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纳米技术在生物医学的应用样例十一篇

时间:2024-01-01 15:37:00

纳米技术在生物医学的应用

纳米技术在生物医学的应用例1

当一种物质被不断切割至一定程度,其粒子小至纳米量级,即为纳米材料。科学家发现纳米材料有许多鲜为人知的性质,比如体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限效应等。而出现许多特性:光学性质、催化性质、化学反应性质、硬度高、可塑性强、高比热和热膨胀、高导电率和扩散性、高磁化率和高矫顽力等。正由于纳米材料具有诸如上述的性质,为生物医学、药学等许多领域带来新的生机。

2.纳米技术在生物医学中的应用

2.1生物兼容性物质的开发

在生物医学中应用纳米技术,可以使得材料生物的相容性得到最大限度的提升,同时还能够降低生物的毒性、增强生物的传导性从而使得材料生物可以最大限度的满足生物组织的需求,达到生物组织规定的标准。纳米技术应用到生物医学中,衍生出各种纳米材料,如纳米无机金属生物材料,这种材料不具有毒副作用,其与人体的组织具有相容性,有利于人体相关组织的生长。同时纳米具有较强的生物活性,能够对人体的血液进行有效的净化处理,将人体中的有毒物质排出人体的体外,从而使得人体的抵抗力得到进一步的提升,降低人体患病的可能性。

另外,相关的生物医学研究学者利用纳米技术已经研制出一种新型的骨骼亚结构纳米材料,这种材料在实际的临床应用中应用较为广泛,现如今已经成功的取代了原有的合金材料,并且其他成功研制的纳米材料也在临床中得到了应用,可以说,在生物医学领域中,纳米技术无处不在。

2.2 DNA纳米技术

DNA纳米技术主要是依据DNA的理化性质来实现对纳米技术的合理设计和应用,这种DNA纳米技术在实际的应用中,主要是用来实现对分子的组装,在对DNA进行复制的过程中,也能够应用这种技术实现对碱基各种特性的体现,同时也能够使得遗传信息的多样性得到最大限度的体现,在纳米技术进行设计的过程中,所遵循的原理也包括这几方面的特性和内容。

3.纳米技术在药学领域中的应用

3.1纳米控释系统改善药动学性质

将药物制成纳米制剂后,不但达到缓控释效果,而且改变其药物动力学的特性。比如有人以环抱素A为模型药物,以硬脂酸制备了纳米球以市售CYA微乳型口服液为对照,测得口服CYA-SA-NP在大鼠体内相对利用度接近80%,达峰时间推迟,具有明显效果。还有人以链脉霉素糖尿病大鼠为模型,皮下注射胰岛素纳米囊实验,其结果降糖作用持续3天,且在药物吸收相具有明显的量效关系。本品3天一次与一天3次的常规胰岛素疗效相当。

3.2纳米释药系统增强药物靶向性

纳米材料生物相容性好,采用可生物降解的高分子材料作药物载体制成纳米释药系统,可增强抗肿瘤药物靶向性,就相关的阿霉素免疫磁性毫微粒的体内磁靶向定位研究可以了解到,AIMN具有超顺磁特性,在给药部位近端和远端磁区均能产生放射性富集,富集强度为给药量的60%-65%,同时其在脏器的分布显著减少,从而证实了AIMN具有较强的磁靶向定位功能,为靶向治疗肿瘤奠定了结实的基础。

3.3纳米技术在药理学研究上的应用

在药理学研究上,人们可以利用尖端直径小到可以插入活细胞内而又不严重干扰细胞正常生理过程的超微化传感器或纳米传感器用以获得活细胞内大量的动态信息,反映出机体的功能状态并深化对生理及病理过程的理解,为药理学研究提供精确的细胞水平模型。

4.展望

纳米技术属于一种新型的学科技术,在未来的社会发展中,这种技术将会对生物医学以及药学领域带来更为积极的影响,在未来的社会中,这种技术的应用会使得生物医药与药学领域之间的联系性得到进一步的加强,就这方面来说,这项技术在生物医学以及药学领域中的应用主要包括以下几个方面:

(1)在未来的生物医学以及药学领域中,对于分子的研究会更加的深入,而其对于分子的要求也会进一步的提升,而纳米技术的应用就会进一步的提高分子之间相互的作用效果,从而实现对分子的有效组装,而且其在未来的社会发展中,主要的应用方向会是细胞器结构细节以及自身装配机理上等方面。

(2)随着纳米技术的深入发展,这种技术在应用于生物医学以及药学领域中后,会使得诊断以及检测技术的水平更上一层楼,同时这种技术的应用也会在微观上以及微量上实现有效的应用,并且在未来的发展中,这种技术也会逐渐向着功能性以及智能化的方向发展,以实现生物医学以及药学领域各项技术功能水平的提升,还会使得生物医学以及药学领域在管理上实现智能化和数字化,从而对生物医学以及药学领域的发展形成有效的推动作用。

纳米技术在生物医学的应用例2

随着科技的进步,纳米技术在生物医药和科学技术等领域的应用较为广泛。尤其是生物医药领域,对于临床医学和基础医学的发展起到了积极的推动作用。虽然在不少科学家和医学研究家们对纳米技术进行了详细的研究,并将其运用于生物医学领域,取得了不错的成效。但是对于纳米技术的研究还不够深入,相较于发达国家而言,我国的纳米医学技术还处于发展的初级阶段。需要对纳米医学技术在今后发展中面临的机遇和挑战进行分析。

一、纳米技术在生物医药领域的应用

(一)纳米生物学

纳米生物学是以纳米作为尺度,其研究内容主要包括:其一,细胞器结构、细胞器功能。比如细胞核和线粒体内部结构和功能分析。其二,交换细胞信息,包括生物体的物质、细胞能量信息等。其三,针对生物反应问题,对其反应机理问题进行研究和分析。比如有关于生物复制和生物调控的机理分析。其四,发展分子工程。包括纳米生物分子机器人和信息处理系统等。将纳米显微术引入生物医药领域,可以为生物学家研究进行研究提供技术支撑。比如ScanningProbeMicro-scopes,简称SPMs,中文简称扫描探针显微镜,这是一种新型的纳米生物技术,标志着显微技术和纳米技术的发展。除此之外,扫描显微镜(STM)的内部结构较小、不复杂,因此操作流程较为简单,生物学家可以借助扫描显微镜展开原子级分辨探究,从而提高生物细胞观测能力和分辨能力。仔细观察原子级的内部结构对于进一步探索和研究生物原子微观知识具有推动作用。在自然条件下,利用扫描显微镜可以对生物的蛋白质、多糖等分子展开直接观察。借助STM弹道电子发射电镜可以对单个原子进行操作,这是一种典型的人工改变单个生物结构和分子结构的行为方式。这种方式可以实现治疗疾病这一超前设想。

(二)生物医学工程

将纳米技术引入生物医药领域,可以帮助传统医生解决复杂的难题。比如纳米机器人和生物传感器。纳米机器人简称分子机器人,是酶和纳米齿轮的结合体,将其引入生物科学领域,能够充当微型医生一角,为医生解决以前的疑难杂症问题。这种纳米机器人不仅可以直接注入血液,还可以成为一种传输身体健康与否的工具。一方面,血液在传输过程中能够判断分子机器人的健康状况,机器人能够获得能量,达到疏通血管血栓的目的。另一方面,医生通过外界信号编制好的程序能够探知和杀死人身体中的癌细胞,从而全面系统地监视身体构造和疾病情况。这种先进医学工程能够为现代医学的发展打下坚实的基础。除此之外,利用纳米技术还可以进行器官的修复工作,比如对修复的器官进行整容手术或者基因配置,从而将错误或者不符合的基因去除,引入正确的染色体装置,进而保障机体的健康运作。

(三)纳米治疗技术

将纳米技术引入生物医药领域是一场全新的革命运动,能够在日后的临床治疗方面起到一定的积极作用。比如德国柏林“沙里特”临床医院,早先就有过利用纳米技术治疗癌症的成功案例。研究人员将氧化钠纳米微粒注入鼠类的肿瘤里,然后将他们放置在磁场中。由于受磁场的影响,患有肿瘤的鼠类的温度会随着纳米微粒升温而增加。实践表明,纳米微粒在可变磁场中的温度能够上升到46℃。这样的高温足够将癌细胞杀死。肿瘤附近的机体组织是健康的,没有受损坏,因此纳米微粒不会烧毁这些健康组织,健康组织的温度也不会受到伤害,这就需要研究人员将目光转移到人体试验中,实现消除人体癌症的目的。

