生物醫(yī)藥材料

.,納米生物醫(yī)藥材料,納米生物醫(yī)用材料藥物的納米化技術(shù),.,納米藥物把不容易被人體吸收的藥物或食品，如維生素等作成納米粉或納米粉的懸浮液極易被吸收。如果把納米藥物做成膏藥貼在患處，藥物可以通過(guò)皮膚直接被吸收，而無(wú)須注射，省去了注射的感染。,.,中藥飲片往往是用傳統(tǒng)的煎煮方法，而目前雖進(jìn)行中藥制劑改良，但只是提取中藥所含的小部分成分，約占總成分的10至30，藥效大受影響。使用納米技術(shù)可充分提取中藥成分，既節(jié)省中藥原材料、用量少，又具有吸收快、療效快及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。用納米技術(shù)發(fā)展中藥，是中藥未來(lái)發(fā)展的方向。,.,運(yùn)送藥物的“導(dǎo)彈”,把藥物制成納米顆?；蛘甙阉幬锓湃氪判约{米顆粒的內(nèi)部。這些顆粒可以自由地在血管和人體組織內(nèi)運(yùn)動(dòng)，如果在人體外部加以導(dǎo)向，使藥物集中到患病的組織中，那么藥物治療的效果會(huì)大大提高。,Fe3O4磁性納米粒子：靶向藥物（生物導(dǎo)彈）,.,近來(lái)發(fā)現(xiàn)C60的結(jié)構(gòu)能夠迅速地與愛(ài)滋病毒結(jié)合，而將愛(ài)滋病毒的毒性減低，故可發(fā)展C60的衍生藥物來(lái)阻止病毒的擴(kuò)散。亦有報(bào)導(dǎo)指出，C60球內(nèi)可填充金屬元素，未來(lái)可利用其中空構(gòu)造來(lái)攜帶藥物。當(dāng)這些納米藥物導(dǎo)彈進(jìn)入人體到達(dá)患病處時(shí)，釋放其內(nèi)部的藥物以破壞病毒體內(nèi)的基因蛋白機(jī)制，達(dá)到準(zhǔn)確殲滅目標(biāo)的作用。,.,仿生材料與生物分子納米器件,.,仿生，biomimetics，1960年，T.Stelle：指模仿或利用生物體結(jié)構(gòu)，生化功能和生化過(guò)程的技術(shù)。目的：獲得接近或超過(guò)生物天然材料優(yōu)異性能的新材料，或用天然生物合成的方法獲得所需材料。纖維：具有蜘蛛牽引絲強(qiáng)度陶瓷：具有海洋貝類韌性等,.,制備仿生的硬組織材料,目的：替換、修復(fù)損傷的天然硬組織。無(wú)機(jī)/高分子復(fù)合材料最受關(guān)注。,.,生物分子與納米器件,生物納米材料納米：10-9m細(xì)胞：10-6m生物大分子：納米量級(jí)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)：幾十幾百納米核酸、蛋白質(zhì)、病毒、細(xì)胞器：1100nm,.,2.DNA納米材料,金屬DNA：新一代生物傳感器和半導(dǎo)體導(dǎo)線DNA易將金屬離子并入雙螺旋的中心遺傳畸變探測(cè)生物傳感器鑒別混合物篩選結(jié)合于DNA的看腫瘤藥物用作微細(xì)半導(dǎo)體線路的導(dǎo)線,.,生物芯片在很小幾何尺度的表面上，裝配一種或集成多種生物活性，僅用微量生理或生物采樣，既可以檢測(cè)不同的生物細(xì)胞、生物分子和DNA的特性，以及它們之間的相互作用，獲得生命微觀活動(dòng)的規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)：集成、并行和快速檢測(cè)。,.,細(xì)胞芯片捕捉和固定單個(gè)細(xì)胞的生物芯片，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞間距等，研究細(xì)胞分泌和胞間通訊。,.,蛋白質(zhì)芯片（生物分子芯片）將生物分子作為配基，固定在固體芯片表面或表面微單位上。利用生物分子間的特異結(jié)合的自然屬性，待測(cè)分子與配基分子在芯片表面會(huì)形成生物分子復(fù)合物。然后，檢測(cè)此復(fù)合物的存在與否，達(dá)到對(duì)蛋白質(zhì)的探測(cè)、識(shí)別和純化的目的。