生物医学中纳米材料的作用
纳米材料在生物医学中的应用
纳米材料在生物医学中的应用随着科学技术的不断进步和人类认知的不断深入，越来越多的先进材料被应用于生物医学领域中。
其中纳米材料作为新兴材料，具有结构奇异、性质优异、功能多样等特点，成为了近年来研究的热点之一。
那么，纳米材料在生物医学领域的应用具体有哪些呢？一、纳米材料在药物传递中的应用纳米材料在药物传递方面的应用广泛，主要是通过改变材料的尺寸和表面性质来实现药物的高效传递，从而达到更好的治疗效果。
纳米材料具有非常小的尺寸和大的比表面积，这使得它们能够更好地穿透组织和细胞，减少副作用，并且可以有效地保护药物免受光热、化学和生物因素的影响。
此外，纳米材料还可以通过改变药物的释放速度、靶向性、生物可降解性等性质来增强药物的效力，减轻药物副作用和增强使用安全性。
二、纳米材料在生物成像中的应用纳米材料在生物成像方面的应用主要体现在两个方面：一是通过纳米材料的特殊结构和磁性、荧光、放射性等特性，实现对生物 signals 的采集和信号转换；二是通过纳米材料的多样性和多功能性，能够在生物学显像操作中实现多模式或多层次的成像。
例如，可通过利用纳米材料的荧光特性来制备多种荧光标记的纳米粒子，用于细胞和器官成像、生物检测、生态监测等方面；同时也可通过利用纳米金颗粒的表面增强拉曼等效应技术来实现更加精细、高分辨率的生物成像。
三、纳米材料在生物传感中的应用纳米材料在生物传感方面的应用主要是通过利用其独特的性质，如表面增强拉曼散射、表面等离子激元振荡、自组装等现象，来实现对生物大分子（如DNA、RNA、蛋白质）的快速、敏感、特异性检测。
这种生物传感器可能成为下一代的生物检测和治疗技术，有潜力促进生物医学诊断和治疗的发展。
四、纳米材料在组织工程中的应用组织工程学是一门研究如何制造全新生物组织的学科，其最大的挑战是如何构造具备理想机械性能、形态和功能的人工生物组织。
纳米材料因其尺寸微小，能够模拟自然环境，为生物材料的设计和制备提供了新的思路和方法。
纳米材料在生物医学领域的应用
纳米材料在生物医学领域的应用随着科学技术的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质，逐渐成为生物医学研究的重要工具。
纳米材料通常具有极小的尺寸，通常在1到100纳米之间，这一微小的尺度赋予了它们许多非凡的特性，如增强的反应性、优良的生物相容性和良好的分散性等。
这些特性使得纳米材料在生物医学领域展现出广泛的应用潜力，包括药物递送、成像诊断、抗肿瘤治疗等方面。
纳米材料的基本特性尺寸效应纳米材料独特的尺寸效应使得它们在许多应用中表现出与宏观材料截然不同的性质。
在这一尺度下，材料表面原子所占比例大增，导致其表面能、反应性和电子特性等均有所变化。
这使得纳米材料能够更有效地与生物分子相互作用。
增强的比表面积纳米材料具有极大的比表面积，这意味着它们能够与更多的生物分子进行接触，从而提高了药物载体或者催化剂的效率。
这一特性尤其适用于药物释放系统，在体内能够更快速地与靶细胞结合，实现更高效的药物传递。
有序结构许多纳米材料可以通过控制合成条件而获取有序的结构，这种有序性对提高材料性能和功能至关重要。
在生物医学中，有序结构能够提升治疗效果，通过优化载药能力、降低毒性等方式达到更佳效果。
纳米材料在药物递送中的应用药物递送系统是纳米医学研究的重要组成部分。
通过使用纳米材料，可以实现目的性药物释放，即在特定条件下（如pH值、温度或酶的存在）释放药物。
靶向递送靶向递送是指将药物精确地输送到病变部位。
纳米粒子可通过表面修饰结合抗体或配体，从而增强对靶细胞的亲和力。
例如，利用功能化金纳米粒子可以将化疗药物包装并通过靶向肿瘤细胞表面的特定受体进行释放。
这种智能化药物递送系统显著减少了对周围健康组织的损伤，提高了治疗效果。
控释技术基于纳米技术的控制释放系统能够实现药物在体内的持续释放。
例如，聚合物基纳米珠可以设计为在一定时间内逐步释放药物，相较传统给药方法，大大提高了给药频率与患者依从性。