二、纳米技术在生物医学领域中应用的展望

随着社会经济的不断发展以及科学技术的不断进步,纳米技术和生物医学之间的联系不断加强,两者的有机结合不仅能够改善生物医学技术的不足,还可以促进生物医学的进一步发展,为更多的临床实验奠定基础。

(一)生物检测诊断材料的应用

不可否认,将纳米材料与生物诊断技术进行有效融合,能够提高医学检测技术水平。实践证明。两者之间的配合还需要结合生物医学工程和先进医疗器材,医学工程是促进纳米技术与生物医学互相融合的基础,对生物医学工程进行深入研究和分析,能在一定程度上催生新医疗器材的出现。如此一来,机械设备的使用用途和功能将会得到不断扩大,这在很大程度上取决于纳米材料的功能。由此可见,将纳米材料合理运用于生物医疗诊断中,势必会进一步催生一大批更为先进的医疗诊断器材。

(二)纳米技术植入人体器官

利用先进的纳米材料可以制成性能优良的人造器官和人工血液等。将这些器官和血液植入人体,能够帮助人类远离疾病,免遭疾病的伤害。比如将传感器和基因技术进行有机结合,能够将微利器官(比如听觉和视觉上遭到损害的机体)直接植入体内,从而帮助他们恢复视觉和听觉,从而达到正常人的状态。

三、纳米医药技术在发展中面临的机遇和挑战

就机遇而言,我国是首位将纳米晶体合成碳纳米管的国家,这个碳纳米管的长度属于世界最长,其性能良好。在医药学研究方面,我国科学家们利用纳米技术研制出了一批具有抗菌效果的医疗器材和设备,并为现代医疗技术的发展提供了先进的理论和技术支撑。在纳米药物载体的研究方面,我国已有有关于“动物体内”应用的报道。这已标志着我国纳米医疗技术进入了世界领先地位。就挑战而言,与发达国家相比,我国的纳米技术还不够成熟,还需要进一步加强对纳米材料、纳米传感器等方面的研究,以此作为进一步推动我国生物医药科技进步的基础。

四、结语

纳米医药技术对于进一步推动我国临床医学和基础医学的发展具有积极的影响。因此国家相关部门以及科研成员应该以积极主动的态度投入到生物医药纳米技术领域,进一步推动我国生物医药科技的进步。

参考文献:

[1]董大敏.纳米技术与社会发展意义的辩证思考[J].商业经济,2011,23:27-28+32.

纳米技术在生物医学的应用例3

1前言

如今纳米技术随着时代的发展已经得到了很大的发展,成为了科学研究的热点,纳米金是指直径0.8~250mm的缔合金溶胶,它属于纳米金属材料中研究最早的种类,纳米金具有良好的纳米表面效应、量子效应以及宏观量子隧道效应,它具有很多良好的化学特性,比如抗氧性和生物相容性。

2纳米金在病原体检测技术中的应用现状

近些年来生物医学界对于流行病学的研究和对病原微生物的诊断已有了不小的进展,传统的分离、培养及生化反应逐渐被时代所淘汰,运用纳米金的免疫标记技术作为新的高通量的、操作简单的检测技术被广泛应用于临床病原体的检测,这种检测技术快速且准确,十分适合在临床上使用。1939年,两位科学家Kausche和Ruska做了一个小小的纳米金实验,他们将烟草花病毒吸附在金颗粒上,并在电子显微镜下观察,发现金离子呈高电子密度,就此打下了纳米金在免疫电镜中的应用基础。从1939年后生物医学技术不断发展,纳米金标记技术也广受世人关注,成为了现代社会四大免疫标记技术之一。作为一种特殊标记技术,纳米金在免疫检测领域受到了广泛的应用,使用纳米金粒子做探针,观察抗原抗体的特异性反应,放大检测信号,由此检测抗原的灵敏性。纳米金技术具有良好的检测灵敏性,在早期还支持诊断并监控了急性传染性病毒,根据这一特性,秦红设计了快速检测黄热病病毒的技术,在纳米金颗粒上标记上金SPA-复合物的标志,通过免疫反应实验我们发现病毒抗体与纳米金颗粒结合,并形成了人眼可见的红线。这种检测方法的优点有:不需要器材、简单、迅速、廉价、高效,极大地推动了黄热病病毒检测技术的更新,在黄热病的防控事业上有着深远意义。利用纳米金作为免疫标记物来检测的除了黄热病病毒,还有致病寄生虫。我国的民族种类多样,一些少数民族人民由于自身的文化特点,喜食生食或半生食物,这就形成了寄生虫病的传播,我国经济大发展后,人民的生活水平得到了提高,但还是喜食半生动物肉或者内脏,造成了食源性寄生虫病发病率的上升,严重影响人民身体健康。目前我国的临床诊断寄生虫病技术包括三方面:病原学检查、免疫学检查以及影像学检查。运用纳米金检测技术,不仅缩短了取材时间、缩小了取材范围,而且检出率高、创伤性小,受到了患者的广泛欢迎。

3纳米金在核酸、蛋白质检测中的应用现状

纳米金粒子具有特殊的表面等离子体共振现象,被应用在核酸构建和分析检测蛋白质领域中,可以把生物识别反映转换为光学或电学信号,因此人们将其与DNA、RNA和氨基酸相结合,在检测核酸和蛋白质方面收效颇丰,并且这种检测方法制备简单,同时还具有很多优点,比如良好的抗氧化性和生物相容性,下面具体讲一下纳米金检测技术在核酸和蛋白质检测中的应用。首先是在核酸检测中的应用。美国首先利用纳米金连接寡核苷酸制成探针检测核酸,将纳米金做标记与靶核酸结合形成超分子结构,由此来检测核酸。利用纳米金技术检测特定病原体和遗传疾病首先要做的就是检测核酸的特定序列,在芯片点阵上整齐排列纳米金颗粒,利用TaqDNA连接酶识别单碱基突变,等待连接后,就可以经过一系列步骤得出单碱基突变结果,得到所需信息。在临床应用中使用纳米金技术的表现有高灵敏检测谷胱甘肽和半胱氨酸的新型电化学生物传感器,这种机器对于谷胱甘肽和半胱氨酸的检出限值更低,在检测及预防糖尿病、艾滋病等疾病方面具有很大的临床优势。其次是在蛋白质检测中的应用。纳米金与蛋白质的作用方式非常多样,有物理吸附方式、化学共价结合方式以及非共价特异性吸附等等方式,在此背景下,我们可以利用纳米金检测并治疗疾病和检测环境污染。

4纳米金在生物传感器制备中的应用现状

目前纳米金在生物传感器检测中的应用受到了人们的普遍关注,如上文所说,纳米金具有特殊的表面等离子体共振现象,这是制备生物传感器的基础。利用这种特性,科学家们做了许多实验,比如拉曼光谱试验,使用Uv-Vis光谱和拉曼光谱仪测试金纳米颗粒的表征,得出结论是可以根据纳米金颗粒的不同形貌制作不同浓度分子的探针,受外周环境介电特性和颗粒尺寸大小的影响,纳米金颗粒会表现出不同的形貌特征,比如吸收光谱、发生蓝移。纳米金是属于一种非常微小的贵金属,作为贵金属,它具有很好的导电性能,利用纳米金进行免疫检测时会大量聚集纳米金,从而增强反应体系的电导,顺利通过电导检测免疫反应。利用纳米金的高检测灵敏性可以进行电化学免疫传感器的制备。

5其他领域的应用现状

目前纳米技术的研究中,纳米金在生物医学技术中的应用研究是重要研究课题,除了上文中说到的病原体检测、核酸以及蛋白质检测还有生物传感器制备中的应用,纳米金技术同时也被广泛应用于肿瘤的诊断与治疗、药物载体以及CT成像。纳米金具有特殊的组成结构,它可以轻易被修饰并负载化合物,可以用于检测并治疗肿瘤,还可以被用于肺癌的检测及治疗,目前的大量数据都表明纳米金技术在诊断并治疗肺癌上有极大的优势。

6结语

21世纪生物医学技术领域最关键的技术之一就是纳米金标记技术,作为一种十分精细的技术,它几乎不影响生物分子的活性,就这一点而言,它是非常好的标记物。我们可以想见,纳米金技术因其自身的诸多优点,必会获得更大的生物医学发展空间。

参考文献:

[1]艾桃桃.纳米金在生物医学领域中的应用[J].陕西理工学院学报(自然科学版),2010,04:63~68,95.

