納米生物與醫(yī)藥技術(shù)基礎(chǔ)

1、1、納米科技 在納米尺度內(nèi)（1-100nm)控制物質(zhì),創(chuàng)造特定功能的材料、器件和系統(tǒng)在納米尺度內(nèi)（1-100nm)，探測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能在納米尺度內(nèi)（1-100nm)，認(rèn)識物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)變化的規(guī)律，加以利用納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米加工學(xué)、納米測量學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米電子學(xué)、納米生物學(xué)、納米醫(yī)學(xué) 。2、名詞解釋：表面效應(yīng)、納米結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)：微球的表面積增大和所包含的表面原數(shù)增多的現(xiàn)象。（球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑的變小，比表面積將會顯著地增加，顆粒表面原子數(shù)相對增多，從而使這些表

2、面原子具有很高的活性且極不穩(wěn)定，致使顆粒表現(xiàn)出不一樣的特性，這就是表面效應(yīng)。）納米結(jié)構(gòu)：納米結(jié)構(gòu)：是尺寸介于分子和微米尺度間的物體的結(jié)構(gòu)；有一，二，三維物質(zhì)。如這些物質(zhì)的線度都在0.1-100nm范圍內(nèi)，則稱為納米物體。這些物體的結(jié)構(gòu)則稱為納米結(jié)構(gòu)。3、 為什么要研究納米材料？納米材料有哪些特性？納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（1-100nm）或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。零維的納米粒子、 一維的納米線、二維的納米薄膜、納米尺度為基本單元構(gòu)成的多種類型的納米材料（納米粉體材料、納米塊體材料、納米薄膜材料、納米復(fù)合材料）。半導(dǎo)體量子點(diǎn)（熒光、電鏡），貴金屬納米顆粒（SERS

3、、信號識別顆粒），金屬氧化物納米顆粒（超順磁性），復(fù)合納米顆粒（藥物呈遞、靶向），多功能納米顆粒（成像、檢測、治療）。（1）表面與界面效應(yīng)這是指納米晶體粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。例如粒子直徑為10納米時，微粒包含4000個原子，表面原子占40%；粒子直徑為1納米時，微粒包含有30個原子，表面原子占99%。主要原因就在于直徑減少，表面原子數(shù)量增多。再例如，粒子直徑為10納米和5納米時，比表面積分別為90米2/克和180米2/克。如此高的比表面積會出現(xiàn)一些極為奇特的現(xiàn)象，如金屬納米粒子在空中會燃燒，無機(jī)納米粒子會吸附氣體等等。（2）小尺寸效應(yīng)當(dāng)納米微粒尺

4、寸與光波波長，傳導(dǎo)電子的德布羅意波長及超導(dǎo)態(tài)的相干長度、透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，它的周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁，熱力學(xué)等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象。例如，銅顆粒達(dá)到納米尺寸時就變得不能導(dǎo)電；絕緣的二氧化硅顆粒在20納米時卻開始導(dǎo)電。再譬如，高分子材料加納米材料制成的刀具比金鋼石制品還要堅硬。利用這些特性，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能，此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等等。（3）量子尺寸效應(yīng)當(dāng)粒子的尺寸達(dá)到納米量級時，費(fèi)米能級附近的電子能級由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級。當(dāng)能級間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時，會出現(xiàn)納米材料的量子效

5、應(yīng)，從而使其磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電性能變化。例如，有種金屬納米粒子吸收光線能力非常強(qiáng)，在1.1365千克水里只要放入千分之一這種粒子，水就會變得完全不透明。（4）宏觀量子隧道效應(yīng)微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也有隧道效應(yīng)，它們可以穿過宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。（5） 介電限域效應(yīng);介電限域是納米微粒分散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面引起的體系介電增強(qiáng)的現(xiàn)象，主要來源于微粒表面和內(nèi)部局域場強(qiáng)的增強(qiáng)。意義：首先，IT和BT持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展要求：省材料、能源和空間，大的市場和高利潤驅(qū)動。其次，創(chuàng)建新材料，發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的性質(zhì)

6、、現(xiàn)象和過程，為人類健康和疾病診斷與治療提供新的理論和方法。最后，納米材料作為一種非病毒性載體，具有良好的生物相容性。4、納米粒子的表面修飾有哪些方法？納米粒子有強(qiáng)烈的聚集傾向，可以通過表面修飾降低納米粒子的表面能，可得到具有可溶性或者可分散性的納米粒子。同時，適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎椷€可以調(diào)節(jié)磁性納米粒子與其他材料的相容性和反應(yīng)特性，從而賦予特殊功能。常見方法有：1. 采用有機(jī)小分子修飾粒子表面（通過修飾劑與穩(wěn)定劑的相互作用或通過配體交換反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)一定的生物相容性及水溶性）；2. 采用有機(jī)高分子修飾粒子表面（用生物相容性高的高分子修飾)；3采用SiO2修飾粒子表面（屏蔽偶極相互作用，優(yōu)良的生物相容性、

7、親水性、穩(wěn)定性）；4. 采用其他無機(jī)納米材料修飾粒子表面。5、什么是EPR效應(yīng)？它在腫瘤治療方面有什么意義？EPR效應(yīng)：實(shí)體瘤的增強(qiáng)滲透滯留效應(yīng)。正常組織中的微血管內(nèi)皮間隙致密，結(jié)構(gòu)完整，納米顆粒、大分子和脂質(zhì)顆粒不易透過血管壁。而實(shí)體瘤組織中血管豐富、血管壁間隙較寬、結(jié)構(gòu)完整性差，淋巴回流缺失，造成納米顆粒、大分子物質(zhì)和脂質(zhì)顆粒具有選擇性、高通透性和滯留性。意義：EPR效應(yīng)促進(jìn)了納米顆粒及大分子類物質(zhì)在腫瘤組織中的選擇性分布，可以增加藥效并減少系統(tǒng)副作用。6、納米生物醫(yī)學(xué)/技術(shù)：一方面，是利用納米技術(shù)（包括納米材料）研究生命體的特征，發(fā)現(xiàn)新的生命現(xiàn)象和規(guī)律，為人類健康和疾病診斷與治療提供新的

8、理論和方法；另一方面，模擬生命體精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，通過仿生研究制備新型納米材料和建立新的納米技術(shù)。7、 納米結(jié)構(gòu)表征技術(shù)（1）透射電子顯微鏡，是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射電子顯微鏡的分辨率為0.10.2nm，放大倍數(shù)為幾萬百萬倍，用于觀察超微結(jié)構(gòu)，即小于0.2微米、光學(xué)顯微鏡下無法看清的結(jié)構(gòu)，又稱“亞顯微結(jié)構(gòu)”。與光鏡原理基本一致，用電子束作光源，用電磁場做透鏡。電子束波長短，波長與電壓的平方根成反比。樣品制備：50nm超薄切片（機(jī)）、銅網(wǎng)（2） 掃描

