納米在生物醫(yī)藥、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用

1、 納米在生物、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用使得現(xiàn)代醫(yī)納米在生物、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用使得現(xiàn)代醫(yī)學(xué)有了較大的發(fā)展空間，使人們在對生命探學(xué)有了較大的發(fā)展空間，使人們在對生命探索、治療疾病、衛(wèi)生保健等方面有了進(jìn)一步索、治療疾病、衛(wèi)生保健等方面有了進(jìn)一步的發(fā)展。國際社會(huì)納米生物技術(shù)的研究范圍的發(fā)展。國際社會(huì)納米生物技術(shù)的研究范圍注意涉及納米生物材料、藥物和基因運(yùn)轉(zhuǎn)納注意涉及納米生物材料、藥物和基因運(yùn)轉(zhuǎn)納米載體、納米生物相容性人工器官、納米生米載體、納米生物相容性人工器官、納米生物傳感器和成像技術(shù)，以及利用掃描探針顯物傳感器和成像技術(shù)，以及利用掃描探針顯微鏡分析蛋白質(zhì)和微鏡分析蛋白質(zhì)和DNA的結(jié)構(gòu)與功能等重的結(jié)構(gòu)與功能等重要領(lǐng)

2、域。要領(lǐng)域。 目前，國際上納米生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域目前，國際上納米生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究已取得一定的進(jìn)展。美國、日本、德的研究已取得一定的進(jìn)展。美國、日本、德國等國家均已將納米生物技術(shù)作為國等國家均已將納米生物技術(shù)作為21世紀(jì)世紀(jì)的科研優(yōu)先項(xiàng)目予以重點(diǎn)發(fā)展。的科研優(yōu)先項(xiàng)目予以重點(diǎn)發(fā)展。 納米生物材料是指用于對生物材料進(jìn)納米生物材料是指用于對生物材料進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)納米材料。器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)納米材料。 納米生物材料可以分為兩類納米生物材料可以分為兩類 :一種是適一種是適合于生物體內(nèi)應(yīng)用的納米材料，它

3、本身既合于生物體內(nèi)應(yīng)用的納米材料，它本身既可以是具有生物活性的，也可以是不具有可以是具有生物活性的，也可以是不具有生物活性的，而僅僅易于被生物體所接受，生物活性的，而僅僅易于被生物體所接受，且不引起不良反應(yīng)；另一類是利用生物分且不引起不良反應(yīng)；另一類是利用生物分子的特性而發(fā)展的新型納米材料，它們可子的特性而發(fā)展的新型納米材料，它們可能不再被用于生物體，而被用于其他納米能不再被用于生物體，而被用于其他納米技術(shù)或微制造。技術(shù)或微制造。 在納米生物材料研究中，目前研究的熱在納米生物材料研究中，目前研究的熱點(diǎn)和已有較好基礎(chǔ)及做出實(shí)質(zhì)性成果的是點(diǎn)和已有較好基礎(chǔ)及做出實(shí)質(zhì)性成果的是藥物納米載體和納米顆粒基

4、因轉(zhuǎn)移技術(shù)。藥物納米載體和納米顆?；蜣D(zhuǎn)移技術(shù)。這種技術(shù)是以納米顆粒作為藥物和基因轉(zhuǎn)這種技術(shù)是以納米顆粒作為藥物和基因轉(zhuǎn)移載體，將藥物、移載體，將藥物、DNA和和RNA等基因治療等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時(shí)也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，同時(shí)也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，如特異性配體、單克隆抗體等，通過靶向如特異性配體、單克隆抗體等，通過靶向分子與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞分子與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向性藥物和基因治療。靶向性藥物和基因治療。