[2]王英泽,黄奔,吕娟,梁兴杰.纳米技术在生物医学领域的研究现状[J].生物物理学报,2009(03):168~174.

纳米技术在生物医学的应用例4

纳米( nanometer, nm)是一个长度单位, 即十亿分之一米( 1× 10- 9m)。纳米技术(Nanotechnology) 是指在 0.1~ 100 nm空间尺度上操纵原子和分子对材料进行加工, 制造具有特定功能的产品或对物质及其结构进行研究的一门综合性的高新技术学科[1-2]。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,在 20 世纪 90 年代获得了开创性的进展,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米技术的发展正越来越成为世界各国科技界所关注的焦点, 谁能在这一领域取得领先, 谁就能占据 21 世纪科学的制高点。随着纳米技术的发展, 纳米电子学、 纳米生物学、 纳米材料学、 纳米医学等分支学科也相继建立和发展起来。尤其重要的是这些学科正在发生相互融合、 相互渗透[3- 4]。

纳米技术与医学的结合形成了新兴边缘学科--纳米医学, 纳米生物医学是纳米科技和生物医学结合的产物, 是纳米科技的一个核心领域, 即在分子水平上利用分子工具和人体相关的知识, 从事疾病的检测、诊断、 治疗、预防和保健等。生物医学起源于诊断, 没有很好的诊断就不可能有很好的预防和治疗。目前随着科技的发展, 生物医学诊断得到了前所未有的发展, 各种检验诊断手段、仪器已是各式各样, 在其迅猛发展的过程中纳米材料起到了关键作用。正是纳米技术在医学检测和诊断中的应用使人们在分子水平上对疾病有了更深的认识,更好的维护和提高了人类的健康水平 。

1纳米探测技术在医学检测和诊断的应用

纳米探针是一种探测单个活细胞的纳米传感器,探头尺寸仅为纳米量级,当它插入活细胞时,可探知会导致肿瘤的早期DNA损伤,而且纳米探针据不同的诊断和检测目的, 将其植入并定位于体内不同部位, 或随血液在体内运行, 随时将体内各种生物信息反馈于体外的记录装置。该技术有着很高的灵敏性,可在含有 10 个原子/分子的1 cm3气态物质中, 在单个原子或分子层次上准确获取其中1个。医生可通过检测人的唾液、血液、 粪便和呼出气体等, 发现人体中只有亿万分之一的各种疾病或带病游离分子, 用于肿瘤细胞的诊断与治疗。

扫描探针显微镜目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察 ,而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结构改变 ,以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具 - - 光学相干层析术(OTC)已研制成功。OTC的分辨率可达纳米级 ,较 CT 和核磁共振的精密度高出上千倍 ,并且它不会像 X线、 CT、 磁共振那样杀死活细胞。

2纳米生物芯片在医学检测和诊断的应用

纳米生物芯片与传统的生物芯片相比, 纳米生物芯片具有以下几个特点:(1)采用微电子,高产而成本低;(2)高度敏感性;(3)减少了样品的数量;(4)使用纳米尺度上的固定方法, 可以自主组装。这类型的生物芯片可以在血流中探测病毒、 细菌和异常细胞。 能即时发现病毒和细菌的入侵, 并予以歼灭。也可以沿血液流动并跟踪镰状细胞贫血患者的红细胞和感染了病毒的细胞。目前, 电场作用下自动寻址的细胞芯片已研究成功, 既可用于基因功能研究与蛋白质亚细胞定位, 又可用于监测基因与蛋白质的瞬间表达[5]。

3纳米细胞检疫器 ( 纳米秤) 在医学检测和诊断的应用

纳米秤又称纳米细胞检疫器,能称量10-9g的物体,即相当于1个病毒的质量。利用它可发现新病毒, 可定点用于口腔、 咽喉、食管、 气管等开放部位的检疫。

4纳米传感器在医学检测和诊断的应用

纳米材料用于生物传感器是由 Alarie 和 Vo- Dinh 等人[6]于 1996年提出的。纳米生物传感器利用其细小的尖端(仅为纳米量级)插入活细胞内, 而又不干扰细胞的正常生理过程, 以获取活细胞内多种反应的动态化学信息、 电化学信息及反映整体的功能状态, 以便深化对机体生理及病理过程的理解, 例如利用纳米生物传感器可以探知会导致肿瘤的早期 DNA损伤等; 此外, 纳米生物传感器和新的成像技术还能对疾病进行早期的检测和治疗[7]。

5纳米金属在医学检测和诊断的应用

PCR 技术发展至今, 不仅仅是实验室的“宠儿” ,而是已经成为了诊断、治疗、科研开发等等各个生命科学领域的“必杀锏”。但是经过近二十年的发展, PCR 技术依然存在这样或那样的问题, 比如准确性, 利用 PCR 技术来诊断疾病, 假阴性、假阳性等现象屡见不鲜。造成这一问题的原因一般认为是由于在体外复制过程中缺少在 DNA复制过程中担任“检测师”的 SSB蛋白[8]。

解思深院士及来自中科院上海应用物理研究所以及上海交大的研究人员应用纳米技术升级了 PCR 技术, 完成了“点金术”: 他们将几千个直径为 0.3 纳米的金原子堆积在一起, 做成一个个直径约几或十几纳米的纳米金球, 加入 PCR反应, 结果发现纳米金减少了 PCR 复制过程中的出错率, 并且提高了复制的速度和效率, 这一研究获得了国际同行的认可。通过应用纳米技术 ,在DNA 检测时 ,可免去传统的 PCR扩增步骤 ,快速、 准确 ,易实现检测自动化。这是一项新颖且重要的方法, 它为分子生物学中最为重要的标准方法 PCR 开拓了进一步改进的途径, 具有较大应用价值[8]。

6磁性纳米材料在医学检测和诊断的应用

纳米磁性颗粒在生物检测上的应用是仅次与荧光材料。各种磁性生物探针, 磁性跟踪材料都已发展到了实用阶段。洪霞等选用葡聚糖包覆超顺磁性的 Fe3O4 纳米粒子, 通过葡聚糖表面的醛基化实现与抗体的偶联, 制得了 Fe3O4 /葡聚糖/抗体磁性纳米生物探针, 在组装有第二抗体和抗抗体的全层析试纸上进行的层析实验表明该探针完全适用于快速免疫检测的需要, 达到了层析免疫检测的目的[9]。

7纳米吸附材料在医学检测和诊断的应用

实验表明,做细胞分离的试剂聚乙烯吡咯烷酮可将表面包覆单分子层的直径 30 纳米粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中, 通过离心可以使所需要的细胞分离。杨箐等撰文对聚合物纳米粒子在基因治疗中的应用作了探讨, 证明了纳米聚合物粒子具有很好的吸附包覆作用, 并已应用到动物型基因治疗的实验研究[10]。美国科学家把某种纳米颗粒 “粘”在生物分子上, 然后利用纳米颗粒的发光特性研究生物分子的活动情况。比人体细胞小得多的纳米颗粒可以被送进人的组织、 器官内, 用光线从人体外部向内进行照射, 体内的纳米颗粒也会发光, 这样就可以达到追踪病毒的效果。另外, 纳米材料其他很多特性在生物医学检验中越来越多的被应用, 如比利时的德梅博士等制备出多种对各种细胞器敏感程度和亲和力差异很大的金纳米粒子-- 抗体复合体纳米材料, 与细胞器结合后在光镜和电镜下很容易分辨各种细胞内结构。

随着人们对疾病防治及保健概念的转变 ,医学实验诊断技术也必然向着相应的方向发展。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, 尤其是在生物医学方面还需大量临床试验予以证实,使得纳米材料在生物安全性方面的应用有待进一步提高。同时由于相关技术的不断突破 ,必然促使纳米医学实验诊断技术加速发展。随着纳米材料在生物医学领域更广泛的应用, 医学检验和诊断将变得节奏更快、 效率更高、更准确。

参考文献

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[2] 白春礼. 纳米科技-全面理解内涵, 促进健康发展[J]. 学会月刊,2001( 11) : 10- 12.