9、式電子顯微鏡的電子束不穿過樣品，僅在樣品表面掃描激發(fā)出次級電子。放在樣品旁的閃爍晶體接收這些次級電子，通過放大后調(diào)制顯像管的電子束強(qiáng)度，從而改變顯像管熒光屏上的亮度。顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像，這與工業(yè)電視機(jī)的工作原理相類似。 掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強(qiáng)的立體感；能利用電子束與物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的次級電子、吸收電子和 X射線等信息分析物質(zhì)成分。 （1） 、（2）總結(jié)：利用電

10、鏡的透射或散射電子進(jìn)行其它功能的分析，可以得到材料的其它一些信息。主要有：成分分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、粒度分析、陰極發(fā)光觀察樣品制備：a. 生物樣品制備：由于生物樣品主要由碳、氫、氧、氮等元素組成，散射電子的能力很低，在電鏡下反差小，所以在進(jìn)行電鏡的生物樣品制備時通常還須采用重金屬鹽染色或金屬鹽噴鍍等方法來增加樣品的反差，提高觀察效果。例如負(fù)染色法就是用電子密度高，本身不顯示結(jié)構(gòu)且與樣品幾乎不反應(yīng)的物質(zhì)（如磷鎢酸鈉或磷鎢酸鉀）來對樣品進(jìn)行“染色”。由于這些重金屬鹽不被樣品萬分所吸附而是沉積到樣品四周，如果樣品具有表面結(jié)構(gòu)，這種物質(zhì)還能穿透進(jìn)表面上凹陷的部分，因而在樣品四周有染液沉積的地方，散射電子

11、的能力強(qiáng)，表現(xiàn)為暗區(qū)，而在有樣品的地方散射電子的能力弱，表現(xiàn)為亮區(qū)。這樣便能把樣品的外形與表面結(jié)構(gòu)清楚地襯托出來。負(fù)染色法由于操作簡單，目前在進(jìn)行透射電鏡生物樣品制片時比較常用。有時為了保持生物體的原有形狀，常用戊二醛、甲醛、鋨酸蒸氣等試劑進(jìn)行固定后再進(jìn)行染色。b. 核酸樣品制備：核酸分子鏈一般較長，采用普通的滴液或噴霧法易使其結(jié)構(gòu)受到破壞，因此目前多采用蛋白質(zhì)分子膜技術(shù)來進(jìn)行核酸分子樣品的制備。其原理是：很多球狀蛋白均能在水溶液或鹽溶液的表面形成不溶的變性薄膜，在適當(dāng)?shù)臈l件下這一薄膜可以成為單分子層，由伸展的肽鏈構(gòu)成一個分子網(wǎng)。當(dāng)核酸分子與該蛋白質(zhì)單分子膜作用時，會由于蛋白質(zhì)的氨基酸堿性側(cè)鏈

12、基團(tuán)的作用，使得核酸從三維空間結(jié)構(gòu)的溶液構(gòu)型吸附于肽鏈網(wǎng)而轉(zhuǎn)化為二維空間的構(gòu)型，并從形態(tài)到結(jié)構(gòu)均能保持一定程度的完整性。最后將吸附有核酸分子的蛋白質(zhì)單分子膜轉(zhuǎn)移到載膜上，用負(fù)染等方法增加樣品的反差后置電鏡觀察。c. SEM生物樣品制備：掃描電鏡觀察時要求樣品必需干燥，并且表面能夠?qū)щ?。因此，在進(jìn)行掃描電鏡微生物樣品制備時一般都需采用清洗、固定、脫水、干燥及表面鍍金等處理步驟。 生物樣品的制備中，干燥是最關(guān)鍵的步驟。干燥過程除引起樣品收縮之外，水的表面張力會使樣品表面形貌發(fā)生很大的變化，這對掃描電鏡的表面形貌觀察特別有害。目前常用的干燥方法主要有空氣干燥法、臨界點(diǎn)干燥法、冰凍干燥法、真空干燥法和

13、莰烯干燥法等?？諝飧稍锓ㄓ址Q自然干燥法，就是將經(jīng)過脫水的樣品，讓其暴露在空氣中使脫水劑逐漸揮發(fā)干燥。此法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡單易行和節(jié)省時間，它的致命缺點(diǎn)是在干燥過程中，組織會因脫水劑揮發(fā)時表面張力的作用而產(chǎn)生收縮變形。因此，此種方法一般只適用于外殼(表面)較為堅硬的樣品。在采用空氣干燥時，為了減少樣品的收縮變形，除使用易揮發(fā)和表面張力小的脫水劑如乙醇、丙酮等外，還應(yīng)使樣品得到充分固定，特別是須經(jīng)四氧化鋨固定效果才較好。因為它會使組織變得較為堅硬，使收縮變形減少。臨界點(diǎn)干燥法是一種消除了物相界面(液相氣相)，也就是消除了表面張力來源的干燥方法。這種方法由于沒有表面張力的影響，所以樣品不易收縮和損傷，

14、此法所用的儀器結(jié)構(gòu)不甚復(fù)雜，操作較為方便，所用的時間也不算長，一般約2h左右即可完成，所以，是最為常用的方法。所謂臨界點(diǎn)，就是指使物質(zhì)的氣態(tài)和液態(tài)兩相之間達(dá)到相同密度，成為均一流體狀態(tài)時的溫度和壓力的總稱。此時的溫度稱臨界溫度；此時的壓力稱臨界壓力。不同的物質(zhì)都有其特定的臨界點(diǎn)。冰凍干燥是將經(jīng)冰凍的樣品置于高真空中通過升華，除去樣品中的水分或脫水劑的過程。冰凍干燥的基礎(chǔ)是冰(或固態(tài)溶劑)從樣品中升華，也就是使水分從固態(tài)直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，不經(jīng)過中間的液態(tài),不存在氣相和液相之間的表面張力對樣品的作用，因此，能較好地避免或減少了在干燥過程中對樣品的損傷。冰凍干燥方法有兩種，即含水樣品直接冰凍干燥和樣品

15、脫水后從有機(jī)溶劑中冰凍干燥。茨烯干燥法，莰烯是一種樟腦類無色結(jié)晶體，能溶于醚、環(huán)乙烷、環(huán)己烯和氯仿中，室溫下呈固體狀，能在較低的溫度下升華，從固態(tài)直接變成氣態(tài)，表面張力小，故經(jīng)它干燥的樣品較松軟，變形小，操作也較簡便。d、樣品的表面導(dǎo)電處理金屬鍍膜法是采用特殊裝置將電阻率小的金屬，如金、鉑、鈀、銀及碳等蒸發(fā)后覆蓋在樣品表面的方法。樣品鍍以金屬膜(或碳膜)后，不僅能為入射電子提供通路，消除電荷積累的荷電現(xiàn)象，而且能提高二次電子發(fā)射率，增加倍噪比，提高圖像反差，以便能獲得細(xì)節(jié)豐富和分辯率高的圖像。其次，樣品經(jīng)鍍膜后，還能提高樣品表面的機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)耐受電子束轟擊能力，避免起泡、龜裂、穿孔、分解和漂

