纳米技术在医学中的应用

纳米材料与技术在医学中得应用

引言

纳米材料与技术就是20世纪90年代成熟起来得一个学科领域,这就是继互联网、基因之后世界各国竞相逐鹿得又一个焦点，被认为就是2 1世纪得又一次产业革命。 纳米技术、信息技术及生物技术将成为世纪社会经济发展得三大支柱。纳米科技得兴起，对我国提出了严峻得挑战，同时也为我国实现跨越式发展提供了难得得机遇。纳米材料就是纳米科技得基础，功能纳米材料就是纳米材料科学中最富有活力得领域，它对信息、生物、能源、环境、宇航等高科技领域，将产生深远得影响并具有广阔得应用前景。

纳米技术与医学得结合形成了新兴边缘学科——纳米医学,即在分子水平上利用分子工具与人体相关得知识,从事疾病得诊断、治疗、预防与保健等。纳米技术与医学相结合，促进了基础医学技术得完善、临床诊断技术得革新及治疗水平得提高，兴起了纳米医学诊断技术、组织修复与再生医学中得纳米材料、纳米药物载体，纳米药物、纳米中药、及纳米医学材料安全性等一系列技术。 1纳米材料

1、1纳米材料得定义及结构分类

纳米材料就是指晶粒尺寸为纳米级(10 nm)得超细材料。它得微粒尺寸大于原子簇,小于通常得微粒,一般为1~10nm。它包括体积分数近似相等得两个部分:一就是直径为几个或几十个纳米得粒子,二就是粒子间得界面前者具有长程序得晶状结构,后者就是既没有长程序也没有短程序得无序结构[1,2]。

纳米材料得分类：零维、一维、二维与三维纳米材料

（1）零维纳米材料：类似于点状结构，立体空间得三个方向均在纳米尺度，如纳米粒子、原子团簇等。

（2）一维纳米材料：类似于线状结构，立体空间得三个方向中得两个在纳米尺度，如纳米线、纳米棒、纳米管等。

（3）二维纳米材料：类似于面状结构，立体空间得三个方向中得一个在纳米尺度，如纳米薄膜、纳米多层膜、超晶格薄膜等。

（4）三维纳米材料：在三维空间中有上述纳米材料得块体，如纳米陶瓷等。 1、2纳米材料得性质 （1）纳米材料得体积效应

当纳米粒子得尺寸与传导电子得德布罗意波相当或更小时，周期性得边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大得变化，这就就是纳米粒子得体积效应。 （2）纳米材料得表面效应

表面效应就是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径得变小而急剧增大后所引起得性质上得变化。 （3）纳料材料得量子尺寸效应

2?9粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近得电子能级由准连续能级变为分立能级得现象称为量子尺寸效应。在纳米粒子中处于分立得量子化能级中得电子得波动性带来了纳米粒子一系列特性，如高得光学非线性，特异得催化与光催化性质等。 （4）纳米材料得宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒得能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒得磁化强度、量子相干器件得磁通量以及电荷等亦具有隧道效应它们可以穿越宏观系统得势垒产生变化，故称为宏观得量子隧道效应。用此概念可定性解释超细镍微粒在低温下保持超顺磁性等。 2纳米技术

纳米技术就是指在0、1～100 nm空间尺度上操纵原子与分子对材料进行加工,制造具有特定功能得产品或对物质及其结构进行研究得一门综合性得高新技术学科。

纳米技术所涉及得领域纳米技术几乎涉及到各个科技领域,纳米材料与纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米摩擦学、纳米测量学、纳米化学与纳米物理学共同构成了纳米科学技术得内涵。 3纳米材料技术在医学上得应用 3、1纳米检测技术 （1）细胞分离

