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医学教育

纳米技术在生物医学方面的应用

2018-06-27 17:46:38

  摘 要:纳米技术具有非常高的科学研究价值,纳米技术定义是在纳米尺寸范围内进行的操作、控制、生产的物质和器件的技术。纳米技术发展至今具有空前的规模,其范围宽,领域广。纳米技术在工业催化、能源储备、生物医学、材料等领域内的产品更新提供了强大的技术支持。本文阐述了纳米技术在生物医学方面的应用,并举出相关例子,在最后对纳米虫这一物种进行了简要阐述。
  关键词:DNA纳米技术;磁性纳米粒子;纳米医疗;纳米虫
  一、纳米技术在生物方面的应用
  (1)DNA纳米技术,DNA作为储存遗传信息的载体,一直以来都是科学家们研究和探寻的课题。在这里不得不提到DNA纳米技术,DNA纳米结构的构造主要通过DNA的自组装。自组装是是指通过弱的和较小方向性的非共价键,把原子、离子连接在一起构成纳米结构,这种方法是自然界组装高复杂度材料的主要方法。利用DNA的碱基互补配对可以制备出独立的纳米小结构,DNA模块自组装包括DNA自组装成独立纳米小结构、基于DNA瓦片的无线自组装。自DNA的模块自组装技术发展以来,涌现出大量独具创意的模块,DNA折纸术的出现为传统的自组装技术带来了新的生机,这其中包括经典的DNA折纸术和新型的DNA折纸术。随着DNA纳米技术的发展,DNA自组装体结构越来越精密,DNA组装体也以其独特的性质在生物医药、复合纳米材料、电子芯片等领域展现着广阔的应用前景,比如DNA纳米结构用于组装纳米粒子和蛋白,同时DNA也是开发多功能型检测和载药工具的良好材料。我们有理由相信,DNA纳米技术的发展将会为人类在DNA芯片、纳米器械、生物医药等方面带来新的光明。
  (2)磁性纳米粒子固定化酶技术,酶是具有生物催化功能的高分子物质,具有高效性、专一性、反应条件温和、无污染等优点,在食品加工、药学和医学方面有着很大的应用潜力。在20世纪60年代迅速发展起来的固定化酶技术有效的提高了酶的利用率,近年来,纳米粒子作为酶固定化的新型载体,具有良好的生物相容性、比表面积大、颗粒直径小、较小的扩散限制、较高的载酶量及在溶液中稳定存在等优点。纳米材料的粒径尺寸为纳米级,通常介于1~100nm之间,磁性纳米粒子作为当今最受关注的的一类纳米材料,它不仅具备表面效应 、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应4个基本普通纳米粒子效应,同时还具有特殊的磁学性质:超顺磁性、高矫顽力、低居里温度和高磁化率。磁性纳米粒子一般分为天然磁性纳米粒子和人工合成磁性纳米粒子。它的粒径小、比表面积大、表面能高,为不稳定体系,易发生团聚,通常用有机小分子、有机高分子、无机材料对磁性纳米粒子表面进行修饰,使其功能化,降低其表面能,改善其分散性及稳定性,同时使磁性纳米粒子的磁响应强度、表面活性和生物相容性得到改善和提高。现在磁性纳米粒子在α-淀粉酶配体筛选分离研究、脂肪酶抑制剂筛选分离研究、漆酶固定化研究、多酶链式反应等中都有应用,磁性纳米粒子固定化酶是一个正在蓬勃发展的领域。
  二、纳米技术在医学方面的应用
  纳米医疗,与纳米有关的医学研究领域从产生至今发展的十分迅速,特别是纳米药物载体、纳米医用材料、纳米生物传感器和成像技术等,目前国际上纳米生物技术在临床上的研究范围涉及的纳米药物包括纳米给药系统、纳米生物材料、纳米生物相容性器官等领域。纳米药物的类型很多,包括聚合物键合药物、聚合物-蛋白质结合体、RNA纳米颗粒、固体聚合物纳米粒子、聚合物纳米胶束等。说起纳米医疗就必须得说纳米生物医用材料,它是纳米材料与生物医用材料的交叉,将解决临床对伤口敷料、人造皮肤、人造血管和组织工程支架、高性能组织修复、器官替换等一些需求。只不过大多数研究还处于动物实验阶段并且需要大量的临床试验予以证实,纳米材料应用的生物安全性也有待提高。纳米诊断学是在分子诊断中的应用,包括体外生物分子检测和体内诊断,对发展个性化治疗非常有意义。据说有些国家现在正在研制纳米医疗机器人,它可以用“主动”的方式进入人体内任何特定目标的医疗治疗工具。到达目标后,这些小机器就可以发挥作用,比如输送药物或者实时的了解到药物的进展情况。在完成这些目标后,纳米机器人可以被不留痕迹的降解。可以用“主动”的方式进入人体内任何特定目标的医疗治疗工具。到达目标后,这些小机器就可以发挥作用,比如输送药物或者实时的了解到药物的进展情况。在完成这些目标后,纳米机器人可以被不留痕迹的降解。
  三、纳米虫
  纳米虫是一种大小长度只能用纳米计算的微小人造生物,准确的说是一种纳米级别的机器人。《特种部队:眼镜蛇的崛起》的一种纳米虫(nanomites)拥有极强的再生能力和吞噬金属的能力,是眼镜蛇军火商利用军方资金研发的高科技武器,被装在4枚弹头中。其中一枚在击中铁塔后短短数十秒内将埃菲尔铁塔分解为微粒。纳米虫群可以用来抵抗超级武器,但是当被质子撞击炮攻击时千万不要给基地罩上,否则即使基地是满血也会瞬间被摧毁,要想抵御质子撞击炮必须在炮打之前提前罩上,那时候有信号弹提示,真空内爆弹则可以放心用纳米虫群防御,但是载具和步兵即使被罩住也会被吸到爆炸中心。用纳米虫群防御,但是载具和步兵即使被罩住也会被吸到爆炸中心。第二种纳米虫则可以增强人体的各种机能,有些特定的纳米虫还有特定的功能,比如在电影《特种部队:眼镜蛇的崛起》中已经变成美国总统(Jonathan Pryce饰)模样的撒旦(Arnold Vosloo饰)在自己脸上划了一刀,露出自己的真面容,而体内的纳米虫机器人迅速地将伤口愈合起来。
  四、结语
  纳米科技作为一个极具吸引力的研究领域,其生物应用多样化,同时在医学上也起着极其重要的作用,纳米技术给我们生活带来的变革,将不亚于电力代替蒸气的变革。我国的纳米科技研究在国际上居于领先地位,有些成果还开始进入了开发阶段,如目前国内一些厂家已研制出纳米抗菌洗衣机之类的“纳米家电”,“纳米新生活”离我们越来越近。
  参考文献:
  [1]张震威,《纳米技术在生物医学方面的应用》,南京工业大学
  [2]陈静.《磁性纳米粒子固定化酶技术研究进展》,中国农业科学院麻类研究所
  [3]张洪芝.《结构DNA纳米技術应用新进展》,中国石油大学(华东)理学院


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