同时，这种系统可以提供更稳定、更持久的药效，减少患者服用次数及可能带来的不适，被广泛应用于慢性病以及癌症等疾病治疗中。
纳米材料在生物医学中的应用
纳米材料在生物医学中的应用细胞是构成生物体的基本单位，研究细胞结构和功能的进展，对于进一步了解生物体的生理和病理过程非常重要。
而纳米技术的发展为细胞研究提供了强有力的工具，纳米材料在生物医学中的应用正变得越来越广泛。
一、生物成像生物成像是生物医学领域的核心技术之一，通过对病灶的判断和跟踪，将为疾病的早期诊断和治疗提供重要依据。
纳米材料的独特物理和化学性质，使其成为生物成像的理想探针。
例如，在磁共振成像中使用的超顺磁纳米颗粒能够增强图像对比度，并提高磁共振成像的敏感度。
金纳米颗粒也被广泛用于生物成像，其表面等离子体共振效应可用于增强光学成像的分辨率和对比度。
二、靶向治疗靶向治疗是针对特定疾病相关分子的疗法，通过与病变细胞特异性结合，释放药物或发挥治疗效果。
纳米材料的表面可以通过修饰特定的分子，使其具有高度的靶向性。
一种常用的应用是利用纳米载体递送药物，有效地将药物输送到病变部位，减少对健康组织的损伤。
此外，纳米材料在光热治疗中也发挥重要作用，通过选择性地吸收光能将其转化为热能，用于破坏肿瘤细胞。
其中，碳纳米材料和金纳米颗粒是常用的光热治疗材料。
三、生物传感器生物传感器是检测生物体内特定物质或生物过程的电子仪器。
纳米材料的高比表面积和良好的导电性使其成为生物传感器中的理想电极和传感元件。
例如，碳纳米管可以用于电化学检测特定分子的浓度，而纳米金颗粒则可以作为光学传感器检测生物样品中的分子信号。
此外，纳米材料还可以与生物分子相互作用，实现对生物过程的监测和控制。
四、组织工程组织工程是通过组合生物材料、细胞和生物活性物质来构建人工组织的技术。
纳米材料的高度可调性和可制备性使其在组织工程中得到广泛应用。
例如，纳米纤维素可以用于构建三维生物支架，为细胞附着和生长提供支持。
纳米涂层技术也可以改善生物材料的表面性能，增强其与细胞的相互作用，在人工体内组织工程中发挥重要作用。
纳米材料在生物医学中的应用为科学家们提供了更多的研究和治疗手段，但同时也面临一些挑战。
纳米技术在医学及生物领域中的应用
纳米技术在医学及生物领域中的应用随着纳米技术的不断发展，其应用领域也不断拓宽，其中医学及生物领域的应用备受关注。
纳米技术在这个领域中的应用主要有两个方面：一是纳米材料在医学中的应用，包括纳米药物、纳米生物活性材料等；二是纳米技术在生物学研究中的应用，包括纳米探针、纳米生物传感器等。
一、纳米材料在医学中的应用1. 纳米药物纳米药物是将药物包裹在纳米颗粒中，目的是增加药物的稳定性、增强溶解性、延长药物的半衰期等。
纳米药物的应用范围非常广泛，包括癌症治疗、心血管疾病治疗、传染病治疗等。
其中，纳米颗粒可以通过靶向药物释放来实现治疗效果的最大化。
例如，纳米颗粒可以通过靶向癌细胞来释放药物，从而减少对正常细胞的影响。
2. 纳米生物活性材料纳米生物活性材料是指用纳米技术制造的具有生物活性的材料。
这类材料在医学中的应用也非常广泛，包括生物传感器、诊断试剂、组织工程材料等。
其中，纳米生物活性材料可以通过一定的修饰来实现特定的检测和治疗效果。
例如，利用纳米生物活性材料制造的生物传感器可以实现精准的生物检测，从而提高疾病的诊断准确率。
二、纳米技术在生物学研究中的应用1. 纳米探针纳米探针是指采用纳米技术制造的用于生物分子检测的小型探针。
这些探针通常可以在生物细胞中或生物分子中实现高灵敏度和高准确度的检测效果。
例如，利用纳米探针可以实现对肿瘤标记物的快速检测、对细胞表面蛋白的快速检测等。
2. 纳米生物传感器纳米生物传感器是指以纳米技术制造的用于检测生物分子的传感器。
这些传感器可以实现高灵敏度和高准确度的检测效果，具有在体内实时监测生物分子的能力。
例如，利用纳米生物传感器可以实现心肌梗塞的早期诊断、细菌感染的快速检测等。