5、 納米生物材料對人類有著重要作用，納納米生物材料對人類有著重要作用，納米材料有許多不同于塊體材料的性質(zhì)，這米材料有許多不同于塊體材料的性質(zhì)，這些性質(zhì)使得納米生物材料有著獨(dú)特的作用，些性質(zhì)使得納米生物材料有著獨(dú)特的作用，因此，世界許多國家都展開對納米生物材因此，世界許多國家都展開對納米生物材料的研究。納米生物技術(shù)是目前國際生物料的研究。納米生物技術(shù)是目前國際生物技術(shù)領(lǐng)域的最前沿的研發(fā)熱點(diǎn)，美國、日技術(shù)領(lǐng)域的最前沿的研發(fā)熱點(diǎn)，美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家已將納米生物技術(shù)列本、德國等發(fā)達(dá)國家已將納米生物技術(shù)列入其國家重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，斥巨資投入該項(xiàng)入其國家重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，斥巨資投入該項(xiàng)研究。納米生物技術(shù)的迅

6、速發(fā)展，為其在研究。納米生物技術(shù)的迅速發(fā)展，為其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了機(jī)遇。生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了機(jī)遇。 目前，在國際納米研究處于領(lǐng)先的國家目前，在國際納米研究處于領(lǐng)先的國家有美國、日本、德國、中國等，美國將納米有美國、日本、德國、中國等，美國將納米生物醫(yī)藥列為突破重點(diǎn)，主要內(nèi)容為：在分生物醫(yī)藥列為突破重點(diǎn)，主要內(nèi)容為：在分子生物學(xué)中的應(yīng)用、疾病早期檢測和治療、子生物學(xué)中的應(yīng)用、疾病早期檢測和治療、納米藥物運(yùn)輸、納米仿生、組織工程中的關(guān)納米藥物運(yùn)輸、納米仿生、組織工程中的關(guān)鍵納米技術(shù)、人機(jī)通訊中的納米技術(shù)。日本鍵納米技術(shù)、人機(jī)通訊中的納米技術(shù)。日本憑借其發(fā)達(dá)的半導(dǎo)體精細(xì)加工技術(shù)以及產(chǎn)憑借

7、其發(fā)達(dá)的半導(dǎo)體精細(xì)加工技術(shù)以及產(chǎn)學(xué)合作的競爭優(yōu)勢，在納米器件、復(fù)合納米學(xué)合作的競爭優(yōu)勢，在納米器件、復(fù)合納米結(jié)構(gòu)以及分子電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域均處于全球領(lǐng)結(jié)構(gòu)以及分子電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域均處于全球領(lǐng)先地位，其納米生物技術(shù)的研究重點(diǎn)包括對先地位，其納米生物技術(shù)的研究重點(diǎn)包括對體內(nèi)病灶進(jìn)行診斷和治療的微型系統(tǒng)、納米體內(nèi)病灶進(jìn)行診斷和治療的微型系統(tǒng)、納米仿生材料。仿生材料。 德國在納米材料、納米測量技術(shù)、超薄德國在納米材料、納米測量技術(shù)、超薄膜的研發(fā)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，其納米生物膜的研發(fā)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，其納米生物技術(shù)的研究重點(diǎn)包括：先進(jìn)的藥物傳遞方式、技術(shù)的研究重點(diǎn)包括：先進(jìn)的藥物傳遞方式、生物分子或復(fù)合物的

8、處理操縱和探測、具有生物分子或復(fù)合物的處理操縱和探測、具有生物實(shí)體的納米電子學(xué)、生物實(shí)體界面的研生物實(shí)體的納米電子學(xué)、生物實(shí)體界面的研究生物實(shí)體的電子探測。中國開始研究納米究生物實(shí)體的電子探測。中國開始研究納米技術(shù)在時(shí)間上幾乎與國外同步，中國納米生技術(shù)在時(shí)間上幾乎與國外同步，中國納米生物技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)為：用于治療惡性腫瘤的物技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)為：用于治療惡性腫瘤的納米靶向藥物載體、醫(yī)用納米生物材料、納納米靶向藥物載體、醫(yī)用納米生物材料、納米生物傳感器、納米肥料和農(nóng)藥。米生物傳感器、納米肥料和農(nóng)藥。 目前納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到目前納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)、

