纳米生物技术-

其他-纳米注射器
纳米无创注射器
纳米管阵列
其他-微小探针技术
一种纳米探针，探测单个活细胞的纳米传感器,当它插入活细胞时，可 探知会导致肿瘤的早期DNA的损伤。
细胞浸入含有苯并吡(BaP)的液体中
直径50纳米，外面包 银的光纤，尖部贴有 可识别和结合BPT的 单克隆抗体
苯并吡(BaP)与细胞DNA的代谢生成BPT
（2）蛋白或明胶涂层
由于一般合成人工血管的生物相容性尚未达到理想状态， 所以可以在这些高分子材料表面接上一层生物材料，以进一步提高其生物相容性，这就 是生物混合型人工血管。一般所接的人工涂层包括以下几种：白蛋白，可提高人工血管 的抗凝性能；纤维连接蛋白，可促进内膜形成，进而抑制凝血的发生；胶原蛋白，能促 进内膜形成，防止凝血发生，还能提高人工血管的顺应性；明胶，有促进细胞黏附和生 长的功能，从而在植入后能诱导内膜形成，防止凝血。
纳米医用材料-人工血管支架
一般为经过表面修饰的可降解材料，外层材料必须为保证内层 材料细胞生长提供一定的支撑强度、抗拉强度和韧性。
支架还可以进行表面处理，形成载药体系，使得在 使用过程中，减少免疫反应或栓塞的发生。
抗 体
纳米材料小球 支 架
涂层支 架
其他-纳米机器人
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。
纳米生物技术简介
纳米生物技术主要包括以及几个方面：
1、纳米药物载体；
2、纳米诊疗药物；
3、纳米医用材料；
4、其他。
纳米药物载体
将药物包封于纳米微粒中，可以
调节释药的速度，增加生物膜的 透过性、改变在体内的分布、提 高生物利用度等。 所使用的纳米颗粒粒一般是大小 在10—1000nm之前的固态胶体颗 粒。
纳米诊疗药物-举例
超顺磁性纳米氧化铁磁介导热疗
将纳米尺度的磁性颗 粒定位于肿瘤组织，然后 施加一外部交变磁场，使 材料因产生磁滞、驰豫或 感应涡流而被加热，这些 热量再传递到材料周边的 肿瘤组织中，使肿瘤组织 温度超过42℃，导致细胞 的凋亡及坏死，从而实现 对肿瘤的治疗。
纳米诊疗药物-举例
以avβ3整合蛋白为靶向的基因纳米材料 (a): avβ3-NP/RAF(-)表达的ATPu-RAF 与avβ3整合蛋白结合;
纳米药物载体
1 . 提高药物效果
许多药物本身存在理化性质不稳定、易被降解破坏、溶 解率低、不良反应较大等问题，通过纳米技术将这些药物高 度分散于纳米载体中，制成载药纳米微粒，再用液体载体的 流动形式给药，从而避免了药物原有的缺点。
纳米药物载体
2. 良好的控释性
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， 载体壁溶解和微生物的作用，均可使载体中药物向外扩散。将药物制成 纳米制剂后，避免了多次用药可以延长药物的体内半衰期，解决因药物 半衰期短而需每天重复给药多次的麻烦，减少药物不良反应，具有很好 的缓控释效果。
纳米药物载体-常用载体
4、树枝状聚合物
通过对树枝状聚合物尺寸及分子结构的设计，使其具有最 佳的血液循环时间，将阿霉素结合到这种可生物降解的聚 合物上，来输运阿霉素。通过多点结合，控制药物载量； 通过 PEG 链修饰，实现溶解性；通过 pH 敏感的链接，实 现药物释放。
纳米药物载体-常用载体
5、介孔纳米材料
将疏水性药物埋入多孔二氧化硅或者介孔碳纳米材料中， 利用纳米材料的亲水性，实现药物的载带
纳米药物载体-常用载体
6、烯碳材料
DNA与碳纳米管
纳米药物载体-常用载体
7、肽纳米管
阳离子二肽在中性条件下可以自组装成纳米 管，通过改变自组装体系的浓度，纳米管能 进一步转化为囊泡，利用此转变过程可将寡 核苷酸(ss-DNA)通过细胞的吞噬作用携入细 胞内，从而实现外缘物质的胞内输送。
其他-生物芯片
• 生物芯片是在很小几何尺度的表面
积上，装配一种或集成多种生物活 性，仅用微量生理或生物采样，即 可以同时检测和研究不同的生物细 胞、生物分子和DNA的特性，以及它
们之间的相互作用，获得生命微观
活动的规律。
其他-生物芯片
• 量子点色彩的多样性满足了对生 物高分子（蛋白质、DNA）所蕴 含海量信息进行分析的要求。 • 将聚合物和量子点结合形成聚合 物微珠，微珠可以携带不同尺寸 （颜色）的量子点，被照射后开 始发光，经棱镜折射后传出，形 成几种指定密度谱线（条形码）， 这种条形码在基因芯片和蛋白质 芯片技术中有光明的应用前景。
