纳米材料在医药方面应用技术

纳米材料在医药方面应用技术正文：纳米是一个微小的尺度单位，纳米是十亿分之一米（10一 9 ）,大约是单个原子 直径的 4 倍，通过对在纳米尺度上新现象、新过程的观察，纳米技术为人们提供了许 多性能独特的工具、材料、器件和系统山。当前纳米技术的研究正快速地从观察和发 现向设计和制造复杂的纳米尺度集合体转变纳米技术研究将是系统的、基于多学科的 纳米技术具有巨大的潜能，可望取代现有大多数技术，创造新的工业，并在能源、环 境、通信、计算、医药、空间探索、国家安全和基于材料的任何领域中改变基 础的科 学模型。我们知道，细胞具有微米（10 一讪）量级的空间尺度，生物大分子具有纳米量级的空 间尺度。在它们之间的层次是亚细胞结构，具有几十到几百纳米量级的空间尺度。显 然在纳米水平上研允生命现象的纳米生物学，它的研究对象就是亚细胞结构和生物大 分子体系。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红细胞小得多，这就为生物 学研究提供了一个新的研究途径即利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，利用纳米 微粒制成特 殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。1、纳米材料在医药、医学领域的应用冃前纳米材料在生物医学领域己经得到广泛的应用，在基础1 / 11医学、药物学、临床 医学和预防医学方面，纳米材料作用的发 挥都已不容忽视 。纳米材料在生物医学中 检测、诊断。药物 治疗以及健康预防等方面都取得了很好的发展。1.1 纳米材料在医学检验诊断技术方面的应用牛物医学起源于诊断，没有很好的诊断手段就没有很好的治疗和预防，目前随着 科学技术的发展，诊断手段越来越高明、先进，得到了前所未有的发展。纳米材料在 检验诊断中主要应 用于三个方面：1利用纳米材料跟踪牛物体内活动，对牛物体内元 素的积累和排除作出判断。2利用纳米颗粒极高的传感灵敏效应对疾病进行早期诊断 l4J O 利用纳米材料的特性去化验 检测试样从而辅助治疗。在具体应用方而的典型有量子点的荧光效应、磁性纳米材料 的磁效应、纳米材料 的吸附作用等等。1.2 纳米材料在药物治疗方而的应用纳米生物材料，具有生物兼容性、可生物降解、药物缓释和药物靶向传递等良好 特性已在药物治疗方而取得了很大成功。药物纳米载体具有高度靶向、药物控制释放、提高难溶药物 的溶解率和吸收率优 点，提高药物疗效和降低毒副作用 。纳米颗粒作为基因载体具有一些显著的优点： 纳米颗粒能包裹、浓缩、保护核营酸，使其免遭核酸酶的降解；比表面积大，具有生 物亲和性，易于在其表面耦联特异性的靶向分子，实现基因2 / 11治疗的特异性；在循环系 统中的循环时间较普通颗粒明显延长，在一定时间内不会象普通颗粒那样迅速地被吞 噬细胞清除；让核营酸缓慢释放，有效地延长作用时间，并维持有效的产物浓度，提 高转染效率和转染产物的生物利用度；代谢产物少，副作用 小，无免疫排斥反应等。2、纳米材料在生物 I 矢学领域的具体应用2纳米抗菌药及创伤敷料Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的 I 矢用敷料对 诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的 40 余种外科感染细菌有较好抑 制作用。 2.2 纳米粒子用作药物载体一般来说，血液中红血球的大小为 6000-9000nm 一般细菌的长度为 20XX 年?3000 nm 引起人体发病的病毒尺寸为 80?100nm,而纳米包覆体尺寸约 30 nm,细胞尺寸更大 。因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。磁性 纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利 于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进 行免疫学的间 接凝聚实验，用于快速诊断。牛物降解性高分了纳米材料作为药物载 体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口、上下呼吸道、肛门以 及眼、耳等。这种给药方式避免了3 / 11药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止 药物对全身 的作用。2.3 纳米人工线粒体当细胞中的线粒体部分失去功能的时候，再来增加氧供给水平，并不一定能使组织 有效地恢复，这时就需要直接释放三磷腺昔同时伴随着有选择地释放和吸收其他的一 些代谢产物，后 者是迅速恢复组织功能的有效手段。人工线粒体装置，如同前面的 供氧装置一样，只不过在这里释放的是三磷腺昔而不是氧。 2.4 智能一靶向药物在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米牛化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞 基因，因而纳米牛化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁 氧体纳米粒子用葡萄糖分了包裹在水中溶解后注入肿瘤部位使癌细胞部位完全被 磁场 封闭通电加热时温度达到 47C 慢慢杀死癌细胞。