9、臨床廣泛的應(yīng)用，在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)方面，納米材料作用的發(fā)醫(yī)學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)方面，納米材料作用的發(fā)揮都已不容忽視。納米材料在生物醫(yī)學(xué)中揮都已不容忽視。納米材料在生物醫(yī)學(xué)中檢測、診斷。藥物治療以及健康預(yù)防等方檢測、診斷。藥物治療以及健康預(yù)防等方面都取得了很好的發(fā)展面都取得了很好的發(fā)展 生物醫(yī)學(xué)起源于診斷，沒有很好的診斷手段就生物醫(yī)學(xué)起源于診斷，沒有很好的診斷手段就沒有很好的治療和預(yù)防，目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)沒有很好的治療和預(yù)防，目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，診斷手段越來越高明、先進(jìn)，得到了前所未展，診斷手段越來越高明、先進(jìn)，得到了前所未有的發(fā)展。納米材料在檢驗(yàn)診斷中主要應(yīng)用于三有的發(fā)展。納

10、米材料在檢驗(yàn)診斷中主要應(yīng)用于三個(gè)方面：個(gè)方面：利用納米材料跟蹤生物體內(nèi)活動(dòng)，對利用納米材料跟蹤生物體內(nèi)活動(dòng)，對生物體內(nèi)元素的積累和排除作出判斷。生物體內(nèi)元素的積累和排除作出判斷。利用納利用納米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng)對疾病進(jìn)行早期診斷。米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng)對疾病進(jìn)行早期診斷。利用納米材料的特性去化驗(yàn)檢測試樣從而輔助利用納米材料的特性去化驗(yàn)檢測試樣從而輔助治療。治療。 在具體應(yīng)用方面的典型有量子點(diǎn)的熒光效應(yīng)、在具體應(yīng)用方面的典型有量子點(diǎn)的熒光效應(yīng)、磁性納米材料的磁效應(yīng)、納米材料的吸附作用等磁性納米材料的磁效應(yīng)、納米材料的吸附作用等等。等。 納米生物材料，具有生物兼容性、可生物降解、藥物緩納米生

11、物材料，具有生物兼容性、可生物降解、藥物緩釋和藥物靶向傳遞等良好特性已在藥物治療方面取得了很釋和藥物靶向傳遞等良好特性已在藥物治療方面取得了很大成功。大成功。 藥物納米載體具有高度靶向、藥物控制釋放、提高難溶藥物納米載體具有高度靶向、藥物控制釋放、提高難溶藥物的溶解率和吸收率優(yōu)點(diǎn)，提高藥物療效和降低毒副作藥物的溶解率和吸收率優(yōu)點(diǎn)，提高藥物療效和降低毒副作用。納米顆粒作為基因載體具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：納米顆用。納米顆粒作為基因載體具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：納米顆粒能包裹、濃縮、保護(hù)核苷酸，使其免遭核酸酶的降解；粒能包裹、濃縮、保護(hù)核苷酸，使其免遭核酸酶的降解；比表面積大，具有生物親和性，易于在其表面耦聯(lián)

12、特異性比表面積大，具有生物親和性，易于在其表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，實(shí)現(xiàn)基因治療的特異性；在循環(huán)系統(tǒng)中的循的靶向分子，實(shí)現(xiàn)基因治療的特異性；在循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)時(shí)間較普通顆粒明顯延長，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)象普通顆環(huán)時(shí)間較普通顆粒明顯延長，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)象普通顆粒那樣迅速地被吞噬細(xì)胞清除；讓核苷酸緩慢釋放，有效粒那樣迅速地被吞噬細(xì)胞清除；讓核苷酸緩慢釋放，有效地延長作用時(shí)間，并維持有效的產(chǎn)物濃度，提高轉(zhuǎn)染效率地延長作用時(shí)間，并維持有效的產(chǎn)物濃度，提高轉(zhuǎn)染效率和轉(zhuǎn)染產(chǎn)物的生物利用度；代謝產(chǎn)物少，副作用小，無免和轉(zhuǎn)染產(chǎn)物的生物利用度；代謝產(chǎn)物少，副作用小，無免疫排斥反應(yīng)等。疫排斥反應(yīng)等。 磁性納米顆粒作

