纳米科技概论-第五章 纳米药物与载体..

世界上最小的马达，由78个原子构成（4年的时间）
美国康纳尔大学：纳米直升机
利用ATP酶为分子马达的一种可以进入人体细胞 的纳米机电设备。 生物分子组件将人体的生物燃料ATP转化为机械 能量，使得金属推进器的运转速率达到每秒8圈。
有可能完成在人体细胞内发放药物等医疗任务。
7、未来的纳米药物制剂
7.1 智能化的纳米药物传输系统
• 一定温度下，不同表面活性剂的CMC不同，
形成胶束的分子缔合数不同，见下表
CMC 越高，胶束经稀释后越易解缔 合； CMC 越低，胶束越稳定。高分 子表面活性剂比低分子表面活性剂 具有较低的 CMC ，作为药物载体更 稳定。
• 胶束：水溶液体系 • 反胶束：非水溶液体系，CMC不确
定，缔合数< 10
应用：光能转换机理研究，作为纳米生物材料。
每公斤近1亿美元，相当于黄金的1万倍。
6. 细胞器－纳米微型机器
尺寸小于10纳米的超细微粒可以在血管中自由移动。
微型医用机器人：多层聚合物
外型类似人的手臂，希望能在血液、尿液和细胞 介质中工作，可捕捉和移动单个细胞。
机器人进行全身健康检查和治疗，包括疏通脑血 管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可以吞 噬病毒，杀死癌细胞。
鉴别混合物
筛选结合于DNA的肿瘤药物 用作微细半导体线路的导线
3. 分子马达
定义：由大分子构成，利用化学能进行机械做功的 纳米系统。 天然分子马达：驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白 等，在生物体内参与了胞质运输、DNA复制、细 胞分裂、肌肉收缩等一系列重要生物活动。
在纳米技术的萌芽阶段，科学家已经制造了很 多微型器件，但是缺乏驱动它们的马达，分子马达 的研究成果将使纳米技术研究提高到一个新水平。 分子马达不但能够为未来的分子机械提供动力， 还可使我们更深入地了解一些具有相似结构的生命有 机体，例如肌肉纤维及推动细菌运动的纺织锥形鞭毛 。
——脂质体
——脂质微粒
——纳米囊和纳米球 ——聚合物胶束
• 纳米（药物）
—— 混悬剂 —— 片 剂 —— 胶囊剂
一、纳米载体的类型 —— 纳米脂质体
• 主要材料：
磷脂、胆固醇等
• 应用：
静脉、口服、透皮
、粘膜等途径给药
纳米载体的类型 ——脂质纳米粒
• 主要材料：
脂肪酸、脂肪醇、磷
脂等
• 应用：
静脉、局部注射、缓
• 脂质体类型： • 单室脂质体（SUV：粒径小于100nm;
LUV：粒径在100-1000nm）
稳定性：SUV>LUV
包封率：SUV<LUV
• 多室（层）脂质体（MLV）：
• 多相脂质体：含有表面活性剂的乳液，
以单室或多室为主及少量O/W或 W/O/W乳剂共混悬在水相的多分散体 系
• 多功能脂质体：pH敏感、温度敏感、
纳米载体的类型 —— 纳米混悬剂
• 主要材料：
难溶性、大剂量药物
• 应用：
静脉、肌肉、皮下、 局部注射以及口服给 药等
2. 纳米药物与制剂
纳粒具有最大的溶解度，控制纳粒的大小 及粒度分布可以达到控制药物释放速率提高功 效和药物有效利用率。 如：具有生物活性的各类肽类药物，如治 疗Paget和血钙过多病的降钙素、防止手术接枝
脂质体（liposome）：脂类化合物悬浮在水中 形成的具有双层封闭结构的泡囊结构。 粒径～100 nm ，由磷脂及附加剂制备
亲脂部分：脂肪酸基
亲水部分：含羟基的含氮化合物，如：胆碱、
乙醇胺等
载药特点:
水溶性药物
脂溶性药物
磷脂双分子层
PEG表面修饰：延长循环，立体稳定。 特点：适于静脉注射，口服及透皮给药途径
酯、长饱和脂肪酸等为载体，将药物包裹或夹
嵌于类脂核中，制成粒径约为50nm－1000nm的
固体胶粒给药系统
成分：脂类（熔点高，常温固态）
乳化剂及共乳化剂
水
制备方法：
(1)热融－分散法 (2)高压乳化法 (3)超声分散法 (4)微乳稀释法 (5)溶剂乳化法 (6)乳剂溶剂 / 蒸发法
优点： 1）性质稳定，制备简单，可进行大规模化生 产，具有一定缓释作用。 2）适于难溶性药物：如阿霉素和环孢霉素的 包裹。 3）可静脉注射或局部给药，靶向定位，控释 作用。
