無機納米材料在生物醫(yī)學的應用

1、無機納米材料在生物醫(yī)學的應用班級：材料科學與工程（1）班姓名：何麗莉 學號：201473030107摘要：主要介紹了幾種介紹了介孔二氧化硅、納米碳等非金屬類納米材料，以及磁性鐵、氧化鈰、銀納米粒子、金納米粒子、鎳等金屬類納米材料，比較了不同來源無機納米材料的發(fā)展、特點、優(yōu)勢，明確了無機納米材料具有環(huán)境友好、成本低、生物相容性好及低毒性等特點，綜述了無機納米材料在生物醫(yī)藥、臨床診斷、疾病預防等生物醫(yī)學方面的研究與應用。關鍵詞：無機納米材料 生物醫(yī)學Abstract: This paper mainly introduces several kinds of the mesoporous sili

2、ca, nano carbon and other non metal nano materials, and magnetic iron, cerium oxide, silver nanoparticles, gold nanoparticles, nickel and other metal nano materials, compared the development of different sources of inorganic nano materials, features, advantages, the inorganic nano material is enviro

3、nmentally friendly low cost, good biocompatibility and low toxicity characteristics, the application of inorganic nano materials in the biomedical, clinical diagnosis, disease prevention research and application in biomedicine.Keywords: inorganic nano materials biomedicine1前言當物質(zhì)到達納米尺寸后，其性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特

4、殊性能，如小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等1。由于納米材料環(huán)境友好、成本低、生物相容性好、毒性低，在醫(yī)藥衛(wèi)生領域有著廣泛的應用和明確的產(chǎn)業(yè)化前景，特別是納米藥物載體，納米醫(yī)用材料、納米生物傳感器和成像技術以及微型智能化醫(yī)療器械等2，相比常規(guī)藥物以及化療、放療，無機納米材料用于藥物載體可達到靶向運輸、控釋緩釋藥物的效果，因此無機納米材料在靶向性給藥、藥物控制釋放和緩釋、癌癥治療等方面有良好的應用前景3。2無機納米材料的分類依據(jù)材料來源不同，將無機納米材料分為兩大類：一類是介孔二氧化硅、碳納米材料等非金屬類材料，另一類時磁性鐵、銀、金納米粒子、納米羥基磷灰石、層狀雙金屬氫氧化

5、物等金屬類材料4。2.1非金屬類2.1.1介孔二氧化硅介孔二氧化硅（mesoporous silica nano-particles，MSNs）是粒徑為10-600nm、孔徑為2-50 nm 的二氧化硅納米粒子5，通常以表面活性劑或兩親性嵌段共聚物作為模板，與無機源進行界面聚合，最后通過高溫煅燒或萃取等方法除去模板，保留二氧化硅骨架形成的多孔結(jié)構。介孔二氧化硅是一種新型的無機納米材料，具有獨特的網(wǎng)狀孔道結(jié)構，孔道規(guī)整，孔徑連續(xù)可調(diào)，具有較大的比表面積和比孔容，表面易功能化，毒性低，有良好的生物相容性和穩(wěn)定性6-7。2.1.2碳納米材料由碳元素所構成的材料種類繁多，形態(tài)各異，例如sp2結(jié)構的石墨

6、、sp3結(jié)構的金剛石，和無定型炭黑。近些年，各種新型碳納米材料引起人們廣泛注意，如石墨烯、碳納米管、富勒烯及碳量子點等。碳納米材料具有獨特的結(jié)構和性能，它們具有比表面積大、易功能化、具有光熱效應、獨特的熒光性能等特點，在藥物緩釋控釋、熒光示蹤、光熱治療等方面具有獨特的應用價值8-9。2.2金屬類2.2.1磁性鐵當材料的尺寸小至納米級別時，磁性會發(fā)生變化。磁性納米氧化鐵材料具有較好的化學穩(wěn)定性、生物相容性和較高的磁響應性。磁性鐵氧化物納米材料因為在藥物靶向運輸、腫瘤治療、磁性流體和化學傳感等方面所表現(xiàn)出的廣闊應用前景10。2.2.2銀納米粒子銀納米復合粒子通常具有較小的不超過100nm的直徑，含

7、有20-15000個銀原子。由于納米銀的表面增強拉曼光譜效應、小粒徑效應、較大的比表面積等特點，使其具有非常好的抗菌效果，且安全性相對較高，抗菌性能持久。除了抗菌性能外，銀納米復合材料還具有許多其他性能。例如：抗病毒、抗血管病，因此銀納米復合材料在醫(yī)療器械、傷口處理、生殖等諸多領域被廣泛應用11。2.2.3金納米粒子納米金是指直徑 0.8-250mm 的締合金溶膠，它屬于納米金屬材料中研究最早的種類，納米金具有良好的納米表面效應、量子效應以及宏觀量子隧道效應，它具有很多良好的化學特性，比如抗氧性和生物相容性12。2.2.4納米羥基磷灰石納米羥基磷灰石（nano-hydroxyaptite，nH