16、移等不良現(xiàn)象的產(chǎn)生：此外，通過鍍膜能把掃描電鏡的信息來源限定于樣品表面，即防止來自組織內(nèi)部的信息參與成像。真空鍍膜法是利用真空鍍膜儀進(jìn)行的。其原理是在高真空狀態(tài)下(10-3Pa)，使某些金屬物質(zhì)加熱到熔點(diǎn)以上時，蒸發(fā)成極細(xì)小的顆粒噴射到樣品上，由于金屬的沉積使樣品表面形成一層薄金屬膜。真空鍍膜法所得的膜，金屬顆粒較粗，膜不夠均勻，操作較復(fù)雜并且費(fèi)時，因此目前已經(jīng)較少使用。真空蒸發(fā)儀主要用于制造碳膜、碳復(fù)型膜和金屬投影。離子濺射鍍膜法：在低真空中進(jìn)行輝光放電時，由于離子沖擊，陰極金屬物質(zhì)有飛濺現(xiàn)象稱為濺射。利用離子濺射儀對樣品進(jìn)行金屬鍍膜的方法，稱為濺射鍍膜法。圖10一4就是這種鍍膜法的原理示意

17、圖。這種裝置很簡單，主要由真空部分(真空泵)和濺射部分(真空罩)組成，在真空罩內(nèi)裝有陰極和陽極，陰極對著陽極的一面裝有用于濺射用的金屬靶(黃金靶、鉑靶、白金靶或鈀靶等)，樣品放在陽極的樣品座上面。當(dāng)真空罩內(nèi)的真空度抽到101Pa時，在陰極與陽極之間加上10003000V的直流電壓，兩極之間產(chǎn)生弧光放電的電場。在電場的作用下，罩內(nèi)殘余的氣體分子被電離為正離子和電子，正離子被陰極吸引轟擊金屬靶，激發(fā)出金屬顆粒和電子，并被陽極吸引附著在樣品表面而形成金屬導(dǎo)電膜。組織導(dǎo)電法是利用某些金屬鹽溶液對生物體中的蛋白質(zhì)、脂肪類及淀粉等成分的結(jié)合作用，使樣品表面離子化或產(chǎn)生導(dǎo)電性能好的金屬化合物，從而提高樣品耐

18、受電子束轟擊的能力和導(dǎo)電率。這種方法近年來國內(nèi)外均有不少報道。（3）冷凍電子顯微鏡快速冷凍使含水樣品中的水處于玻璃態(tài)（浸入液氮、噴霧冷凍），將樣品保持在液氦溫度中（最小曝光技術(shù)），圖像處理及三維重構(gòu)（大量拍攝，統(tǒng)計平均）（4） 原子力顯微鏡一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米

19、級分辨率獲得表面結(jié)構(gòu)信息。它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運(yùn)動檢測裝置、監(jiān)控其運(yùn)動的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運(yùn)動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。輕敲模式（tapping）、接觸模式（contact）、液相模式可在日常環(huán)境下進(jìn)行樣品觀察、樣品無需導(dǎo)電、分辨率高、對樣品損傷小、三維測量、多種力成像方式、可進(jìn)行力曲線測量、擴(kuò)展應(yīng)用（5

20、） 紫外光譜：（表面激元共振當(dāng)光線入射到由貴金屬構(gòu)成的納米顆粒上時，如果入射光子頻率與貴金屬納米顆粒或金屬島傳導(dǎo)電子的整體振動頻率相匹配時，納米顆?；蚪饘賺u會對光子能量產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收作用，就會發(fā)生局域表面等離子體共振現(xiàn)象。）物質(zhì)分子吸收一定波長的紫外光時,電子發(fā)生躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜稱為紫外光譜。電子躍遷前后兩個能級的能量差值E越大,躍遷所需要的能量也越大,吸收光波的波長就越短。當(dāng)我們把一束單色光(I0)照射溶液時,一部分光(I)通過溶液,而另一部分光被溶液吸收了.這種吸收是與溶液中物質(zhì)的濃度和液層的厚度成正比,這就是朗勃特比爾定律。傳統(tǒng)的紫外光譜用于檢測具有共軛雙鍵的化合物。這是因為通過鍵與

21、鍵相互作用（-共軛效應(yīng)），可以生成大鍵。由于大鍵各能級間的距離較近，電子容易激發(fā)，所以吸收峰的波長就增加，生色作用大為加強(qiáng)。 （6） MRI核磁共振影像：特點(diǎn)：活體成像、無損、實(shí)時動態(tài)、空間分辨率高、組織對比度好、功能強(qiáng)。核磁共振是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學(xué)是光譜學(xué)的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應(yīng)的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。 核磁共振是處于靜磁場中的原子核在另一交變磁場作用下發(fā)生的物理現(xiàn)象。通常人們所說的核磁共振指的是利用核磁共振現(xiàn)象獲取分子結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。 并不是是所有原子核都能產(chǎn)

22、生這種現(xiàn)象，原子核能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象是因為具有核自旋。原子核自旋產(chǎn)生磁矩，當(dāng)核磁矩處于靜止外磁場中時產(chǎn)生進(jìn)動核和能級分裂。在交變磁場作用下，自旋核會吸收特定頻率的電磁波，從較低的能級躍遷到較高能級。這種過程就是核磁共振。 8、 分子影像學(xué)分子影像學(xué)是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和分子生物學(xué)相互交叉滲透而產(chǎn)生的新學(xué)科。分子影像技術(shù)是利用現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)(主要是PET、MRI 和光學(xué)CT) 對人體內(nèi)部特定的分子進(jìn)行無損傷的實(shí)時成像。（分子探針、有效的組織和細(xì)胞內(nèi)靶向技術(shù)、有效的放大技術(shù)、具有高空間分辨率和高敏感性成像系統(tǒng)。）目前,分子影像常用的探測方法有核探測方法、核磁共振方法和光學(xué)方法等。要實(shí)現(xiàn)分子成像技術(shù)最

23、關(guān)鍵的是分子探針、信號放大和靈敏度探測儀器。分子影像技術(shù)是向人體輸入一種分子(分子探針) 與細(xì)胞內(nèi)分子(靶分子) 進(jìn)行標(biāo)記成像。由于分子探針的濃度只有納克或皮克量級,因而體內(nèi)成像信號放大和高靈敏度成像儀器的研制是分子影像技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。（1） PET全稱為：正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像（Positron Emission Computed Tomography），是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比較先進(jìn)的臨床檢查影像技術(shù)。其大致方法是，將某種物質(zhì)，一般是生物生命代謝中必須的物質(zhì)，如：葡萄糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸，標(biāo)記上短壽命的放射性核素（如18F，11C等），注入人體后，通過對于該物質(zhì)在代謝中的聚集，來反映生命代謝

24、活動的情況，從而達(dá)到診斷的目的。最近各醫(yī)院主要使用的物質(zhì)是氟代脫氧葡萄糖，簡稱FDG。其機(jī)制是，人體不同組織的代謝狀態(tài)不同，在高代謝的惡性腫瘤組織中葡萄糖代謝旺盛，聚集較多，這些特點(diǎn)能通過圖像反映出來，從而可對病變進(jìn)行診斷和分析。（2） CTCT即電子計算機(jī)斷層掃描，它是利用精確準(zhǔn)直的X線束、射線、超聲波等，與靈敏度極高的探測器一同圍繞人體的某一部位作一個接一個的斷面掃描，具有掃描時間快，圖像清晰等特點(diǎn)，可用于多種疾病的檢查；根據(jù)所采用的射線不同可分為：X射線CT（X-CT）、超聲CT（UCT）以及射線CT（-CT)等。CT血管造影（CTA，CT angiography）是將CT增強(qiáng)技術(shù)與薄層