3. 纳米医学影像技术纳米医学影像技术是指将纳米材料引入人体并利用纳米材料在影像学中的特殊性质来实现人体影像的技术。
这种技术可以实现对生物分子、组织器官的高分辨率影像，并且具有成像速度快、没有放射性危险等优点。
纳米技术在生物医药学发展中的应用
纳米技术在生物医药学发展中的应用
纳米技术在生物医药学领域的应用包括药物传递、诊断和治疗等
方面。
1. 药物传递：纳米技术可以用于设计和制备纳米颗粒，将药物
封装在纳米颗粒内，从而提高其稳定性和溶解度。
纳米颗粒可以通过
被动或主动靶向策略将药物传递到特定的细胞或组织，减少对健康组
织的毒性。
此外，纳米颗粒还可以被用作药物缓释系统，释放药物以
实现持续疗效。
2. 诊断：纳米技术可以用于开发生物标志物的纳米传感器，用
于早期疾病的诊断。
这些纳米传感器可以被设计来检测生物分子的变化，如蛋白质、核酸和小分子，从而实现精确诊断。
此外，纳米技术
还可以用于构建影像引导的治疗系统，通过纳米颗粒或纳米材料对疾
病进行定位和跟踪。
3. 治疗：纳米技术可以利用其特殊的物理和化学性质，开发新
型的治疗方法。
例如，通过利用纳米粒子的特殊光学特性，可以实现
光热疗法，即利用纳米材料吸收光能并将其转化为热能，从而杀死癌
细胞。
另外，纳米技术还可以用于基因治疗，即通过将基因载体封装
在纳米颗粒中，将目标基因传递到细胞内，治疗遗传性疾病或癌症等
疾病。
总之，纳米技术在生物医药学中的应用有望提高药物的传递效率、提供更准确的诊断和治疗手段，为疾病的治疗和预防带来新的可能性。
然而，仍需更多的研究和发展来解决纳米颗粒的毒性和生物相容性问题，以确保其安全性和有效性。
纳米材料在生物医学中的应用
纳米材料在生物医学中的应用一、纳米材料在生物医学领域的应用1. 生物传感器：纳米材料可以用于生物传感器的制备和运载。
由于其特殊的物理和化学特性，纳米材料能够在低浓度下高度灵敏地探测生物分子，如蛋白质、DNA、RNA等。
纳米材料的高比表面积也能够提高生物分子的靶向性和识别能力，因此在生物传感器中的应用前景广阔。
2. 药物传输：纳米材料在药物传输方面有着巨大的应用前景。
基于其独特的尺寸和表面性质，纳米材料可以实现药物的高效载体和传输，可以改善药物的生物利用度和保留时间，降低药物的副作用。
纳米材料还可以通过靶向控制药物的释放，提高药物的效力和准确性。
3. 治疗：纳米材料的生物学特性还可以被用来治疗疾病。
纳米材料可以通过特定的靶向途径有效地将药物输送到病灶部位，实现对肿瘤、炎症等疾病的治疗。
纳米材料本身也具有良好的生物相容性和生物降解性，可以大大减少对人体的副作用和不良反应。
4. 影像检测：纳米材料在影像检测方面也有很大的应用潜力。
纳米材料可以被用作造影剂，可以通过在体内对比增强显像的方式，帮助医生更准确地进行检测和诊断。
纳米材料还可以通过特定的结构设计和表面修饰，提高对特定靶向组织或细胞的识别和检测能力。
二、纳米材料在生物医学领域的研究进展1. 纳米生物传感器的研究进展纳米生物传感器是将纳米材料作为传感器材料，能够感知和转换生物分子的信号。
近年来，许多基于纳米材料的生物传感器已经被开发出来，并且在许多生物医学领域得到应用。
一种基于纳米金材料的葡萄糖生物传感器已经被研发出来，能够检测血液中的葡萄糖浓度，用于糖尿病的监测和治疗。
2. 纳米材料在药物传输方面的研究进展纳米材料在药物传输方面的研究也越来越受到关注。
以纳米脂质体为载体的药物传输系统已经在临床中得到应用，并被用于多种疾病的治疗。
纳米材料的特殊表面性质也为药物的靶向控制提供了很多可能性。
一种基于聚合物纳米粒子的药物传输系统已经被成功研发出来，并能够实现对癌细胞的高度靶向，从而提高了治疗效果。
生物医学中的纳米材料及其应用
生物医学中的纳米材料及其应用随着纳米技术的不断发展，纳米材料已经成为了生物医学中的重要角色。
纳米材料可以通过特别的物理、化学、光学和磁性等性质对生物系统产生特殊的影响，因此在治疗和诊断疾病方面具有广阔的应用前景。
本文将介绍一些典型的生物医学纳米材料及其应用。
