生物医学中纳米材料的作用
1用于生物医学的纳米材料
1·1细胞分离用纳米材料
病毒尺寸一般约80~100nm,细菌为数百纳米,而细胞则更大,所以利用
纳米复合粒子性能稳定、不与胶体溶液反应且易实现与细胞分离等特点,可将纳米粒子应用于诊疗中实行细胞分离。该方法同传统方法相比,具有操作简便、费用低、快速、安全等特点。美国科学家用纳米粒子
已成功地将孕妇血样中微量的胎儿细胞分离出来,从而简便、准确地判
断出胎儿细胞中是否带有遗传缺陷。
1·2纳米材料用于细胞内部染色
利用不同抗体对细胞内各种器官和骨骼组织的敏感水准和亲和力的显
著差异,选择抗体种类,将纳米金粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体
混合,制备成多种纳米金/抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各
种器官和骨骼系统结合而形成的复合物,在白光或单色光照射下表现某
种特征颜色(如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色),从而给各种组
合“贴上”了不同颜色的标签,因而为提升细胞内组织的分辨率提供了
一种急需的染色技术。
1·3纳米药物控释材料
纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收、可通过人体最小的
毛细血管、甚至可通过血脑屏障等特性,而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射及敷贴等多种给药途径等很多优点,因而
使其在药物输送方面具有广阔的应用前景。德国科学家将铁氧体纳米
粒子用葡萄糖分子包覆,在水中溶解后注入肿瘤部位,使癌细胞和磁性
纳米粒子浓缩在一起,通电加热至47℃,可有效杀死肿瘤细胞而周围正
常组织不受影响;挪威工科大学的研究人员,利用纳米磁性粒子成功地
实行了人体骨骼液中肿瘤细胞的分离,由此来实行冶疗;SharmaP等1用聚乙烯吡咯烷酮包覆紫松醇制得的纳米粒子抗癌新药,体内实验以荷瘤
小鼠肿瘤体积的缩小水准和延长存活时间来评价药效,其疗效较同浓度
游离紫松醇明显增加;Damage等2用聚氰基丙烯酸己酯包覆胰岛素制得的纳米胶囊,给禁食的糖尿病鼠灌胃,2天后使血糖水平降低50%~60%,
按每千克体重50单位胰岛素以纳米胶囊给药,降血糖作用可维持20天,而同样条件下,口服游离胰岛素却不能降低血糖水平。
1·4纳米抗菌材料及创伤敷料
按抗菌机理,纳米抗菌材料分为三类：一类是Ag+系抗菌材料,其利用
Ag+可使细胞膜上的蛋白失活,从而杀死细菌。在该类材料中加入钛系
纳米材料和引入Zn2+、Cu+等可有效地提升其的综合性能;第二类是ZnO、TiO2等光触媒型纳米抗菌材料,利用该类材料的光催化作用,与
H2O或OH-反应生成一种具有强氧化性的羟基以杀死病菌;第三类是C-
18A°纳米蒙脱土等无机材料,因其内部有特殊的结构而带有不饱和的
负电荷,从而具有强烈的阳离子交换水平,对病菌、细菌有强的吸附固
定作用,从而起到抗菌作用。
因为纳米银粒子的表面效应,其抗菌水平是相对应微米银粒子的200
倍以上,因而添加纳米银粒子制成的医用敷粒对诸如黄色葡萄球菌、大
肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。深圳安信纳米生物科技有限公司已开发出粒径约25nm的银抗菌颗粒,
其具有广谱、亲水、无抗药性,对大肠杆菌等致病微生物有强烈的杀灭
作用。由其进一步研发出的纳米创口贴,其外观、价格都与普通创口贴
相近,具有护创作用,还具有超强活性,能激活细胞、修复病变组织、加
速伤口恢复的作用;相对应方法还制备了纳米材料抗菌溃疡贴。此外,
青岛化工学院等已开发出具有抗菌功能的多种纺织品;南京希科集团用
纳米银粒子同棉织品复合,制成了广谱抗菌的新型医用棉。
1·5纳米颗粒中药及保健品
微米级中药有50%以上不溶于水,而纳米级中药粒子则可溶于水,从而
有效提升药物利用率。利用纳米技术将中药材制成极易被人体吸收的
纳米粒子口服胶囊、口服液或膏药,不但克服了中药在煎熬中有效成份
损失及口感上的不足,而且可使有效成份吸收率大幅度提升。将制成的纳米中药膏直接贴于患处,纳米粒子很易经皮肤直接被吸收。研发纳米中药产品是促动中药走向世界、提升产品附加值、实现传统中药产业升级的发展方向之一。用纳米技术将不易被人体吸收或毒性较大的药物或保健品制成纳米胶囊或纳米粒子悬浮液,则可制得具有极高效/费比的纳米保健品。如微量元素硒具有防癌、护肝、免疫调节等作用。中国科技大学率先用纳米硒开发出“硒旺胶囊”,生物试验证明,其急性毒性是无机硒的1/7,是有机硒的1/3,其清除羟基自由基活性是无机硒的5倍,清除过氧阴离子和过氧化氢的活性也大幅度提升,使其在免疫调节和抑制肿瘤方面的灵敏性显著提升,纳米硒的安全性和生物活性使硒的保健功能能够更充分地发挥出来。
1·6纳米医用陶瓷
纳米陶瓷在人工骨、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。四川大学李玉宝教授等3~4用硝酸钙、磷酸铵为原料,二甲基甲酰胺为分散剂,在常压下制备出晶体结构类似于人骨组织的纳米级羟基磷灰石针状晶体,可用作人骨组织修复材料;Luo等5用TEOS在氢氟酸催化下,经溶胶/凝胶法制得纳米孔结构的SiO2,再用TEGDMA经光引发原位聚合制得
SiO2/PTEGDMA纳米复合材料,其比传统的牙科用复合材料具有更优异的耐磨性及韧性。通常方法制备的羟基磷灰石人工骨植入物,其强度和韧性都较低,不能满足应用要求。国外已制备出含有ZrO2的纳米羟基磷灰石复合材料,其硬度、韧性等综合性能可达到甚至超过致密骨骼相对应性能。通过调节ZrO2含量,可使该纳米复合人工骨材料具有优良的生物相容性6。美国Arizona材料实验室和Princeton大学的研究人员用聚二甲基丙烯酸酯、聚偏氟乙烯和钛盐作原料,应用溶胶/凝胶工艺合成的纳米TiO2/聚合物复合材料,用其作人工骨,其强度和韧性等力学性能与人体骨相当。
1·7生物活性材料