13、為藥物載體，在外磁場的引導(dǎo)下集中于病磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導(dǎo)下集中于病患部位，進(jìn)行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用?；疾课唬M(jìn)行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進(jìn)行如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進(jìn)行免疫學(xué)的間接凝聚實(shí)驗(yàn)，用于快速診斷。生物降解性高分子免疫學(xué)的間接凝聚實(shí)驗(yàn)，用于快速診斷。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統(tǒng)和肝臟分解而位，這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統(tǒng)和肝臟

14、分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學(xué)院的代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已研制成以用生物降解性聚乳酸（科學(xué)家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片）制的微芯片為基礎(chǔ)，能長時(shí)間配選精確劑量藥物的藥物投送系統(tǒng)，并已為基礎(chǔ)，能長時(shí)間配選精確劑量藥物的藥物投送系統(tǒng)，并已被批準(zhǔn)用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子被批準(zhǔn)用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子（NPs）在基因治療中的）在基因治療中的DNA載體以及半衰期較短的大分子載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質(zhì)、多肽、基因等活性物質(zhì)的口服釋放載體方面藥物如蛋白質(zhì)、多肽、基因等活性物質(zhì)的口

15、服釋放載體方面具有廣闊的應(yīng)用前景。藥物納米載體技術(shù)將給惡性腫瘤、糖具有廣闊的應(yīng)用前景。藥物納米載體技術(shù)將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。 Ag+可使細(xì)胞膜上蛋白失去活性從而殺死細(xì)菌，添加納可使細(xì)胞膜上蛋白失去活性從而殺死細(xì)菌，添加納米銀粒子制成的醫(yī)用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、米銀粒子制成的醫(yī)用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細(xì)菌有較好抑制作余種外科感染細(xì)菌有較好抑制作用。用。 智能智能靶向藥物靶向藥物 在超臨界高壓下細(xì)胞會(huì)在超臨界高壓下細(xì)胞會(huì)“變軟變軟”，而納米生化材料微小，而納米生

16、化材料微小易滲透，使醫(yī)藥家能改變細(xì)胞基因，因而納米生化材料最易滲透，使醫(yī)藥家能改變細(xì)胞基因，因而納米生化材料最有前景的應(yīng)用是基因藥物的開發(fā)。德國柏林醫(yī)療中心將鐵有前景的應(yīng)用是基因藥物的開發(fā)。德國柏林醫(yī)療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細(xì)胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時(shí)溫度達(dá)部位，使癌細(xì)胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時(shí)溫度達(dá)到到47，慢慢殺死癌細(xì)胞。這種方法已在老鼠身上進(jìn)行的，慢慢殺死癌細(xì)胞。這種方法已在老鼠身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中獲得了初步成功。美國密歇根大學(xué)正在研制一種僅實(shí)驗(yàn)中獲得了初步成功。美國密歇根大學(xué)正在研制

17、一種僅20 nm的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細(xì)胞化學(xué)特征攻的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細(xì)胞化學(xué)特征攻擊癌細(xì)胞，甚至可鉆入單個(gè)細(xì)胞內(nèi)將它炸毀。擊癌細(xì)胞，甚至可鉆入單個(gè)細(xì)胞內(nèi)將它炸毀。 3.1用納米材料進(jìn)行細(xì)胞分離用納米材料進(jìn)行細(xì)胞分離 利用納米復(fù)合體性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶利用納米復(fù)合體性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應(yīng)的特性進(jìn)行細(xì)胞分離在醫(yī)療臨床診斷上有廣闊的應(yīng)液反應(yīng)的特性進(jìn)行細(xì)胞分離在醫(yī)療臨床診斷上有廣闊的應(yīng)用前景。用前景。20世紀(jì)世紀(jì)80年代后，人們便將納米年代后，人們便將納米SiO2包覆粒子均包覆粒子均勻分散到含有多種細(xì)胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使勻分散到含有多種