25、、大范圍、快速掃描技術(shù)相結(jié)合，通過合理的后處理，清晰顯示全身各部位血管細(xì)節(jié)，具有無創(chuàng)和操作簡便的特點(diǎn)，對于血管變異、血管疾病以及顯示病變和血管關(guān)系有重要價值。血管造影是一種介入檢測方法，顯影劑被注入血管里，因為X光穿不透顯影劑，血管造影正是利用這一特性，通過顯影劑在X光下的所顯示影像來診斷血管病變的。普遍使用的血管造影劑為碘試劑，在少見的有使用碘試劑禁忌癥的病例中，會使用二氧化碳作為造影劑。（含碘的分子，Au，BiS等；碘油納米乳-量子點(diǎn)可用于CT-光學(xué)檢測）（3） MRI見7.（6）MNPs-熒光探針可用于MRI-光學(xué)成像（4） 光學(xué)單分子行為的直接、實(shí)時、動態(tài)觀察熒光標(biāo)記技術(shù)吲哚青綠(IC

26、G)又稱靛青綠或福氏綠，是一種水溶性三碳吲哚染料，分子量775道爾頓，分子式是C43H47N2NaO6S2，最大吸收光譜795nm，最大激發(fā)波長為835nm。ICG 注入體內(nèi)后既不從消化道吸收，也不進(jìn)入肝循環(huán)，而是由肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞從血漿中攝取后以整分子形式排泄至膽管，隨糞排出體外。近年來，ICG造影除用于研究眼部血管尤其是脈絡(luò)膜血管外，還被用于燒傷深度的檢測、胃腸道血管缺損、腦動脈急性梗塞患者灌注的減少檢測、惡性腫瘤的診斷、微循環(huán)定量、腦部腫瘤邊緣的確定和腫瘤前哨淋巴結(jié)檢測等。（5） 微氣泡超聲造影與多功能研究超聲成像是利用超聲聲束掃描人體，通過對反射信號的接收、處理，以獲得體內(nèi)器官的圖象。近年來

27、，超聲成象技術(shù)不斷發(fā)展，如灰階顯示和彩色顯示、實(shí)時成象、超聲全息攝影、穿透式超聲成像、超聲計并機(jī)斷層圾影、三維成象、體腔內(nèi)超聲成像等。超聲成像方法常用來判斷臟器的位置、大小、形態(tài)，確定病灶的范圍和物理性質(zhì)，提供一些腺體組織的解剖圖，鑒別胎兒的正常與異常，在眼科、婦產(chǎn)科及心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛。近年來,超聲造影劑微氣泡直徑的縮小及穩(wěn)定性的提高,使其在診斷領(lǐng)域取得飛速發(fā)展的同時,在治療方面的運(yùn)用亦日益為眾多學(xué)者所關(guān)注。作為一種無創(chuàng)、低成本、實(shí)時的成像技術(shù), 超聲成像是目前世界上應(yīng)用最廣的成像方式. 然而由于傳統(tǒng)超聲診斷技術(shù)的敏感性和圖像分辨率都較低,限 制 了 超 聲 診 斷

28、 的 進(jìn) 一 步 應(yīng) 用 . 超 聲 造 影 劑和超聲造影技術(shù)的引入開辟了超聲成像的新時代, 使超聲診斷具有更高的敏感性和更高質(zhì)量的圖像.微氣泡超聲造影劑一般是指采用聲空化、冷凍干燥、噴霧、乳液、噴墨印跡等方法制備的直徑在 110 µm 的包膜氣泡. 在診斷超聲頻率下微氣泡在血管或病灶部位聚集后發(fā)生共振, 產(chǎn)生比生物組織更強(qiáng)的回波信號, 從而明顯提高超聲診斷圖像的分辨率、敏感度和特異性.隨著包膜微氣泡材料和制備技術(shù)的發(fā)展, 微氣泡超聲造影劑不僅用于超聲成像診斷, 而且在分子成像、藥物傳輸及靶向治療等多個領(lǐng)域得到廣泛的研究與應(yīng)用. 實(shí)驗制備了膜殼裝載Fe3O4納米顆粒、中心包裹氮?dú)獾木?/p>

29、合物微氣泡造影劑, 體外超聲成像(US)顯影實(shí)驗發(fā)現(xiàn)該微氣泡具有良好的超聲圖像增強(qiáng)作用. 利用包膜微氣泡在超聲場作用下的振動模型研究其動力學(xué)行為發(fā)現(xiàn), 膜殼中包裹的 Fe3O4納米顆粒在一定濃度范圍內(nèi)能增加微氣泡的膜殼散射截面, 增強(qiáng)超聲波的背向散射強(qiáng)度, 從而顯著增強(qiáng)超聲圖像的顯影效果; 當(dāng)超過一定 Fe3O4納米顆粒濃度則會導(dǎo)致微氣泡膜殼散射截面減小, 從而降低超聲圖像增強(qiáng)效果. 另一方面體外磁共振成像(MRI)顯影實(shí)驗證明, 隨著膜殼中 Fe3O4納米顆粒含量的增加, MRI 增強(qiáng)效果亦增加. 因此為了制備 US 和 MRI 雙重顯影增強(qiáng)的微氣泡造影劑, 控制磁性納米顆粒在微氣泡膜殼中的

30、包裹量十分重要.根據(jù)文獻(xiàn),在選用的聲波頻率、強(qiáng)度及照射時間下,單純超聲照射及微氣泡造影劑未發(fā)現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)及活性顯著變化,超聲照射與微氣泡造影劑聯(lián)合運(yùn)用,顯著增強(qiáng)了超聲的空化效應(yīng),在細(xì)胞膜上形成微孔,從而在形態(tài)上為細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)提供了依據(jù)。研究表明空化作用過強(qiáng)不僅增加細(xì)胞膜的通透性,還可導(dǎo)致微氣泡周圍的細(xì)胞失活。因此,尋找理想的空化條件十分重要。造影劑濃度增加后,細(xì)胞周圍的微氣泡密度增加,超聲照射后雖然細(xì)胞膜的孔徑增大,通透性增加,但細(xì)胞碎片增多,細(xì)胞活性也隨之降低。因此,根據(jù)不同的目的,可調(diào)整造影劑微氣泡的濃度,對于腫瘤性的滅活治療,可增加造影劑的濃度,以提高腫瘤細(xì)胞的減滅及抑制作用。相反,對

