生物材料ppt课件

2 控释载药纳米微粒
❖ 纳米控释系统包括纳米粒子和纳米胶囊，它们是粒 子在10一500nm间的固体胶态粒子。它与以往的控 释制剂不同，载药纳米微粒的控释过程具有其特定 的规定，囊壁溶解和微生物的作用，均可使囊心物 质向外扩散。将药物制成纳米制剂后，不但达到缓 控释效果，而且改变其药物动力学的特性，使一些 免疫系统的慢性病能得到更好的治疗。
2.1 国外纳米技术进展
❖ 朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子 ❖ 碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量 ❖ 称量单个原子重量的“纳米秤”
2.1 国外纳米技术进展
❖ 1990年，IBM公司用原子排出“IBM”镍基底上用35个氙原子排 列成英文[IBM]
❖ 纳米存贮器及DNA开关
纳米技术在当代中国的发展
4 载药磁性纳米微粒（物理靶向）
❖ 载药磁性微粒是在微囊基础上发展起来的新型 药物运载系统。这种载有高分子和蛋白的磁性纳米 粒子作为药物载体静脉注射到动物体(小鼠、白兔) 内后，在外加磁场下，通过纳米微粒的磁性导航， 使药物移向病变部位，达到定向治疗的目的。国内 有实验研究出阿霉素免疫磁性造微粒，在进行了免 疫活性检测和体外抑瘤实验后证实其具有抗体导向 功能，并具有较高的磁响应性，具有较强的靶向定 位功能，为靶向治疗肿瘤奠定了结实的基础。
❖ 以氧化锡为基体材料，并掺入适当的催化剂或填加剂，可制得对酒精、 氢气、硫化氢、一氧化碳和甲烷等气体具有选择性敏感性能的气敏元件。 氧化锡对气体灵敏度高低与材料的比表面积有关，通常比表面积越大， 气体灵敏度越高。纳米氧化锡颗粒具有明显优越性能，具有更高的气体 灵敏度。目前用纳米SnO2颗粒膜制成的传感器已经实用化，可用作气体 泄漏报警器和湿度传感器，并且可以随着温度的变化有选择地检测多种 气体。
1. 表面效应 是指微粉的粒径越小，其总表面积 越大；表面原子数与总原子数之比随粒径变小而 急剧增大。如当粒径为10 nm(总原子数为 3×104)时，表面原子数／总原子数=0.20；而 当粒度减小到l nm(总原子数为30)时，这一比值 急剧上升到0.991表面原子的晶场环境和结合能 与内部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微粒 化随着这种活性的表面原子增多，使其表面能也 大大增加。
❖ 可以分为特殊的光学性质，热学性质，磁学 性质，力学性质，电学性质。
1.3 特点及应用
四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原 子比例大。
四个方面应用: (1). 纳米电子学: 拥有崭新功能的电子仪器，有高
速度及低能量消耗的优点; (2). 纳米材料科学 (3). 纳米生物学: 包括去氧核糖核酸(DNA)和核糖 核酸(RNA)的基因图谱 (4). 纳米医学: 发明、设计及生产纳米级的新药物。
❖ (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化， 再经低温热处理而生成纳米粒子。
❖ (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的
作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处 理后得纳米粒子。
2 纳米材料在生物医学上的应用
1. 纳米载体 2. 纳米生物器件 3. 纳米生物组织工程 4. 纳米医药
匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位
置，获得一组序列完全互补的探针序列。 据此可重组出靶核酸的序列。
基因芯片的测序原理图
生物芯片的应用
❖ 在实际应用方面，生物芯片技术可广泛应 用于疾病诊断和治疗、药物筛选、农作物 的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、 环境检测、国防、航天等许多领域。它将 为人类认识生命的起源、遗传、发育与进 化、为人类疾病的诊断、治疗和防治开辟 全新的途径，为生物大分子的全新设计和 药物开发中先导化合物的快速筛选和药物 基因组学研究提供技术支撑平台。
纳米技术在世界各国的情况
❖ 1981年 科学家发明研究纳米的重要工具— ——扫描隧道显微镜，原子、分子世界从此 可见。
❖ 1990年 首届国际纳米科技会议在美国巴尔 的摩举办，纳米技术形式诞生。
❖ 1991年 碳纳米管被人类发现，它的质量是 相同体积钢的六分之一，强度却是铁的10倍， 成为纳米技术研究的热点。
纳米生物器件
一、纳米机器人)的研制
纳米机器人是纳米生物学中最具诱感力的 内容。 动脉粥样硬化的治疗 机器人能够从动脉壁上清除粥样沉积物。这 不仅会提高动脉壁的弹性,还会使通过动脉 的血液流动状况得到改善。
在血管中运动的纳米机器人，它正在使用纳米切割 机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物
纳米机器人在清理 血管中的有害堆积 物
2磁学性能的应用
❖ 纳米微粒尺寸进入一定临界值时就转入超顺磁性状 态，例如α-Fe、Fe304和α-Fe203粒径分别为5nm、 16nm、20nm时转变为超顾磁性。另外纳米颗粒材 料还可能具有高的矫顽力、巨磁电阻、 magnetocaloric效应等性能。因此可用于制备磁致 冷材料、水磁材料、磁性液体、磁记录器件、磁光 元件、磁存储元件及磁探测器等磁元件。
