1 纳米材料在生物医学领域的应用
1.1 纳米材料在医学检验诊断技术方面的应用
(1) 量子点的荧光效应: 以Ⅱ～Ⅵ, Ⅲ～Ⅴ族的纳米材料量子点为例。与有机荧光分子相比, 量子点具有许多特殊的光学性质: 激发光谱宽, 发射光谱窄; 不同尺寸或不同材料的量子点可发射不同波长的光; 发光性能稳定, 可实现对样品的长期实时追踪标记。这些特性可以很好的应用到生物分子的标记上。我国清华大学研究人员将量子斑点纳米粒子标记法用于芯片 DNA 检测。其原理是利用半导体量子斑点纳米粒子能共价地交联于 DNA、蛋白质分子而进行标记,发光性能稳定且发射光谱的宽度窄, 因而具有超高灵敏度,利于芯片 DNA 的检测。
(2) 磁性纳米材料的磁效应: 纳米磁性颗粒在生物检测上的应用是仅次与荧光材料。各种磁性生物探针, 磁性跟踪材料都已发展到了实用阶段。洪霞等选用葡聚糖包覆超顺磁性的 Fe3O4纳米粒子, 通过葡聚糖表面的醛基化实现与抗体的偶联, 制得了 Fe3O4/葡聚糖 /抗体磁性纳米生物探针, 在组装有第二抗体和抗抗体的全层析试纸上进行的层析实验表明该探针完全适用于快速免疫检测的需要, 达到了层析免疫检测的目的。
(3) 纳米材料的吸附作用: 以做细胞分离试剂的聚乙烯吡咯烷酮为例, 实验表明将表面包覆单分子层的直径 30 纳米粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中, 通过离心可以使所需要的细胞分离。杨箐等撰文对聚合物纳米粒子在基因治疗中的应用作了探讨, 证明了纳米聚合物粒子具有很好的吸附包覆作用, 并已应用到动物型基因治疗的实验研究。美国科学家把某种纳米颗粒“粘”在生物分子上, 然后利用纳米颗粒的发光特性研究生物分子的活动情况。比人体细胞小得多的纳米颗粒可以被送进人的组织、器官内, 用光线从人体外部向内进行照射, 体内的纳米颗粒也会发光, 这样就可以达到追踪病毒的效果。另外, 纳米材料其他很多特性在生物医学检验中越来越多的被应用, 如比利时的德梅博士等制备出多种对各种细胞器敏感程度和亲和力差异很大的金纳米粒子———抗体复合体纳米材料, 与细胞器结合后在光镜和电镜下很容易分辨各种细胞内结构。..................
2 纳米材料在生物医学中应用的展望
随着科学技术的发展, 材料学和生物医学结合越来越紧密, 纳米材料在生物应用上已取得了很大的成就, 并展现出良好的发展势头和巨大的发展潜力。但是我们还应看到,很多方面发展还不完善, 应用还不安全有待进一步研究。笔者认为在 21 世纪纳米材料在生物医学方面发展应该加强和有巨大应用潜力, 将成为今后一段时间研究热点的有:
(1) 生物医学检测诊断用材料: 不可否认, 现在纳米材料在生物检测诊断上已发生相当大的发展和应用, 各种纳米材料已经在实践中的应用取得了良好的效果。但在各种医学检测中对各种各样的功能性纳米材料的要求还比较高。比如生物医学工程和医疗设备器材两者之间相辅相成,生物医学工程是基础, 它的课题研究的深人会催生新的医疗设备器材出现, 同时对临床医疗设备器材的需求信息会产生新的研究方向, 纳米功能材料在这个方面将大有前途。又如分析与检测技术的进一步优化, 势必要求具有更先进性能纳米材料的出现。
(2) 药物治疗上使用的材料: 药物控释纳米材料将继续成为纳米医用材料研究发展的重点。纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收等特性, 而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射及敷贴等多种给药途径等优点, 因而在药物输送方面具有广阔的应用前景。
(3) 功能性生物材料: 各种有着特定功能的材料将越来越多地应用到生物医学上去。未来几年生物材料中纳米陶瓷将在人造骨骼中发挥主导作用, 有着各种特性的无机———有机复合纳米材料也必将在介入治疗、血液净化方面大展身手。
(4) 生物安全性纳米材料: 目前在一些国家生物纳米材料的安全性研究已经被提上日程, 但很多研究还不深入, 取得效果也不明显。在全球瞩目安全问题的同时, 纳米材料安全性研究必将成为下一热点。生物降解绿色材料将是未来药物的首选。关于生物技术的风险, 目前确实还有很多问题没有搞清楚, 有待于继续研究。
结论
纳米技术与生物医学的结合, 为医学界提供了全新的思路, 纳米材料在医学领域的应用取得了显著效果。但纳米材料应用还很有限, 尤其是在生物医学上面, 目前大多数研究还处于动物实验阶段, 还需大量临床试验予以证实, 纳米材料应用的生物安全性有待进一步提高。这就要求生物医学研究者与纳米材料的研究人员合作需进一步加强, 制造出更先进的生物医用纳米材料。我们有理由相信, 随着纳米材料在生物医学领域更广泛的应用, 临床医疗将变得节奏更快、效率更高, 诊断、检查更准确, 治疗更有效, 人们的生命安全将得到更大的保障。
文献参考
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