1、.納米材料和技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用引言 納米材料和技術(shù)是20世紀(jì)90年代成熟起來(lái)的一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,這是繼互聯(lián)網(wǎng)、基因之后世界各國(guó)競(jìng)相逐鹿的又一個(gè)焦點(diǎn)，被認(rèn)為是2 1世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。納米技術(shù)、信息技術(shù)及生物技術(shù)將成為世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱。納米科技的興起，對(duì)我國(guó)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為我國(guó)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，功能納米材料是納米材料科學(xué)中最富有活力的領(lǐng)域，它對(duì)信息、生物、能源、環(huán)境、宇航等高科技領(lǐng)域，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響并具有廣闊的應(yīng)用前景。納米技術(shù)與醫(yī)學(xué)的結(jié)合形成了新興邊緣學(xué)科納米醫(yī)學(xué),即在分子水平上利用分子工具和人體相關(guān)的知識(shí),從事疾病的診斷、治療、預(yù)防

2、和保健等。納米技術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合，促進(jìn)了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)技術(shù)的完善、臨床診斷技術(shù)的革新及治療水平的提高，興起了納米醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)、組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)中的納米材料、納米藥物載體，納米藥物、納米中藥、及納米醫(yī)學(xué)材料安全性等一系列技術(shù)。1納米材料1.1納米材料的定義及結(jié)構(gòu)分類(lèi)納米材料是指晶粒尺寸為納米級(jí)( nm)的超細(xì)材料。它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般為nm。它包括體積分?jǐn)?shù)近似相等的兩個(gè)部分:一是直徑為幾個(gè)或幾十個(gè)納米的粒子,二是粒子間的界面前者具有長(zhǎng)程序的晶狀結(jié)構(gòu),后者是既沒(méi)有長(zhǎng)程序也沒(méi)有短程序的無(wú)序結(jié)構(gòu)1,2。納米材料的分類(lèi)：零維、一維、二維和三維納米材料（1） 零維納米材料：類(lèi)似于點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)

3、，立體空間的三個(gè)方向均在納米尺度，如納米粒子、原子團(tuán)簇等。（2） 一維納米材料：類(lèi)似于線(xiàn)狀結(jié)構(gòu)，立體空間的三個(gè)方向中的兩個(gè)在納米尺度，如納米線(xiàn)、納米棒、納米管等。（3） 二維納米材料：類(lèi)似于面狀結(jié)構(gòu)，立體空間的三個(gè)方向中的一個(gè)在納米尺度，如納米薄膜、納米多層膜、超晶格薄膜等。（4） 三維納米材料：在三維空間中有上述納米材料的塊體，如納米陶瓷等。1.2納米材料的性質(zhì)（1）納米材料的體積效應(yīng) 當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點(diǎn)等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)。（2） 納米材料的表面效

4、應(yīng) 表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子與總原子數(shù)之比隨著粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。（3） 納料材料的量子尺寸效應(yīng)粒子尺寸下降到一定值時(shí)，費(fèi)米能級(jí)接近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象稱(chēng)為量子尺寸效應(yīng)。在納米粒子中處于分立的量子化能級(jí)中的電子的波動(dòng)性帶來(lái)了納米粒子一系列特性，如高的光學(xué)非線(xiàn)性，特異的催化和光催化性質(zhì)等。（4） 納米材料的宏觀量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱(chēng)為隧道效應(yīng)。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng)它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘產(chǎn)生變化，故稱(chēng)為宏觀的量子隧道效應(yīng)。用此概念可定性解釋超細(xì)鎳微粒在低

5、溫下保持超順磁性等。2納米技術(shù)納米技術(shù)是指在0.1100 nm空間尺度上操縱原子和分子對(duì)材料進(jìn)行加工,制造具有特定功能的產(chǎn)品或?qū)ξ镔|(zhì)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的一門(mén)綜合性的高新技術(shù)學(xué)科。納米技術(shù)所涉及的領(lǐng)域納米技術(shù)幾乎涉及到各個(gè)科技領(lǐng)域,納米材料與納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米摩擦學(xué)、納米測(cè)量學(xué)、納米化學(xué)和納米物理學(xué)共同構(gòu)成了納米科學(xué)技術(shù)的內(nèi)涵。3納米材料技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用3.1納米檢測(cè)技術(shù)（1） 細(xì)胞分離細(xì)胞分離技術(shù)解決了醫(yī)學(xué)界乃至生物界細(xì)胞標(biāo)本快速獲取的難題。20世紀(jì)80 年代初，用納米SiO2微粒實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞分離的新技術(shù)3：將1520nm的SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細(xì)胞的聚乙烯吡咯