31、一些需要保持細(xì)胞活性及功能的治療,則要選擇適當(dāng)濃度的造影劑,既提高外源性基因及藥物的轉(zhuǎn)導(dǎo),同時減少對細(xì)胞活性的影響。研究表明超聲空化效應(yīng)的強(qiáng)度受許多因素的影響,如超聲波的設(shè)置參數(shù)、聲波的照射時間、微氣泡的濃度和氣泡內(nèi)氣體的理化特性等,本實(shí)驗只觀察了在體外培養(yǎng)細(xì)胞中造影劑濃度的影響,將在今后的體內(nèi)及體外實(shí)驗中進(jìn)一步研究不同因素及其綜合影響,為造影劑在治療中的運(yùn)用奠定基礎(chǔ)。9、 納米藥物納米藥物載體+藥物；藥物本身納米化：納米中藥、維甲酸納米顆粒；納米顆粒本身成為藥物：腫瘤熱療用磁性納米顆粒、金納米顆粒、富勒烯納米顆粒。FDA批準(zhǔn)藥物：紫杉醇白蛋白納米粒、阿霉素脂質(zhì)體。納米藥物，指通過一定的微細(xì)加

32、工方式直接操縱原子、分子或原子團(tuán)、分子團(tuán)，形成新的具有納米尺度的具有診療功能的藥物。納米藥物系統(tǒng)從藥物開始，經(jīng)過藥物的輸送，最后藥物在某一部位釋放。這里面重要的兩個過程是藥物的輸送與釋放。研究藥物輸送系統(tǒng)可以提高藥物輸送效率、降低藥物劑量和最大限度減少藥物副反應(yīng)。同時，通過對體內(nèi)藥物釋放的研究，我們可以研制出由pH改變或光改變或溫度改變導(dǎo)致釋放的藥物。（1） 納米脂質(zhì)體脂質(zhì)體是近年研究較多的一種劑型，它制備簡單，應(yīng)用方便，可多用途給藥，是一種具有同生物膜性質(zhì)類似的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)載體。脂質(zhì)體作為藥物載體有其獨(dú)特的優(yōu)勢，包括可保護(hù)藥物免受降解 、達(dá)到靶向部位和減少毒副作用。但是它也存在許多缺陷，

33、如包封率低、脂質(zhì)體膜易破裂、藥物易滲漏 、重復(fù)性差、體內(nèi)不穩(wěn)定和釋藥快等。納米脂質(zhì)體的制備方法主要有超聲分散法、逆相蒸發(fā)法等。（2）固體脂質(zhì)納米粒(solid lipid nanoparticles，SLN)SLN是以多種類脂材料如脂肪酸、脂肪醇及磷脂 等為載體，將藥物包裹于類脂材料中制成固體顆粒。SLN具有一定的緩釋作用，主要適合于難溶性藥物的包裹，被用作靜脈注射或局部給藥達(dá)到靶向定位和控釋作用的載體，能避免藥物的降解和泄漏。SLN主要適用于親脂性藥物，用于親水性藥物時存在包封率較低的缺陷。SLN常用高壓乳勻法和微乳法制備。楊時成等用高壓乳勻法研制的喜樹堿固體脂質(zhì)納米粒，其平均粒徑

34、為1968nm，載藥量為477，包封率 為9951。由于植物中提取的喜樹堿脂溶性高，制備理想的制劑較困難，而且用乳勻法制備的SLN還普遍存在藥物的突釋現(xiàn)象，其產(chǎn)生的主要原因是現(xiàn)有高壓乳勻法制備時的高溫和使用高濃度的表面活性劑。張惠宏等用溶劑擴(kuò)散法制備了丙酸倍氯米松固體脂質(zhì)納米粒，雖在最初3h臺藥物的突釋現(xiàn)象但在隨后4d藥物的釋放明顯緩慢，每天釋放約為藥物總量的6。實(shí)現(xiàn)了藥物的控釋 。（3） 納米囊和納米球主要由聚乳酸、聚丙交酯一乙交酯、殼聚糖和明膠等能夠生物降解的高分子材料制備，可用于包裹米水性或疏水性藥物不同材料的性能適合于不同的給藥途徑，如靜脈注射的靶向作用、肌內(nèi)或皮下注射的緩控釋作用，口

35、服給藥的納米囊和納米球也可用非降解性材料如乙基纖維素、丙烯酸樹脂等此類載體的制備方法主要有沉淀法 、乳化一溶劑揮發(fā)法等 Maria等一7以乳酸一羥基乙酸共聚物(PLA)為載體，用雙乳化一溶劑揮發(fā)法制備了載有L一門冬酰胺酶的納米球，在制備過程中采用超聲乳化技術(shù)將納米球粒徑控制在 200nm左右，包封率達(dá)40。（4）聚合物膠束這是近幾年正在發(fā)展的一類新型的納米載體，它同時具有親水性基團(tuán)及疏水性基團(tuán)，在水中溶解后自發(fā)形成高分子膠束，并完成對藥物的增溶和包裹它具有親水性外殼及疏水性內(nèi)核，適合于攜帶不同性質(zhì)的藥物，且可使藥物能逃避單核巨噬細(xì)胞的吞噬，即具有“隱形”性 。親水鏈 段常用聚乙二醇(PEG)、

36、聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙稀等，而疏水鏈段常用的有聚乳酸(P)、聚丙交酯一乙交酯、殼聚糖等目前研究較多的是PLA與PEG的嵌段共聚物PLAPEG，而殼聚糖及其衍生物因其優(yōu)良的生物降解特性正在受到密切關(guān)注等8一采用雙乳化法制備了粒徑200nm左右的載牛血清白蛋 白納米粒，所用材料為PLAPEG雙親性共聚物，包封率達(dá)486 。納米藥物的粒徑使它具有特殊的表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)等，與常規(guī)藥物相比，它傾粒小、表面反應(yīng)活性高 、活性中心多、催化效率高 、吸附能力強(qiáng)，因此它具有許多常規(guī)藥物不具備的優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用主要在如下方面 ：作為生物大分子的載體 ，改善難溶性藥物的口服吸收 

37、蛋白質(zhì) 、多肽這類大分子藥物，口服后易被胃酸破壞，且在腸道中很容易發(fā)生蛋白水解，故難以透過腸壁被機(jī)體吸收，現(xiàn)在多采用注射給藥，但這常常使病人產(chǎn)生不適，且費(fèi)用高昂，納米技術(shù)的應(yīng)用則更好地解決這個問題，如將VitB ，或葉酸修飾過的納米粒再與藥物結(jié)合，不僅能避免藥物在腸道中發(fā)生蛋白水解，還能使藥物在體內(nèi)循環(huán)時增加，從而大大增加了藥物的吸收度。納米載體可攜帶各種大分子藥物，可有口服、注射、吸入等多種給藥途徑，提高生物利用度，減少用藥量，減輕或消除毒副作用 。當(dāng)藥物顆粒粒徑達(dá)到納米水平時，藥物的總表面積大大增加，藥物的溶出速率隨之提高，與給藥部位接觸面積增大，提高了單位面積藥物濃度