双光子荧光性质，可在血液中流动 。将金纳米棒注射到老鼠体内，然 后用红外激光束照射金纳米棒微粒 就会发出比常规成像设备中使用的 荧光染料亮度近60倍的荧光。若是 修饰有靶向基团，“金纳米棒”会
在癌症和肿瘤等病灶区域富集，实
现癌症的诊断。同时，金纳米棒具 有光热性质，使用红外激光束长时 间照射可以使金纳米棒富集部位温 度升高，达到杀死癌细胞的目的。
其他： 同位素显影剂： 如I125，F18，Cu64 光声信号： 金纳米颗粒等
含Gd显影剂
纳米诊疗药物-治疗作用
• 效应杀死病灶部位细胞
光热效应：金纳米棒，CuS纳米颗粒，金纳米笼等
磁热效应：顺磁性或超顺磁性的氧化铁纳米颗粒等
• 其他具有治疗作用的药物分子，如抗生素，消炎肽
，以及阿霉素等。
纳米诊疗药物-举例
纳米生物技术 及其应用
材料学院师资博士后 崔岩岩 2013年12月30日
个人介绍
2003年9月-2007年7月 四川大学化学学院应用化学系获得学士学位 2008年9月-2013年7月 中国科学院高能物理研究所获得博士学位
小美女 宝宝的 爸爸
个人主页：http://people.ucas.ac.cn/~cuiyy
较大时，对肌肉细胞也有毒性。
展望
纳米生物技术是目前国际生物技术领域的前沿和热点问题，在医药卫生
和生物工程领域有着广泛的应用和明确的产业化前景。 21世纪前几十年，是发展纳米技术的关键时期，纳米技术将成为第5次 推动社会经济各领域快速发展的主导技术。美、日、德等先进国家均已将纳 米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展，研究范围涉及纳米生 物材料、药物和转基因纳米载体、纳米生物相容性人工器官、纳米生物传感 器和成像技术、利用扫描探针显微镜分析蛋白质和DNA的结构与功能等重要 领域，一场新的国际纳米生物技术科技竞争已经开始。认识和发展这一技术
纳米医用材料-人造胰脏
目前糖尿病患者必须定期注射胰岛素来控制病情，而胰岛素是在胰腺的 岛细胞内生成的一种激素类蛋白质。若将外来的岛细胞植入人体，往往 仅持续几分钟就被来自免疫系统的抗体破坏。若将胰腺细胞装进布满几 纳米大小的孔的膜中。当血液中的葡萄糖通过纳米孔渗透进来，岛细胞 会相应地释放胰岛素，几个纳米的毛细细孔足以让小分子的葡萄糖和胰 岛素通过。但是相对较大的抗体分子却不能通过，因而可以保护胰岛细 胞不被破坏。
激发抗体和BPT生荧光 光探测器接收
探测早期DNA的损伤
其他-纳米生物细胞分离技术
制备SiO2 纳米微粒, 并将其表面包覆分子层 制取含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液
将纳米SiO2 包覆粒子均匀分散到其中
密度梯度离心
对所需要的细胞进行分离
密度梯度离心
实现对体内早期肿瘤细胞的发现
其他-免疫磁珠检测分离技术
肽纳米管载寡核苷酸进行细胞内输送的示意图
(a) 肽纳米管的SEM 图；TEM 图：(b) 肽纳米管向囊泡转变的中间态，(c) 由 纳米管再组装产生的囊泡；(d) 与载有 ss-DNA的肽纳米管孵化24h后的HaLa细胞 的CLSM图。
肽纳米管的杀菌应用
多肽纳米管作为抗菌剂，可在细菌细胞膜上穿 孔，导致细菌死亡
蛋白， 抗体， 酶
纳米医用材料-人造红血球
脑细胞缺氧6至10分钟即出现坏死，内 脏器官缺氧后也会呈现衰竭。人造红 血球，携氧量是天然红血球的200倍以 上。它可以应用于贫血症的局部治疗、
人工呼吸、肺功能丧失和体育运动需
要的额外耗氧等。
纳米医用材料-人工血管
人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE），聚氨酯（PU）等 合成材料人工制造的血管代用品，适用于全身各处的血管转流术。
同时对纳米材料进行靶向修饰，提高纳米材料的靶向性，并实现定性
，半定量或定量的对病情进行诊断分析。
纳米诊疗药物-可检测信号
荧 光 信 号
纳米诊疗药物-可检测信号
癌症细胞由于其比较活跃，所以吞噬 纳米颗粒能力较强，可以实现纳米颗 粒的富集作用
纳米诊疗药物-可检测信号
MRI 磁 性 信 号
纳米氧化铁