,.,基因芯片（DNA芯片）DNA芯片又稱為寡核苷酸陣列或雜交陣列分析，根據(jù)DNA雙螺旋原理而發(fā)展的核酸鏈間分子雜交的技術(shù)。它的基本結(jié)構(gòu)類似于面陣型蛋白質(zhì)芯片，在芯片表面能夠制備成千上萬(wàn)的基因單元作為配基，對(duì)待測(cè)基因進(jìn)行篩選。可以快速分析大量的基因信息，使人們可以研究并收集基因表達(dá)和變異信息。,.,3.分子馬達(dá),定義：由大分子構(gòu)成，利用化學(xué)能進(jìn)行機(jī)械做功的納米系統(tǒng)。天然分子馬達(dá)：驅(qū)動(dòng)蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，在生物體內(nèi)參與了胞質(zhì)運(yùn)輸、DNA復(fù)制、細(xì)胞分裂、肌肉收縮等一系列重要生物活動(dòng)。,.,分子馬達(dá)不但能夠?yàn)槲磥?lái)的分子機(jī)械提供動(dòng)力，還可使我們更深入地了解一些具有相似結(jié)構(gòu)的生命有機(jī)體，例如肌肉纖維及推動(dòng)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)的紡織錐形鞭毛。,在納米技術(shù)的萌芽階段，科學(xué)家已經(jīng)制造了很多微型器件，但是缺乏驅(qū)動(dòng)它們的馬達(dá)，分子馬達(dá)的研究成果將使納米技術(shù)研究提高到一個(gè)新水平。,世界上最小的馬達(dá)，由78個(gè)原子構(gòu)成（4年的時(shí)間）,.,美國(guó)康納爾大學(xué)：納米直升機(jī)利用ATP酶為分子馬達(dá)的一種可以進(jìn)入人體細(xì)胞的納米機(jī)電設(shè)備。生物分子組件將人體的生物燃料ATP轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量，使得金屬推進(jìn)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速率達(dá)到每秒8圈。有可能完成在人體細(xì)胞內(nèi)發(fā)放藥物等醫(yī)療任務(wù)。,.,4.納米智能藥物,適時(shí)準(zhǔn)確地釋放藥物。微型藥房（硬幣大小，智能化傳感器）具有上千個(gè)藥庫(kù)的微型芯片，每個(gè)小藥庫(kù)里可容納25nl不同藥物。納米智能炸彈可識(shí)別癌細(xì)胞的化學(xué)特征，僅20nm左右，能夠進(jìn)入并摧毀單個(gè)癌細(xì)胞。,.,c.人造紅血球一微米大小的金剛石氧氣容器，內(nèi)部有1000個(gè)大氣壓，泵浦動(dòng)力來(lái)自血清葡萄糖。它輸送氧的能力是同等體積天然紅細(xì)胞的236倍，并維持生物碳活性。貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運(yùn)動(dòng)需要的額外耗氧等。,.,d.納米微粒藥物輸送技術(shù)縮小藥物顆粒尺寸，提高藥物溶解速率，提高難溶性藥物的藥效。不溶的藥物被懸浮在安全的穩(wěn)定劑和賦形劑的懸浮液中，就適合口服或注射了。e.納米陷阱：捕獲病毒使用超小分子，在病毒進(jìn)入細(xì)胞致病前即與病毒結(jié)合，是病毒喪失致病的能力。已捕獲病毒：流感病毒利用納米微粒進(jìn)行細(xì)胞分離、疾病診斷，制成特殊藥物或新型抗體進(jìn)行局部定向治療等。,.,5.細(xì)胞視紫紅質(zhì),紫膜：生長(zhǎng)在極端嗜鹽菌原生質(zhì)膜上的一種物質(zhì)。細(xì)菌視紫紅質(zhì)：在嗜鹽菌紫膜中含有與視覺(jué)中的視紫紅質(zhì)相類似的蛋白質(zhì)，并且紫膜中只有這種唯一的蛋白質(zhì)。可利用光能合成腺苷三磷酸ATP，類似光合作用。也可在無(wú)光情況下進(jìn)行氧化磷酸化，進(jìn)行細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。