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医学纳米材料应用的研究进展闰玉生(第一军医大学珠江医院。胸外科5 1 0 2 8 2：泳晰勘7e 1 0 2 0-6 1 6 4 3 2 7 9h：y a n y s。f i m m u,c o m 纳米技术作为一种空间平台技术研究的范围涉及许多学科和技术领域，它是指一门在0 1 1 0 0 r i m 空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特殊功能的产品，或对物质进行制备，研究，掌握其原子和分子的功能运动规律和特征的崭新的高技术科学。它的诞生，使人类改造自然的能力直接延伸到分子和原子的水平，使人类按照自己的意志操纵单个原子。纳米技术在多个领域已经取得显著成就，正启发着研究者在更多领域向更深层次的研究方向发展，纳米医学是物理学与医学的交叉结合，利用分子工具和人体的分子知识，对人类疾病进行早期预防快速诊断和治疗的学科，使人们从分子水平上认识自己，创造并利_【：j 纳米装置来防治疾病，提高人类生存质量。1 纳米药物：在药理学研究中一个重要的方向就是提高药物的吸收利用率而药物的吸收与溶解率有夫。当药物颗粒缩小时，药物与胃肠道的有效接触面积增加，溶解速率将随药物颗粒尺寸的缩小而提高，从而提高药物利用率，纳米技术可将药物颗粒转变成稳定的纳米粒子，增加其溶解性，使之适合口服或者注射。低分子肝素，可用于防治深部静脉血栓、肺栓塞、插散性血管内凝血等疾病，由于其口服吸收率低，剂型多为透皮软膏、凝胶、脂质体喷胶和注射剂，为进一步促进低分子肝素经胃肠道吸收，降低口服剂量，方便病人使用，正在研制低分子肝索纳米脂质体的制备，发现包入纳米脂质体的低分子肝素在胃肠道可与胃肠粘膜细胞作刚发生融合、胞饮和吞噬作用，使药物进入胃肠道粘膜进而被吸收，由于其极小的粒径，而具有粘附性，易于粘附与肠壁上，增加了药物与肠壁的接触时间和面积，有利于药物吸收，由丁其较小的粒径，口服后除上述作用外还可被胃肠道中的派伊尔氏淋巴结(P a y e r sp a t c h e s)等组织所坛j 坟，出随其粒径的减小摄取增加。实验结果表明，纳米脂质体可显著促进分子鼙为5 4 5 0 的肝素的胃肠道吸收，并维持较氏的作用时间，口服8 h 后大鼠血液凝固时间仍有显著延长。纳米粒径超微化的通H J 装置将物质人分子进行破碎、乳化、均质、分散粒化成纳米级性径n 0 小分子。j _ j 谚装置合成的钙剂经口服9 8 的有效成份可被人体吸收，而现有钙剂仪被人体吸收约3 0。纳米药物还可改变药物在体内的分布，这就是所谓的靶向释药。网状内皮组织系统的细胞(R E S 如巨噬细胞)在艾滋病的免疫病理中起重要作刚。L o b e n b e r g 等发现抗艾滋病毒药叠氮胸菅(A Z T)制成纳米粒后，给小鼠尾静脉注射，提高了巨噬细胞的吞噬作用，器官中A Z T 的浓度比对照组(A Z T 水溶液)最高增加了1 8 倍。在含丰富巨噬细胞的位点中药物浓度的增加将允许减少用药量，从而降低药物的毒性作异。最近提出的“纳米中药”的概念作为研究中药的一种新思路，将纳米技术引入现代中药的研究开发中，制造粒径小于1 0 0 r i m的中药有效成份、原药及其复方制剂，也是通过将药物的尺寸减小至纳米尺度，大幅提高药物的活性和生物利用度，世界上首项将纳米技术应用与中草药加工领域的纳米级中药微粒胶囊生产技术，最近在西安国家高新技术产业开发区诞生并通过产品技术鉴定。其中甘草微胶囊微粒平均粒径1 9 n m。；m 米约物控释系统是通过物理，化学方法改变制荆结构，使约物在预定的时间内，自动按某一速度释放丁特定器官或靶组织。是一种新，鸭的控释体系包括纳米粒子和纳米胶囊，印约物通过吸附附着丁粒子表面，或通过溶解、包裹1：粒子内部。由r 其超微小体积，能7 3 77 3 R穿过组织间隙并被细胞吸收，可遥过人体最小的毛细血管还可以通过血脑屏障它具有许多独特的优越性能，可缓释药物，延长药物作用时间，可达到靶向输送的目的：可在保证药物作用的前提下。减少给药剂量，从而减轻或避免毒副反应；提高药物的稳定性，利于储存以聚氰丙烯酸丁酯纳米囊，为载体制备注射用胰岛素纳米囊，单次给药其降糖作用可持续一周，具有良好的量效关系，药效优于相同剂量的胰岛索注射剂。常津等采用W O W 型复乳制备了聚原酸脂包载甲氨蝶呤(M T X)纳米粒子，结果表明聚原酸脂包载药纳米粒子与传统药剂相比，可大大减少服药次数，延长药物的活性，提高药物的疗效S i n t z e l 等用P O E 制备了包载5 F u 等药物的控释剂，并进行体外释放、降解及动物实验。