纳米材料在医学方面的应用课件

纳米材料在医学方面的应用课件纳米材料在医学方面的应用课件1、纳米材料在医学方面的研究进展 中国医科大学第二临床学院放射线科专家陈中国医科大学第二临床学院放射线科专家陈丽英教授与一些科研院所合作，把纳米级微颗粒丽英教授与一些科研院所合作，把纳米级微颗粒应用于医学研究，经过应用于医学研究，经过4 4年的努力，日前完成了年的努力，日前完成了超顺磁性氧化铁超微颗粒脂质体的研究课题，从超顺磁性氧化铁超微颗粒脂质体的研究课题，从而开创了纳米技术在肝癌诊断方面的应用。而开创了纳米技术在肝癌诊断方面的应用。据据19961996年报道，由陈丽英牵头进行的超顺磁年报道，由陈丽英牵头进行的超顺磁性氧化铁超微颗粒研究，采用了中科院金属研究性氧化铁超微颗粒研究，采用了中科院金属研究所的纳米技术。通过动物实验证明，运用这项研所的纳米技术。通过动物实验证明，运用这项研究成果可以发现直径究成果可以发现直径3mm3mm以下的肝肿瘤，这对肝以下的肝肿瘤，这对肝癌的早期诊断、早期治疗有着十分重要的意义。癌的早期诊断、早期治疗有着十分重要的意义。31、纳米材料在医学方面的研究进展 中国医科大学第二1、纳米材料在医学方面的研究进展 19971997年，四川大学生物医学工程学科李玉宝教年，四川大学生物医学工程学科李玉宝教授开始纳米人工骨的研究。他将纳米类骨磷灰授开始纳米人工骨的研究。他将纳米类骨磷灰石晶体与聚酰胺高分子形成复合体，并使纳米石晶体与聚酰胺高分子形成复合体，并使纳米晶体含量调节到与人骨所含的纳米比例（晶体含量调节到与人骨所含的纳米比例（6060）相同，从而形成高强柔韧复合仿生生物活性材相同，从而形成高强柔韧复合仿生生物活性材料。由于这种复合材料具有优异的生物相容性、料。由于这种复合材料具有优异的生物相容性、力学相容性和生物活性，用它制成的纳米人工力学相容性和生物活性，用它制成的纳米人工骨不但能与自然骨形成生物性骨键合，而且易骨不但能与自然骨形成生物性骨键合，而且易与人体肌肉和血管牢牢长在一起，并可以诱导与人体肌肉和血管牢牢长在一起，并可以诱导软骨的生成。软骨的生成。41、纳米材料在医学方面的研究进展 1997年，四川大学生物 1998年，国家自然科学基金资助纳米材料的药年，国家自然科学基金资助纳米材料的药学机理研究进行了相关机理研究，研究发现，学机理研究进行了相关机理研究，研究发现，羟基磷灰石的纳米材料是对付癌细胞的有效武羟基磷灰石的纳米材料是对付癌细胞的有效武器。委托北京医科大学等权威机构做的细胞生器。委托北京医科大学等权威机构做的细胞生物学试验表明，纳米粒子可以杀死人的肺癌、物学试验表明，纳米粒子可以杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。1、纳米材料在医学方面的研究进展5 1998年，国家自然科学基金资助纳米材料的药学机理研究 2004年年6月美国月美国全国科学院学报全国科学院学报报道了美国报道了美国赖斯大学一科研小组获得的重大进展：他们设计赖斯大学一科研小组获得的重大进展：他们设计和制造出了可寻找和杀死恶性肿瘤细胞的镀金纳和制造出了可寻找和杀死恶性肿瘤细胞的镀金纳米壳，并已在实验鼠身上获得成功。纳米壳用一米壳，并已在实验鼠身上获得成功。纳米壳用一种直径为种直径为110纳米的不导电硅石微粒做芯，外面纳米的不导电硅石微粒做芯，外面镀上镀上10纳米厚的金属外壳。研究人员先将纳米壳纳米厚的金属外壳。研究人员先将纳米壳“运送运送”到癌组织中，然后用近红外线从身体外到癌组织中，然后用近红外线从身体外部照射癌变组织。近红外线穿过人体正常组织来部照射癌变组织。近红外线穿过人体正常组织来到癌变组织时，能被埋藏在癌变组织中的纳米子到癌变组织时，能被埋藏在癌变组织中的纳米子弹吸收。