[3] ZhongguoYi Xue. Application of nanobiological technology in medicine and its advances in China. Ke Xue Yuan Xue Bao, 2006, 28 (4): 579- 582.

[4] 张立德, 牟季美.纳米材料和纳米结构[M] . 北京:科学出版社, 2001.

[5] Bouchie A. Microarrays come alive[J]. Nature, 2001, 411:107- 110.

[6] Alarie JP, Vo Dinh T. Antibody based submicrion biosensor forbenzo[a]pyrene DNA aduct[J]. Polycydic Aromat comp, 1996, 8:45-52.

[7] 郭梦金 ,张欣杰.纳米技术在医学中的应用现状及展望[J].河北化工, 2007 , 30 (3):16-17.

纳米技术在生物医学的应用例5

1 纳米生物材料和技术在肿瘤诊断中的应用

1.1纳米生物材料和技术可用来进行前哨淋巴结成像,从而判断有无转移乳腺癌、黑色素瘤或胃肠癌的患者,通常会在手术前进行前哨淋巴结活检,以确定癌症是否转移。纳米颗粒制剂可通过不同的成像技术发现转移灶,例如Kobayashi等在研究中发现,标记了MRI造影剂钆的树突状聚合物可以提供一种出色的影像,显示充满转移癌细胞的淋巴结。

1.2纳米生物材料和技术可用于肿瘤的早期检测

1.2.1纳米颗粒 纳米材料通过双功能螯合剂或物理包埋的方法将同位素与纳米材料连接,再将可与病变组织特异结合的靶向分子连接到纳米材料上。纳米颗粒作为影像的对比剂,一方面靶向肿瘤显像,另一方面还可携带药物[1]。

1.2.2悬臂梁 纳米装置悬臂梁一端被瞄定,能被操纵来与特定分子结合,而这种特定分子代表与癌有关的某些改变。当这些分子结合到悬臂梁上,表面张力会发生改变,导致悬臂梁弯曲。通过检测其弯曲,科学家们能够判断是否存在与癌有关的一些分子。

1.2.3纳米孔 经过改进的基因码阅读方法可以帮助研究者检测到可能引发癌症的基因错误。纳米孔一次只允许DNA穿过一条链,科学家能够检测链上每个碱基的形状和电特性,使DNA测序效率更高,从而来获取编码信息,包括与癌有关的编码错误。

1.2.4纳米管 纳米管是大小约为一个DNA分子直径一半的碳棒,它不仅能检测改变基因的出现,还能帮助研究者查明那些改变的准确位置。

1.2.5量子点 半导体量子点纳米级的光辐射颗粒,具有独特的光学及电子特点,其亮度高而稳定,并可发出不同的荧光颜色,量子点与肿瘤抗原连接后形成影像,从而对肿瘤进行诊断。

1.2.6纳米生物传感器 纳米生物传感器通过靶向分子与肿瘤细胞表面标志物分子结合,利用物理方法来测量传感器中的磁信号、光信号等,可实现肿瘤的定位和显像,有利于肿瘤的早期诊断。

1.2.7纳米机器人 用纳米微电子学控制形成纳米机器人,尺寸比人体红细胞还小。将纳米机器人从血管注入人体后,可经血液循环对身体各部位进行检测和诊断[2]。

1.2.8光学相干层析术 由清华大学研制,其分辨率可达1 个微米级,较CT和核磁共振的精密度高出上千倍,据此可以对疾病进行早发现和早诊断。

2 纳米生物材料和技术在肿瘤治疗中的应用

2.1纳米颗粒能提高肿瘤基因治疗的效果 针对脑胶质细胞瘤,基因治疗系统中的关键物质是氯毒素和铁氧物纳米微粒。这种靶向基因传递系统提高了基因治疗的疗效。同时有研究表明微小的硅石颗粒能充当DNA载体,提供一种非病毒方法的基因治疗。Deng等用纳米微粒介导的基因转染使肿瘤抑制基因FUS1外源表达,可提高人肺癌细胞(NSCLC细胞)对化疗药物顺铂的敏感性,同时出现MDM2的下调、p53的蓄积以及Apaf-1依赖凋亡通路的活化,使肿瘤抑制作用成倍提高。

2.2纳米颗粒能提高化疗的效果 Majoros等将甲氨蝶呤附着于树枝纳米颗粒中,制作成靶向纳米微粒。研究表明靶向药物制剂能提高药物在病灶组织中的蓄积浓度,从而提高药物的疗效,降低药物对其他正常组织的损伤及全身毒副作用。

2.3纳米颗粒能提高肿瘤热疗的效果 热疗是通过加热治疗肿瘤,使肿瘤组织温度上升至40-43℃,既使肿瘤缩小,又不损伤正常组织的一种治疗方法[3]。纳米颗粒提高了热疗靶向性和疗效,降低了毒副反应。

2.4生物纳米管治疗癌症 由细胞核心部位的部分自身结构制作的纳米管,可作为纳米级胶囊传递基因和药物进入人体。Miguel等将抗癌药物泰素掺入到蛋白质-脂质混合体,可使药物到达癌细胞的同时减少化疗的副作用。

2.5纳米壳能杀死肿瘤细胞 纳米壳是外壳涂金的微小珠子,科学家设计这些珠子吸收特定波长的光,纳米壳吸收光能可产生一种强热,纳米壳吸收所产生的热能成功地杀死肿瘤细胞,而邻近细胞却完好无损。

总之,纳米科技正在以迅猛的势头快速发展,而且越来越渗透到各个学科和研究领域。纳米医学技术为基础和临床医学研究提供了重大的创新机遇和巨大的市场前景,同时也带来了风险和挑战。有一些关键的问题有待解决,如纳米药物的药代动力学、生物分布、毒副作用以及安全性等。这些问题的解决需要物理学家、化学家、生物学家及临床医生共同努力来完成。

参 考 文 献

纳米技术在生物医学的应用例6

“舰队”到达孔洞位置时,“小船”在血压的推动下,纷纷穿过血管壁进入肿瘤组织的内部。癌细胞表面生长着许多“触手”,它们一旦碰到船上伸出的“把手”,就会牢牢握住,并将一条条小船拖进癌细胞内。此后,小船会启动自毁程序,释放出装载药物,攻击癌细胞。

这种将纳米技术应用到医学和临床的研究,被称为纳米医学。上述“场景不是想象,抗肿瘤纳米药物已经应用于临床”。中国科学院国家纳米科学中心梁兴杰研究员告诉《财经》记者。

他的研究团队刚在著名期刊《纳米快报》发表了一项研究成果,他们在纳米胶束表面衔接上一种新型短肽分子——即“小船上的把手”,从而使载带药物的纳米胶束具有追踪肿瘤的功能,有效增强了药物对癌细胞的杀伤效果。 纳米制导系统

长期以来,科学家一直进行着征服癌症的努力。根据世界卫生组织(WHO)的统计数据,全球每年约有1300万新增癌症患者。在中国,每分钟就有6人被确诊为癌症,癌症已经成为第一死因。

目前,医生们抓在手里的王牌并不少——多种具有抗癌作用的药物被研发出来。然而最让他们头痛的是,这些药物大部分都具有细胞毒性,在杀死癌细胞的同时,会破坏正常细胞。就好像“地毯式轰炸”,好坏细胞通杀。

那么,有没有可能对癌细胞进行“精确制导”打击?这是医药界的一大研究热点——靶向给药。靶向药物可以选择性地作用于癌细胞,且对人体正常的组织和器官影响较小。此时,纳米技术成为推动靶向药物发展的重要动力。