6、烷酮溶液中，通過(guò)離心技術(shù)，利用梯度原理，快速分離所需要的細(xì)胞。這種技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)上得到了很好的應(yīng)用，利用此技術(shù)可以講孕婦腹中胎兒細(xì)胞分離出來(lái)，通過(guò)對(duì)染色體的分析，判斷胎兒是否有遺傳缺陷。目前，磁性納米粒子的發(fā)發(fā)現(xiàn)與研究在生物分子分析與細(xì)胞分離中的得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)周曉榮等4采用免疫磁珠法從人外周血單個(gè)核細(xì)胞中分離和純化了CD4+T細(xì)胞,分離后的CD4+T細(xì)胞對(duì)植物血凝素的刺激保持了良好的增殖能力。杜英等5用磁性微珠標(biāo)記的CD133單抗與腦組織的細(xì)胞懸液孵育,通過(guò)磁性分選器分離出CD133+的細(xì)胞,并經(jīng)體外培養(yǎng)擴(kuò)增和誘導(dǎo)分化。唐巖等6用其來(lái)分離人外周血樹(shù)突狀細(xì)胞。應(yīng)用納米免疫磁珠檢測(cè)早期肺癌患者循環(huán)

7、血液中腫瘤細(xì)胞，可以監(jiān)測(cè)肺癌的轉(zhuǎn)移情況。（2） 細(xì)胞染色納米微粒的出現(xiàn)，為建立新的細(xì)胞染色技術(shù)提供了新的途徑。用自行合成和純化的一種新穎的樹(shù)枝狀大分子PAMAM，介導(dǎo)制備出粒子分散均勻，穩(wěn)定性強(qiáng)，偶聯(lián)性良好的水溶性納米PAMAM-Au復(fù)合物。該納米復(fù)合物具有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的藍(lán)紫色熒光效應(yīng)和紫紅色光學(xué)效應(yīng)，可廣泛用于革藍(lán)氏陰性細(xì)菌、真菌、藍(lán)細(xì)菌、藻類(lèi)等微生物細(xì)胞以及其它真核細(xì)胞（系）的非特異性染色；顯著地提高了普通光學(xué)顯微鏡對(duì)細(xì)胞觀察的分辨力，操作極為簡(jiǎn)單；同時(shí)該納米復(fù)合物具有特別易于修飾的外部端基功能團(tuán)，方便改性和制成生物特異性靶向制劑，攜帶抗體或基因，進(jìn)行體內(nèi)靶向示蹤科學(xué)實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用前景十分可觀。

8、3.2納米治療技術(shù)（1） 納米藥物和基因載體目前，納米粒子介導(dǎo)的藥物輸送是納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。就是利用納米粒子藥物載體將藥物輸送到所需要治療的細(xì)胞，納米粒子上帶有高分子和蛋白質(zhì)，這樣容易被細(xì)胞上的識(shí)別蛋白識(shí)別，與細(xì)胞分子作用，發(fā)揮藥效。1987年，F(xiàn)elgner等9首次將等量的氯化三甲基-2, 3-二油烯氧基丙基銨（DOTMA）和二油?；字Ｒ掖及罚―OPE）制成小單層脂質(zhì)體，即轉(zhuǎn)染試劑Lipofectin。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此轉(zhuǎn)染試劑可有效地用于DNA轉(zhuǎn)染。1989年將該轉(zhuǎn)染試劑用于RNA的轉(zhuǎn)染，發(fā)現(xiàn)其可高效轉(zhuǎn)移RNA到人、鼠等多種動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)。這一發(fā)現(xiàn)大大促進(jìn)了陽(yáng)離子脂質(zhì)體作為一類(lèi)新型高

9、效基因載體的廣泛應(yīng)用研究。現(xiàn)在，納米脂質(zhì)體介導(dǎo)研究已經(jīng)取得了更大的進(jìn)展。龔連生等專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)，磁性阿霉素蛋白納米粒具有高效磁靶向性，對(duì)移植性腫瘤有很好的療效。另外，碳納米管也是一種很好的納米載體，將藥物儲(chǔ)存在納米管中，通過(guò)一定的機(jī)制來(lái)激發(fā)藥物的釋放。（2） 納米藥物 納米抗菌藥物的研制是疾病的治療更加方便有效。（3） 納米人工細(xì)胞、組織和器官 由腫瘤、炎癥及各類(lèi)創(chuàng)傷而導(dǎo)致的骨組織壞死、病變、缺火及骨折是臨床多發(fā)病癥，這些疾病給患者帶來(lái)極大的痛占有些還威脅到患者的生命安全。盡管現(xiàn)在臨床上采用自體骨移植或異體骨甚至異種骨移植的方法，但這些方法有許多不足之處。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外人工骨修復(fù)材料研究發(fā)展成為一種趨

