納米報(bào)告材料

1、納米材料在生物、醫(yī)藥、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用摘要納米技術(shù)是一門新興的學(xué)科領(lǐng)域，是20世紀(jì)80年代末、90年代初才逐步發(fā)展起來的。21世紀(jì)初，隨著美國(guó)實(shí)施全國(guó)納米科技計(jì)劃，帶動(dòng)了全世界對(duì)該學(xué)科的研究開發(fā)。納米科技屬于前沿、交叉性的科技領(lǐng)域，近幾年，科技界更加注意納米技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合，譬如：生物技術(shù)、信息科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等方面的結(jié)合。納米在生物、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用更是使得現(xiàn)代醫(yī)學(xué)有了較大的發(fā)展空間，使人們?cè)趯?duì)生命探索、治療疾病、衛(wèi)生保健等方面有了進(jìn)一步的發(fā)展。納米生物技術(shù)的研究范圍主要涉及納米生物材料、藥物和基因運(yùn)轉(zhuǎn)納米載體、納米生物相容性人工器官、納米生物傳感器和成像技術(shù)，以及利用掃描探針顯微鏡分析蛋白質(zhì)和

2、DNA的結(jié)構(gòu)與功能等重要領(lǐng)域。關(guān)鍵詞 納米材料、生物醫(yī)藥、發(fā)展應(yīng)用內(nèi)容一、納米生物材料自古以來，人類文化的進(jìn)步都是以材料的的發(fā)展為其標(biāo)志，并在歷史上以此來劃分人類的時(shí)代，由石器走向鐵器，發(fā)展到青銅器、鋼、硅等材料，納米技術(shù)的出現(xiàn)，又使得這些材料向深一步的領(lǐng)域拓展，加深了材料在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。納米材料對(duì)生物醫(yī)學(xué)的影響具有深遠(yuǎn)的意義，納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展進(jìn)程如何，在很大程度上取決于納米材料科學(xué)的發(fā)展。納米生物材料是指用于對(duì)生物材料進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)納米材料。納米生物材料可以分為兩類：一種是適合于生物體內(nèi)應(yīng)用的納米材料，它本身既可以是具有生物活性的，也可以

3、是不具有生物活性的，而僅僅易于被生物體所接受，且不引起不良反應(yīng)；另一類是利用生物分子的特性而發(fā)展的新型納米材料，它們可能不再被用于生物體，而被用于其他納米技術(shù)或微制造。納米材料分為兩個(gè)層次：納米微粒和納米固體。如今，人們已經(jīng)能夠直接利用原子、分子進(jìn)行生產(chǎn)、制備出僅包含幾十個(gè)到幾百萬個(gè)原子的單個(gè)粒徑為1100納米的納米微粒，并把它們作為基本構(gòu)成單元，適當(dāng)排列成三維的納米固體。納米材料由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，表現(xiàn)出許多不同于傳統(tǒng)材料的物理、化學(xué)性能。在自然界，天然納米生物材料早就存在，自然界的蛋白質(zhì)就有許多納米微孔；人類及獸類的牙齒也是由納米級(jí)有機(jī)物質(zhì)所構(gòu)成。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，納米材料也已經(jīng)得到成功的應(yīng)用

4、，最引人注目的是作為藥物載體，或制作人體生物醫(yī)學(xué)材料，如人工腎臟、人工關(guān)節(jié)等。國(guó)外用納米陶瓷微粒作載體的病毒誘導(dǎo)物也取得成功。由于納米微粒比紅細(xì)胞還要小很多，因此，可以在血液中自由運(yùn)行，從而在疾病的診斷和治療中發(fā)揮獨(dú)特的作用。在納米生物材料研究中，目前研究的熱點(diǎn)和已有較好基礎(chǔ)及做出實(shí)質(zhì)性成果的是藥物納米載體和納米顆?；蜣D(zhuǎn)移技術(shù)。這種技術(shù)是以納米顆粒作為藥物和基因轉(zhuǎn)移載體，將藥物、DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時(shí)也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，如特異性配體、單克隆抗體等，通過靶向分子與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向性藥