化疗是常用的癌症治疗手段之一。化疗药物与给药系统之间的配合,恰似弹药和枪炮的关系,仅有弹药是不够的,还需要相应的给药系统将有效成分准确打到目标上。

临床中使用的化疗药物很多为小分子,当以肌肉注射或静脉点滴的方式进入血管后,会有部分药物分子从血管内皮细胞衔接处的缝隙钻出,损害正常的细胞和组织。而采用纳米技术的载药微粒比单结的药物分子大,直径可控制在几十至几百纳米之间,这些纳米颗粒难以穿越正常的血管壁,但在癌变部位遍布孔洞的血管壁上,却能畅行无阻,最终聚集于癌变部位,称之为被动靶向。

与之相对的,是主动靶向。在细胞膜的表面生长有许多被称为“受体”的蛋白质,它们能选择性地与某些化学物质相结合,引发细胞的生理效应。癌细胞的表面会有一些特殊的受体。梁兴杰团队选定了名为“NRP1”的受体作为靶子。它在正常细胞上低表达,很少存在并发挥生物活性,但在一些恶性程度较高的癌症中高表达,例如非激素依赖型乳腺癌。

在上述研究中,梁兴杰团队把相应材料制成直径只有十几纳米的中空胶束,然后,将广谱抗癌药阿霉素包裹进去,并在胶束外壳上连接一种新型短肽分子,作为靶向分子,即“把手”。这些加装了靶向分子的药物微粒表现出了非凡的癌细胞杀伤力;动物实验也证明,此靶向胶束可以有效地在肿瘤部位富集,增强了药物在肿瘤组织中的渗透。

纳米药物输运系统的拿手好戏不仅是主动和被动靶向,还有对环境的响应也很有用。研究中所使用的胶束在酸性环境下会崩解,从而释放出药物。

在癌细胞迅速增殖中,会产生大量酸性物质,形成一个弱酸性的微环境;而正常细胞的酸碱度为中性,因此,即使很少部分的纳米胶束进入正常细胞,也不易崩解,释放的效果自然也大打折扣。不单是酸碱度,在设计纳米药物载体的时候,特定的酶、光照、磁性等条件,都可以成为控制药物释放的按钮。

与一般的纳米技术不同,纳米医学的尺度并未限于1纳米-100纳米的范围,而可放宽到1000纳米,在此范围内,药物微粒仍能呈现被动靶向的能力。

上述论文的作者之一、国家纳米科学中心博士生柳娟告诉《财经》记者,这种靶向加可控或智能药物输送体系适用于几乎所有的传统抗癌药物。不过,“针对不同的癌症,需要选择相应的靶向分子,因此还需要走很长的路”。

除了梁兴杰团队锁定的小分子化合物类,大分子单克隆抗体类也是科学家属意的一个研究方向。但有碍于这类药物制备技术非常复杂,费时费工,导致价格昂贵,市场单支售价均在几千元。梁兴杰分析称,两者施用后效果相差不多。从性价比看,使用纳米载体的小分子药物更高。

目前,国际上已经进入临床的纳米药物有脂质体阿霉素、白蛋白紫杉醇。在纳米载体研究领域,聚合物纳米粒、纳米胶束、纳米乳等是研发的热点。近几年,已有两家国内药企的脂质体阿霉素进入临床使用阶段。不过,整体看,此类药物还是品种单一,价格也比较昂贵,且由于此类药物基本没有纳入医保,受益患者十分有限。

可见在靶向功能上,纳米药物载体所打出的组合拳法,使其成为癌症治疗中独一无二的材料,但如何把众多的上游研发的抗癌药物都用好,还有赖于纳米技术进一步的发展。 谨慎的投资

抗肿瘤药物仅是纳米技术与医药结合的最活跃领域之一。国际著名学术期刊《自然》杂志曾针对全球从事纳米医学的公司进行过一项调查,表明在更广泛的医药和医疗设备产业,纳米技术已生根发芽。

不过,由于纳米技术的特点是改善现有产品功能、增加其竞争力,几乎不可能精细测算纳米技术给产品带来的附加值,因此,业界在测算纳米技术的产值时,是核算那些采用纳米技术的产品的总销售额。

调查显示,2011年纳米抗癌药物市场产值为280亿美元,2016年预期会达到467亿美元,年复合增长率达10.8%。《纳米医学》的主编拉乔斯·巴洛格曾经预言:纳米医药不仅会变革传统的临床诊断和治疗模式,还将极大改变医药研发和商业化的路径。

从传统角度看,大型企业开发一种新药动辄需要投入10亿美元,与之相比,纳米材料的应用就极具说服力。纳米医学的开发成本和风险相对较低,因为它只需考虑如何搭载已有药物,这也是吸引梁兴杰的地方。

正因为船小好调头,如今纳米医学的商业化在很大程度上是由中小企业所带动。然而,这也形成了一个悖论:药物本身和医疗设备需要高昂的开发成本,如果得不到来自大型企业的支持,中小企业将产品推向市场的机会不大。

然而,大型制药公司在纳米医学领域的投资比较谨慎,这是纳米医学产业化最大的绊脚石。《自然》曾对纳米医学领域的创业者和药企研发经理做过一项调查,结果显示,双方都认同大型药企尚未在自身的经营战略中,给纳米技术以特别重视。同时,一些掌握纳米医学产品的初创企业发现,很难说服制药公司与他们合作,或者许可使用其技术。

原因是尽管增长迅速,但与全球药品和医疗器械市场的总产值相比,现在纳米医学只能算是一个微小的商机。在大多数情况下,它仅构成一种医疗产品的功能组件。

随着全球范围内越来越多的纳米医学研究转化为商业化成果,发达国家的政府机构都在资助相关研究。美国是其中的领跑者,2004年,宣布启动“肿瘤纳米技术”,成立了“肿瘤纳米技术联合会”;2005年,美国国立卫生研究院(NIH)出资建立了八个专门从事肿瘤纳米医学研究的纳米中心。

在中国,纳米医学的最大投资者也是政府。研究力量集中于中科院、军事医学科学院和部分高校。北京是国内纳米科研的重镇,集中了全国三分之一的纳米科技资源,每年承担国家近一半的专项项目,数与申请专利数占国内总数的近一半。2012年,北京首家纳米科技产业园成立,希望将本区研发的优势转化为产值。

不过,随着研究的推进,研究者们也有一个担忧:纳米材料对人体的安全性有不确定性。在欧美进行的一项长达20多年的流行病学研究表明:人的发病率和死亡率与他们所生活环境中大气颗粒物的浓度和尺寸密切相关。死亡率增加是由剂量非常低的细颗粒物引起的。科学家们推测,大气颗粒物中小于100纳米的超细颗粒物具有特殊生物机制,并起到关键作用:它们在肺组织中的沉积效率很高;另一种推测是,小于100纳米的超细颗粒物可能直接作用于心脏,导致心血管疾病。

纳米技术在生物医学的应用例7

随着纳米技术的广泛运用,已经延伸到社会中的各个领域。目前已经研究出的纳米电子技术产品多种多样,这些纳米技术的产品不但性能优良,最主要的是功能奇特。但是值得注意的是科学家对于纳米电子技术的研究还不够深入,那么以后的还需要从新型电子元器件以及碳纳米管等方向入手进一步研发。

1 纳米电子技术的发展现状

1.1 纳米电子材料的应用

现阶段纳米材料主要有纳米半导体材料、纳米硅薄膜以及纳米硅材料等类型。在这些纳米电子材料中,可以说纳米硅材料最有发展前景,同时还符合当前社会对于电子技术的实际需求。通过对纳米硅材料与其他纳米电子材料进行比较后,可以看出纳米硅材料具有以下特点:首先,纳米硅材料在不断研发的背景下其成本处于逐渐降低的趋势,其次,该材料还具有能耗低、准确性高以及不易受外界影响的特点。最后,由于纳米硅材料中分子与分子所存在的距离较小,因此可以一定程度的提升纳米电子材料的反映速度,最终达到提升工作效率的目标。

1.2 纳米电子元件的应用

可以说纳米电子元件是以集成元件以及超大规模集成元件为基础的。其具体研发历程是在上个世纪50年代美国研究者对集成电路进行研发之后而开始的,然后经过多年的发展后逐渐从中型、大型转变为超大型的集成电路和特大类型的集成电路。在此背景下,其纳米电子元件的尺寸越来越小,现阶段的电子元件尺寸在0.1到100nm范围之内。