混合胶束：由多种表面活性剂组成 如：由A、B两种表面活性剂得混合胶 束的CMC计算式：
1 xA xB CMC CMC A CMC B
式中xA、xB为A、 B 的摩尔分数
xA+xB=1
各种胶束形态：
临界胶束浓 度下的物理 性质变化
胶束增溶机理：
聚合物胶束药物载体系统的制备方法
2.4 纳米脂质体（liposome）
根据药物微粒的制备方法可分为: 2.1 简单纳米药物—裸纳米粒子
适于口服、注射、经皮给药途径，提高吸收 和靶向性。
2.2 纳米囊和纳米球—纳米粒
粒径＜100 nm 的聚合物胶体给药系统
载体：聚合物 PLA ，PLGA ，Chitosan ，
Gelatin 等，包载 亲水性或疏水性药物。
Solvent evaporation grinding
排斥提高免疫性的 Cyclosporin A、治疗胰岛素
依赖性糖尿病的胰岛素等。
非水溶性的药物 稳定的水悬浊液→皮下注射，随血液循环 颗粒纳米化，不会滞塞或阻塞血液循环系统。 气溶胶喷雾类药剂 如治疗哮喘病的药物，其颗粒大小是决定 功效的关键因素，目前颗粒只达到微米级。
药物纳米化的主要优势：
(1) 减小粒径、控制粒径分布等可提高药物的溶解 性，使药物易于吸收； (2) 可生物降解；
无痛麻醉，永久治疗过敏
生物分子与纳米器件
1. 生物纳米材料
纳米：10-9 m
细胞：10-6 m
生物大分子：纳米量级 亚细胞结构：几十～几百纳米 核酸、蛋白质、病毒、细胞器：1～100nm
2. DNA纳米材料
a. 金属DNA：新一代生物传感器和半导体导线
DNA易将金属离子并入双螺旋的中心
遗传畸变探测生物传感器
释药物
纳米载体的类型 —— 聚合物纳米囊和纳米球
• 主要材料：
聚乳酸、壳聚糖、明胶 、卡波姆、丙烯酸树脂
• 应用：
静脉、肌肉、皮下、局 部注射以及口服、粘膜 等多种给药途径
纳米载体的类型 —— 聚合物胶束
• 主要材料：
两亲性嵌段或接枝共聚
物如聚乳酸—聚乙二醇 共聚物
• 应用：
静脉、肌肉注射、口服 等
•
纳 米 药 物
把不容易被人体吸收的药物或食品，如维
生素等作成纳米粉或纳米粉的悬浮液极易被吸 收。如果把纳米药物做成膏药贴在患处，药物 可以通过皮肤直接被吸收，而无须注射，省去 了注射的感染。
药物制剂中的纳米技术
• 纳米体系/亚微米体系 • 应用目的：
—难溶性药物
—难吸收药物
—不稳定药物
• 纳米微粒载体
口腔医学纳米材料
牙釉质：天然的具有纳米结构的材料构成的 硬组织器官。
天然牙体中纳米级的羟基磷灰石颗粒 与胶原蛋白等活性物质的复合物赋予了牙 组织的特异的高强、耐磨等生理功能。
纳米化陶瓷与牙科陶瓷材料
全瓷冠桥修复系统与纳米氧化铝牙科陶瓷 纳米碳与牙釉质修复材料
复合纳米牙科充填材料
纳米复合黏结剂与防龋材料
纳米药物及载体
1
•
纳米仿生材料在生物医学领域的应用
• 纳米陶瓷材料用于人工骨关节、牙齿修复、耳骨修复等， • • •
其强度、韧性、硬度以及超塑性都有显著提高。 新型纳米抗炎敷料，表面结构发生根本性变化，面积显 著增大，杀菌效果增加百倍以上。 利用纳米技术的DNA复制与自我生长、自我制造机理， 可研制出有生物相容性的各种人体器官和骨骼修复剂与 自生长材料、人血代用品等。 可利用纳米薄层能分解有机物、抑制细菌滋生的自我清 洁特性可制成各种无菌器械用于临床。 在医疗保健领域，用掺入多种微量矿物质元素的微元化 纤维及陶瓷纤维等纳米材料，可制成衣物、垫料等，有 助于关节炎等病症的治疗、屏蔽电磁波能量，保障人体 不受侵害。 加入了纳米材料的食品还可杀菌并提高胃肠吸收能力。
使用超小分子，在病毒进入细胞致病前即与病 毒结合，是病毒丧失致病的能力。 已捕获病毒：流感病毒
利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，制成 特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。
5. 细胞视紫红质
紫膜：生长在极端嗜盐菌原生质膜上的一种物质。
细菌视紫红质：在嗜盐菌紫膜中含有与视觉中的视紫红质
相类似的蛋白质，并且紫膜中只有这种唯一的蛋白质。 可利用光能合成腺苷三磷酸ATP，类似光合作用。 也可在无光情况下进行氧化磷酸化，进行细菌的生长繁 殖。