應(yīng)用：光能轉(zhuǎn)換機(jī)理研究，作為納米生物材料。每公斤近1億美元，相當(dāng)于黃金的1萬(wàn)倍。,.,6.細(xì)胞器納米微型機(jī)器,尺寸小于10納米的超細(xì)微?？梢栽谘苤凶杂梢苿?dòng)。微型醫(yī)用機(jī)器人：多層聚合物黃金外型類似人的手臂，希望能在血液、尿液和細(xì)胞介質(zhì)中工作，可捕捉和移動(dòng)單個(gè)細(xì)胞。機(jī)器人進(jìn)行全身健康檢查和治療，包括疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物等，還可以吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。,.,7.生物分子納米技術(shù)與器件,納米顆粒的穩(wěn)定性受外界環(huán)境影響很大，因此利用反膠束、單分子膜、自組裝等方法制備納米顆粒，以表面活性劑等使顆粒穩(wěn)定?；畹陌雽?dǎo)體：能嗅出生物站所用的毒氣。納米傳感器：探測(cè)單個(gè)活細(xì)胞。,.,尺寸小于10納米的超細(xì)微?？梢栽谘苤凶杂梢苿?dòng)，在目前的微型機(jī)器人世界里，最小的可以注入人的血管，它一步行走的距離僅為5納米。機(jī)器人進(jìn)行全身健康檢查和治療，包括疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物等，還可以吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。,.,4.3藥物的納米化技術(shù),.,1.納米藥物控釋系統(tǒng),藥物的控制釋放：指通過(guò)適當(dāng)?shù)乃幬飩鬏敺绞?，將藥物適時(shí)、適量地應(yīng)用到給定目標(biāo)，并且在傳輸過(guò)程中避免藥物的分解及不必要的預(yù)期外效應(yīng)。通常藥物的控制釋放是將藥物與某種基質(zhì)結(jié)合在一起，使藥物通過(guò)擴(kuò)散等方式在一定的時(shí)間內(nèi)，以某種速率釋放到環(huán)境中。,.,納米藥物控釋系統(tǒng)的應(yīng)用,在惡性腫瘤治療中的應(yīng)用靶向血腦屏障的藥物,.,理想的藥物緩釋系統(tǒng)（血管中）,.,2.納米藥物與制劑,納粒具有最大的溶解度，控制納粒的大小及粒度分布可以達(dá)到控制藥物釋放速率提高功效和藥物有效利用率。如：具有生物活性的各類肽類藥物，如治療Paget和血鈣過(guò)多病的降鈣素、防止手術(shù)接枝排斥提高免疫性的CyclosporinA、治療胰島素依賴性糖尿病的胰島素等。,.,非水溶性的藥物穩(wěn)定的水懸濁液皮下注射，隨血液循環(huán)顆粒納米化，不會(huì)滯塞或阻塞血液循環(huán)系統(tǒng)。氣溶膠噴霧類藥劑如治療哮喘病的藥物，其顆粒大小是決定功效的關(guān)鍵因素，目前顆粒只達(dá)到微米級(jí)。,.,藥物納米化的主要優(yōu)勢(shì)：(1)減小粒徑、控制粒徑分布等可提高藥物的溶解性，使藥物易于吸收；(2)可生物降解；(3)靶向輸運(yùn)；(4)可控釋放；(5)根據(jù)具體用藥的情況而具有如易于透皮吸收、易于穿過(guò)血腦屏障等優(yōu)點(diǎn)。,.,納米藥物的應(yīng)用,抗腫瘤藥物的載體抗生素和抗寄生蟲(chóng)藥物的載體口服藥物的載體眼用藥物的載體靶向腦部給藥的載體靶向骨髓給藥的載體基因藥物或蛋白質(zhì)藥物的載體,.,納米技術(shù)與中藥現(xiàn)代化,目前中藥的主要?jiǎng)┬停簜鹘y(tǒng)劑型（湯劑、丸劑、沖劑）；現(xiàn)代劑型：滴丸、粉針劑和緩釋劑,.,（1）納米中藥的發(fā)展歷史,1998年，華中科技大學(xué)徐碧輝等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把中藥牛黃加工至納米級(jí)水平時(shí)，其理化性質(zhì)發(fā)生了明顯變化，療效提高并獲得了一定的靶向作用。