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1、纳米技术在生物医药中的应用 摘 要 纳米技术是在纳米尺度上研究物质的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。介绍了纳米技术在生物医药中的应用现状和前景，并分析了纳米技术在生物医药领域应用中的纳米材料安全性和成本问题。关键词 纳米技术 纳米材料 生物医药1990年在美国召开了第一届纳米技术国际学术会议，成为纳米科技发展进步的一个重要标志。1999年，美国的Robert A Freitas Jr出版了纳米医学，表明了纳米科技的发展已促使人们开始多方面考虑并且探索纳米科技在医学临床诊治、药物学等方面的应用。纳米技术作为一项新兴技术，在生物医药领域具有十分广阔的应用前景。
2、1 纳米技术纳米是英文nanometre的译名，像米、厘米、毫米等一样，是一个长度单位。1纳米（nm）为10-9米，也即百万分之一毫米，相当于一根头发丝直径的五万分之一。更形象地讲，如果把1nm的物体放在乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上。在纳米尺度上，由于物质的量子效应，物质的局域性和巨大的表面、界面效应，形成的材料性能发生了由量变到质变的飞跃，从而突变或产生奇异的新现象。纳米技术是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。这一基本概念普遍认为由美国著名物理学家、诺贝尔物理奖获得者Richard Feynman在一次
3、题为在物质底层有很大的空间的演讲中提出，“为什么我们不可以从另外一个方向出发，从单个的分子甚至原子开始组装，以达到我们的要求如果有一天能按照人们的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇迹”。纳米技术涵盖领域广泛，包括纳米材料学、纳米生物学和纳米显微学等方面，它建立了一种崭新的思维方式，使人类能够利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术成品来满足更高层次的要求。目前，由于纳米技术具有的独特优势以及人们对健康和重大疾病防治等问题的日益关注，纳米技术开始广泛应用于生物医药领域。2 纳米技术在生物医药中的应用方兴未艾的纳米技术把人类对微观世界的认识带入了一个全新的境界，同时也为人类战胜疾
4、病、提高健康水平提供了更为有力的武器。就目前而言，纳米技术在生命领域的应用前景已逐渐展现，并且许多设想已经逐渐实现，可以预见纳米技术将渗透至生物医药研究和应用的方方面面。2.1 万能的机器人1986年，美国预见研究所的工程师埃里克德雷克斯勒说：“我们为什么不制造出成群的、肉眼看不见的微型机器人，让它们在地毯或书架上爬行，把灰尘分解成原子，再将这些原子组装成各种物品。这些微型机器人不仅是搬运原子的建筑工人，同时还具有绝妙的自我复制和自我修复能力。”同时，还有些科学家设想将蛋白质芯片或基因芯片组装成尺寸比人体红细胞还小的纳米机器人，使其具有某些酶的功能，它是纳米机械装置与生物系统的有机结合，在生物
5、医学工程中可充当微型医生，解决传统医生难以解决的问题。将这些纳米机器人注入血管内，可按照预定程序，直接打通脑血栓，清洁心脏动脉脂肪沉积物等，达到预防和治疗心脑血管疾病的目的。除此以外，不同的组合方案还可组装出其他功能的纳米机器人，例如，有的可以吞噬病菌、杀死癌细胞；有的可以作为人体器官的修复工具，修复损伤的器官和组织等，以完成整容手术或其他器官修复手术；有的可以进行基因装配工作，除去基因中错误或有害的DNA片段，并将正常的DNA片段装配进染色体，使机体正常运作。2.2 灵敏的检测器癌症是人类死亡率极高的疾病之一，但以目前的医疗诊断水平，癌症一旦被确诊通常已发展到晚期，即已无药可救或已过最佳治疗