10、勢(shì)，就是通過(guò)對(duì)天然骨本身的成分、結(jié)構(gòu) 特性及礦化過(guò)程模仿，即以仿生的理念，應(yīng)用先進(jìn)材料制備技術(shù)，特別是納米技術(shù)，對(duì)材料的組成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)控，獲得新型仿生骨修復(fù)材料或者對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)行仿生功能化修飾。2005 年 Angstrom Medica 公司研發(fā)的NanOss骨填料獲得FDA的批準(zhǔn)，它是通過(guò)水溶液中沉積的磷酸鈣納米顆粒經(jīng)過(guò)熱處理后形成 的透明納米磷酸鈣陶瓷，具有一定的強(qiáng)度和較的骨傳導(dǎo)性，并具有可降解的特性10?，F(xiàn)在有許多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了已經(jīng)顯示出仿生材料的特殊結(jié)構(gòu)特征(如納米結(jié)構(gòu) 特性)可以使仿生納米人工骨功能的發(fā)揮更為高效。特別是隨著組織工程和再生醫(yī)學(xué)以及干細(xì)胞研的不斷深入，這類(lèi)高度

11、模仿天然骨成分、結(jié)構(gòu)與功能的新型仿生材料被視為生物材料發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。據(jù)專(zhuān)家介紹納米材料還可以仿制人體的紅細(xì)胞、牙齒等細(xì)胞組織、結(jié)構(gòu)，解決了生物醫(yī)學(xué)上的許多疑難問(wèn)題，促進(jìn)了臨床醫(yī)學(xué)的再一次發(fā)展11。4納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的展望雖然，現(xiàn)在的納米材料與納米技術(shù)是一顆小星星，但它是一顆冉冉升起的新星，在不久的將來(lái)它將發(fā)出奪目的光輝。 在生物醫(yī)學(xué)方面，利用先進(jìn)的納米技術(shù)，在不久的將來(lái)，利用納米技術(shù)還可制成各種分子傳感器和探測(cè)器；利用納米羥基磷酸鈣為原料，可制作人的牙齒、關(guān)節(jié)等仿生納米材料；將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中，并通過(guò)一定的機(jī)制來(lái)激發(fā)藥劑的釋放， 則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。另外，大膽的想象一下，我覺(jué)得

12、可以制造一種納米監(jiān)測(cè)器，這種監(jiān)測(cè)器可以與電腦或手機(jī)等無(wú)線(xiàn)連接，植入人體里，可以像分子傳感器一樣與細(xì)胞結(jié)合，并且可以長(zhǎng)期存在，可以一生存在體內(nèi)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)身體狀況，將監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋到電腦或手機(jī)上，讓人們隨時(shí)了解自己的身體情況。還可以控制治療一些疾病，比如清理病變細(xì)胞，調(diào)節(jié)激素分泌.或許到時(shí)候也沒(méi)有了背后陷害，沒(méi)有那么多人死于非命了，因?yàn)檫@種納米監(jiān)測(cè)器可以感知到危險(xiǎn)，并且也可以及時(shí)救助。聽(tīng)著非常可怕，更不可能，不過(guò)我覺(jué)得人類(lèi)的智慧是無(wú)限的，隨著技術(shù)的發(fā)展，在將來(lái)會(huì)實(shí)現(xiàn)的。總結(jié)納米技術(shù)正成為各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn) ，正如錢(qián)學(xué)森院士所預(yù)言的那樣: 納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的特點(diǎn)，會(huì)是一

13、次技術(shù)革命 ，從而將是2 1世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。我們期待著這次產(chǎn)業(yè)革命的大爆發(fā)，并且急切地想享受這一革命帶來(lái)的巨大成果。參考文獻(xiàn)1 方德聲，中國(guó)納米功能材料研究的七大成果 19992 李 彥，萬(wàn)景華，顧鎮(zhèn)南，六方液晶模板合成CdS納米線(xiàn) 1999(01)3 曹獻(xiàn)英，杜晶晶，納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，醫(yī)學(xué)綜述，2009,15（7):969-9714 周曉榮,等免疫磁珠法純化人外周血CD4+T細(xì)胞,交通醫(yī)學(xué),2003, 17(6): 625.5 杜英,等免疫磁珠法分離和純化人胚胎神經(jīng)干細(xì)胞,鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2003, 38(1): 136 唐巖,等免疫磁珠法在分離人外周血樹(shù)突狀細(xì)胞中的應(yīng)用,解剖學(xué)報(bào),2003,26(3): 2987 洪國(guó)斌，周經(jīng)興，苑仁旭，李新春，小粒徑磁共振成像超敏感納米對(duì)比劑的研制及初步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，中華生物醫(yī)學(xué)工程雜志，2011年第17卷第1期 :39-428 李蘇宜，納米技術(shù)與腫瘤內(nèi)科臨床，