徐碧輝據(jù)此提出了“納米中藥”的概念，并申請(qǐng)了納米中藥技術(shù)的第一個(gè)專利。定義：指運(yùn)用納米級(jí)數(shù)制造的、粒徑小于100nm的中藥有效成分、有效部位、原藥及復(fù)方制劑。,.,（2）納米中藥的特點(diǎn),使中藥制劑標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化；納米中藥的量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)將使傳統(tǒng)中藥的理化性質(zhì)、生物學(xué)活性和藥理學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，從而賦予傳統(tǒng)中藥一些新的藥效，拓展了中藥的應(yīng)用范圍；改善傳統(tǒng)中藥藥物的溶出度，提高生物利用度，增強(qiáng)治療效果，減少用藥量，減少中藥的毒副作用，節(jié)約中藥資源；,.,延長(zhǎng)一些藥性劇烈而藥效時(shí)間較短中藥的作用時(shí)間，如一些辛香走竄的藥物，如，麝香、樟腦、冰片等；可使某些中藥更好地通過(guò)血腦屏障；改變重要的傳統(tǒng)給藥途徑和劑型；對(duì)傳統(tǒng)中藥進(jìn)行納米化處理，有可能使某些重要原有的缺陷得到糾正，療效增加，但也可能適得其反，還可能產(chǎn)生新的藥理效應(yīng)或毒副作用。這種納米化后中藥有效成分和藥效學(xué)的不確定性，將給藥物質(zhì)量的穩(wěn)定可控留下隱患，也開(kāi)辟了重要藥理新的研究方向。,.,（3）納米中藥的研究進(jìn)展,納米粒、納米球、納米囊、納米脂質(zhì)體和納米靶向控釋系統(tǒng)。新工藝、新輔料、新設(shè)備“大、黑、粗”將礦物藥和某些難溶性藥物制成納米級(jí)顆粒，以提高藥物有效成分的溶出率和生物利用度，如納米鈣、雄黃納米粒等。,.,華中科大納米藥物有限公司：人參、鹿茸、珍珠、蘆薈、淮山、千層塔、何首烏、海參、大都、胡蘿卜、重質(zhì)碳酸鈣等，平均粒徑：2060nm。深圳安信納米生物科技有限公司：首創(chuàng)新型抗感染原料藥：廣譜速效納米抗菌顆粒，25nm，具有廣譜、親水、環(huán)保等多種性能，采用純天然礦物質(zhì)，不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。以此為原料藥，開(kāi)發(fā)出創(chuàng)可貼、潰瘍貼等。西安量微生物納米科技股份有限公司：對(duì)植物生理活性成分和有效部位進(jìn)行提取，用超音速干燥技術(shù)制成納米級(jí)包囊。,.,3.生物檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷與治療用納米材料,新型熒光檢測(cè)技術(shù)納米晶量子點(diǎn)鐵氧體納米磁性材料及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)磁性微球在生物分離等方面的應(yīng)用納米磁性材料在腫瘤磁過(guò)熱療法中的應(yīng)用納米生物傳感器,.,局部過(guò)熱療法通過(guò)物理、化學(xué)的作用，在腫瘤病灶區(qū)產(chǎn)生4347過(guò)熱，是腫瘤治療的有效方法之一：如射頻治療、超聲聚焦治療或?qū)崽结樦苯硬迦肽[瘤部位進(jìn)行加熱等。但這些治療方案一般都存在熱效率低、熱場(chǎng)分布不易匹配腫瘤的立體結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。,.,腫瘤細(xì)胞吸收納米鐵顆粒的能力是正常細(xì)胞的8400倍，含納米微粒的腫瘤細(xì)胞在分裂時(shí)仍然含有磁粒。含納米鐵微粒腫瘤細(xì)胞極易受到MFH的殺傷細(xì)胞內(nèi)熱療。