随着吸收量加大，纳米子弹的温度开始弹吸收。随着吸收量加大，纳米子弹的温度开始上升，结果导致其周围的癌变组织升温并死亡。上升，结果导致其周围的癌变组织升温并死亡。1、纳米材料在医学方面的研究进展6 2004年6月美国全国科学院学报报道了美国赖斯 1、纳米材料在医学方面的研究进展 20052005年年4 4月月1919日英国日英国自然自然网站报道：美国网站报道：美国加利福尼亚技术研究所的科学家用一种特殊的加利福尼亚技术研究所的科学家用一种特殊的聚合物将携带药物的纳米粒子包裹住，再将其聚合物将携带药物的纳米粒子包裹住，再将其注入患有癌症的实验鼠体内，能大大降低癌细注入患有癌症的实验鼠体内，能大大降低癌细胞扩散的速度。他们利用一种名叫环式糊精的胞扩散的速度。他们利用一种名叫环式糊精的糖性物质合成了一种聚合物，用它包裹住携带糖性物质合成了一种聚合物，用它包裹住携带小分子干扰小分子干扰RNARNA的纳米粒子。在研究过程中，的纳米粒子。在研究过程中，科学家对患有尤文氏肉瘤的实验鼠进行了试验。科学家对患有尤文氏肉瘤的实验鼠进行了试验。目前能够成功对这种癌症进行治疗的方法几乎目前能够成功对这种癌症进行治疗的方法几乎没有，但此前的研究证明通过抑制生长基因可没有，但此前的研究证明通过抑制生长基因可以控制癌细胞的扩散。以控制癌细胞的扩散。7 1、纳米材料在医学方面的研究进展 2005年4月 1、纳米材料在医学方面的研究进展 德国柏林德国柏林“沙里特沙里特”临床医院尝试借助磁性纳临床医院尝试借助磁性纳米微粒治疗癌症，并在动物试验中取得了较好米微粒治疗癌症，并在动物试验中取得了较好的疗效。这家医院的研究人员利用磁性纳米微的疗效。这家医院的研究人员利用磁性纳米微粒治疗癌症的做法是：将一些极其细小的氧化粒治疗癌症的做法是：将一些极其细小的氧化铁纳米微粒注入患者的肿瘤里，然后将患者置铁纳米微粒注入患者的肿瘤里，然后将患者置于可变的磁场中。受磁场的影响，患者肿瘤里于可变的磁场中。受磁场的影响，患者肿瘤里的氧化铁纳米微粒升温到的氧化铁纳米微粒升温到4545至至4747摄氏度，这一摄氏度，这一温度足以烧毁癌细胞。由于肿瘤附近的机体组温度足以烧毁癌细胞。由于肿瘤附近的机体组织中不存在磁性微粒，因此这些健康组织的温织中不存在磁性微粒，因此这些健康组织的温度不会升高，也不会受到伤害。度不会升高，也不会受到伤害。8 1、纳米材料在医学方面的研究进展 德国柏林“沙传统细胞分离技术所需时间长，传统细胞分离技术所需时间长，效果差。效果差。在粒径为在粒径为15-20nm的的SiO2纳米纳米微粒表面包覆单分子层，包覆微粒表面包覆单分子层，包覆层选择与要分离的细胞具有亲层选择与要分离的细胞具有亲和作用的物质，得到的复合体和作用的物质，得到的复合体尺寸约为尺寸约为30nm。细胞尺寸一般在微米级，在包细胞尺寸一般在微米级，在包覆层作用下，纳米包覆体很容覆层作用下，纳米包覆体很容易依附在需要分离的细胞上。易依附在需要分离的细胞上。利用密度梯度原理，很快分离利用密度梯度原理，很快分离需要的细胞。需要的细胞。细胞离心分离细胞离心分离2.1 2.1 细胞分离技术细胞分离技术 9传统细胞分离技术所需时间长，效果差。细胞离心分离2.1 细胞国外已将该技术用于细胞分离中。国外已将该技术用于细胞分离中。判判断断胎胎儿儿是是否否有有遗遗传传缺缺陷陷，需需采采用用细细胞胞分分离离技技术术。过过去去常常用用价价格格昂昂贵贵并并对对人人身身有有害害羊羊水水诊诊断断等等技技术术。用用纳纳米米SiO2微微粒粒很很容容易易将将孕孕妇妇血血样样中中极极少少量量的的胎胎儿儿细细胞胞分分离离出出来来，并并能能准准确确地地判判断断胎胎儿儿细细胞胞是是否否具具有有遗传缺陷。遗传缺陷。利利用用纳纳米米微微粒粒可可在在肿肿瘤瘤早早期期的的血血液液中中检检查查出出癌癌细细胞胞，实现癌症的早期诊断和治疗。