18、細(xì)胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細(xì)胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功所需要的細(xì)胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運(yùn)用于單細(xì)胞分離、基因突變分析、基因擴(kuò)增與免疫分析運(yùn)用于單細(xì)胞分離、基因突變分析、基因擴(kuò)增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細(xì)胞內(nèi)部信號的傳感器）。（如在癌癥等臨床診斷中作為細(xì)胞內(nèi)部信號的傳感器）。倫敦的兒科醫(yī)院、挪威工科大學(xué)和美國噴氣推進(jìn)研究所利倫敦的兒科醫(yī)院、挪威工科大學(xué)和美國噴氣推進(jìn)研究所利用納米磁性粒子成功地進(jìn)行了人體骨骼液中癌細(xì)胞的分離用納米磁性粒子成功地進(jìn)行了人體骨骼液中癌細(xì)胞的分離來治療病患者。美國科學(xué)家正在研究用這種技術(shù)在腫瘤早來治療病患者。美

19、國科學(xué)家正在研究用這種技術(shù)在腫瘤早期的血液中檢查癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。期的血液中檢查癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。 在最近的十年中在最近的十年中,隨著納米材料在癌癥治隨著納米材料在癌癥治療、細(xì)胞顯影和疾病檢測方面的應(yīng)用療、細(xì)胞顯影和疾病檢測方面的應(yīng)用,由此由此誕生了一個(gè)新的領(lǐng)域誕生了一個(gè)新的領(lǐng)域生物納米技術(shù)。生物納米技術(shù)。生物納米技術(shù)是指在納米尺度上認(rèn)識生物生物納米技術(shù)是指在納米尺度上認(rèn)識生物分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系,并在此并在此基礎(chǔ)上按研究者的意愿組合、裝配基礎(chǔ)上按研究者的意愿組合、裝配,創(chuàng)造出創(chuàng)造出滿足人們意愿并行使特定功能的生物納米滿足

20、人們意愿并行使特定功能的生物納米機(jī)器。機(jī)器。 美國哥倫比亞大學(xué)科學(xué)家成功研制出一種由美國哥倫比亞大學(xué)科學(xué)家成功研制出一種由DNA分子構(gòu)成的分子構(gòu)成的“納米蜘蛛納米蜘蛛”微型機(jī)微型機(jī)器人，它們能夠跟隨器人，它們能夠跟隨DNA的運(yùn)行軌跡自由地行走、的運(yùn)行軌跡自由地行走、 移動(dòng)、轉(zhuǎn)向以及停止，并且它們移動(dòng)、轉(zhuǎn)向以及停止，并且它們 能夠自由地在二維物體的表面行走。能夠自由地在二維物體的表面行走。據(jù)悉，這種據(jù)悉，這種“納米蜘蛛納米蜘蛛”機(jī)器人的大小僅有機(jī)器人的大小僅有4納米，比人類頭發(fā)直徑的十萬分之一納米，比人類頭發(fā)直徑的十萬分之一還小。該還小。該“納米蜘蛛納米蜘蛛”機(jī)器人的發(fā)明是對幾年前機(jī)器人的發(fā)明是對幾年前“蜘蛛分子蜘蛛分子”機(jī)器人的改進(jìn)與升級，機(jī)器人的改進(jìn)與升級，其功能更加強(qiáng)大，這種納米機(jī)器人不僅能夠自由地在二維物體的表面行走，而且還能其功能更加強(qiáng)大，這種納米機(jī)器人不僅能夠自由地在二維物體