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1、論納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)電學(xué)院08級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化三班0703010309陳澤軍電話:15673240600【摘要】目前應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)中的納米材料的主要類型有納米碳材料、納米高分子材料、納米復(fù)合材料等。納米材料在生物醫(yī)學(xué)的許多方面都有廣泛的應(yīng)用前景。?應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)中的納米材料的主要類型及其特性????????1.1納米碳材料????????納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。????碳納米管有獨(dú)特的孔狀結(jié)構(gòu)[1],利用這一結(jié)構(gòu)特性,將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中并通過一定的機(jī)制激發(fā)藥物的釋放,
2、使可控藥物變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。此外,碳納米管還可用于復(fù)合材料的增強(qiáng)劑、電子探針(如觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的AFM探針等)或顯示針尖和場(chǎng)發(fā)射。納米碳纖維通常是以過渡金屬Fe、Co、Ni及其合金為催化劑,以低碳烴類化合物為碳源,氫氣為載體,在873K~1473K的溫度下生成,具有超常特性和良好的生物相溶性,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。類金剛石碳(簡稱DLC)是一種具有大量金剛石結(jié)構(gòu)C—C鍵的碳?xì)渚酆衔?,可以通過等離子體或離子束技術(shù)沉積在物體的表面形成納米結(jié)構(gòu)的薄膜,具有優(yōu)秀的生物相溶性,尤其是血液相溶性。資料報(bào)道,與其他材料相比,類金剛石碳表面對(duì)纖維蛋白原的吸附程
3、度降低,對(duì)白蛋白的吸附增強(qiáng),血管內(nèi)膜增生減少,因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫(yī)學(xué)方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。????????1.2納米高分子材料????納米高分子材料,也稱高分子納米微?;蚋叻肿映⒘#匠叨仍?nm~1000nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩(wěn)定性和優(yōu)異的吸附性能,可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體,以及免疫分析、介入性診療等方面。????????1.3納米復(fù)合材料????目前,研究和開發(fā)無機(jī)—無機(jī)、有機(jī)—無機(jī)、有機(jī)—有機(jī)及生物活性—非生物活性的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是獲得性能優(yōu)異的新一代功能復(fù)合材料的新途徑,并逐步向智能化方向發(fā)展
4、,在光、熱、磁、力、聲[2]等方面具有奇異的特性,因而在組織修復(fù)和移植等許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。國外已制備出納米ZrO2增韌的氧化鋁復(fù)合材料,用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達(dá)30年之久[3]。研究表明,納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構(gòu)建組織工程骨較好的支架材料[4]。此外,納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥,還可殺死癌細(xì)胞,有效抑制腫瘤生長,而對(duì)正常細(xì)胞組織絲毫無損,這一研究成果引起國際的關(guān)注。北京醫(yī)科大學(xué)等權(quán)威機(jī)構(gòu)通過生物學(xué)試驗(yàn)證明,這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細(xì)胞。????此外,在臨床醫(yī)學(xué)中,具有較高應(yīng)用
5、價(jià)值的還有納米陶瓷材料,微乳液等等。????????2納米材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的前景????????2.1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。20世紀(jì)80年代后,人們便將納米SiO2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(如在癌癥等臨床診斷中作為細(xì)胞內(nèi)部信號(hào)的傳感器[5])。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
6、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)胞的分離來治療病患者[6]。美國科學(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。????????2.2用納米材料進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)部染色????比利時(shí)的DeMey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸(HAuCl4)水溶液中還原出來形成金納米粒子,(粒徑的尺寸范圍是3nm~40nm),將金納米粒子與預(yù)先精制的抗體或單克隆抗體混合,利用不同抗體對(duì)細(xì)胞和骨骼內(nèi)組織的敏感程度和親和力的差異,選擇抗體種類,制成多種金納米粒子—抗體復(fù)合物。借助復(fù)合粒子分別
7、與細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復(fù)合物,在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色(如10nm的金粒子在光學(xué)顯微鏡下呈紅色),從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標(biāo)簽,為提高細(xì)胞內(nèi)組織分辨率提供了各種急需的染色技術(shù)。????????2.3納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用????2.3.1納米粒子用作藥物載體????一般來說,血液中紅血球的大小為6000nm~9000nm,一般細(xì)菌的長度為2000nm~3000nm[7],引起人體發(fā)病的病毒尺寸為80nm~100nm,而納米包覆體尺寸約30nm[8],細(xì)胞尺寸更大,因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或
8、新型抗體進(jìn)行局部的定向治療等。專利和文獻(xiàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析表明,作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機(jī)非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活