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　　摘要：本文評述了納米材料在生物醫學領域的最新應用及研究狀況,介紹了納米生物材料所具有的特殊性能,以及納米材料在國內外的應用實例和產業發展現狀發展情況,并對其前景進行了展望。

　　關鍵詞：納米材料;生物醫學;應用

　　納米材料與生物體在尺寸上有著密切的關系，例如，構成生命要素之一的核糖核酸蛋白質復合體的線度在15-20nm之間，生物體內各種病毒的尺寸也在納米尺度范圍。納米技術的誕生使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子水平，使人類按照自己的意志操縱單個原子成為可能。納米生物醫用材料就是納米材料與生物醫用材料的交叉,將納米微粒與其他材料相復合制成各種各樣的復合材料。

　　一.納米生物醫學材料的分類

　　按照材料科學的分類方法，納米生物醫學材料可以分為納米金屬生物材料、納米無機非金屬生物材料、納米高分子生物材料、納米復合生物材料幾種。但是按照其在生物醫學領域的應用則可分為：細胞分離用納米材料、細胞內部染色用納米材料、抗菌及創傷敷料用納米材料、組織工程中的納米生物材料、生物活性材料幾種，本文將照此分類進行介紹。

　　1.細胞分離用納米材料

　　病毒尺寸一般約80～100nm，細菌為數百納米，而細胞則更大，因此利用納米復合粒子性能穩定、不與膠體溶液反應且易實現與細胞分離等特點，可將納米粒子應用于診療中進行細胞分離。該方法同傳統方法相比，具有操作簡便、費用低、快速、安全等特點。美國科學家用納米粒子已成功地將孕婦血樣中微量的胎兒細胞分離出來，從而簡便、準確地判斷出胎兒細胞中是否帶有遺傳缺陷。

　　2.細胞內部染色用納米材料

　　利用不同抗體對細胞內各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異，選擇抗體種類，將納米金粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合,制備成多種納米金/抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現某種特征顏色(如10nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色)，從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標簽，因而為提高細胞內組織的分辨率提供了一種急需的染色技術。

　　3.抗菌及創傷敷料用納米材料

　　按抗菌機理，納米抗菌材料分為三類:一類是Ag+系抗菌材料，其利用Ag+可使細胞膜上的蛋白失活，從而殺死細菌。在該類材料中加入鈦系納米材料和引入Zn2+、Cu+等可有效地提高其的綜合性能;第二類是ZnO、TiO2等光觸媒型納米抗菌材料，利用該類材料的光催化作用，與H2O或OH-反應生成一種具有強氧化性的羥基以殺死病菌;第三類是C-18A°納米蒙脫土等無機材料，因其內部有特殊的結構而帶有不飽和的負電荷，從而具有強烈的陽離子交換能力，對病菌、細菌有強的吸附固定作用，從而起到抗菌作用。

　　二.納米生物醫學材料的應用

　　上文介紹了納米生物材料的應用分類，下面就通過一些具體實例來進一步說明納米材料在生物醫學領域的應用。

　　1納米人工紅細胞

　　我們知道，腦細胞缺氧6～10分鐘即出現壞死，內臟器官缺氧后也會呈現衰竭。納米人工紅細胞的原理是用一個可以雙向旋轉渦軸的選通柵門來控制氧氣從小球中釋放,通過調節渦軸旋轉的速度和方向，使小球內的氧氣根據人體需氧的多少以一定的速率釋放到外部血液中，同時使供氧裝置在富氧的地方具有吸收氧氣的功能而在需氧的地方具有釋放氧氣的功能;同理，它還必須能在適當的地方吸收和釋放二氧化碳。初步設計的人工納米紅細胞是一個金剛石的氧氣容器，內部有1000個大氣壓，泵動力來自血清葡萄糖，它輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的233倍,并具有生物碳活性。它可以應用于貧血的局部治療、人工呼吸、肺衰竭和體育運動需要的額外耗氧等。

　　2納米人工線粒體

　　當細胞中的線粒體部分失去功能的時候，再來增加氧供給水平，并不一定能使組織有效地恢復，這時就需要直接釋放三磷腺苷同時伴隨著有選擇地釋放和吸收其他的一些代謝產物，后者是迅速恢復組織功能的有效手段。人工線粒體裝置，如同前面的供氧裝置一樣，只不過在這里釋放的是三磷腺苷而不是氧。

　　3納米人工眼球

　　我國四川大學研制的納米人工眼球通過電脈沖刺激大腦神經，使患者可“看”到外部的精彩世界。納米眼球的外殼是用納米材料制成，納米材料是一種活性復合材料,眼球的外殼里面安置微型攝像機與集成電腦芯片，通過這兩個部件將影像信號轉化成電脈沖刺激大腦的枕葉神經,從而實現可視功能。

　　4納米人工鼻

　　納米人工鼻實際上是一種氣體探測器，與燃氣監視器道理相同，可同時監測多種氣體。英國伯明翰大學正在研制“納米鼻”來預報致哮喘病發作的環境因素，一旦空氣中含有易引發哮喘病的氣體如臭氧、一氧化碳及氮的氧化物時，其顯示器就發出信號。