38、。同時由于載藥納米粒較好的黏附性及小粒徑，藥物與吸收部位的接觸時間延長，增加了藥物在吸收部位上皮組織黏液層中的濃度，并延長了藥物的半衰期，因此提高了藥物的生物利用度。載藥納米粒子還可以改變膜運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，增加藥物對生物膜的通透性，藥物有可能通過簡單擴(kuò)散或滲透形式進(jìn)入生物膜，使溶解度增加。此外，可對藥物進(jìn)行靶向引導(dǎo)，目標(biāo)攻擊效率的提高會使用藥量減少，有可能使得人體對藥物的副反應(yīng)減少到忽略不計的程度，從而在保證藥效的條件下有效減少藥物的毒副作用。10、分子組裝與功能納米結(jié)構(gòu)制造（1）分子組裝技術(shù):將具有一定功能的分子(包括生物分子)在分子或超分子尺度范圍內(nèi)，通過物理或化學(xué)的方法聚集成穩(wěn)定的有序體系的技

39、術(shù)。主要包括:LB膜(langmuir-blodgett)技術(shù)、分子自組裝(molecular self-assembly)技術(shù)、分子束外延(molecular beam epitaxy)技術(shù)。LB膜技術(shù)：將雙親分子在水面上形成有序的緊密單分子層膜，再利用端基的水親水、油親油作用將單層膜轉(zhuǎn)移到固體基片上。由于基片與分子之間的吸附作用，單分子層就沉積在固體基片上。如果固體基片反復(fù)地進(jìn)出水面就可形成多層膜(多達(dá)500層)。成膜所需的能量??；LB膜具有高度的各向異性層狀結(jié)構(gòu)，分子具有規(guī)則的排列和取向；LB膜的單分子層的厚度基本等于一個分子的縱向長度(2030 )；在沉積過程中可通過改變疏水長鏈的碳?xì)?/p>

40、基團(tuán)的數(shù)目或通過插入離子等手段，使膜厚可精確控制到數(shù)埃，實(shí)現(xiàn)十分精確的人工組裝。 電子束刻蝕用的LB膜 、LB膜潤滑層 、LB膜超薄絕緣層 、光電轉(zhuǎn)換LB膜、氣敏LB膜 、以LB膜為模板的納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù) 。分子自組裝:在平衡的條件下，通過化學(xué)鍵或非化學(xué)鍵相互作用，自發(fā)地締合形成性能穩(wěn)定的、結(jié)構(gòu)完整的二維或三維超分子的過程。主要包括:基于化學(xué)吸附的自組裝膜技術(shù)(SA)、基于物理吸附的離子自組裝膜技術(shù)(ISAM)、基于分子識別的超分子合成技術(shù)。原位自發(fā)形成熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無論基底形狀如何，其表面均可形成均勻一致的覆蓋層、高密度堆積和低缺陷濃度、分子有序排列、可人為設(shè)計分子結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)來獲得預(yù)期

41、的界面物理和化學(xué)性質(zhì)、有機(jī)合成和制膜有很大的靈活性?；诨瘜W(xué)吸附的自組裝膜技術(shù)：將有某種表面物質(zhì)的基片浸入到待組裝分子的溶液或氣氛中，待組裝分子一端的反應(yīng)基(頭基)與基片表面發(fā)生自動連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)，在基片表面形成化學(xué)鍵連接的二維有序單層膜(同層內(nèi)分子間的作用力仍為范德華力)如單層膜表面也有具有某種反應(yīng)活性的活性基，則又可以和別的物質(zhì)反應(yīng)，如此重復(fù)，就構(gòu)建成同質(zhì)或異質(zhì)的多層膜。基于物理吸附的離子自組裝膜技術(shù)：是將表面帶負(fù)電荷的基片浸入陽離子聚電解質(zhì)溶液中，由于靜電吸引，陽離子聚電解質(zhì)吸附到基片表面，使基片表面帶正電，然后將表面帶正電荷的基片再浸入陰離子聚電解質(zhì)溶液中，如此重復(fù)，即成多層聚電解質(zhì)自

42、組裝膜。沉積過程或膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子級控制、可以仿真生物膜的形成、層與層之間強(qiáng)烈的靜電作用力，使膜的穩(wěn)定性極好，試驗重復(fù)性好、實(shí)現(xiàn)膜的光、電、磁、非線性光學(xué)性能的功能化。自組裝程序的發(fā)生通常會將系統(tǒng)從一個無序(disordered)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化成一個有序(ordered)的狀態(tài)，其可以發(fā)生在不同的尺度，例如分子首先聚集成納米尺寸的超分子單元(supramolecular unit；如界面活性劑分子自組裝成微胞)，這些超分子單元間的作用力進(jìn)而促使其在空間上做規(guī)則的排列(如微胞排列成體心立方之晶格)，而使系統(tǒng)具有一種階級性結(jié)構(gòu)(hierarchical structure)。自組裝普遍存在于自然界中，如

43、生物體的細(xì)胞即是由各種生物分子自組裝而成；而運(yùn)用各種分子之自組裝亦是建構(gòu)納米材料非常重要的方法，這種所謂由下而上（bottom-up）的方法目前被廣泛應(yīng)用來制備具光、電、磁、感測、與催化功能的納米材料。研究內(nèi)容1、分子間相互作用的協(xié)同效應(yīng)與自組裝原理：通過多識別位點(diǎn)單體的組裝，闡明分子間相互作用的加合性、協(xié)同性和方向性，建立二維及三維空間分層次組裝的有效原理和方法。2、多層次、多組分的界面分子組裝與功能：致力建立多級界面分子組裝方法，研究溶液中的有序組裝體在界面轉(zhuǎn)化的規(guī)律及其動態(tài)形成過程和解組裝過程，實(shí)現(xiàn)多組分、多層次的功能組裝體構(gòu)筑。3、超分子復(fù)合物體系組裝及組裝過程：基于各種弱相互作用組裝

44、形態(tài)和性質(zhì)各異的超分子復(fù)合物，實(shí)現(xiàn)由超分子復(fù)合制備功能超分子材料。4、分子聚集體中的電子轉(zhuǎn)移、能量傳遞和化學(xué)轉(zhuǎn)換：研究分子聚集體中的電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞，為太陽能光催化制氫提供依據(jù)；研究分子聚集體中的化學(xué)轉(zhuǎn)化，為提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性提供新的途徑。5、分子組裝體的手性及功能性手性組裝體：研究分子組裝體中的手性問題，并創(chuàng)造具有手性放大、手性傳遞、手性記憶等功能的手性組裝體。6、生物膜模擬與人工酶：以聚合物囊泡作為模型體系，分別從形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能三個層面來模擬生物膜；構(gòu)筑新型高效超分子人工酶體系。（2）功能納米結(jié)構(gòu)制造診斷、成像、治療一體化（3）納米機(jī)器人“納米機(jī)器人”的研制屬于分子仿生學(xué)的范疇，它根

45、據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計原型，設(shè)計制造可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。納米生物學(xué)的近期設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。合成生物學(xué)對細(xì)胞信號傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計，開發(fā)“在體”（in vivo）或“濕”的生物計算機(jī)或細(xì)胞機(jī)器人，從而產(chǎn)生了另種方式的納米機(jī)器人技術(shù)。納米生物學(xué)的設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。涉及的內(nèi)容可歸納為以下3個方面：在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的聯(lián)系。在納米尺度上獲得生命信息，例如，利用掃描隧道顯微鏡獲取細(xì)胞膜和細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)信息