纳米药物纳米材料在药物传递方面具有明显的优势。
如纳米颗粒可以通过纳米通道进入细胞内部，通过改变其大小、形状、电荷和表面修饰等可以改变其在细胞内部的行为，提高药物传递的效率和特异性。
同时，纳米颗粒还可以通过积累在肿瘤组织内，增加药物在肿瘤组织内的浓度和抗肿瘤效应。
纳米药物可以用于治疗多种疾病，如肝癌、肺癌、胰腺癌、神经病、心血管疾病等。
纳米生物传感器纳米生物传感器是一种将纳米材料与生物分子结合在一起，用于检测和诊断疾病的技术。
纳米生物传感器具有高度的灵敏度、特异性和快速性，可以用于检测多种生物分子，如DNA、RNA、蛋白质和细胞等。
此外，纳米生物传感器还可以与光学、电学、磁学等技术相结合，提高检测的灵敏度和选择性。
纳米生物传感器已用于检测多种疾病，如癌症、感染病、自身免疫性疾病等。
纳米仿生材料仿生学是一门研究模仿和应用自然生物的原理和方法的学科，纳米仿生材料是仿生学中的一种重要分支。
纳米仿生材料可以通过模仿自然材料的结构、形态和功能，实现多种生物医学研究和应用目标。
如，仿生纳米粘附材料可以模仿生物粘附的特殊性质，用于修复或替代受损组织，如心血管血管壁、肝脏、皮肤等组织的修复。
同时，仿生纳米材料还可以用于制备仿生器官、仿生组织等工作。
纳米生物材料纳米生物材料是一类以生物大分子为基础制备的纳米结构材料。
纳米生物材料可以通过生物分子的物理和化学特性，利用自组装和自组装技术，制备出具有高度多层次结构的纳米材料。
纳米生物材料有良好的生物相容性，种类繁多，包括DNA、蛋白质、聚糖等材料。
纳米生物材料具有广泛的生物医学应用，如生物传感、生物成像、药物传递等。
纳米材料在生物医学中的应用
纳米材料在生物医学中的应用一、纳米材料简介纳米材料是一种尺度在 1-100 纳米（1nm=10^-9m）之间的材料。
随着纳米技术的不断发展，纳米材料的种类也越来越多，包括碳纳米管、纳米金属、纳米氧化物、纳米化合物等。
纳米材料具有独特的物理和化学特性，在生物医学领域有着广阔的应用前景。
二、纳米材料在生物医学中的应用1. 纳米药物纳米药物是指纳米材料作为载体，将药物包裹其中，以此实现针对性输送和控制释放。
这种药物具有高效、低剂量、较少毒副作用等优点。
例如，近年来研究的纳米抗癌药物在治疗肺癌、乳腺癌等疾病中显示出显著的疗效，成为靶向治疗的重要手段。
2. 纳米生物传感器纳米生物传感器是指将纳米材料与生物体相互作用，通过监测生物体内的物质浓度、生物物质分子等信息，实现对生物体状态的检测、分析和诊断。
例如，纳米粒子的表面修饰可实现对病毒、细菌等病原体的高灵敏性检测，从而提高疾病早期诊断的准确性。
3. 纳米材料的组织工程和再生医学纳米材料在组织工程和再生医学中应用广泛。
例如，纳米材料可以通过与生物体组织细胞相互作用，促进细胞生长和分化。
这种作用可应用于骨折愈合、心脏组织修复等方面。
同时，纳米材料还可以用于人工关节、血管、器官等的研究和制造，应用效果显著。
4. 纳米光学成像纳米光学成像是一种通过光学手段对微观物质进行成像的技术。
纳米材料在这方面的应用虽然有限，但正在逐渐发展。
例如，纳米金颗粒的表面修饰可实现在体内的光学成像，用于疾病诊断和研究。
三、纳米材料在生物医学中的优势与传统医疗技术相比，纳米技术具有以下优势：1. 高效性：纳米药物能够精准靶向病变部位，达到更高的药效和更少的伤害。
2. 安全性：在合理使用下，纳米材料的毒副作用很小，对人体安全。
3. 可控性：纳米药物的性质可以通过合理设计进行调控，达到更好的治疗效果。
4. 生物相容性：多数纳米材料具有很好的生物相容性，不会被生物体的免疫系统排斥。
四、纳米材料在生物医学中的挑战虽然纳米技术在生物医学领域有着广阔的应用前景，但其面临以下挑战：1. 在生物体内的稳定性问题；纳米药物在体内易受生物环境的影响，失去原有的性质和效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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生物活性材料自Hench7首先报道某些组成的玻璃具有生物活性以来,国内外对生物玻璃的研制十分活跃,但生物玻璃较脆、不能满足人工骨材料的使用要求。