5、物和基因治療。納米材料可以有許多種分類方法，綜合這些分類方法，按照納米生物材料的材料性質(zhì)，納米生物材料可以分為無機(jī)納米生物材料、有機(jī)納米生物材料、納米復(fù)合材料。納米生物材料對(duì)人類有著重要作用，納米材料有許多不同于塊體材料的性質(zhì)，這些性質(zhì)使得納米生物材料有著獨(dú)特的作用，因此，世界許多國(guó)家都展開對(duì)納米生物材料的研究。納米生物技術(shù)是目前國(guó)際生物技術(shù)領(lǐng)域的最前沿的研發(fā)熱點(diǎn)，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已將納米生物技術(shù)列入其國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，斥巨資投入該項(xiàng)研究。納米生物技術(shù)的迅速發(fā)展，為其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了機(jī)遇。二、納米材料在醫(yī)藥、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用目前納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在基礎(chǔ)

6、醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)方面，納米材料作用的發(fā)揮都已不容忽視。納米材料在生物醫(yī)學(xué)中檢測(cè)、診斷。藥物治療以及健康預(yù)防等方面都取得了很好的發(fā)展。2.1納米材料在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)診斷技術(shù)方面的應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)起源于診斷，沒有很好的診斷手段就沒有很好的治療和預(yù)防，目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，診斷手段越來越高明、先進(jìn)，得到了前所未有的發(fā)展。納米材料在檢驗(yàn)診斷中主要應(yīng)用于三個(gè)方面：利用納米材料跟蹤生物體內(nèi)活動(dòng)，對(duì)生物體內(nèi)元素的積累和排除作出判斷。利用納米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng)對(duì)疾病進(jìn)行早期診斷。利用納米材料的特性去化驗(yàn)檢測(cè)試樣從而輔助治療。在具體應(yīng)用方面的典型有量子點(diǎn)的熒光效應(yīng)、磁性納米材料的磁效應(yīng)、納米材料的吸

7、附作用等等。2.2納米材料在藥物治療方面的應(yīng)用納米生物材料，具有生物兼容性、可生物降解、藥物緩釋和藥物靶向傳遞等良好特性已在藥物治療方面取得了很大成功。藥物納米載體具有高度靶向、藥物控制釋放、提高難溶藥物的溶解率和吸收率優(yōu)點(diǎn)，提高藥物療效和降低毒副作用。納米顆粒作為基因載體具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：納米顆粒能包裹、濃縮、保護(hù)核苷酸，使其免遭核酸酶的降解；比表面積大，具有生物親和性，易于在其表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，實(shí)現(xiàn)基因治療的特異性；在循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)時(shí)間較普通顆粒明顯延長(zhǎng)，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)象普通顆粒那樣迅速地被吞噬細(xì)胞清除；讓核苷酸緩慢釋放，有效地延長(zhǎng)作用時(shí)間，并維持有效的產(chǎn)物濃度，提高轉(zhuǎn)染效率

8、和轉(zhuǎn)染產(chǎn)物的生物利用度；代謝產(chǎn)物少，副作用小，無免疫排斥反應(yīng)等。納米粒子用作藥物載體磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場(chǎng)的引導(dǎo)下集中于病患部位，進(jìn)行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進(jìn)行免疫學(xué)的間接凝聚實(shí)驗(yàn)，用于快速診斷。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統(tǒng)和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對(duì)全身的作用。如美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片為基礎(chǔ)，能長(zhǎng)時(shí)間配選精確劑量藥物的藥物投送系統(tǒng)，并已被批準(zhǔn)用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子

9、（NPs）在基因治療中的DNA載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質(zhì)、多肽、基因等活性物質(zhì)的口服釋放載體方面具有廣闊的應(yīng)用前景。藥物納米載體技術(shù)將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。納米抗菌藥及創(chuàng)傷敷料 Ag+可使細(xì)胞膜上蛋白失去活性從而殺死細(xì)菌，添加納米銀粒子制成的醫(yī)用敷料對(duì)諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細(xì)菌有較好抑制作用。智能靶向藥物 在超臨界高壓下細(xì)胞會(huì)“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫(yī)藥家能改變細(xì)胞基因，因而納米生化材料最有前景的應(yīng)用是基因藥物的開發(fā)。德國(guó)柏林醫(yī)療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細(xì)胞部

