生物醫(yī)學(xué)工程論文

磁性納米材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用功能材料2012-1黃2012441113指導(dǎo)老:劉摘要磁性納米生物材料是將納米材料和生物材料交叉起來組成的一個(gè)全新的材料領(lǐng)域材料在醫(yī)學(xué)上有著相當(dāng)誘人的并且廣泛的應(yīng)用前景將要針對(duì)磁性納米材料目前的研究以及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用做出比較全面的講述望納米生物材料在醫(yī)學(xué)上的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞磁性納米生物材料；醫(yī)學(xué)；應(yīng)用SeveralNano-BiomaterialsforMedicalApplicationFunctionalMaterials2012-1HuangZhuo：Abstract:Biomaterialandnano-materialcompriseabran-newfieldwhatnano-biomaterialhasacomparativelyattractiveandcomprehensivemedicalapplicationprospect[1].Inthispaper,currentresearchesapplicationsofnano-biomaterialwillbereviewedallround.Andthedevelopmentaltendencynano-biomaterialsaboutmedicineisalsoforecasted[2].Keywords:magneticnano-biomaterial;medicine;application一、前言納米材料由于具有以下一些特點(diǎn)：①小尺寸效應(yīng)（結(jié)構(gòu)單元或特征維度尺寸在納米數(shù)量級(jí)，即1～在大量的界面或自由表面各納米單元之間存在一定的相互作用；④具有磁導(dǎo)向性能低性、生相溶性、可注射性等越來越受到生物醫(yī)學(xué)工作者的肯定和關(guān)注由于納米材料結(jié)構(gòu)特殊性使納米材料具有一些獨(dú)特的效應(yīng)主要表現(xiàn)為表面或界面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)而性能上與相同組成的微米材料有非常顯著的差異有許多優(yōu)異的性能和全新的功3]。當(dāng)鐵磁材料的粒子處于單籌尺寸時(shí)頑力將呈現(xiàn)極大值粒子進(jìn)入超順磁性狀態(tài)這些特殊性能使各種磁性納米粒子的制備方法及性質(zhì)的研究越來越受到重視始純納米粒子為研究對(duì)象制工藝幾乎都采用化學(xué)沉積法。后來，出現(xiàn)了許多新的制備方法化學(xué)法和物理方法兩種及兩種以上相結(jié)合的方法制備具有特殊性能的磁性納米材料性納米材料具有許多不同于常規(guī)材料的獨(dú)特效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)表面效應(yīng)小寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等效應(yīng)使磁性納米粒子具有不同于常規(guī)材料的聲、熱、敏感特性4]當(dāng)磁性納米粒子的粒徑小于其超順磁性臨界尺寸時(shí)，粒子進(jìn)入超順磁性狀態(tài)無頑力和剩磁眾周對(duì)于塊狀磁性材料其內(nèi)往往形成多籌結(jié)構(gòu)以降低體系的退磁場(chǎng)能米粒子尺寸處于單籌臨界尺寸時(shí)具有高的矯頑力尺效應(yīng)和表面效應(yīng)導(dǎo)致磁性納米粒子具有較低的居里溫度納粒子的飽和磁化強(qiáng)度比常規(guī)材料低，并且其飽和磁化強(qiáng)度隨粒徑的減小而減小粒子尺寸降低到納米量級(jí)時(shí)性料甚至?xí)l(fā)生磁性相變磁納米材料也有良好的磁導(dǎo)向性好的生物相容性生降解性和活性能基團(tuán)等特點(diǎn)，它可結(jié)合各種功能分子，如酶、抗體、細(xì)胞或RNA等因而在靶向藥物控釋放酶固定化疫測(cè)定和胞的分離與分類域有廣泛的應(yīng)用。近十幾年來，科學(xué)工作者對(duì)磁性納米粒子進(jìn)行各種化學(xué)的、物理的、生物的表面修飾出各種各樣的不同用途的具生物活性功能基團(tuán)的納米磁粒地拓寬了納米磁粒在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用范圍。本文擬就近幾年來納米磁粒在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的主要進(jìn)展概述如。二、磁性納米粒子在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