6、时期。科学家设想，可制造出纳米传感器植入体内，监控早期癌变信号分子的产生，通过与外界特定的声信号或其他信号的相互作用，将内部信号转化为外部信号。 另外，近年来科学家正尝试应用纳米技术的新型检测仪器和诊断试剂，只需检测少量血液中蛋白质和DNA就可诊断出某人患各种疾病的可能性。国内外研究者正致力于脑肿瘤、肝癌、肺癌、白血病等癌症的早期纳米诊断手段的研究，并取得了一定的成绩。2.3 多彩的标记物科学家根据CD唱机中激光二极管的发光原理，研制出半导体纳米晶体。这种微型的无机晶体被称作量子点，可通过对其大小的控制，使其经同一光源激发后，发出红、黄、蓝等多种颜色的光。又因量子点比传统有机染色小分子更稳定，
7、目前得到了广泛应用。例如，研究者可用量子点附着在不同基因序列组成的DNA分子上，通过比较标记的基因序列与已知序列找出哪些基因在特定细胞或组织中表达较为活跃；当用量子点标记蛋白质或其他物质时，技术人员可动态跟踪标记物在体内的过程，从而使其应用于一些疾病的诊断。2.4 无限的备用器官有科学家预言，纳米材料制成的性质优良的人造器官和组织（包括人工血液等）将与人体“融为一体”，“残疾”将远离人类，需要器官移植的患者也可以告别漫长的等待。可以大胆设想将纳米材料制成的微型器件安全地植入人体内，如人工耳膜、人工视网膜等，可使听力或视觉受损的患者恢复功能，也可使正常人听力增强、看得更远，甚至在黑暗中也能有视觉
8、。2.5 精准的生物导弹中国有一句俗话“是药就有三分毒”，到目前为止科学家还未发现有一种药完全没有毒副作用，这主要因为药物在体内作用过程中，除在病灶部位浓度较高外，在其他部位也大量蓄积或者被分解后的产物具有较强毒性。这一难题通过纳米技术可以得到解决。将药物直接纳米化，即用机械或物理等手段将药物颗粒的大小控制在纳米级别，或者用制备的纳米尺度药物载体装载药物，可以使药物有效地到达病灶区，就像生物导弹直接攻击靶位点不殃及其他部位一样，从而达到降低药物毒副作用的目的。目前，纳米药物载体的种类有微乳、高分子纳米粒、聚合物胶束、树状大分子、纳米磁球等，国内外药物研究领域对此已有大量的研究，结果表明，药物的
9、毒副作用在降低的同时，其生物利用度也得到有效的提高，对载体进行设计和修饰后，还可起到缓慢释放而延长药效的作用。众所周知，中药是我国传统医药的宝贵遗产，是悠久历史的象征以及我国人民智慧的结晶。中药医学本应在科技高度发展的今天得到发扬光大，但目前却遇到了发展瓶颈，毒性问题就是其中的一个阻碍。将纳米技术引入中药研究的思路可能可以解决存在的问题，“纳米中药”这一概念也应运而生。纳米中药是直接提取中药的有效成分然后用纳米药物载体包裹，或将有效部位直接纳米化，而起到降低中药毒性的作用。3 纳米技术应用存在的问题以上只是纳米技术在生物医药领域几个方面的应用展望，相信将来还会有更广泛的应用。但任何事物都有两面
10、性，纳米技术也不例外。纳米技术在给人类带来种种好处的同时，也存在纳米材料的安全性问题。这也成为当今世界各国研究学者关注的热点，许多国家包括中国、美国和欧盟等，都投入了大量的人力、物力和财力，试图在纳米技术得到普遍应用以前，解决其潜在的问题，以使其在将来更好地服务于人类。其问题主要表现在：（1）要达到精确的调节和控制粉末组成和化学剂量比以及粒子的粒度和形态等方面都还有相当大的困难。（2）要制造成分准确、粒度均匀、表面功能团稳定的高质量微粒还有一定困难，其收集与存放也存在问题。（3）纳米中药因其表面效应和量子效应显著增加，使得药物的有效成分获得了高能级的氧化和还原潜力，往往引起许多性质的变化。这种变化究竟会对药物性质产生什么样的影响，目前还不清楚。（4）因制备技术所限，制备纳米微粒的成本一般较传统医药的制备高出许多。（5）纳米机器人一旦在人体内失控，能够快速复制的纳米机器人在体内扩散的速度可能比癌细胞还快，它是否会对人体正常的组织造成不利影响，目前还没有确切的研究结果。4 结语纳米技术在生物医药领域的应用，为提高生物医药技术，寻找和开发生物医药材料、合成理想的药物提供了充足的技术保证，但是根据需要组合原子或分子的思维模式将极大地冲击以至改变人类传统的生活和生产方式，因此，纳米技术还有待更进一步的研究，通过更深地剖析和了解，不断完善，使它更好的为人类服务。
