摘要：本文評(píng)述了納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的最新應(yīng)用及研究狀況,介紹了納米生物材料所具有的特殊性能,以及納米材料在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用實(shí)例和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展情況,并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵詞：納米材料;生物醫(yī)學(xué);應(yīng)用

　　納米材料與生物體在尺寸上有著密切的關(guān)系，例如，構(gòu)成生命要素之一的核糖核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體的線度在15-20nm之間，生物體內(nèi)各種病毒的尺寸也在納米尺度范圍。納米技術(shù)的誕生使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子水平，使人類按照自己的意志操縱單個(gè)原子成為可能。納米生物醫(yī)用材料就是納米材料與生物醫(yī)用材料的交叉,將納米微粒與其他材料相復(fù)合制成各種各樣的復(fù)合材料。

　　一.納米生物醫(yī)學(xué)材料的分類

　　按照材料科學(xué)的分類方法，納米生物醫(yī)學(xué)材料可以分為納米金屬生物材料、納米無(wú)機(jī)非金屬生物材料、納米高分子生物材料、納米復(fù)合生物材料幾種。但是按照其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用則可分為：細(xì)胞分離用納米材料、細(xì)胞內(nèi)部染色用納米材料、抗菌及創(chuàng)傷敷料用納米材料、組織工程中的納米生物材料、生物活性材料幾種，本文將照此分類進(jìn)行介紹。

　　1.細(xì)胞分離用納米材料

　　病毒尺寸一般約80～100nm，細(xì)菌為數(shù)百納米，而細(xì)胞則更大，因此利用納米復(fù)合粒子性能穩(wěn)定、不與膠體溶液反應(yīng)且易實(shí)現(xiàn)與細(xì)胞分離等特點(diǎn)，可將納米粒子應(yīng)用于診療中進(jìn)行細(xì)胞分離。該方法同傳統(tǒng)方法相比，具有操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低、快速、安全等特點(diǎn)。美國(guó)科學(xué)家用納米粒子已成功地將孕婦血樣中微量的胎兒細(xì)胞分離出來(lái)，從而簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地判斷出胎兒細(xì)胞中是否帶有遺傳缺陷。

　　2.細(xì)胞內(nèi)部染色用納米材料

　　利用不同抗體對(duì)細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異，選擇抗體種類，將納米金粒子與預(yù)先精制的抗體或單克隆抗體混合,制備成多種納米金/抗體復(fù)合物。借助復(fù)合粒子分別與細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復(fù)合物，在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色(如10nm的金粒子在光學(xué)顯微鏡下呈紅色)，從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標(biāo)簽，因而為提高細(xì)胞內(nèi)組織的分辨率提供了一種急需的染色技術(shù)。

　　3.抗菌及創(chuàng)傷敷料用納米材料

　　按抗菌機(jī)理，納米抗菌材料分為三類:一類是Ag+系抗菌材料，其利用Ag+可使細(xì)胞膜上的蛋白失活，從而殺死細(xì)菌。在該類材料中加入鈦系納米材料和引入Zn2+、Cu+等可有效地提高其的綜合性能;第二類是ZnO、TiO2等光觸媒型納米抗菌材料，利用該類材料的光催化作用，與H2O或OH-反應(yīng)生成一種具有強(qiáng)氧化性的羥基以殺死病菌;第三類是C-18A°納米蒙脫土等無(wú)機(jī)材料，因其內(nèi)部有特殊的結(jié)構(gòu)而帶有不飽和的負(fù)電荷，從而具有強(qiáng)烈的陽(yáng)離子交換能力，對(duì)病菌、細(xì)菌有強(qiáng)的吸附固定作用，從而起到抗菌作用。

　　二.納米生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用

　　上文介紹了納米生物材料的應(yīng)用分類，下面就通過(guò)一些具體實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　1納米人工紅細(xì)胞

　　我們知道，腦細(xì)胞缺氧6～10分鐘即出現(xiàn)壞死，內(nèi)臟器官缺氧后也會(huì)呈現(xiàn)衰竭。納米人工紅細(xì)胞的原理是用一個(gè)可以雙向旋轉(zhuǎn)渦軸的選通柵門來(lái)控制氧氣從小球中釋放,通過(guò)調(diào)節(jié)渦軸旋轉(zhuǎn)的速度和方向，使小球內(nèi)的氧氣根據(jù)人體需氧的多少以一定的速率釋放到外部血液中，同時(shí)使供氧裝置在富氧的地方具有吸收氧氣的功能而在需氧的地方具有釋放氧氣的功能;同理，它還必須能在適當(dāng)?shù)牡胤轿�收和釋放二氧化碳。初步設(shè)計(jì)的人工納米紅細(xì)胞是一個(gè)金剛石的氧氣容器，內(nèi)部有1000個(gè)大氣壓，泵動(dòng)力來(lái)自血清葡萄糖，它輸送氧的能力是同等體積天然紅細(xì)胞的233倍,并具有生物碳活性。它可以應(yīng)用于貧血的局部治療、人工呼吸、肺衰竭和體育運(yùn)動(dòng)需要的額外耗氧等。