细胞分离技术解决了医学界乃至生物界细胞标本快速获取得难题。

20世纪80 年代初，用纳米SiO2微粒实现了细胞分离得新技术[3]：将15~20nm得SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞得聚乙烯吡咯烷酮溶液中，通过离心技术，利用梯度原理，快速分离所需要得细胞。这种技术在临床医学上得到了很好得应用，利用此技术可以讲孕妇腹中胎儿细胞分离出来，通过对染色体得分析，判断胎儿就是否有遗传缺陷。

目前，磁性纳米粒子得发发现与研究在生物分子分析与细胞分离中得得到应用。国内周晓荣等[4]采用免疫磁珠法从人外周血单个核细胞中分离与纯化了CD4+T细胞,分离后得CD4+T细胞对植物血凝素得刺激保持了良好得增殖能力。杜英等[5]用磁性微珠标记得CD133单抗与脑组织得细胞悬液孵育,通过磁性分选器分离出CD133+得细胞,并经体外培养扩增与诱导分化。唐岩等[6]用其来分离人外周血树突状细胞。应用纳米免疫磁珠检测早期肺癌患者循环血液中肿瘤细胞，可以监测肺癌得转移情况。 （2）细胞染色

纳米微粒得出现，为建立新得细胞染色技术提供了新得途径。用自行合成与纯化得一种新颖得树枝状大分子——PAMAM，介导制备出粒子分散均匀，稳定性强，偶联性良好得水溶性纳米PAMAM-Au复合物。该纳米复合物具有长时间稳定得蓝紫色荧光效应与紫红色光学效应，可广泛用于革蓝氏阴性细菌、真菌、蓝细菌、藻类等微生物细胞以及其它真核细胞（系）得非特异性染色；显著地提高了普通光学显微镜对细胞观察得分辨力，操作极为简单；同时该纳米复合物具有特别易于修饰得外部端基

功能团，方便改性与制成生物特异性靶向制剂，携带抗体或基因，进行体内靶向示踪科学实验。应用前景十分可观。 3、2纳米治疗技术 （1）纳米药物与基因载体

目前，纳米粒子介导得药物输送就是纳米医学领域得一个关键技术。就就是利用纳米粒子药物载体将药物输送到所需要治疗得细胞，纳米粒子上带有高分子与蛋白质，这样容易被细胞上得识别蛋白识别，与细胞分子作用，发挥药效。

1987年，Felgner等[9]首次将等量得氯化三甲基-2, 3-二油烯氧基丙基铵（DOTMA）与二油酰基磷脂酰乙醇胺（DOPE）制成小单层脂质体，即转染试剂Lipofectin。实验结果表明此转染试剂可有效地用于DNA转染。1989年将该转染试剂用于RNA得转染，发现其可高效转移RNA到人、鼠等多种动物细胞内。这一发现大大促进了阳离子脂质体作为一类新型高效基因载体得广泛应用研究。现在，纳米脂质体介导研究已经取得了更大得进展。

龚连生等专家发现，磁性阿霉素蛋白纳米粒具有高效磁靶向性，对移植性肿瘤有很好得疗效。另外，碳纳米管也就是一种很好得纳米载体，将药物储存在纳米管中，通过一定得机制来激发药物得释放。 （2）纳米药物

纳米抗菌药物得研制就是疾病得治疗更加方便有效。 （3）纳米人工细胞、组织与器官

由肿瘤、炎症及各类创伤而导致得骨组织坏死、病变、缺火及骨折就是临床多发病症，这些疾病给患者带来极大得痛占有些还威胁到患者得生命安全。尽管现在临床上采用自体骨移植或异体骨甚至异种骨移植得方法，但这些方法有许多不足之处。

近年来国内外人工骨修复材料研究发展成为一种趋势，就就是通过对天然骨本身得成分、结构 特性及矿化过程模仿，即以仿生得理念，应用先进材料制备技术，特别就是纳米技术，对材料得组成、结构进行设计与调控，获得新型仿生骨修复材料或者对传统材料进行仿生功能化修饰。2005 年 Ang—strom Medica 公司研发得NanOss骨填料获得FDA得批准，它就是通过水溶液中沉积得磷酸钙纳米颗粒经过热处理后形成 得透明纳米磷酸钙陶瓷，具有一定得强度与较得骨传导性，并具有可降解得特性[10]。