1.3 应用于现代医学领域

特别是在纳米技术的不断发展过程中,其纳米电子技术逐渐应用到医学的领域。可以说在医学治疗的过程中,可以利用纳米电子技术的特点在细微部分的检测与观察方面。在普通显微镜无法观测的物品可以通过纳米电子技术进一步剖析。与此同时,还可以将电化学的信息检测流程中融入纳米传感器的方式对生化反应进行诊断。同时,在纳米电子技术不断发展的背景下,产生了很多方面的高科技医学产品,例如伽马刀、螺旋CT以及MRI等。可以说生物医学以及电子学的融合对于纳米电子技术的发展具有重要的意义,纳米电子技术在生物医学的电子设备集成化具有很大的发展空间,在未来的发展中,可以将纳米电子元件的尺寸控制在分子与原子的大小之间,进而就会将微小生物体的研究带到一个新的领域。

2 纳米电子技术的发展趋势

通过对纳米电子技术的发展现状进行分析后可以看出纳米电子技术在未来发展具有很大的空间,对此主要可以从新型电子元器件、石墨烯以及碳纳米管等方向入手。

2.1 新型电子元器件

对纳米电子技术的当前模式分析后,可以断定在未来十年内必然会经过飞速发展的历程。特别是当前市场对于新型电子元器件的需求逐渐增多的背景下,还需要根据实际需求来对新型电子元器件进行扩展与完善。对此,可以从单电子器件、共振隧穿电子器件、纳米场效应晶体管、纳米尺度MOS器件、分子电子器件、自旋量子器件、单原子开关等新型信息器件的方向入手,在保证了纳米电子技术朝着良好的方向发展的同时,还可以延续摩尔定律以及CMOS的研究成果。

2.2 碳纳米管

可以说碳纳米管是纳米电子技术的发展重要方式,碳纳米管的本质是一种一维的纳米材料,其最大的特点是具有重量轻以及完美六边形的结构。因此在实际的运用中,碳纳米管具有良好的传热性能、光学性能、导电性能、力学性能以及储氢性能等。与此同时,碳纳米管在纳米电子方面具有重要的作用,并作为现阶段晶体管中主要的材料,对此有效的碳纳米管可以对集成电路的效率进行提升。

2.3 忆阻器

所谓忆阻器就是就是经过了继电阻器、电容器以及电感元件发展之后而发展的一种模式。并且忆阻器是模拟信号的方式来对非线性动态纳米元件而组成的具有交叉开关模式的纳米电子技术。忆阻器的属性不但与CMOS类似,更主要的是其具有功率低、体积小以及不受外界因素影响的特点,进而在未来的发展中可以有效的代替硅芯片等材料。

2.4 石墨烯

同时,石墨烯作为新型的纳米材料来说,不但具有超薄的特征,最主要的是其质地还是非常坚硬的。并且在正常状态下石墨烯电子的传输速度要比其他类型的纳米电子材料快,正是由于多方面的因素使得对于石墨烯的研究具有重要的意义。石墨烯和其他导体具有很大的区别,进而在碰撞的过程中其能量不会有损失。在对石墨烯的未来进行研究与设想后,根据专家预计在10年后可成功研制性能优异的石墨烯类型的导体材料与晶体管。

2.5 纳米生物电子

最后,纳米电子技术还可以与生物技术进行有效的融合,也可以认为纳米生物电子是以多个领域为核心共同建设的。在对纳米电子技术带入生物领域的过程中,利用纳米电子技术的自身特点可以制造出关于纳米机器以及附属的纳米生物医用的材料产品等,进而可以在医学领域中取得一定的成果,最终达到为人类健康做出巨大贡献的目标。

3 结束语

总之,在电子科学不断发展的背景下,其纳米电子技术的发展越来越受到国际的重视。通过对纳米电子技术的应用现状进行分析后,可以发现其应用的领域越来越广泛,也就是说纳米电子技术完全融入到我们日常生活当中指日可待。通过采用纳米电子技术可以实现一种高效、科学而环保的生物材料、电子晶体管以及医学设备等,最终达到改善人们的生活现状的目标,让人们切切实实地体验纳米时代。

参考文献

[1]叶原丰,王淮庆,郝凌云.碳纳米管在电子器件中的应用[J].金陵科技学院学报,2010(02).

[2]许高斌,陈兴,周琪,王鹏. 碳纳米管场效应晶体管设计与应用[J].电子测量与仪器学报,2010(10).

[3]余巧书.纳米电子技术的发展现状与未来展望[J].电子世界,2012(12).

[4]刘长利,沈雪石,张学骜,刘书雷.纳米电子技术的发展与展望[J].微纳电子技术,2011(10).

纳米技术在生物医学的应用例8

随着各种新兴技术以及相关产业的发展,对纳米材料的需求日益增多,纳米技术的基础理论等相关研究也都在飞速发展,相关技术在医疗、电子等行业应用得比较广泛,并已面向产业化的方向发展。虽然在美国、日本等几个国家已经实现纳米粉体材料的批量生产,但未来的研发之路是任重而道远的,纳米生物材料和纳米医疗诊断材料等产品还将处在不断的探索过程中。有关机构曾经做过预测:到2020年,全球纳米新材料市场规模达86亿美元,行业的年增长率为24.6%。最近几年,各国政府和企业对纳米技术的研究投入了大量的人力和物力,促进了纳米新材料产业的发展,纳米材料的市场规模将进一步扩大。美国将纳米材料的研发列为国家战略层面的科研项目之一,这与其在国防、军事、航空航天等领域的广泛应用分不开。纳米材料优良的性能已被认可,正逐渐应用到农业、生物、医疗等领域,创造巨大的经济效益。我国开展纳米材料的研究并不算晚,目前,我国有100多个从事纳米材料基础和应用研究的机构。其中,开展研究工作比较早的单位既有高校也有研究所,例如清华大学、吉林大学、东北大学等老牌学校,以及长春应用化学研究所、感光化学研究所等研究院所。在过去的一段时间里,我国纳米材料基础领域的研究取得了丰硕的成果。在研究过程中,主要采用物理和化学方法,并且将多种方法结合使用,研制出金属以及合金的氧化物和氮化物等一系列纳米颗粒;积极地向走在前列的国家学习,并且引进一些急缺但是却不能自主生产的设备,对纳米微粒的尺寸进行有效的控制,将研究的成果应用于生产中,其中生产出一系列高科技产品,例如纳米薄膜、纳米块材等;积极地从各个角度对纳米材料的特性进行挖掘,在很多的方面都积极而显著地创新,取得了一系列的进展,成功地研制出具有优良性能的纳米陶瓷,其主要表现在密度高和结构复杂等方面;另外,我国在世界上首次发现超塑性形变现象,即纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳应力集区所表现出的特性;在其他纳米技术应用的领域也取得了不菲的战绩,例如对功能纳米材料进行了深入的研究,并且取得一系列的丰硕成果。在“八五”研究工作的基础上,我国建立了几个纳米材料研究基地,具有代表性的主要有南京大学、中科院金属所、中科院物理所、国防科技大学、清华大学等。这些基地的建立为纳米材料的研发创造了条件。经过数十年的工作基础和工作积累,我国在纳米材料和纳米结构的研究方面取得了长足进步,在国际社会上具有一席之地。新时期,国内的科研院校不仅为我国纳米材料研究培养了高质量的纳米材料科研人员,还对纳米材料的应用进行了研究,促进了成果转化工作。今后一段时期内,这些科研单位和高校都将是我国纳米材料研究的重要组成部分。据有关部门的统计,目前我国已有700多个以“纳米”命名注册的公司,注册资金达到560多亿元。通过纳米材料的标准化工作,规范纳米材料产品的生产,使纳米材料高新技术与传统产业的改造有机结合,提高了传统产业的技术水平,提升了产品的档次与性能,促进了传统产业的结构调整,加速了传统产业的改造。

二、纳米产业发展的趋势

纳米材料作为一种新型材料,其研究虽然还存在诸多问题,但是伴随着科学技术水平的发展,纳米技术上存在的问题都会一一被解决。纳米技术将逐渐与其他技术相融合,最终融入到社会生活中。