10、位完全被磁場(chǎng)封閉，通電加熱時(shí)溫度達(dá)到4045時(shí)，慢慢殺死癌細(xì)胞。這種方法已在老鼠身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中獲得了初步成功。美國(guó)密歇根大學(xué)正在研制一種僅20 nm的微型智能炸彈，能夠通過識(shí)別癌細(xì)胞化學(xué)特征攻擊癌細(xì)胞，甚至可鉆入單個(gè)細(xì)胞內(nèi)將它炸毀。三、納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景3.1用納米材料進(jìn)行細(xì)胞分離 利用納米復(fù)合體性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應(yīng)的特性進(jìn)行細(xì)胞分離在醫(yī)療臨床診斷上有廣闊的應(yīng)用前景。20世紀(jì)80年代后，人們便將納米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細(xì)胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細(xì)胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運(yùn)用于單細(xì)胞分離、基因突變分析、基因擴(kuò)增與免

11、疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細(xì)胞內(nèi)部信號(hào)的傳感器）。倫敦的兒科醫(yī)院、挪威工科大學(xué)和美國(guó)噴氣推進(jìn)研究所利用納米磁性粒子成功地進(jìn)行了人體骨骼液中癌細(xì)胞的分離來治療病患者。美國(guó)科學(xué)家正在研究用這種技術(shù)在腫瘤早期的血液中檢查癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。3.2納米機(jī)器人在最近的十年中,隨著納米材料在癌癥治療、細(xì)胞顯影和疾病檢測(cè)方面的應(yīng)用,由此誕生了一個(gè)新的領(lǐng)域生物納米技術(shù)。生物納米技術(shù)是指在納米尺度上認(rèn)識(shí)生物分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系,并在此基礎(chǔ)上按研究者的意愿組合、裝配,創(chuàng)造出滿足人們意愿并行使特定功能的生物納米機(jī)器。2010年5月19日，來自南京大學(xué)和美國(guó)紐約大學(xué)的兩個(gè)小組 ，Gu等人

12、演示了一個(gè)微型組裝線，它能通過將三種不同類型的金納米顆粒結(jié)合起來制造8種可能的復(fù)合物分子納米機(jī)器人 。一個(gè)“DNA折紙”磚是這個(gè)生產(chǎn)線的框架和軌道，一個(gè)有三只手、四只腳的“DNA行走者”沿這個(gè)軌道行走，生成最終產(chǎn)品，其方式是：在它通過三種不同的載貨DNA機(jī)器時(shí)將所收集的金納米顆粒連接起來。Lund等人演示的納米機(jī)器人是蜘蛛形狀的DNA“行走者”，它們能在一個(gè)二維“DNA折紙”景觀中感應(yīng)和改動(dòng)基質(zhì)分子軌道，這個(gè)景觀通過編程來讓“行走者”執(zhí)行諸如“開始”、“跟隨”、“轉(zhuǎn)彎”和“停止”等動(dòng)作。 不久的將來，人類定會(huì)做出更精密、更復(fù)雜的機(jī)器人，可以為人類作更多的事，諸如，可以進(jìn)入人體內(nèi)為人類修復(fù)病臟，

13、檢查器官，清除體內(nèi)垃圾等。為人類做出更多的貢獻(xiàn)。國(guó)際上納米生物技術(shù)的研究范圍涉及納米生物材料、藥物和轉(zhuǎn)基因納米載體、納米生物相容性人工器官、納米生物傳感器和成像技術(shù)、利用掃描探針顯微鏡分析蛋白質(zhì)和DNA的結(jié)構(gòu)與功能等重要領(lǐng)域，以疾病的早期診斷和提高療效為目標(biāo)。在納米生物材料，尤其是在藥物納米載體方面的研究已取得一些積極的進(jìn)展，在惡性腫瘤診療納米生物技術(shù)方面也取得了實(shí)驗(yàn)階段的進(jìn)展，其它方面的研究尚處于探索階段。總結(jié)    納米生物材料作為一種新型材料，其在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用將帶來巨大的變革，使未來的疾病治愈率大大提高。人類的發(fā)展也會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的高度！參考文獻(xiàn)1王德平，

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