（）瘤的熱腫瘤熱療是腫瘤治療技術(shù)中的一個(gè)非常重要的方法粒用于腫瘤熱（磁致熱療治療癌癥是因?yàn)榇帕Ｔ诖艌?chǎng)的引導(dǎo)下靶向病變部位同在交變磁場(chǎng)的作用下磁滯后效應(yīng)而產(chǎn)生熱量將富有磁粒的腫瘤部位加熱到43～℃間，選擇性殺死癌細(xì)胞同時(shí)又不傷害正常細(xì)胞。該方面有所進(jìn)展的例子是A.Jordan博領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)用糖衣包裹氧化鐵粒子偽裝后可成功逃過人體免細(xì)胞的攻擊而安然進(jìn)入腫瘤組織內(nèi)加上交換磁場(chǎng)在維持治療部位45～℃溫度下氧化鐵粒子便可殺死腫瘤細(xì)胞，臨近的健康組織卻不受到明顯影響有人結(jié)合細(xì)胞免疫技采用磁性陽離子脂質(zhì)體對(duì)小鼠的瘤灶進(jìn)行熱療使小鼠的瘤塊消退磁流體熱療與放療結(jié)合起來對(duì)移植性前列腺的哥本哈根老鼠模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在第一個(gè)療程，熱療溫度可達(dá)到42～℃兩個(gè)療程后與對(duì)照組比較，抑制腫瘤增生87%～顏巖等采用Fe2O3納磁流體對(duì)小鼠熱療實(shí)驗(yàn)顯納米磁流體熱療對(duì)肝癌的體積和質(zhì)量有明顯的抑制作[6]。（）瘤的栓治療血管栓塞術(shù)已廣泛應(yīng)用于臨床腫瘤的治療其用于晚期肝腎惡性腫瘤的治療磁性微納米球栓塞技術(shù)是采用微納米磁性顆粒做栓塞劑場(chǎng)的引導(dǎo)下有利于靶向進(jìn)入病灶部位并滯留于末梢血管床而不再通過其它通路進(jìn)入靜脈循環(huán)引起栓塞失敗或異位栓塞納米球栓塞還可結(jié)合化療、熱療、放療等方法一起施行，提高其治療效果采用有機(jī)硅管模擬血管，探討了體外腫瘤栓塞治療中的磁流體濃度、流速、磁場(chǎng)參數(shù)等示當(dāng)磁流體流速小于0.12m/min時(shí)阻塞小動(dòng)脈血管栓塞和熱療結(jié)合起來荷瘤家兔的肝動(dòng)脈灌注氧化鐵碘化油混懸液在場(chǎng)阻塞血管并交變電流測(cè)瘤組織的溫度變化和組織內(nèi)的鐵含量發(fā)現(xiàn)升溫速率為0.5℃～℃升穩(wěn)速率與鐵含量成正相關(guān)亞等探討四氧化三鐵微粒與碘化油混懸液對(duì)兔腎動(dòng)脈的栓塞作用和導(dǎo)向作用機(jī)制四氧化三鐵微粒與碘化油混懸液對(duì)兔腎動(dòng)脈栓塞效果好，無明顯毒副反應(yīng)；栓塞過程中Fe3O4微栓塞腫瘤臨床作用與療效，結(jié)果顯示Fe3O4微具有緩慢性栓塞，可避免和減少栓塞后對(duì)正常組織的損傷降栓塞后并發(fā)過后外科手術(shù)切除病理證實(shí)腫瘤側(cè)枝形成瘤壞死徹底。（）瘤的基治療近年來，腫瘤基因治療因其具有特異性全有效性的特點(diǎn)而受到越來越多的關(guān)注，而且許多臨床研究取得了滿意的效果有靶向細(xì)胞轉(zhuǎn)移目的基因的載體系統(tǒng)是基因治療研究必不可少的一個(gè)重要方面前床試驗(yàn)中所用的載體一般有兩類毒載體和非病毒載體非病毒載體較病毒載體更安全而成為較佳的選擇瘤基因治療中用到的非病毒載體主要分為：脂質(zhì)體、脂質(zhì)復(fù)合物、陽離子多聚物、磁性納米粒子等。把經(jīng)便面修飾的磁性納米粒與日本血凝病毒殼蛋白結(jié)合提高其轉(zhuǎn)入細(xì)胞的轉(zhuǎn)染效率娟等探討了氧化鐵納米顆粒作為體外基因載體的可行性及其外加磁場(chǎng)對(duì)于其轉(zhuǎn)染效率的影響鐵納米顆?？蓪⑼庠椿蜣D(zhuǎn)染至多個(gè)細(xì)胞系并高效表達(dá)同細(xì)胞系的轉(zhuǎn)染效率和時(shí)間各不相同加磁場(chǎng)可使轉(zhuǎn)染效率提高～10倍。（）性納米粒對(duì)蛋白酶的吸附及固定化生物高分子例如酶等都具有很多官能團(tuán)以通過物理吸附交聯(lián)共價(jià)偶合等方式將他們固定在磁性顆粒的表面。用磁性納米顆粒固定化酶的有點(diǎn)是：易于將酶與底物和產(chǎn)物分離；可提高酶的生物相容性和免疫活性；能提高酶的穩(wěn)定性，且操作簡單、成本較低。制備吸附蛋白酶的磁性高分子顆粒的過程可以概括為備磁流體對(duì)流體中的磁性納米顆粒用大分子包覆或聯(lián)結(jié)形成的磁性高分子載體可用作親和吸附的磁性親和載體為酶的固定化載體性高分子顆粒有利于固定化酶從反應(yīng)體系中分離和回收可利用外部磁場(chǎng)控制磁性材料固定化酶的運(yùn)動(dòng)和方向而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械攪拌方式高定化

酶的催化效率高子顆粒為美的固定化載體還具有以下優(yōu)點(diǎn)化酶可重復(fù)使用，降低成本；可提高酶的穩(wěn)定性，改善酶的生物相容性、免疫活性、親疏水性；分離及回收，操作簡單，適合大規(guī)模連續(xù)化操9]。三、磁性納米材料在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上存在的問題及展望目前的磁性納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究才剛剛起步著性納米材料的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的推進(jìn)何批量的產(chǎn)質(zhì)量可靠穩(wěn)定的磁性納米材料何生產(chǎn)過程中簡化生產(chǎn)步驟，降低成本，以期望大規(guī)模臨床應(yīng)10]。磁性納米材料在生物醫(yī)學(xué)方面已表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)有潛在的應(yīng)用前景著分子材料學(xué)、電磁學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物工程學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展加推動(dòng)對(duì)磁性納米材料的基礎(chǔ)研究和在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究工作，使之進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。參考文獻(xiàn)：[1]TakeshiKbayashi,etal.JBiosciBioeng,2005,100(1)：～[2]MarxJ,Sci