实现癌症的早期诊断和治疗。用用纳纳米米微微粒粒检检查查血血液液中中的的心心肌肌蛋蛋白白，以以帮帮助助治治疗疗心心脏病。脏病。2.1 2.1 细胞分离技术细胞分离技术 10国外已将该技术用于细胞分离中。2.1 细胞分离技术 10MIT研究了研究了纳米磁性材料为药物载体的靶向药物。纳米磁性材料为药物载体的靶向药物。在在磁磁性性纳纳米米粒粒子子表表面面涂涂覆覆高高分分子子，外外部部与与蛋蛋白白结结合合，这这种种复复合合磁磁性性纳纳米粒子作为药物载体，注射到生物体内；米粒子作为药物载体，注射到生物体内；在在外外加加磁磁场场作作用用下下，通通过过纳纳米米微微粒粒的的磁磁性性导导航航，使使其其移移向向病病变变部部位位，实现定向治疗。实现定向治疗。这种磁性靶向药物可用于癌症的诊断和治疗。这种磁性靶向药物可用于癌症的诊断和治疗。2.2 2.2 纳米药物纳米药物11MIT研究了纳米磁性材料为药物载体的靶向药物。2.2 纳米药密密西西根根大大学学用用树树形形聚聚合合物物发发展展了了能能够够捕捕获获病病毒毒的的纳纳米米陷陷阱阱，纳纳米米陷陷阱阱使使用用的的是是超超小小分分子子,它它能能够够在在病病毒毒进进入入细细胞胞并并使使其其致病前就与病毒结合致病前就与病毒结合,使病毒丧失致病能力。使病毒丧失致病能力。体体外外实实验验表表明明，纳纳米米陷陷阱阱能能在在流流感感病病毒毒感感染染细细胞胞之之前前就就捕捕获获它它们们，同同样样方方法法也也可可用用于于捕捕获获类类似似爱爱滋滋病病毒毒之之类类更更复复杂杂的病毒。的病毒。纳米药物陷阱纳米药物陷阱病毒的特洛依木马病毒的特洛依木马2.2 2.2 纳米药物纳米药物12密西根大学用树形聚合物发展了能够捕获病毒的纳米陷阱，纳米陷阱把药物制成纳米微粒把药物制成纳米微粒，不仅可在血管和人体组织内，不仅可在血管和人体组织内运动，而且比表面积大，能和体内组织充分接触，运动，而且比表面积大，能和体内组织充分接触，便于人体吸收，具有更好的医疗效果。便于人体吸收，具有更好的医疗效果。2.2 2.2 纳米药物纳米药物13把药物制成纳米微粒，不仅可在血管和人体组织内运动，而且比表面纳米微粒在医疗临床诊断上有重要应用，它可使临纳米微粒在医疗临床诊断上有重要应用，它可使临床诊断变得准确、快捷，有利于对疾病的及时发现床诊断变得准确、快捷，有利于对疾病的及时发现和早期治疗和早期治疗。纳米金颗粒通过弱相互作用与生物大分子结合，也可通过纳米金颗粒通过弱相互作用与生物大分子结合，也可通过化学键与生物大分子偶联，不改变大分子生物活性；化学键与生物大分子偶联，不改变大分子生物活性；金颗粒具有高电子密度、分辨率高、对结构遮盖少、定位金颗粒具有高电子密度、分辨率高、对结构遮盖少、定位精确等特点。精确等特点。用超微金颗粒制成金溶胶，接上抗原或抗体就能进用超微金颗粒制成金溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，可用于快速诊断。行免疫学的间接凝集试验，可用于快速诊断。2.3 2.3 纳米诊断技术纳米诊断技术14纳米微粒在医疗临床诊断上有重要应用，它可使临床诊断变得准确、通通常常对对艾艾滋滋病病的的检检测测主主要要采采用用复复杂杂的的酶酶联联免免疫疫染染色色法法，成成本本高高，只只适适于于专专门门机机构采用。构采用。纳纳米米金金胶胶体体与与免免疫疫球球蛋蛋白白结结合合制制备备的的金金探针可方便定性检测艾滋病毒抗体：探针可方便定性检测艾滋病毒抗体：若若待待测测液液中中有有HIV抗抗体体，金金颗颗粒粒附附在在滤纸上呈现红色斑点，为抗体阳性；滤纸上呈现红色斑点，为抗体阳性；若若没没有有，金金颗颗粒粒全全部部通通过过滤滤纸纸，不不显显红点，为抗体阴性。红点，为抗体阴性。