46、等。納米機(jī)器人的研制。納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容，第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療。還可以用來進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，第三代納米機(jī)器人將包含有納米計算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對話的裝置。納米尺度調(diào)整殺死變異的癌變細(xì)胞，通過外部激光器指引，精確計算找到出輻射超標(biāo)的癌變細(xì)胞，利用先進(jìn)的生物細(xì)胞溶解技術(shù)將可能病變的細(xì)胞溶解成化學(xué)分子元素，并通過特定傳感器系統(tǒng)精

47、確的核查后，將細(xì)胞組分成功進(jìn)入健康細(xì)胞中，完成壞死細(xì)胞與成功健康細(xì)胞的轉(zhuǎn)換。a.納米機(jī)器人的動力分子馬達(dá)分子馬達(dá)（molecular motor），是美國康奈爾大學(xué)研究人員在活細(xì)胞內(nèi)的能源機(jī)制啟發(fā)下，制造出的一種馬達(dá)。這種微型馬達(dá)以三磷酸腺苷酶為基礎(chǔ)，依靠為細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）為能源。生命系統(tǒng)中由納米尺度上分子的行為所控制的F1-ATPase(F1-三磷酸腺苷酶)是細(xì)胞中精巧的分子馬達(dá)之一。它位于線粒體內(nèi)是一種用于合成ATP(三磷酸腺苷可以用于推動許多生物合成反應(yīng)，在能量循環(huán)中起關(guān)鍵作用，還充作特殊生理活動中作功分泌吸收和傳導(dǎo)等的初級能源)的大型嵌膜復(fù)合體。b.

48、“納米蜘蛛”微型機(jī)器人最近，美國科學(xué)家就研制出一種可以進(jìn)入人體的納米機(jī)器人，有望用于維護(hù)人體健康。發(fā)明這些納米機(jī)器人的科學(xué)家是美國哥倫比亞大學(xué)生物工程學(xué)研究人員米蘭·斯托諾維克等人，組成機(jī)器人的原料是DNA分子，它們的外形很像蜘蛛，因此又稱為“納米蜘蛛”微型機(jī)器人。它們能夠跟隨DNA的運(yùn)行軌跡自由地行走、移動、轉(zhuǎn)向以及停止。雖然以前研制出的DNA分子機(jī)器人也具有行走功能，但不會超過3步，而新的機(jī)器人卻能行走50步。科學(xué)家希望不斷改進(jìn)納米蜘蛛，以提高它們的行進(jìn)距離，讓它們最好能夠在人體內(nèi)自由穿梭。納米蜘蛛的體長只有4納米，需要高倍電子顯微鏡才能看見，因為10萬個這樣的納米蜘蛛排成一串也

49、比人類頭發(fā)直徑還小。正因為納米蜘蛛如此微小，它可以穿越人體任何組織和器官，包括最細(xì)小的毛細(xì)血管和神經(jīng)末梢，而不會導(dǎo)致這些細(xì)小管道的阻塞。納米蜘蛛可以在人體內(nèi)的“大街小巷”內(nèi)隨意穿梭，及時發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)出現(xiàn)的異常情況，因此堪稱人體內(nèi)的“微型警察”。“納米蜘蛛”機(jī)器人有望成為治療多種疾病的重要工具，比如，它們可以區(qū)分健康細(xì)胞和癌細(xì)胞，及時發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞后發(fā)出警報。成千上萬只納米蜘蛛就源源不斷地向癌細(xì)胞聚集，一起合力殺死癌細(xì)胞。它們還可以成為清理人體血管的“管道工”，人體血管其實(shí)也像城市的下水道一樣，時間長了就會出現(xiàn)垃圾，如果不及時清理就會發(fā)生各種心血管疾病，納米蜘蛛發(fā)現(xiàn)這些垃圾后，能合力把這些垃圾擊碎并運(yùn)

50、到人體的腸道內(nèi)。納米機(jī)器人甚至可以用于外科手術(shù)，切割或縫合所需做手術(shù)的部位，由于它們可以直接利用人體活性物質(zhì)到手術(shù)部位，手術(shù)之后可以達(dá)到?jīng)]有疤痕的效果。c.我國在納米機(jī)器人研究上的進(jìn)展一臺能夠在納米尺度上操作的機(jī)器人系統(tǒng)樣機(jī)由中國科學(xué)院沈陽自動化所研制成功，并通過了國家“863”自動化領(lǐng)域智能機(jī)器人專家組的驗收。 在一個演示中，沈陽自動化所的研究人員操縱“納米微操作機(jī)器人”，在一塊硅基片上10×10的區(qū)域上清晰刻出“CHINA 863”，代表我國“863計劃”；另一個演示顯示，在一個×的硅基片上，操作者將一個長、100（納米）粗細(xì)的碳納米管準(zhǔn)確移動到一個刻好的溝槽里。 據(jù)介

51、紹，由重慶科研人員開發(fā)的這種名為“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”的納米機(jī)器人醫(yī)生已經(jīng)是第二次被列入國家“863計劃”，前一次獲得了該計劃500萬元基金支持，并于2004年獲得“863計劃”專家組驗收，但這種機(jī)器人目前還只能鉆進(jìn)人的肚子里通過傳輸圖像“瞧病”，還沒有治病的本事。11、 納米安全性與標(biāo)準(zhǔn)（1）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、樣品（2）納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（3）納米安全性標(biāo)準(zhǔn)：A.納米生物安全性納米安全性問題是阻滯納米技術(shù)發(fā)展的一個主要因素。這一問題得不到解決，納米生物醫(yī)藥與技術(shù)永遠(yuǎn)占領(lǐng)不了醫(yī)療市場。兩個途徑解決這一問題：從詢證醫(yī)學(xué)角度證明納米顆粒在體內(nèi)濃度低于某一閾值時，對人體的危害程度是很小的；嘗試消除殘留在體內(nèi)的納

52、米顆粒，降解或重新聚集成大尺度物質(zhì)后被清除。B.納米環(huán)境安全性橙色制劑二噁英白色污染塑料人類似乎總是這樣倉促地進(jìn)步，然后帶來無窮無盡的惡果！納米污染納米安全性研究的同時，關(guān)注對進(jìn)入環(huán)境中的納米材料進(jìn)行污染治理，給納米一個合理的歸宿，有始有終。“納米技術(shù)成為人類第一個在其可能產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)之前就已經(jīng)過認(rèn)真研究，引起廣泛重視，并最終能安全造福人類的新技術(shù)。12、 分子探針設(shè)計磁共振分子影像技術(shù)主要可分為兩類：以非水分子為成像對象的分子影像技術(shù)：主要是指化學(xué)位移成像. 可選擇核磁共振可見的生物體內(nèi)固有的或外源性的、與體內(nèi)某一特定分子過程有關(guān)的化合物或代謝物作為分子探針, 直接通過化學(xué)位移成像的方法來測