❖
(2) 改进基质材料的表面处理技术以减少蛋白质的非
特异性结合。
❖
(3) 提高芯片制作的点阵速度；提供合适的温度和湿
度以保持芯片表面蛋白质的稳定性及生物活性。
❖
(4) 研究通用的高灵敏度、高分辨率检测方法，实现
成像与数据分析一体化。
该医生长
得
像一颗胶囊，
把它吞进肚里，
消化道内的情景
就可以像放电影
一样在电脑屏幕
上一 目了然
纳米生物芯片
1. 基因芯片 2. 蛋白质芯片
基因芯片
❖ 基因芯片(gene chip)的原型是80年代中期 提出的。基因芯片的测序原理是杂交测序
方法，即通过与一组已知序列的核酸探针
杂交进行核酸序列测定的方法，可以用图 11-5-1来说明。在一块基片表面固定了序列 已知的八核苷酸的探针。当溶液中带有荧 光标记的核酸序列TATGCAATCTAG，与 基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补
蛋白质芯片
❖ 蛋白质芯片是一种高通量的蛋白功能分析技术，可用于蛋 白质表达谱分析，研究蛋白质与蛋白质的相互作用，甚至 DNA－蛋白质、RNA－蛋白质的相互作用，筛选药物作用
的蛋白靶点等
未来发展方向
❖ （1）建立快速、廉价、高通量的蛋白质表达和纯化方法， 高通量制备抗体并定义每种抗体的亲和特异性；第一代蛋 白检测芯片将主要依赖于抗体和其他大分子，显然，用这 些材料制备复杂的芯片，尤其是规模生产会存在很多实际 问题，理想的解决办法是采用化学合成的方法大规模制备 抗体。
❖ 1993年，中科院操纵原子写字
❖ 《国家纳米科技发展纲要 （2001-2010）》和 《国家纳米科技发展指南框架》
1.2 纳米材料的基本效应
1. 界面效应
2. 尺寸效应
3. 量子效应 费米能级附件的电子能级由准连续变为离 散能级的现象
1.界面效应
❖ 纳米材料由于大量的原子存在于晶界和局部 的原子结构不同于大块晶体材料，使纳米材料的 自由能增加，纳米材料处于不稳定状态。
纳米颗粒的应用
❖ 1力学性能的应用
纳米颗粒具有大的比表面积，活性大并具 有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧 结，致密化速度快、可降低烧结温度并提 高力学性能。近年来，用纳米颗粒强化为 目的的纳米陶瓷材料得到较大进展，为陶 瓷材料的发展提供了生机，大量以纳米颗 粒为原料或添加料的超硬、高强、高韧、 超塑性材料相继问世
---中国科学院合肥 研究院 的研究
中国科学院沈阳自 动化所研制研制的 纳米微操作机器人 在10×10微米的基片 上刻出的字样
肾结石、胆结石的治疗 将纳米机器人以插入导管
的方式引入到尿道或胆道里 内,直接到达结石所在的部位, 并且直接把结石击碎。
2. 纳米生物传感器
检查体内疾病
重庆科研人员开发的“OMOM胶囊内镜系 统” 估计三年内可以上市。
❖ TiO2陶瓷材料不仅对O2、CO、H2等气体有较强的敏感性，而且还可作 为环境湿度传感器。
纳米生物材料学的制备方法
❖ 1. 物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频 感 应等方法使原料气化或形成等离子体，
然后骤冷。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸
等方法得到纳米粒，但产品纯子。
1.界面效应
2.体积效应主要表现在两个方面：一是物质体 积的缩小虽不会引起物质物性基本参量的 变化，但会使那些与体积有关的物性发生 变化，如磁体的磁畴变小，半导体中电子 的自由路程变短，等等；二是物质一般具 有由无限个原子组成的物质属性，而纳米 粒子则表现出有限个原子集合体的特性。
1.尺寸效应
❖ 晶体周期性的边界条件遭破坏，颗粒表面层 附近原子密度减小，从而导致声、光、电磁、 热力学等特性呈现新的小尺寸效应。
(3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的 条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒 子或复合材料的纳米粒子。
纳米生物材料学的制备方法
❖ 2. 化学方法
❖ 1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳 米材料。
❖ (2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热 处理得到纳米材料。
❖ (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合 成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分 散性好、粒度易控制。
纳米基因载体
❖ 5 纳米微粒的基因治疗作用 ❖ 一些特殊的纳米粒子可以进入细胞内结构达到基因治疗
目的。 ❖ 如：国外有人利用纳米技术可使DNA通过主动靶向作用
定位于细胞。将质子DNA浓缩至50—200nm大小且带上负电 荷，有助于其对细胞核的有效入侵，而最后反粒DNA插入细 胞核DNA的准确点则取决于纳米粒子的大小和结构。还有人 研究了一种树突状物的多聚物，由于它有着精确的纳米结构 和表面与内部都可以携带分子的特性使之成为一个很好的 DNA导入细胞的载体。
Take 1 slice
Take 1 slice
❖ 人类头发的直径大约有6万至8万纳米。