随着纳米技术发展,生物活性杂化材料在保持柔韧性的同时,弹性模量已接近硅酸硼玻璃,而且便于加入活性物质,所以是一种开发生物材料的理想途径。
Jones等8用TEOS、甲基丙烯酰胺在偶氮类引发剂作用下,加入氯化钠制备出含钙盐的纳米SiO2/聚合物复合材料,将其在人体液中(SBF)放置1周后,能够观察到其表面有羟基磷灰石层形成,因而具有较好的生物活性,OKelly等9总结了借助仿生过程制备具有生物活性的纳米复合材料的思路和研究成果。
应用溶胶/凝胶技术制备纳米复合材料,同时在体系中引入胺基、醛基、羟基等有机官能团,使材料表面具有反应活性,可望在生化物质固定膜材料、生物膜反应器等方面获得较大应用。
Schtelzer等10较早研究了在凝胶玻璃中固定胰蛋白酶的特性;Cho 等11开发了有机—无机纳米复合材料固定α-淀粉酶,其稳定性超过1个月,可望用于研制生物膜反应器。
含钛硅的纳米复合材料具有优良的透光率、氧气透过率和吸湿性,是理想的隐形眼镜材料。
Schmidt等12,13在环硅氧烷、TEOS、异丙醇钛、甲基丙烯基硅烷、丙烯酸甲酯体系中,加入稀酸,使其在酸性条件下水解/聚合,得到隐形眼镜材料。
该材料具有良好的透氧性、润湿性及较高的强度,良好的弹性和柔韧性,其透明度和折光率等均满足隐性眼镜的性能要求。
我国浙江大学及华南理工大学等单位也展开了类似研究并已取得良好进展14。
聚氨酯材料是重要的生物医学材料,因其良好的生物相容性和优异的力学性能常用来制作血管移植物、介入导管、心脏辅助循环体系及人工心脏等。
许海燕等15用聚醚型聚氨酯与纳米碳经溶胶/凝胶法制得的纳米碳/聚氨酯复合材料,具有较好的微相分离结构,改善了材料表面的血溶相容性;Huang等16用带羟基的线性聚氨酯(Mn=6000)与TEOS作用,调节二者配比,可得到从柔韧的弹性体到坚硬的塑料等不同性能的纳米复合材料,以满足不同使用要求;Xu等17用聚氨酯和有机蒙脱土经溶液插层、溶胶/凝胶制得的纳米复合材料,在改善聚氨酯材料力学性能的同时,显著地降低了水蒸气及空气的透过率,更好地满足全人工心脏等植入人工器官的应用要求。
用溶胶/凝胶法制备的纳米微孔SiO2玻璃,可用作微孔反应器、功能性分子吸附剂、生物酶催化剂及药物控释体系的载体等18;利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)/纳米SiO2复合材料无毒及优良的生物相容性,通过调节PDMS含量控制其硬度和弹性,可用作生物活性材料;用纳米粒子直接分散法制得的表面带有胺基或羟基的SiO2/聚吡咯纳米复合材料,可用作凝集免疫测定中高显色的“标记器”微粒;利用聚吡咯的良好导电性,其纳米复合材料在组织工程及神经修复等领域具良好应用前景19,20。
2展望美国伯明翰大学的菲力普教授指出：“纳米技术最终目的还在于生活本身”。
全世界的很多科学家已经把目光转向纳米技术在人们生活中的应用,尤其是旨在提升人们生活质量的生物医学领域中的应用研究。
美国科学家利贝认为：利用纳米粒子实行细胞分离的技术,很可能简易地实现肿瘤等癌症的早期诊断。
结合纳米靶向药物定向治疗技术的发展,人类彻底战胜癌症已为时不远!另有专家预测：随着纳米药物控释技术的发展,可望用数层纳米粒子包裹智能药物输送到病患部位,并可根据患者微区内体温、pH值等微小变化来实现靶向控释药物成份。
该技术在免疫、计划生育、糖尿病等方面的诊疗,以及主动搜索并攻击癌细胞、修复损伤组织等领域具有广阔的应用前景19~21。
此外,纳米医用陶瓷及生物活性材料等方面的技术进步,必将促动组织工程及人工器官的快速发展。
所以,纳米材料及纳米技术不但会极大地促动生物医学产业的发展,也必将会给人们生活质量的提升带来长远影响。
生物医学中纳米材料的作用。