纳米材料与口腔疾病治疗
(1) 纳米材料与口腔颌面骨缺损治疗
纳米HAp：比表面大，陶瓷韧性极佳 纳米HAp与聚酰胺，纳米磷酸钙/胶原复合人 工骨材料
（2）纳米材料及技术与口腔颌面恶性肿瘤治疗
恶性肿瘤磁性纳米粒子磁导靶向化疗与热疗
恶性肿瘤颈淋巴结转移灶靶向纳米治疗
（3）牙科麻醉剂投药和牙本质过敏的治疗
多糖脂质体及免疫脂质体等
• 中性、正电性、负电性脂质体
• 脂质体的制备方法
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薄膜法 逆相蒸发法 复乳法 熔融法 注入法 冷冻干燥法 pH梯度法 表面活性剂处理法
2.5 固体脂质纳米粒
（Solid Lipid Nanoparticles , SLN）
SLN：以固态的天然或合成类脂如磷脂、甘油三
血糖检测及胰岛素 释放系统 纳米生物芯片释药 系统 癌细胞靶向识别释 药系统
4. 纳米智能药物
适时准确地释放药物。
a. 微型药房（硬币大小，智能化传感器）
具有上千个药库的微型芯片，每个小药库里 可容纳25nl不同药物。
b. 纳米智百度文库炸弹
可识别癌细胞的化学特征，仅20nm左右， 能够进入并摧毁单个癌细胞。
Micelles（胶束）
临 界 胶 束 浓 度 (Critical Micelle Concentration CMC ):
表面活性剂分子缔合形成胶束时的最低浓度， 称为临界胶束浓度 ，亦称胶团。
表面活性剂分子：一端亲水(hydrophilic)，一 端亲油（疏水） (hydrophobic) ；谓之双亲性 (amphiphilic)。
(3) 靶向输运； (4) 可控释放； (5) 根据具体用药的情况而具有如易于透皮吸收、 易于穿过血脑屏障等优点。
纳米药物的应用
• 抗肿瘤药物的载体
• 抗生素和抗寄生虫药物的载体 • 口服药物的载体 • 眼用药物的载体 • 靶向脑部给药的载体 • 靶向骨髓给药的载体 • 基因药物或蛋白质药物的载体
7. 生物分子纳米技术与器件
纳米颗粒的稳定性受外界环境影响很大，
因此利用反胶束、单分子膜、自组装等方法制 备纳米颗粒，以表面活性剂等使颗粒稳定。
活的半导体：能嗅出生物站所用的毒气。
纳米传感器：探测单个活细胞。
第一节 纳米药物的分类
• 药剂学纳米粒： 1－1000 nm
纳米载体药物：溶解或分散有药物 的各种纳米粒，如脂质体，聚合物 纳米药物 胶束等 纳米颗粒药物：直接由原料药加工 成的纳米粒
适于静脉、肌肉、皮下注射缓控释作用，以 及非降解性材料制备的口服给药。
2.3 聚合物胶束载药系统（Micelle)
嵌段或接枝聚合物（亲水性—疏水性）自组 装形成纳米胶束，增溶和包裹药物。 如：PLA-PEG，以及壳聚糖衍生物等聚合物 胶束。
特点：适合携带不同性质药物，适于静脉注
射给药途径，可增溶并提高吸收。
缺点：
1）载药量低，贮存不稳定，如：凝胶化、
粒径增大、药物泄漏等
2）存在多种胶体结构
3）呈现爆发释放模式
2.6 智能化纳米药物传输系统
• 由智能材料（smart）载体和药物组成，
通过对温度、pH值以及光、电、磁等的 改变来控制材料的性质发生变化， 进而 控制药物的释放。
智能控制载体系统：
•
•
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仿生，biomimetics， 指模仿或利用生物体结构，生化 功能和生化过程的技术。 目的： 获得接近或超过生物天然材料优异性能的新材 料，或用天然生物合成的方法获得所需材料。 纤维：具有蜘蛛牵引丝强度 陶瓷：具有海洋贝类韧性等
制备仿生的硬组织材料
目的：替换、修复损伤的天然硬组织。 无机/高分子复合材料最受关注。
c. 人造红血球
一微米大小的金刚石氧气容器，内部有1000个 大气压，泵浦动力来自血清葡萄糖。它输送氧的能 力是同等体积天然红细胞的236倍，并维持生物碳活 性。
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。
d. 纳米微粒药物输送技术
缩小药物颗粒尺寸，提高药物溶解速率，提高 难溶性药物的药效。不溶的药物被悬浮在安全的稳 定剂和赋形剂的悬浮液中，就适合口服或注射了。 e. 纳米陷阱：捕获病毒