浅谈新型纳米材料在医学领域的研究进展和应用

浅谈新型纳米材料在医学领域

的研究进展和应用

摘要：新型纳米材料有诸多优点，由此展现出诱人的应用前景。本文将介绍新型纳米材料在医学领域的研究进展和应用。

关键词：新型纳米材料医学

前言纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1~l00 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。当物质的结构单元减小到纳米尺度时，就会产生特异的表面及界面效应——小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，其电学、磁学、光学和化学性质也会有显著的变化，表现出常规大块材料所不具备的优异性能。纳米材料的研究和应用己成为21世纪材料科学的重要研究内容之一。近年来，随着纳米科技的不断发展，新型纳米材料的研究成为一个热潮。人们可以按照一定的规则将纳米结构单元(纳米晶、纳米颗粒、纳米管和纳米单层膜)排列成二维和三维结构，可以有更多的自由度去设计和合成纳米结构，这种具有规则结构的纳米材料往往具备普通材料所不具有的优异的物理和化学性质，具有更广泛的应用前景，因此新型纳米材料的研究与应用给纳米材料和纳米科技的发展带来了新的机遇和挑战。在医学领域也是如此。

一疾病诊断

1 细胞分离与染色

纳米细胞分离技术是指将15~20nm的sio2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液中，利用梯度原理，通过离心技术快速分离所需要细胞的方法。用这种方法很容易将怀孕仅8周左右的孕妇血样中极少量的胎儿细胞分离出来，通过对其染色体的分析，判断胎儿是否有遗传缺陷[1]。染色技术是指用某种材料涂在量子点（如硅之类材料的碎片）表面，使量子点能专一地吸附到所要追踪的分子上，然后把那些有涂层的量子点注入实验室培养皿中生长的细胞内。通过追踪量子点在紫外光照射时发出的独特色彩的光芒（因量子点的大小而异）来观察多种物质在细胞内的运动的方法[2 ]。纳米颗粒也为建立新的细胞染色技术提供了新的途径。段箐华等[3]用联吡啶钌配合物[Ru(Ⅱ)(bpy)3]2+、异硫氰酸罗丹明Ｂ(TRITC)、异硫氰酸荧光素等荧光分子标记sio2纳米颗粒，实现了体外对Ｂ淋巴细胞、肝癌细胞、早期凋亡乳腺癌细胞、系统性红斑狼疮细胞的特异性识别。异硫氰酸荧光素标记的sio2纳米颗粒表面接特异抗体，可用于免疫学检测[4]。

2 分子成像技术

无机纳米粒子因其形状、尺寸和组成的不同而具有独特的物化性能，可用作新型生物造影材料，能提供良好的检测信号对比度和生物分布度，提高诊断效率。哈尔滨医科大学附属第四医院申宝忠教授构建了特殊的分子探针，在特殊成像设备下实现了肿瘤基因、蛋白水平的成像，将复杂的生物学过程变成直观的图像，从而揭示肿瘤发生、发展及转移规律。分子成像技术克服了传统影像学只能对疾病解剖形态学上的变化进行显示的弊端，有助肿瘤早诊早治。

3 纳米传感器

这是一种由生物大分子构成，利用化学能进行机械做功的分子马达纳米传感器，使其尖端插入活细胞内而又不干扰细胞的正常生理过程，来获取活细胞内多种反应的动态化学信息、电化学信息的传感如利用A TP酶作为分子马达的纳米传感器能进入人体细胞，完成在人体细胞内监测和药物释放等任务，可以连续监测体内代谢变化，对肺部小血管内ＮＯ和ＣＯ的监测结果对于高血压和心血管疾病的诊断和治疗具有重要意义[6]。其他的分子马达还包括RNA聚合酶、肌球蛋白和驱动蛋白等[7]器。斯坦福大学的科学家最近利用纳米科技及电磁效应发明了一种生化传感器，这种传感器可以及早发现癌症的早期症状，利于对患者及时进行治疗。虽然对纳米传感器的研究时间较短，但其优点是不容置疑的。

另外，智利开发出用于痛症诊断的新型纳米材料，可以在癌症早期探测到癌细胞，可用于癌症的早期诊断。相比传统的荧光成像探测技术，使用这种纳米复合材料探测癌细胞的准确率更高[8 ]。刊登在《自然―纳米技术》上的一项研究发现新型纳米芯片能检测罕见循环肿瘤细胞。这对于癌症的及早发现和治疗具有重大意义。

二纳米药物

纳米药物是疾病治疗的主要方式，它既是国际科学前沿，也是与人类健康和生活密切相关的重要社会问题，充满了创新的机遇[13 ]。在药剂学领域中，纳米药物可以分为两类，纳米药物载体和纳米药物。纳米药物载体指溶解或分散有分子药物的各种纳米颗粒，如纳米球、纳米囊、纳米脂质体等；纳米药物指直接将原料药物加工成的纳米颗粒，或利用崭新的纳米结构或纳米特性，发现基于新型纳米颗粒的高效低毒的治疗或诊断药物。前者是对传统药物的改良，而后者强调的是把纳米材料本身作为药物[10]。理想的纳米药物载体应具备以下性质:毒性较低或没有毒性；具有适宜的制备及提纯方法；具有合适的粒径与形状；具有较高的载药量；具有较高的包封率；对药物具有良好的释放特性；具有良好的生物相容性，可生物降解或可被机体排出；具有较长的体内循环时间，并能在疗效相关部位持久存在等。目前，用作药物载体的材料有金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒及生物活性纳米颗粒等[11]。肿瘤的纳米靶向治疗以纳米粒为载体，将药物或制剂定向于肿瘤部位，可以大幅度提高药物的生物利用率，提高疗效，降低用药量，减少毒副作用，已成为国际肿瘤药物研制中的热点和前沿。Merisko等[12]制得INS纳米粒作为胰岛素载体可以使糖尿病患者更好地吸收胰岛素，减少用药次数。直接以纳米颗粒作为药物的应用之一是抗菌药物。纳米抗菌药物具有广谱、亲水、环保、遇水后杀菌力更强、不会诱导细菌耐药性等多种性能。无机纳米颗粒作为新型的抗癌药物为肿瘤治疗提供了新的思路。

药物被纳米化后，其理化性质(溶出度、饱和溶解度、亲水亲脂性等)均会发生改变，纳米药物的药代动力学特征(生物粘附性、生物利用度和靶向性)可能发生改变，另外也可能产生免疫反应[14 ]。因此，纳米药物的使用还需进行进一步的研究。

三问题与展望

新型纳米材料应用于医学领域的潜能巨大。但是纳米技术在医学领域中的应用与研究多处于初级阶段和实验阶段，要应用于疾病的诊断和治疗还有许多问题需要解决，诸如纳米材料制备难度大、研究经费不足及临床应用中的安全性和伦理学问题等。作为前沿学科，纳米医学同时充满了机遇和挑战。但随着纳米医学研究的深入及生物安全性问题的解决，相信纳米技术将会大大促进诊断和治疗技术的发展，为人类的健康带来福音。

参考文献