　　三.產業發展現狀

　　納米生物醫學技術的應用挽救了千萬計危重病人的生命，降低了心血管、腫瘤及其它嚴重疾病患者的死亡率。由于心血管系統修復材料和器械的使用和醫療技術的提高，美國心臟病死亡率已從1950年每100000人的586.8人，降至2001年的247.8人，下降近60%;納米生物醫學技術的應用還提高了生命質量，降低了殘疾人的數量。2003年全球人工髖關節和膝關節的年植入量已分別超過100萬套。醫用骨材料在國內外有著廣闊的市場和巨大的經濟效益。由于腫瘤、外傷及某些遺傳性疾病造成的骨缺損是臨床上面臨的一大難題。2000年我國的骨外科臨床治療超過50萬例。在美國，每年大約有90萬人由于各種原因而接受骨損傷的手術治療，其中80萬人需要植入組織替代物。目前采用的自體骨移植和異體骨移植因存在種種弊端，不能解決臨床實踐中的大范圍骨缺損。骨組織工程的臨床應用前景為大范圍骨缺損修復帶來了曙光。

　　以納米生物醫學技術為代表的新一輪產業正在發展初期，這些產業具有進一步提高人類生活質量、延長人類壽命的潛力。近10年來，因為國家對科學技術越來越重視，和納米相關的基礎研究已經在中國取得長足進展，中國已經成為僅次于美國的納米科學研究大國。如何把這些基礎研究成果轉化為產品，特別是將其運用于生物醫學的發展，將需要科研界、醫療衛生系統、產業界和國家支持這幾方面力量通力合作。

　　教育論文投稿刊物：化學教育的任務是放眼化學學科的發展方向，圍繞我國化學教育事業的發展，重點報道化學教育領域內的改革動態和研究成果，介紹化學學科的新成就和新發展;化學教育的新理論、新觀念;化學教育教學改革新經驗，為提高化學教育工作者的業務水平服務，為我國化學教育事業的發展服務。

　　四.納米材料在生物醫學中應用的展望

　　納米技術與生物醫學的結合，為醫學界提供了全新的思路，納米材料在醫學領域的應用取得了顯著效果。但納米材料應用還很有限，尤其是在生物醫學上面，目前大多數研究還處于動物實驗階段，還需大量臨床試驗予以證實，納米材料應用的生物安全性有待進一步提高。這就要求生物醫學研究者與納米材料的研究人員合作需進一步加強，制造出更先進的生物醫用納米材料。我們有理由相信，隨著納米材料在生物醫學領域更廣泛的應用，臨床醫療將變得節奏更快、效率更高，診斷、檢查更準確，治療更有效，人們的生命安全將得到更大的保障。

　　參考文獻：

　　【1】李霞，彭蜀晉，張云龍;納米材料在生物醫學領域的應用【J】;化學教育;2006年第11期。

　　【2】金海龍，王新宇，王洪森等;納米材料在生物醫學領域的應用與發展【J】;儀器儀表學報;第27卷第6期增刊2006年6月。

　　作者：郭翔

篇(2)

　　摘要;由于納米材料具有粒徑小、表面積大、生物安全性高等優越的性質，近十幾年一度成為納米生物和納米醫學領域研究熱點，尤其在腫瘤治療方面，光熱納米材料的應用更是給人們帶來了新的契機與希望。

　　關鍵詞：納米材料 抗腫瘤 靶向治療

　　引言

　　腫瘤細胞分為惡性腫瘤和良性腫瘤兩類，一般良性腫瘤對機體的影響和損害都比較小，然而惡性腫瘤則對機體損害較大，有些惡性腫瘤細胞被稱為癌。傳統的藥物治療系統具有一定的局限性，一則靶向性特異性不高，經常對機體自身正常細胞造成損害，這種“轟炸式”的治療手段在對患者進行治療的同時，也帶來了苦不堪言的副作用;二則無法克服腫瘤組織異常的微環境，藥物不能被準確的運輸到病灶位置處的腫瘤細胞，所以常常無法為機體提供高效安全的腫瘤治療。

　　相比之下，近年來基于納米材料的光熱治療技術，無疑給腫瘤治療研究帶來了更多的可能性。

　　納米材料

　　特點

　　納米粒子是一種粒徑一般不大于一微米的微觀膠質體系，主要由納米微球和納米微囊構成，具有高比表面積的空腔結構。粒徑尺寸適宜，作為載藥顆粒不宜過大，微米量級的顆粒有可能造成引起血管堵塞、血管栓，危急時導致死亡;納米量級的粒徑比毛細血管還小12個數量級，可以穿過細胞組織間隙和毛細血管，實現細胞或亞細胞水平的藥物釋放。[引用]。

　　檢測

　　在腫瘤治療的斗爭中，早期的檢測能攻克下一半的城池。納米技術主要從成像和篩查兩個方面，促使早期診斷更早更準確，也在治療過程中更精確的檢測治療效果。

　　常規的成像技術只能觀察到機體組織上被改變的可見的變化，并不能精確檢測到細胞級別的腫瘤生成和潛在轉移。納米材料技術能特定識別腫瘤細胞并且能夠讓被識別腫瘤細胞可見，主要在可特異識別腫瘤細胞的受體抗體基礎上涂覆金屬氧化物或是熒光分子一類的顯像劑，結合熒光、光聲成像、核磁共振和CT等多種成熟的顯影技術，可以高效準確的識別出腫瘤細胞。