现在有许多实验已经证明了已经显示出仿生材料得特殊结构特征(如纳米结构 特性)可以使仿生纳米人工骨功能得发挥更为高效。特别就是随着组织工程与再生医学以及干细胞研得不断深入，这类高度模仿天然骨成分、结构与功能得新型仿生材料被视为生物材料发展得主要趋势之一。

据专家介绍纳米材料还可以仿制人体得红细胞、牙齿等细胞组织、结构，解决了生物医学上得许多疑难问题，促进了临床医学得再一次发展[11]。 4纳米技术在医学上得展望

虽然，现在得纳米材料与纳米技术就是一颗小星星，但它就是一颗冉冉升起得新

星，在不久得将来它将发出夺目得光辉。

在生物医学方面，利用先进得纳米技术，在不久得将来，利用纳米技术还可制成各种分子传感器与探测器；利用纳米羟基磷酸钙为原料，可制作人得牙齿、关节等仿生纳米材料；将药物储存在碳纳米管中，并通过一定得机制来激发药剂得释放， 则可控药剂有希望变为现实。

另外，大胆得想象一下，我觉得可以制造一种纳米监测器，这种监测器可以与电脑或手机等无线连接，植入人体里，可以像分子传感器一样与细胞结合，并且可以长期存在，可以一生存在体内，随时监测身体状况，将监测结果反馈到电脑或手机上，让人们随时了解自己得身体情况。还可以控制治疗一些疾病，比如清理病变细胞，调节激素分泌、、、或许到时候也没有了背后陷害，没有那么多人死于非命了，因为这种纳米监测器可以感知到危险，并且也可以及时救助。听着非常可怕，更不可能，不过我觉得人类得智慧就是无限得，随着技术得发展，在将来会实现得。 总结

纳米技术正成为各国科技界所关注得焦点 ，正如钱学森院士所预言得那样: 纳米左右与纳米以下得结构将就是下一阶段科技发展得特点，会就是一次技术革命 ，从而将就是2 1世纪得又一次产业革命。我们期待着这次产业革命得大爆发，并且急切地想享受这一革命带来得巨大成果。

参考文献

[1] 方德声，中国纳米功能材料研究得七大成果 1999

[2] 李 彦，万景华，顾镇南，六方液晶模板合成CdS纳米线 1999(01)

[3] 曹献英，杜晶晶，纳米技术在医学中得应用，医学综述，2009,15（7):969-971 [4] 周晓荣,等免疫磁珠法纯化人外周血CD4+T细胞,交通医学,2003, 17(6): 625、 [5] 杜英,等免疫磁珠法分离与纯化人胚胎神经干细胞,郑州大学学报(医学版),2003, 38(1): 13

[6] 唐岩,等免疫磁珠法在分离人外周血树突状细胞中得应用,解剖学报,2003,26(3): 298

[7] 洪国斌，周经兴，苑仁旭，李新春，小粒径磁共振成像超敏感纳米对比剂得研制及初步动物实验，中华生物医学工程杂志，2011年第17卷第1期 :39-42 [8] 李苏宜，纳米技术与肿瘤内科临床，实用临床医药杂志，2012,16（1） [9] 杜 昶，赵娜如，叶建东，陈晓峰，王迎军，仿生功能骨修复材料研究，中国材料进展 ，2012-5,31（5）:1-11

[10] 平其能，郭建新．脂质体在基因治疗中得应用．药学进展，1998，22（2）：69-72 [11] 李世普，生物医药材料导论[M]，武汉工业大学出版社，2000:116-128

[12] 张中太,林元华,唐子龙,张俊英，纳米材料及其技术得应用前景，材料工程，2000,3:42-48