將含有磁性納米顆粒的流體（納米磁流體）注入腫瘤部位，被腫瘤細(xì)胞攝入并富集。外加交變磁場(chǎng)使腫瘤部位升溫死亡，但周?chē)恼＝M織不受影響。,.,4.納米醫(yī)學(xué)造影材料磁共振成像MRI,優(yōu)勢(shì)：（1）顆粒具有納米尺度，磁化率等磁學(xué)性質(zhì)更好；（2）納米微?？稍谏眢w的一些特定部分內(nèi)富集，達(dá)到被動(dòng)靶向的目的；（3）納米材料可相對(duì)容易的進(jìn)入細(xì)胞，并可能特異性地與一些細(xì)胞器相作用或相結(jié)合，為今后開(kāi)展更高分辨率的成像研究奠定基礎(chǔ)。缺點(diǎn)：（1）價(jià)格昂貴（2）大部分納米材料作為醫(yī)學(xué)造影劑的長(zhǎng)期安全性。,.,5.分子生物芯片,能對(duì)生物成分或生物分子進(jìn)行快速并行處理和分析的厘米見(jiàn)方的固體薄型器件。生物電子芯片凝膠元件微陣列芯片藥物控釋芯片毛細(xì)管電泳芯片PCR擴(kuò)增芯片集成DNA分析芯片生物傳感芯片毛細(xì)管電層析芯片,.,6.口腔醫(yī)學(xué)納米材料,牙釉質(zhì)：天然的具有納米結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成的硬組織器官。天然牙體中納米級(jí)的羥基磷灰石顆粒與膠原蛋白等活性物質(zhì)的復(fù)合物賦予了牙組織的特異的高強(qiáng)、耐磨等生理功能。,.,納米化陶瓷與牙科陶瓷材料,全瓷冠橋修復(fù)系統(tǒng)與納米氧化鋁牙科陶瓷納米碳與牙釉質(zhì)修復(fù)材料復(fù)合納米牙科充填材料納米復(fù)合黏結(jié)劑與防齲材料,.,納米材料與口腔疾病治療,納米材料與口腔頜面骨缺損治療納米HAp：比表面大，陶瓷韌性極佳納米HAp與聚酰胺，納米磷酸鈣/膠原復(fù)合人工骨材料,.,（2）納米材料及技術(shù)與口腔頜面惡性腫瘤治療惡性腫瘤磁性納米粒子磁導(dǎo)靶向化療與熱療惡性腫瘤頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶靶向納米治療（3）牙科麻醉劑投藥和牙本質(zhì)過(guò)敏的治療無(wú)痛麻醉，永久治療過(guò)敏,.,納米生物醫(yī)藥材料的發(fā)展方向,納米生物醫(yī)用材料“部件”與納米醫(yī)用無(wú)機(jī)材料及晶體結(jié)構(gòu)“部件”相結(jié)合，由納米微電子控制的納米機(jī)器人。尺寸比人體紅細(xì)胞??；藥物可以制成納米尺寸，直接注射到病變部位，大大提高醫(yī)療效果，減少副作用；而藥物的器官靶向化，藥物的細(xì)胞內(nèi)靶向化將會(huì)成為最熱門(mén)的課題；,.,3.納米生物醫(yī)藥材料將會(huì)使介入個(gè)性診斷和治療向微型，微量，微創(chuàng)或無(wú)創(chuàng)，快速，功能性和智能化的方向發(fā)展；4.納米生物醫(yī)藥材料作為藥物的控釋系統(tǒng)具有光明的應(yīng)用前景，在基因工程迅速發(fā)展的今天，納米材料作為基因載體將是今后很長(zhǎng)時(shí)間的研究重點(diǎn)；5.模擬人體組織成分，結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的納米生物活性仿生醫(yī)用復(fù)合材料是一個(gè)非常重要的研究方向。,.,納米材料可能對(duì)人體有害,納米材料納米材料體積非常小，同樣質(zhì)量下納米顆粒將比微米顆粒的數(shù)量多得多，與細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)的機(jī)會(huì)更大，更易引起病變。納米材料很小，可以幾乎不受阻礙地進(jìn)入細(xì)胞，從而有可能進(jìn)入人的神經(jīng)系統(tǒng)，影響人的大腦，導(dǎo)致一些更嚴(yán)重的疾病和后果。,.,潛在危險(xiǎn)易爆炸。納米材料具有反常特性，原