该该法法可可用用裸裸眼眼观观察察，简简单单易易行行，不不需需特特殊殊仪仪器器；成成本本较较低低，可可推推广广至至普普通通基基层层医院或血站。医院或血站。快速艾滋病检测试剂快速艾滋病检测试剂快速艾滋病检测试纸快速艾滋病检测试纸2.3 2.3 纳米诊断技术纳米诊断技术15通常对艾滋病的检测主要采用复杂的酶联免疫染色法，成本高，只适肝肝脏脏内内的的网网状状内内皮皮细细胞胞是是由由枯枯否否细细胞胞的的巨巨吞吞噬噬细细胞胞构构成成，它它可可吞吞噬噬氧氧化化铁铁颗颗粒粒，但但恶恶性性肿肿瘤瘤细细胞胞仅仅含含极极少少量量枯枯否否细细胞胞，无法大量吸收氧化铁。无法大量吸收氧化铁。纳纳米米氧氧化化铁铁造造影影剂剂就就是是利利用用正正常常细细胞胞和和恶恶性性肿肿瘤瘤细细胞胞之之间间的的功功能能差差别别：正正常常组组织织吸吸收收纳纳米米氧氧化化铁铁，表表现现为为黑黑的的低低信信号号；病灶不吸收纳米氧化铁，表现为亮的高信号。病灶不吸收纳米氧化铁，表现为亮的高信号。黑的低信号黑的低信号亮的高信号亮的高信号2.3 2.3 纳米诊断技术纳米诊断技术16肝脏内的网状内皮细胞是由枯否细胞的巨吞噬细胞构成，它可吞噬氧磁磁疗疗治治癌癌是是从从人人体体外外利利用用电电磁磁场场对对肿肿瘤瘤部部位位进进行行加加热热，当当温温度度高高于于40时时杀杀死死癌癌细细胞胞，但但这这种种方方法法也也会会同同时时损损害害肿肿瘤瘤周围的健康组织。周围的健康组织。阳离子脂质体阳离子脂质体 中性脂质体中性脂质体将将纳米磁性氧化铁微纳米磁性氧化铁微粒粒注入肿瘤里，置于注入肿瘤里，置于可变磁场中受磁场作可变磁场中受磁场作用，肿瘤里的纳米氧用，肿瘤里的纳米氧化铁微粒升温到化铁微粒升温到45左右，烧毁癌细胞；左右，烧毁癌细胞；肿瘤附近的健康组织肿瘤附近的健康组织没磁性微粒，温度不没磁性微粒，温度不升高，不受到伤害。升高，不受到伤害。Akira Ito,Masashige Shinkai,Hiroyuki Honda,et al.J.Biosci Bioeng.100,1(2005):1112.4 纳米治疗技术纳米治疗技术17磁疗治癌是从人体外利用电磁场对肿瘤部位进行加热，当温度高于4利用纳米磁性离子可分离癌细胞利用纳米磁性离子可分离癌细胞。从从人人体体中中取取出出免免疫疫球球蛋蛋白白，然然后后与与包覆了聚苯乙烯的磁性粒子结合；包覆了聚苯乙烯的磁性粒子结合；将将带带有有正正常常细细胞胞和和癌癌细细胞胞的的骨骨髓髓液液取取出出，加加入入只只与与骨骨髓髓中中癌癌细细胞胞结结合合的抗体；的抗体；将将磁磁性性粒粒子子放放入入骨骨髓髓液液中中，它它只只与与携带抗体的癌细胞相结合；携带抗体的癌细胞相结合；利利用用磁磁分分离离装装置置很很容容易易将将癌癌细细胞胞从从骨髓中分离，分离度达骨髓中分离，分离度达99.9。纳米氧化铁颗粒纳米氧化铁颗粒 外包层外包层 2.4 纳米治疗技术纳米治疗技术18利用纳米磁性离子可分离癌细胞。纳米氧化铁颗粒 外包层 2.纳纳米米机机器器人人比比红红血血球球小小，能能周周游游于于人人体体而而不不被被免免疫疫系系统统排排斥斥，以以光光感感应应器器作作开开关关，从从溶溶解解在在血血液液中中的的葡葡萄萄糖糖和和氧氧气气中中获获得得能能量量，并并按按编编制制好好的的程程序序探探示示体体内内物物体体，疏疏通通脑脑血血管管中中的的血血栓栓，清清除除心心脏脏动动脉脉脂脂肪肪沉沉积积物物，吞吞噬噬病病毒毒和和组组织织破碎细胞，杀死癌细胞，监视体内的病变等。破碎细胞，杀死癌细胞，监视体内的病变等。纳米机器人清扫血管示意图纳米机器人清扫血管示意图2.4 纳米治疗技术纳米治疗技术19纳米机器人比红血球小，能周游于人体而不被免疫系统排斥，以光感展望纳米技术一定会有广阔的发展前景20展望纳米技术一定会有广阔的发展前景20谢谢！2121