第一,纳米技术与信息产业的融合。信息产业在世界上占有举足轻重的地位。2010年,我国信息产业的利润占GDP的10%。纳米技术与信息产业相融合,具体表现在以下几个方面:首先,现阶段网络通讯、芯片技术以及高清晰度数字显示技术不断发展,推动了纳米技术的发展。未来对通讯和集成等方面的零件性能要求会越来越高,美国等一些发达国家已经着手研究,实验室的研究也取得了一定的成功。其次,我国在分子电子器件和巨磁电子器件等领域的研究起步较晚,研究比较滞后。最后,在网络通讯中,我国对其中一些关键的器件如谐振器、微电容和微电极等方面的研究不足,与世界的差距较大,在进行研发的时候也要努力提升相关零件的性能,这些都为纳米技术与其产业的融合留下了巨大的空间。

第二,纳米技术与环境产业的融合。纳米技术在空气净化以及水污染物的降解方面不可或缺,纳米技术在净化环境方面的意义重大。目前,我国已经制造出可以充分降解甲醛、氮氧化物等一系列污染物的设备,可以大为降低空气的污染程度,可以将有害气体的浓度从10ppm(指用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度)降低到0.1ppm;近年来,很多公司致力水处理产业,利用纳米技术的光催化性能净化水质,提高生活用水和工业用水的质量,已经取得了一定成就;在未来,纳米技术在环境领域的应用将会更加广泛。

第三,纳米技术与能源环保产业的融合。当今,对能源的不合理开发和滥用已致使其呈现出日益枯竭的状态。所以,合理有效地利用能源是我国今后的一项重要工作,同时对新能源的开发和利用也刻不容缓。一方面在传统能源领域,加紧对其催化剂的研究,这样可以使煤炭、石油等资源充分利用,充分燃烧,同时减少废气的排放,这些都需要纳米技术的支持。另一方面,在开发新能源方面,我们不仅要自主创新,还要积极地借鉴国外的先进经验,开发一些可燃气体,开发清洁能源,将一系列的新能源更便捷的在日常生活中应用。

第四,纳米技术与生物医药产业的融合。我国加入世界贸易组织后,各个行业都受到不同程度的冲击。以医药行业为例,在国际医药行业决定采用纳米尺度发展制药业的大背景下,我国必须奋起直追,不能落后。纳米生物医药发展的方向在于从动植物提取需要的材料,之后通过纳米技术处理,使其药效最大限度地发挥出来,这也是我国中医的理论思想。在医药方面采用纳米技术生产,也可以提高纳米技术的适用层次。

纳米技术在生物医学的应用例9

随着对纳米电子技术的研发与应用,纳米电子技术在多项领域中都展现出了其强大潜力,随着对纳米电子技术的深入研发,纳米技术势必将广泛应用于各个领域,并成为人们日常生活中不可替代的必需品。

一、纳米电子技术的发展现状

随着纳米电子技术的发展,各种性能优越、功能独特的纳米电子产品已经逐渐应用于各个领域中,纳米电子技术的具体应用主要体现在三个方面:纳米电子材料、纳米电子元件、现代医学应用。

(一)纳米电子材料

纳米电子技术在材料运用上的成果主要包括:纳米半导体材料、纳米硅薄膜、纳米硅材料等。其中尤以纳米硅材料最具技术优势,想比起传统材料,纳米硅材料更符合未来发展需求,其所具有的优势有:

1.硅分子间距较短,在传递电子信号时速度更快,不仅提高了运行效率,而且降低了信号传递过程中的能耗。

2.准确度高,稳定可靠,同时受环境影响小,符合人们对电子材料性能的需求。

3.成本低,而且随着纳米电子技术的持续发展,其成本在未来会再次降低。

(二)纳米电子元件

电子元件的发展经历了集成、超大规模集成两个发展历程,如果说集成元件是电子元件的一次突破,那么小规模、大规模、超大规模集成不过是对集成的衍生,在本质上超大规模集成和普通集成并没有太大区别,要扩大集成规模,提高运算速度,高能耗便不可避免。而纳米电子元件这是对集成元件的一次革命性突破,它能够在扩大集成规模的同时,缩小电子元件的尺寸,这符合未来电子产品发展趋势。同时纳米电子元件的一个电子信号就代表一位信息数据,打破了传统电子元件随着集成规模扩大,能耗必然提高的僵局,符合电子行业对电子元件低能耗的发展需求。

(三)现代医学应用

现代医学的发展趋势是朝着更微观的方向发展,研究生物体的分子或者原子,而纳米电子技术在现代医学的应用,很好地帮助其解决了微观发展的问题。纳米电子技术以其高集成化、微型化的特性,辅助医学对细微之处进行研究,这是传统显微镜无法做到的,如纳米传感器,它能够详细地观察到生化反应中各种化学信息、电化学信息等。另外纳米电子技术在现代医学应用中诞生的一些产品,如伽马刀、螺旋CT等,都对现代医学的发展起到了极大的促进作用。

二、纳米电子技术的未来展望

纳米电子技术已经在世界范围内被越来越多的国家认可,各国都加大了对纳米电子技术研发与应用的投入力度。如美国的“国家纳米技术计划”,简称NNI计划;欧盟制定的2020年发展目标,提出的“新兴的纳米电子学”倡议;日韩以及中国台湾等地区关于发展纳米电子技术的战略计划,中国于2006年提出未来15年的纳米研究部署规划,并制定未来45年的发展路线图等。由此可见,纳米电子技术的发展,是时代潮流下的必然趋势,具体体现在以下几个方面:

(一)碳纳米管

碳纳米管最早诞生于1991年,由日本科学家最早发明,碳纳米管拥有拓扑结构,并机械强度和导电性都极为优秀,可谓是将光学、机械性能、电子特性三者的优点集于一体,是一种极佳的单电子器件和晶体管材料。然而碳纳米管的研究并没有止步,2010年,日本和芬兰科学家合作研发出新型碳纳米管,并将其应用于晶体管和顺序逻辑集成电路中,推到了计算机电路的纳米化发展。同年,瑞典哥德堡大学找到了一种能够对纳米管形成过程进行控制的方法,使得晶体管的尺寸变得更小、运算速度更快,强化了晶体管的整体性能。由此可见,随着碳纳米管的研究继续深入,它将具有更广阔的发展前景及应用价值。

(二)纳米电子元件

2010年,美国人发明了纳米处理器。同年,澳大利亚和美国联合研发出了原子晶体管。2011年,美国匹兹堡大学研发出了超小型单电子晶体管,实现了超大规模集成电路朝微型化、低能耗方向发展。在未来的几十年,纳米电子元件将得到不断发展,更多性能优越的电子元件将不断被研发出,这为人类探索更深层次领域提供了可能。

(三)纳米生物电子

纳米生物电子是现代医学的发展趋势,利用纳米电子技术开发出纳米生物芯片,将其应用于纳米机器人中,在现代医学治疗中,可以利用纳米机器人进入人体的血管中,从更微观的层面分析人体的健康状况,并对人体内的有害物质进行更全面、更彻底的清理,极大地提高了现代医学水平。

三、结束语

综上所述,纳米电子技术在电子材料、电子元件、生物医学等方面得到了应用,并取得了较好的成效。随着世界各国对纳米电子技术的重视,增加对其研发和应用力度,纳米电子技术在未来几十年将进入高速发展期,随着纳米电子技术的广泛应用,将会为人类的生活带来更多的便利。

参考文献:

纳米技术在生物医学的应用例10

1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性

1.1纳米碳材料

纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。

碳纳米管有独特的孔状结构[1],利用这一结构特性,将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放,使可控药物变为现实。此外,碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针(如观察蛋白质结构的afm探针等)或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属fe、co、ni及其合金为催化剂,以低碳烃类化合物为碳源,氢气为载体,在873 k~1473 k的温度下生成,具有超常特性和良好的生物相溶性,在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳(简称dlc)是一种具有大量金刚石结构c—c键的碳氢聚合物,可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜,具有优秀的生物相溶性,尤其是血液相溶性。资料报道,与其他材料相比,类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低,对白蛋白的吸附增强,血管内膜增生减少,因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。

1.2纳米高分子材料

纳米高分子材料,也称高分子纳米微粒或高分子超微粒,粒径尺度在1 nm~1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能,可用于药物、基因传递和药物控释载体,以及免疫分析、介入性诊疗等方面。