　　2納米人工線粒體

　　當(dāng)細(xì)胞中的線粒體部分失去功能的時(shí)候，再來(lái)增加氧供給水平，并不一定能使組織有效地恢復(fù)，這時(shí)就需要直接釋放三磷腺苷同時(shí)伴隨著有選擇地釋放和吸收其他的一些代謝產(chǎn)物，后者是迅速恢復(fù)組織功能的有效手段。人工線粒體裝置，如同前面的供氧裝置一樣，只不過(guò)在這里釋放的是三磷腺苷而不是氧。

　　3納米人工眼球

　　我國(guó)四川大學(xué)研制的納米人工眼球通過(guò)電脈沖刺激大腦神經(jīng)，使患者可“看”到外部的精彩世界。納米眼球的外殼是用納米材料制成，納米材料是一種活性復(fù)合材料,眼球的外殼里面安置微型攝像機(jī)與集成電腦芯片，通過(guò)這兩個(gè)部件將影像信號(hào)轉(zhuǎn)化成電脈沖刺激大腦的枕葉神經(jīng),從而實(shí)現(xiàn)可視功能。

　　4納米人工鼻

　　納米人工鼻實(shí)際上是一種氣體探測(cè)器，與燃?xì)獗O(jiān)視器道理相同，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體。英國(guó)伯明翰大學(xué)正在研制“納米鼻”來(lái)預(yù)報(bào)致哮喘病發(fā)作的環(huán)境因素，一旦空氣中含有易引發(fā)哮喘病的氣體如臭氧、一氧化碳及氮的氧化物時(shí)，其顯示器就發(fā)出信號(hào)。

　　三.產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用挽救了千萬(wàn)計(jì)危重病人的生命，降低了心血管、腫瘤及其它嚴(yán)重疾病患者的死亡率。由于心血管系統(tǒng)修復(fù)材料和器械的使用和醫(yī)療技術(shù)的提高，美國(guó)心臟病死亡率已從1950年每100000人的586.8人，降至2001年的247.8人，下降近60%;納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用還提高了生命質(zhì)量，降低了殘疾人的數(shù)量。2003年全球人工髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的年植入量已分別超過(guò)100萬(wàn)套。醫(yī)用骨材料在國(guó)內(nèi)外有著廣闊的市場(chǎng)和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于腫瘤、外傷及某些遺傳性疾病造成的骨缺損是臨床上面臨的一大難題。2000年我國(guó)的骨外科臨床治療超過(guò)50萬(wàn)例。在美國(guó)，每年大約有90萬(wàn)人由于各種原因而接受骨損傷的手術(shù)治療，其中80萬(wàn)人需要植入組織替代物。目前采用的自體骨移植和異體骨移植因存在種種弊端，不能解決臨床實(shí)踐中的大范圍骨缺損。骨組織工程的臨床應(yīng)用前景為大范圍骨缺損修復(fù)帶來(lái)了曙光。

　　以納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)正在發(fā)展初期，這些產(chǎn)業(yè)具有進(jìn)一步提高人類生活質(zhì)量、延長(zhǎng)人類壽命的潛力。近10年來(lái)，因?yàn)閲?guó)家對(duì)科學(xué)技術(shù)越來(lái)越重視，和納米相關(guān)的基礎(chǔ)研究已經(jīng)在中國(guó)取得長(zhǎng)足進(jìn)展，中國(guó)已經(jīng)成為僅次于美國(guó)的納米科學(xué)研究大國(guó)。如何把這些基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，特別是將其運(yùn)用于生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，將需要科研界、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)界和國(guó)家支持這幾方面力量通力合作。

　　教育論文投稿刊物：化學(xué)教育的任務(wù)是放眼化學(xué)學(xué)科的發(fā)展方向，圍繞我國(guó)化學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展，重點(diǎn)報(bào)道化學(xué)教育領(lǐng)域內(nèi)的改革動(dòng)態(tài)和研究成果，介紹化學(xué)學(xué)科的新成就和新發(fā)展;化學(xué)教育的新理論、新觀念;化學(xué)教育教學(xué)改革新經(jīng)驗(yàn)，為提高化學(xué)教育工作者的業(yè)務(wù)水平服務(wù)，為我國(guó)化學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展服務(wù)。

　　四.納米材料在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的展望

　　納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合，為醫(yī)學(xué)界提供了全新的思路，納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著效果。但納米材料應(yīng)用還很有限，尤其是在生物醫(yī)學(xué)上面，目前大多數(shù)研究還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，還需大量臨床試驗(yàn)予以證實(shí)，納米材料應(yīng)用的生物安全性有待進(jìn)一步提高。這就要求生物醫(yī)學(xué)研究者與納米材料的研究人員合作需進(jìn)一步加強(qiáng)，制造出更先進(jìn)的生物醫(yī)用納米材料。我們有理由相信，隨著納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用，臨床醫(yī)療將變得節(jié)奏更快、效率更高，診斷、檢查更準(zhǔn)確，治療更有效，人們的生命安全將得到更大的保障。

　　參考文獻(xiàn)：

　　【1】李霞，彭蜀晉，張?jiān)讫?納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用【J】;化學(xué)教育;2006年第11期。

　　【2】金海龍，王新宇，王洪森等;納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展【J】;儀器儀表學(xué)報(bào);第27卷第6期增刊2006年6月。

　　作者：郭翔