8、AP）是陶瓷類多孔無機材料，溶解度較好，有較大的表面能、良好的生物活性和生物相容性，可用作骨移植的生物材料，修復、整合人體骨組織，并能改善力學機能，有廣泛的臨床應用價值13。2.2.5層狀雙金屬氫氧化物層狀雙金屬氫氧化物（layered double hydroxides，LDHs）由二價金屬離子及三價金屬離子組成，層狀結(jié)構有記憶效應，其層間的陰離子可交換，有特殊的酸堿性、熒光性質(zhì)、熱穩(wěn)定性。LDHs 毒性低，能滿足組織、血液、免疫等方面的生物兼容性要求；可被生物降解，生物相容性好，細胞內(nèi)的酸性環(huán)境可使其溶解為離子，通過細胞膜上的離子通道排至細胞外14。利用 LDHs 作為藥物載體，可提高藥物

9、輸送效率，增強藥物的溶解性。3無機納米材料在生物醫(yī)學的應用3.1載體作用納米藥物載體的發(fā)展為藥物的靶向輸送與治療提供了可能性,它具有以下優(yōu)勢：(1)可提高化學藥物療法、光動力巧法、光熱療法等治療方法的療效(2)可改變所負載藥物自身的動力學特性及其在生物體內(nèi)的分布,比如載帶化學藥物及生物大分子跨越相關的生理屏障15(3)可通過制備不同劑型的納米粒子適應不同的給藥途徑(4)在納米粒子載體表面修飾相關配體,如透明質(zhì)酸、葉酸、轉(zhuǎn)鐵蛋白、單克隆抗體、麥胚凝集素、多肽、Tat肽等，可以提高納米粒子對靶細胞或特定細胞器的靶向性。理想的納米藥物載體應該具有制備方法簡單、低毒性、可控釋放、體內(nèi)循環(huán)時間較長、生物

10、可降解等優(yōu)勢。目前研究較多的納米藥物載體主要有無機納米材料、碳納米材料、脂質(zhì)體、聚合物、水凝膠等。3.2骨移植臨床上可用自體骨移植來治療創(chuàng)傷、感染、腫瘤等造成的骨缺損，由于骨移植的來源有限，且手術時間長，易導致失血過多和供骨區(qū)并發(fā)癥等，應用受到限制。將異體骨用作骨移植，則存在免疫排斥反應，且易被感染。而人工骨同自體骨有相近的療效，人工骨材料可采用鈦、生物陶瓷、納米骨、3D 模擬人工骨髓等納米材料。納米羥基磷灰石與人體內(nèi)的無機成分相似，其粒子有小尺寸效應、量子效應及表面效應等，可用作牙種植體或作為骨骼材料，能避免產(chǎn)生排斥反應，促進血液循環(huán)，促進人體骨組織的修復、整合和骨缺損后的治愈16。3.3臨

11、床診斷與治療納米材料在臨床診斷治療方面應用廣泛，但多處于試驗階段。磁性氧化鐵納米粒子可作為造影劑用于腫瘤診斷中，對腫瘤分子產(chǎn)生磁共振分子影像或多模態(tài)腫瘤分子影像，也可用于循環(huán)腫瘤細胞的分離、富集17。磁性納米粒子還可用于生物傳感器中，利用磁現(xiàn)象和納米粒子從液相中分離并捕獲生物分子18。用介孔二氧化硅制成的細胞熒光成像探針利用量子點良好的光穩(wěn)定性、較長的熒光壽命和較高的生物相容性，結(jié)合介孔二氧化硅可特異性地識別 Ramos 細胞的特點，并用激光共聚焦顯微鏡對Ramos 細胞進行熒光成像，實現(xiàn)了對腫瘤細胞的早期診斷、檢測成像19。富勒烯特殊的結(jié)構和性質(zhì)使其可以廣泛地應用于光熱治療、輻射化療、癌癥治

12、療等醫(yī)學領域，也可作為核磁共振成像的造影劑用于臨床診斷20。但富勒烯不溶于水，對生物體存在潛在的毒性，限制了其在臨床的應用21。富勒烯結(jié)合含羥基的親水性分子可改善其溶解性，羥基化富勒烯無明顯毒性，可作為抗氧化劑。聚羥基富勒烯利用近紅外光激活體內(nèi)的納米材料，用光熱對腫瘤細胞定位，避免了金納米粒子、碳納米管等在體內(nèi)造成聚積，利用免疫刺激作用來抑制腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移、生長，從而減小腫瘤的尺寸，最終造成腫瘤細胞凋亡。因此，改造碳納米結(jié)構，在成像、吸附、藥物裝載與靶向運輸?shù)壬镝t(yī)學工程方面有潛在的應用價值。金納米粒子有較好的生物相容性，功能化的金納米粒子可用于生物分析、藥物檢測、臨床診斷等生物醫(yī)藥領域，可作

13、為納米探針檢測重金屬離子、三聚氰胺等小分子，也可檢測 DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子，還可以用于對細胞表面和細胞內(nèi)部的多糖、核酸、多肽等的精確定位22。4展望無機納米材料在生物醫(yī)學應用中有待解決的問題還有很多，在今后的研究中，提高疾病治療的針對性、靶向性和可調(diào)控性；使無機納米材料相對固定在腫瘤細胞表面，不擴散到正常組織，提高腫瘤部位的有效濃度，降低納米材料的毒副作用達到臨床應用的標準將成為重點。參考文獻1楊慧,丁良,岳志蓮. 納米生物技術在醫(yī)學中的應用J. 生物技術通報,2016,(01):49-57.2張冬英. 納米材料在生物醫(yī)藥方面的應用及發(fā)展動態(tài)J. 湖北成人教育學院學報,2017,(02)

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