　　光熱治療技術

　　納米材料作為新型靶向載體，可通過外磁場作用，定向將其上負載的藥物集中送到病灶處，通過磁熱效應刺激磁性納米材料釋放藥物，殺死腫瘤細胞，而對機體本身正常細胞傷害較小。治療結束后，又得以徹底有效的清除，避免在機體內蓄積產生毒性，從而實現高效、低創、并發癥少的治療。[引用]

　　并且可利用納米材料載體的一些自身優良的性能，屏蔽保護治療藥物的作用和通過適當的表面修飾手段，增加藥物靶向特異性和穩定性，延長作用時效，達到更為理想的治療效果。

　　光熱治療的納米材料一般是應用的是能吸收近紅外區的光熱劑，因為近紅外光的波長范圍賦予它得天獨厚的光學安全性，可透過機體皮膚和組織，可直達病變部位，通過等離子體共振或者能量躍遷帶把光能轉變為熱能，從而可表現為局部高溫，殺死腫瘤細胞。[引用]

　　理想的光熱劑有表面改性的碳納米材料、貴金屬納米粒子、有機染料和半導體等，下面簡單介紹幾種常見光熱劑。

　　金納米粒子

　　金納米粒子是一種新型的納米載體，由于具有其表面等電子共振效應，光致發熱，可通過成像技術追蹤檢測藥物的釋放。金納米粒子金納米粒子易合于成;利用Frens法和Brust等經典方法可較大規模制備。金納米粒子表面可負載大量小分子藥物和許多目的物質，通過適當的表面修飾，利用實體瘤的EPR效應進入腫瘤細胞，并且生物相容性好，能夠迅速吸附生物大分子，不影響生物大分子的生物活性，綠色無毒。作為藥物靶向載體而言，其優勢十分獨特實用。[引用]

　　目前用于光熱治療的有金納米棒，金納米星，金納米籠和金納米殼。除了金納米粒子，其他貴金屬如銀、鉑及鈀等也是腫瘤光熱治療研究的“種子選手”。

　　碳納米材料

　　碳納米材料主要有石墨烯和碳納米管兩種，它們有著較大的光熱轉換面積，較好的電化學性能以及可以非共價鍵形式載藥等。雖然碳納米材料有著紅外吸收能力不強、不易在水中溶解分散并且生物親和性不高的缺陷，但可利用適當的表面修飾如表面連接PEG和包覆聚合物對其加以改善。[引用]

　　金屬硫族化合物

　　金屬硫族化合物的結構與石墨相似，每一層之間為過渡金屬(M)共價結合硫族元素(X)，層間是以范德華力這樣的弱作用力連接，為X-M-X類的“三明治”結構。制備方法主要破壞層內的共價結合和層間的范德華力，有超聲破碎發、水熱合成法、溶劑熱蝕刻法、膠體化學法等。許多的金屬硫族化合物都具有較強的近紅外光吸收、良好的光熱性能、毒性低、粒徑形貌可控性高等優點，并且較貴金屬離子而言、其成本相對低廉。

　　有機光熱治療劑

　　盡管上述三種無機光熱納米材料可通過各種精巧的表面修飾增強其光熱轉換效率和生物組織相容性，但它們的固有問題如生物降解困難、正常代謝難以排出和潛在的長期慢性毒性這三方面都難以避免。

　　典型的有機光熱治療劑：近紅外熒光染料染料-ICG(美國食品藥品管理局批準臨床使用)，卟啉脂質體或納米膠束包裹NIR材料，基于蛋白結構的光熱治療劑和聚合物近紅外吸收材料。

　　ICG和IR等近紅外光染料以及共軛高分子聚合物等，具有更好的生物相容性和更低的細胞毒性，但光熱性能較弱、血液循環壽命較短、在體內被過快清除等缺陷也同樣限制了它們在腫瘤治療中“大展身手”，下一步可參考無機光熱納米材料的表面修飾并且優化結構，以期提高有機光熱納米材料的靶向富集效果和光熱性能。

　　結論與展望

　　光熱納米材料的研究進展給腫瘤治療帶來了巨大機遇和挑戰，光熱納米材料優勢表示它十分適合用于腫瘤治療，但脫離研究層面，面向臨床去看待生物降解問題、代謝安全問題、潛在危害等等尚待解答的不確定因素。光熱療法的后續研究任務仍然很艱巨。

　　醫學論文范例：淺談醫學納米材料的應用與發展

　　并且由于光熱療法對激光深度具有依賴性，病人個體的差異性和腫瘤的一些特性。單獨的某一治療手段效果都難以取得理想的效果，所以光熱治療、光動力治療、藥物持續可控釋放、放療技術的聯合治療將會是治療腫瘤的一個十分可觀的策略。

　　作者：倪微 陳然 王一煒