53、定其在體內(nèi)的分布。以水分子為成像對象的分子影像技術(shù)：主要指MRI，是用常規(guī)的以水分子中質(zhì)子為成像對象的成像方法來間接地表征體內(nèi)某一特定的分子過程。一般需要一種生物體內(nèi)固有的或外源性的分子探針。分子探針雙重作用第一, 它要作為一種分子探針, 與生物體內(nèi)某一特定的分子過程相聯(lián)系; 第二, 它要能作為一種核磁共振成像的造影劑, 通過某種機(jī)理改變水分子像的對比度(contrast) , 并且由分子探針造成的水分子像對比度的改變要與其相關(guān)聯(lián)的生物體內(nèi)的分子過程有關(guān). 分子/納米探針設(shè)計思路：生物相容性；到達(dá)生物體內(nèi)目標(biāo)器官的途徑：血腦屏障、細(xì)胞膜；在體內(nèi)的代謝過程：活性、半衰期；對特定生物過程的特異性；

54、檢測靈敏度；本底信號。13、 金納米顆粒優(yōu)勢金納米顆粒尺寸小，有獨(dú)特的光學(xué)特性，易于表面修飾，有良好的表面性能，有良好的生物相容性，同時可以有足夠的量穿過細(xì)胞。14、香山科學(xué)會議第293次學(xué)術(shù)討論會綜述 為了進(jìn)一步探索納米科學(xué)技術(shù)與生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的結(jié)合，使研究人員們在納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)剛剛起步時就能找到好的切入點(diǎn)，香山科學(xué)會議于日前召開了主題為“納米醫(yī)藥和納米生物學(xué)前沿”的第293次學(xué)術(shù)討論會。會議由科技部基礎(chǔ)司張先恩研究員、中國科學(xué)院白春禮研究員、JohnsHopkinsUniversity的魏啟明教授和東南大學(xué)顧寧教授擔(dān)任執(zhí)行主席，有關(guān)高校、研究所、醫(yī)院等30多個單位的40多位中

55、外專家參加了此次研討會。 張先恩研究員作了題為納米生物機(jī)器的主題評述報告。他以ATP酶分子馬達(dá)、核糖體合成蛋白質(zhì)時的運(yùn)動和細(xì)菌鞭毛的運(yùn)動為例，向與會者展示了自然界生物機(jī)器的精妙，提出生物納米機(jī)器的一系列特點(diǎn)，包括：有機(jī)組成、自組裝、自指導(dǎo)、化學(xué)耗能、高精度、高效率、柔性等。研究生物納米機(jī)器有三個意義：探索生物體奧秘，開發(fā)生物納米機(jī)器和推進(jìn)仿生學(xué)。然而，任何一種生物納米機(jī)器的研制都需要有長期的思想準(zhǔn)備，更需要理論、材料、物理、化學(xué)、電子、生物、醫(yī)藥、臨床醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域的研究人員協(xié)作。他還就Nanomedicine的翻譯提出建議，他認(rèn)為應(yīng)該翻譯成“納米醫(yī)學(xué)”，而不是“納米醫(yī)藥”。中科院力學(xué)

56、所靳剛研究員在發(fā)言中討論了分子組裝在實(shí)用化生物技術(shù)中的功能和作用，以及達(dá)到改善技術(shù)性能和技術(shù)提升的作用。有效的分子組裝技術(shù)不僅可以用來構(gòu)建納米生物機(jī)器，而且能夠達(dá)到提升傳統(tǒng)生物技術(shù)性能的作用，使之獲得應(yīng)用。 魏啟明教授作了題為納米醫(yī)學(xué)新技術(shù)與臨床應(yīng)用的主題評述報告，介紹了國際上，特別是美國在納米生物醫(yī)學(xué)研究方面的新進(jìn)展，主要分以下幾個方面，細(xì)胞和分子水平的基礎(chǔ)納米醫(yī)學(xué)，臨床的治療納米醫(yī)學(xué)，細(xì)胞、組織、器官水平的診斷納米醫(yī)學(xué)，細(xì)胞和動物水平的實(shí)驗納米醫(yī)學(xué)，工程納米醫(yī)學(xué)，納米毒性和安全性的環(huán)境納米醫(yī)學(xué)，基因檢測和基因傳遞的基因納米醫(yī)學(xué)，納米醫(yī)學(xué)中的腫瘤學(xué)早期診斷(early diagno

57、sis)(early diagnosis)和治療，藥物輸送的藥物納米醫(yī)學(xué)，納米醫(yī)學(xué)的商品化和政策等方面。由于美國成立了由8個大學(xué)組成的納米醫(yī)學(xué)研發(fā)中心合作網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮了現(xiàn)有研究機(jī)構(gòu)各自的研究基礎(chǔ)和研究設(shè)施優(yōu)勢，推動了納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展。美國還成立了納米醫(yī)學(xué)科學(xué)院，并創(chuàng)辦了納米醫(yī)學(xué)雜志（theJournalofNanomedicine）以推動納米醫(yī)學(xué)快速而穩(wěn)定的發(fā)展。 會議圍繞納米醫(yī)學(xué)前沿及關(guān)鍵問題、納米藥物及其藥理學(xué)、生物傳感與醫(yī)學(xué)示蹤、納米技術(shù)的生物效應(yīng)及安全性四個中心議題展開交流與討論。 納米醫(yī)學(xué)前沿及關(guān)鍵問題 納米醫(yī)學(xué)涉及基礎(chǔ)的納米技術(shù)、分子生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等

58、很多領(lǐng)域，目前對疾病診斷、預(yù)防和治療的實(shí)際需求對于納米技術(shù)提出了要求，納米技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ)，對獲得更先進(jìn)的藥物傳輸系統(tǒng)和早期檢測與診斷技術(shù)至關(guān)重要，而納米技術(shù)能否在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，需要來自生物學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的具體目標(biāo)的牽引，以及各領(lǐng)域的深入合作，從而互相促進(jìn)。 關(guān)于“納米醫(yī)學(xué)發(fā)展的NIH路線圖”的報告介紹說，NIH路線圖的目標(biāo)是在活體和納米尺度控制和操縱生物學(xué)，可以分為以下三步：定量地表征細(xì)胞中的納米機(jī)器和生物分子的物理和化學(xué)性質(zhì)；理解活體細(xì)胞的工程原理來創(chuàng)造分子、細(xì)胞和組織等；利用這種性質(zhì)和設(shè)計原理開發(fā)新的技術(shù)、器件和復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行組織修復(fù)，疾病的控制和治療。美國針對威脅人類健康的腫瘤疾病成立了腫瘤研究的納米技術(shù)聯(lián)盟，其納米技術(shù)表征實(shí)驗室作為一個平臺對聯(lián)盟的成員開放，針對腫瘤的早期診斷(early diagnosis)(early diagnosis)、實(shí)時有效評估、多渠道治療方法、分子改變監(jiān)測、癥候管理和靶向治療等方面展開合作研究。 納米技術(shù)對醫(yī)學(xué)發(fā)展具有重要的推動作用，疾病診斷、預(yù)防和治療的實(shí)際需求對納米技術(shù)提出了獲得更先進(jìn)的藥物傳輸系統(tǒng)和早期檢測與診斷技術(shù)的期望，如早期診斷(early diagnosis)(early diagnosis)和預(yù)警、代謝產(chǎn)物中的生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)