纳米药ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ载体-常用载体
1、水溶胶
水凝胶纳米粒子大多数以疏水多糖为基础制得。包覆 并输运药物，治疗性蛋白，疫苗抗原。
纳米药物载体-常用载体
2、聚合物胶束
胶束的核可容纳疏水性药物，壳是亲水性刷状结构，从而 实现了疏水性药物的水溶性
纳米药物载体-常用载体
3、脂质体
脂质体是球形的纳米粒子，由脂双层膜构成，具有亲水内 核，但是可以是单层膜，也可以是多层膜。与传统的药物 剂型相比，使用脂质体输运药物更有效，更安全。这些脂 质体可以在内核中或质膜上装载药物，通常情况下，亲水 性药物在内核中运载，脂溶性药物插入到质膜中
纳米生物技术简介
从宏观世界到微观世界
纳米生物技术简介
纳米技术的数量级是10-9m（1nm），约为单个原子的四倍。 DNA的宽度约为2.5nm，蛋白分子为1-20nm，鉴于活细胞中
这些固有的纳米级功能成分的在整个细胞生理活动中起着
重要作用，纳米技术必然在生物技术领域具有更广泛的应
用。
纳米生物技术是将纳米技术与生物技术相结合，从分子水 平装配具有复杂功能的装置和体系，并将其应用于生物学 研究的技术。
传统给药方式
多次给药， 浓度水平不稳定
纳米载体缓控释
一次给药 维持稳定药物水平
纳米药物载体
3. 良好的靶向性
具有磁性纳米粒子作为药物载体注入人体内后，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。
药物
纳米药物载体
未加磁场正常肝组织 较大的血管中未发现纳米粒的存在
加磁场正常肝组织 小动脉及肝窦中大量的纳米粒聚积
纳米诊疗药物
纳米诊疗药物就是能够实现诊断或治疗或集二者于一体的纳米集合体
，利用纳米材料自身的可检测信号，或是修饰的可检测信号分子，追 踪纳米材料在体内的分布及代谢情况，同时利用纳米材料自身的光热 ，磁热等性质或载带的药物分子完成对病灶部位的治疗作用。
纳米医用材料-人工血管
人工血管由于属于植入物，所以易产生免疫反应，或是不 易与两端血管粘合等，易发生钙化，再狭窄，形成血栓等 。所以往往需要将人工血管进行纳米涂层修饰处理：
（1）碳涂层 可以显著提高血管开通率。均匀镶嵌于血管内壁的碳原子与血管壁有机
的结合成一体，具有良好的生物相容性，与组织无反应。碳涂层微弱的负电荷排斥血小 板在管壁的沉积，有效减少血栓形成机会；碳涂层不利于平滑肌细胞生长和播散，减少 间质增生，可以显著显著提高血管开通率。
利用抗体、细胞膜表面受体的专一性作用，将配位子结合在荧光纳米颗粒上，与目 标表面的抗原性识别器发生特异性结合，使纳米颗粒能准确地作用于目的细胞。
荧光修饰的抗体进行识别和定 位
与抗体结合的纳米材料与组织内抗原的特异性结合
纳米诊疗药物-举例
多信号复合成像诊断材料
纳米诊疗药物-举例
“金纳米棒”体积小，具有
纳米材料对生物的影响
二氧化钛(TiO2)纳米颗粒可能对环境有害。二氧化钛纳米颗粒是
一种使用范围广、数量大的涂层材料。从机能毒性研究结果看，接触 二氧化钛纳米微粒后，人体肺部将可能出现炎症；从环境毒性研究结
果看，二氧化钛容易在饮用水中聚集，从而污染环境、影响健康。
银(Ag)纳米颗粒目前已被工业大量使用。研究表明，即便它在环 境中的聚集量很低，也会对水生无脊椎动物造成伤害。 碳纳米管(CNTs) 是工业和实验所需的材料，注射了碳纳米管的 老鼠会产生动脉粥状化、线粒体脱氧核糖核酸损伤等反应。当摄入量
图 2. 纳 米 磷 酸 钙 / 胶 原 基 骨 材 料 SEM 可知纳米磷酸钙胶原基骨材料的多孔 结构与天然松质骨微观结构相同，有 利于细胞的长入和营养物质的交换。
纳米医用材料-纳米陶瓷
活 性 仿 生 人 工 骨 植 入 24 周,骨缺损完全连接 在 犬 桡 骨 20mm 节 段 性 骨 缺损实验中，第四周就骨 皮 质 基 本 连 接 ， 24 周 骨 缺损完全连接。
(b):内皮细胞凋亡
(c): 肿瘤细胞饥饿死亡.
纳米诊疗药物-组装
纳米医用材料
纳米陶瓷具有很好的生物相融性，在人工骨、人工 关节、人工齿以及牙种植体、耳听骨修复体等人工器官制 造及临床应用领域有广阔的应用前景。
图1.纳米磷酸钙/胶原的TEM
可知磷酸
钙/胶原层间距为11.7nm 与骨组织里的 7.1nm 十分接近，均为一种倾斜的层状 结构。