1.3纳米复合材料

目前,研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径,并逐步向智能化方向发展,在光、热、磁、力、声[2]等方面具有奇异的特性,因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米zro2增韧的氧化铝复合材料,用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久[3]。研究表明,纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料[4]。此外,纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药,还可杀死癌细胞,有效抑制肿瘤生长,而对正常细胞组织丝毫无损,这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明,这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。

此外,在临床医学中,具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料,微乳液等等。

2纳米材料在生物医学应用中的前景

2.1用纳米材料进行细胞分离

利用纳米复合体性能稳定,一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后,人们便将纳米sio2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中,使所需要的细胞很快分离出来。目前,生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析(如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器[5])。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者[6]。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞,实现癌症的早期诊断和治疗。

2.2用纳米材料进行细胞内部染色

比利时的de mey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸(haucl4)水溶液中还原出来形成金纳米粒子,(粒径的尺寸范围是3 nm~40 nm),将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合,利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异,选择抗体种类,制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物,在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色(如10 nm的金粒子在光学显微镜下呈红色),从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签,为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。

2.3纳米材料在医药方面的应用

2.3.1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 nm~9000 nm,一般细菌的长度为2000 nm~3000 nm[7],引起人体发病的病毒尺寸为80 nm~100 nm,而纳米包覆体尺寸约30 nm[8],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。专利和文献资料的统计分析表明,作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。

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[9]。生物降解性高分子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(颊、舌、齿)、上下呼吸道(鼻、肺)、肛门以及眼、耳等[10]。这种给药方式避免了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。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸(pla)制的微芯片为基础,能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统,并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子(nps)在基因治疗中的dna载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。

2.3.2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医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。

2.3.3智能—靶向药物

在超临界高压下细胞会“变软”,而纳米生化材料微小易渗透,使医药家能改变细胞基因,因而纳米生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子包裹,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47℃,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[11]。美国密歇根大学正在研制一种仅20 nm的微型智能炸弹,能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞,甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。

2.4纳米材料用于介入性诊疗

日本科学家利用纳米材料,开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子,它可以同人或动物体内的物质反应产生光,研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光,经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态,初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性,可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值,并有助于糖尿病的诊断和治疗。

2.5纳米材料在人体组织方面的应用

纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛,除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。

目前,首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为dna导入细胞的有效载体,在大鼠实验中已取得初步成效,为基因治疗提供了一种更微观的新思路。

纳米生物学的设想,是在纳米尺度上应用生物学原理,发现新现象,研制可编程的分子机器人,也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容,第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体,这种纳米机器人可注入人体血管内,进行健康检查和疾病治疗(疏通脑血管中的血栓,清除心脏脂肪沉积物,吞噬病菌,杀死癌细胞,监视体内的病变等)[12];还可以用来进行人体器官的修复工作,比如作整容手术、从基因中除去有害的dna,或把正常的dna安装在基因中,使机体正常运行或使引起癌症的dna突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器(rom)微型设备植入大脑中,与神经通路相连,可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置,可以用其吞噬病毒,杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机,是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。

瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人,目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段[13]。

纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域,尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用,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。

参考文献

[1]philippe p,nang z l et al.science,1999,283:1513

[2]孙晓丽等.材料科学与工艺,2002,(4):436-441

[3]赖高惠编译.化工新型材料,2002,(5):40

[4]苗宗宁等.实用临床医药杂志,2003,(3):212-214

[5]崔大祥等.中国科学学院院刊,2003,(1):20-24

[6]顾宁,付德刚等.纳米技术与应用.北京:人民邮电出版社,2002:131-133

[7]胥保华等.生物医学工程学杂志,2004,(2):333-336

[8]张立德,牟季美.纳米材料和结构.北京:科学出版社,2001:510

[9]刘新云.安徽化工,2002,(5):27-29

[10]姚康德,成国祥.智能材料.北京:化学工业出版社,2002:71

纳米技术在生物医学的应用例11

关键词:纳米材料生物医学应用

1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性

1.1纳米碳材料

纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。

碳纳米管有独特的孔状结构[1],利用这一结构特性,将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放,使可控药物变为现实。此外,碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针(如观察蛋白质结构的AFM探针等)或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂,以低碳烃类化合物为碳源,氢气为载体,在873K~1473K的温度下生成,具有超常特性和良好的生物相溶性,在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳(简称DLC)是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物,可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜,具有优秀的生物相溶性,尤其是血液相溶性。资料报道,与其他材料相比,类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低,对白蛋白的吸附增强,血管内膜增生减少,因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。

1.2纳米高分子材料

纳米高分子材料,也称高分子纳米微粒或高分子超微粒,粒径尺度在1nm~1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能,可用于药物、基因传递和药物控释载体,以及免疫分析、介入性诊疗等方面。

1.3纳米复合材料

目前,研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径,并逐步向智能化方向发展,在光、热、磁、力、声[2]等方面具有奇异的特性,因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料,用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久[3]。研究表明,纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料[4]。此外,纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药,还可杀死癌细胞,有效抑制肿瘤生长,而对正常细胞组织丝毫无损,这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明,这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。

此外,在临床医学中,具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料,微乳液等等。

2纳米材料在生物医学应用中的前景

2.1用纳米材料进行细胞分离

利用纳米复合体性能稳定,一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后,人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中,使所需要的细胞很快分离出来。目前,生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析(如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器[5])。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者[6]。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞,实现癌症的早期诊断和治疗。

2.2用纳米材料进行细胞内部染色

比利时的DeMey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸(HAuCl4)水溶液中还原出来形成金纳米粒子,(粒径的尺寸范围是3nm~40nm),将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合,利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异,选择抗体种类,制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物,在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色(如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色),从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签,为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。

2.3纳米材料在医药方面的应用

2.3.1纳米粒子用作药物载体

一般来说,血液中红血球的大小为6000nm~9000nm,一般细菌的长度为2000nm~3000nm[7],引起人体发病的病毒尺寸为80nm~100nm,而纳米包覆体尺寸约30nm[8],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。专利和文献资料的统计分析表明,作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。

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[9]。生物降解性高分子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(颊、舌、齿)、上下呼吸道(鼻、肺)、以及眼、耳等[10]。这种给药方式避免了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。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸(PLA)制的微芯片为基础,能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统,并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子(NPs)在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。

2.3.2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医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。

2.3.3智能—靶向药物

在超临界高压下细胞会“变软”,而纳米生化材料微小易渗透,使医药家能改变细胞基因,因而纳米生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子包裹,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47℃,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[11]。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹,能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞,甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。

2.4纳米材料用于介入性诊疗

日本科学家利用纳米材料,开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子,它可以同人或动物体内的物质反应产生光,研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光,经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态,初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性,可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值,并有助于糖尿病的诊断和治疗。

2.5纳米材料在人体组织方面的应用

纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛,除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。

目前,首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体,在大鼠实验中已取得初步成效,为基因治疗提供了一种更微观的新思路。

纳米生物学的设想,是在纳米尺度上应用生物学原理,发现新现象,研制可编程的分子机器人,也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容,第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体,这种纳米机器人可注入人体血管内,进行健康检查和疾病治疗(疏通脑血管中的血栓,清除心脏脂肪沉积物,吞噬病菌,杀死癌细胞,监视体内的病变等)[12];还可以用来进行人体器官的修复工作,比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA,或把正常的DNA安装在基因中,使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器(ROM)微型设备植入大脑中,与神经通路相连,可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置,可以用其吞噬病毒,杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机,是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。

瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人,目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段[13]。

纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域,尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用,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。

参考文献

[1]PhilippeP,NangZLetal.Science,1999,283:1513

[2]孙晓丽等.材料科学与工艺,2002,(4):436-441

[3]赖高惠编译.化工新型材料,2002,(5):40

[4]苗宗宁等.实用临床医药杂志,2003,(3):212-214

[5]崔大祥等.中国科学学院院刊,2003,(1):20-24

[6]顾宁,付德刚等.纳米技术与应用.北京:人民邮电出版社,2002:131-133

[7]胥保华等.生物医学工程学杂志,2004,(2):333-336

[8]张立德,牟季美.纳米材料和结构.北京:科学出版社,2001:510

[9]刘新云.安徽化工,2002,(5):27-29

[10]姚康德,成国祥.智能材料.北京:化学工业出版社,2002:71