应而导致细胞死亡；另一方面光生电子或光生孔穴与水或空气中的氧反应，生成O-2、HO-2。H2O2等活性氧类，这些氧化能力极强的活性氧类进攻细胞内组分，与之发生生化反应而导致细胞死亡（Huang等，1997）。近年来，日本东京大学的一些研究人员（Whng等，1997）还发现，这些有光催化作用的粒子还有分解毒素的作用，而一般的抗菌剂只有杀菌作用。另外，这两种抗菌剂不仅抗菌能力强、范围广，而且具有极高的安全性，是一种长效抗菌剂。用含有无机纳米抗菌材料的塑料作养鱼容器、管道，养鱼就不需再用臭氧、紫外线、磁化器、超声波等传统杀菌设备，也木需用药物杀菌。如果工业化养鱼设施中的养鱼容器或池壁喷涂这些材料，并采用纳米抗菌塑料管、阀门与水泵，就不必设置臭氧、紫外线、二氧化氯等灭菌设备及去氯器、活性炭等净水设备，也不需要药物灭菌。在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO复配粉体材料，经抽丝、纺线织网，就成为能杀菌、防霉、防臭和抗紫外线的网片，用于网箱的网片也可防止菌藻等污物的滋生。含银的纳米SiO2复合粉体是在纳米材料的基础上用离子交换的方法制得的另外一种无机纳水抗菌剂，它是一种集安全性、广谱性为一体的新型无机杀菌剂，与传统的银系无机抗菌剂相比，抗菌效果好，抗菌时间长。其抗菌机制是纳米粉中缓释性地溶出银离子，扩散到微生物的细胞内，破坏细胞内的蛋白质结构，引起细胞的代谢障碍。
纳米技术将成为对世纪的世界前沿技术，它将给未来的水产养殖业带来技术上的革命性变化。
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