这种方 法已在老鼠身上进行的实验 中获得了初步成功。2.5 纳米机器人在最近的十年中 , 随着纳米材料在癌症治疗、细胞显影和疾 病检测方而的应用，由此 诞生了一个新的领域生物纳米技术。生物纳米技术是指在纳米尺度上认识生物分子的精细结构和功能之间的联系，并在此基础上按研究者的意愿组合、装配，创造出满 足人们意愿并行使特定功能的生4 / 11物纳米机器。“纳米蜘蛛州机器人有些科学家设想将蛋白质芯片或基因芯片组装成尺寸比人 体红细胞还小的纳米机 器人.使其具有某些酶的功能，它是纳米机械装置与生物系统的有机结合。在生物 I 矢 学工程中可充当微型 I 矢生，解决传统 I 矢生难以解决的问题。将这些纳米机器人注入血 管内.可按照预定程序.直接打通脑血栓。清洁心脏动脉脂肪沉积物等，达到预防和 治疗心脑血管疾病的目的。除此以 外。不同的组合方案还可组装出其他功能的纳米机 器人.例如.有的可以吞噬病菌、杀死癌细胞：有的可以作为人体器官的修复工 具 . 修 复损伤的器官和组织等以完成整容手术或其他器官修复手术；有的可以进行基因 装配工作，除去基因中错误或有害的 DNA 片段.并将正常的 DNA 片段装配进染色体。使机体正常运作。2.6 利用纳米科技可将生物降解性和生物相容性的聚合物与药物一起制成纳米药物 作为靶向药物制剂，直接导入病灶部位 的器官、组织其至细胞，达到提高药物疗效 , 降低毒性的作用；将纳米材料作为药物载体，可增加某些药物的胃肠吸收，提高其生 物利用度；将纳米材料作为载体，可用于基因的输送和治疗；纳米材料作为组织修复、 人造器官等牛物材料的应用也有很好的前景“J 另外，纳米材料在疾病的诊断和监测 上也有广泛的用5 / 11途。纳米材料在生物医学中应用的展望随着科学技术的发展，材料学和生物医学结合越来越紧密，纳米材料在生物应用 上已取得了很大的成就，并展现出良好的发展势头和巨大的发展潜力。但是我们还应 看到，很多方面发 展还不完善，应用还不安全有待进一步研究何。我认为在 21 世纪纳 米材料在生物 I 矢学方面发展应该加强和有巨大应用潜力， 将成为今后一段时间研究热 点的有：（1）生物 I 矢学检测诊断用材料：不可否认，现在纳米材料在生物检测诊断上已发生 相当大的发展和应用，各种纳米材料已经 在实践中的应用取得了良好的效果。但在各 种 I 矢学检测中对各种各样的功能性纳米材料的要求还比较高。比如生物 I 矢学工程和 I 矢 疗设备器材两者之间相辅相成，生物 I 矢学工程是基础，它的课题研究的深人会催生新的 I 矢疗设备器材岀现，同时对临床 I 矢疗设备器材的需求信息会产生新的研究方向，纳米 功能材料在这个方面将大有前途。乂如分析与检测技术的进一步优 化，势必要求具有 更先进性能纳米材料的岀现。（2）药物治疗上使用的材料：药物控释纳米材料心将继续成为纳米医用材料研究 发展的重点。纳米粒子不但具有能穿过组织间6 / 11隙并被细胞吸收等特性，而且还具有靶 向、缓释、高效、低壽且可实现口服、静脉注射及敷贴等多种给药途径等优点，因而 在 药物输送方面具有广阔的应用前景。（3）功能性生物材料：各种有着特定功能的材料将越来越多地应 用到生物医学上去。未來几年生物材料中纳米陶瓷将在人造骨骼中发挥主导 作用，有着各种特性的无 机有机复合纳米材料也必将在介入治疗、血液净化方面大展身 手。（4）生物安全性纳米材料：目前在一些国家生物纳米材料的安全性研究已经被提 上口程，但很多研究还不深入，取得效果也不明显。在全球瞩目安全问题的同时，纳 米材料安全性研究必将成为下一热点。生物降解绿色材料将是未來药物的首选。关于 生物技术的风险，目前确实还有很多问题没有搞清勉，有待于继续 研究。其发展趋势主要包括：（1）生体相容性好的钛合金等物质将逐步开发，并进入临 床试验阶段；（2 ）纳米技术与分子生物学技术相结合，将有助于揭示生物大分子各级结 构与功能的破译； （3）纳米生物技术将使药物的生产实现低成本、高效率、自动7 / 11化、大 规模，而药物的作用将实现器官靶向化；（4）纳米生物技术应用于分子之间的相互作用、 分子复合物和分子组装的研究将在病毒结构、细胞器结构细节和自身装配机制上取得 进展； （5）纳米生物技术将使生物活性分子诊断、检测技术向微型、微观、微量、微创 或无创、快速、实时、遥距、动态、功能性和 智能化的方向发展。结束语纳米技术与生物医学的结合，为医学界提供了全新的思路，纳米材料在医学领域 的应用取得了显著效果。但纳米材料应用还很有限，尤其是在生物医学上而，冃前大 多数研究还处于动物实验阶段，还需大量临床试验予以证实，纳米材料应用的生物安 全性有待进一步提高。这就要求生物医学研究者与纳米材料的研究人员合作需进一步 加强，制造出更先进的生物医用纳米材料。我们有理由相信，随着纳米材料在生物医 学领域更广泛的应用，临床医疗将变得节奏更快、效率更高，诊断、检查更准确，治 疗更有效，人们的生命安全将得到更大的保障。 参考资料The Interagency Working Group on Nanosciece Engineeringand Technology. 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