结果表明该控释剂显著提高癌症小鼠的存活期，并且几乎没有不良反应昊道澄等用自由基共聚法合成了含有盐酸阿霉素的丙烯酸B-羟基丙脂(B-H P A T)，乙烯基毗咯烷酮(N V P)共聚物及其纳米凝胶，考察了纳米凝胶的释药特性结果表明该纳米凝胶具有敏锐的温度相变现象，其所包含的盐酸阿霉素也具有敏锐的温敏释放现象，即温度升高，释放速率加快，温度降低，释放速率恢复到较慢的状态，说明其有智能化释放的性质，该纳米凝胶在未来的智能化治疗中前景较好冠状动脉扩张术后3-6 个月，3 0 5 0 的患者发生血管再狭窄，主要原因是血管平滑肌细胞迁移与增生，人们致力于研究各种局部给药方法，以提高病变部位的药物浓度，增强疗效用超声乳化，溶剂挥发法制各抗细胞增生药2-氨基色酮的聚乳酸乙醇酸共聚物(P L G A)纳米徽球，用正电性表面活性剂D M A B 溴化双十二烷基二甲基铵)表面修饰纳米微球，可极大地提高血管吸收率用包被地塞米松的纳米离子导入局部血管腔，能显著降低家兔髂动脉损伤后心内膜的增生，有效降低冠状动脉扩张术后血管再狭窄的发生率。2、抗微生物纳米材料当材料的尺度达到纳米量级后其典型的特点是材料袭面积大幅度提高，表面原子将t I 更大的比例，材料的反应活性也明显提高，例如，传统的银(A g)及其它一些氧化材料具有一定的杀菌能力而制备成纳米蟹级的颗粒后，杀菌活性将成倍提高，银(A g)的杀菌机制不同于化学合成的抗菌荆，主要是基于重金属离子对细菌蛋白质的变性作用，因而具有广谱杀菌及很少产生耐药性的特点。纳米银敷料为将2 5 r i m 银离子种植附着在棉纱纤维上通过银离子缓释后与带阴电荷的菌体蛋白结合，使其变性沉淀，银离子与酶的-S H 基结台形成稳定的硫酸盐，使一系列巯基酶的活性受抑制。从而达到杀菌和抑菌的目的。经I 艋床应用表明，纳米银敷料对金黄色葡萄球菌、产气荚膜杆菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色念珠菌，近年发现的滑念珠菌等4 0 余种微生物有抑菌和杀菌作用因纳米银敷料具有药物的缓释作用，可以不问断她作用于再生细菌，具有持续杀菌的特点。该纳米银敷料不仅对细菌作用强，而且对真菌也有很强的杀灭作用。目前已发现多种具有杀菌或抗病毒功能的纳米材料二氧化钛(币0 2)是一种光催化剂，普通1 1 0 2 在有紫外光照射时才有催化作用，但当其粒径在几十纳米时。只要有可见光照射就有极强的催化作用研究表明在其表面会产生自由基离子破坏细菌中的蛋白质，从而把细菌杀死，并同时降解由细菌释放出的有毒复合物。实践中可通过向产品整体或部件中添加纳米T i 0 2，再用另一种物质将其稳定住在一定的温度下自由基离子会缓慢释放从而使产品具有杀菌或抗菌功能。例如用T i 0 2 处理过的毛巾，只要有可见光照射，毛巾上的细菌就会被纳米7 0 2 释放出的自由基离子杀死T i 0 2 光催化剂适合于直接安放于医院病房、手术室及生活空间中细菌密集场所3、齿、骨纳米材料3-1、口腔纳米材料：口腑材料在口腔学科的发腱中起着巨人的推动作H j，现代可摘局部义齿修复技术娃基丁有机玻璃的发现，光l 訇化修复技术是基于复合树脂的山现。烤瓷牙修复技术是基于金属钛和烤瓷材料的出现。但到目前为止，并没有找到种真正完全符合口腔生物医学状况的Z 1 腔材料。如银汞合金容易发生继发龋，且金属颜色影响美观，复合树腊补牙容易磨损，异物感强，口感不佳烤瓷材料美观性、耐磨性较好，但其易脆，使其应用大受限制，纳米材料技术出现后，由于其不同于普通材料的优良性质，使我们有可能开发出更加符合口腔生物学状况的牙齿材料，如烤瓷的纳米级材料经过纳米化以后其脆性就大幅下降，采用溶胶一凝胶法，首先制备超细高纯氧化铝粉体，选择适当的复合烧结助剂、成形压力及烧结温度可制得较理想的纳米氧化铝陶瓷。克服了陶瓷的脆性，使陶瓷具有金属一样的柔韧性和可加工性。将纳米硅基氧化外物溶解于树脂单体中，制成聚合物纤维纳米复合材料，可显著提高复合材料的强度和模罱，当纳米硅基氧化物含量为5 时，复合材料的弯曲强度提高5 5 6。3 2、类骨骼纳米材料临床上由于创伤、肿瘤，感染造成的骨缺损很常见，然而目前各种人工骨替代材料K 期效果往往不尽人意。用羟磷灰石(H A p)为原料。采用湿化学法合成材料，该粉料微粒成细针状象I 类晶须结构，直径约1 5 5()n r n 用粉料制成的块料具有天然骨类似结构。实验证明，这种梯度结构多孔体的力学性能较普通珊瑚人上目有较大提高，其抗压缩强度大于人松质骨的压缩强度，可满足大多数I 临床需要由于单一类型材料难以满足骨组织：f 程细胞外基质材料的要求，研究者将纳米羟磷灰石和胶原合成有机无机复合材料。模拟天然骨的化学成分和微观结构可作为细胞外基质材料用于骨组织工程。将纳米羟磷灰石胶原仿生骨植入家兔颅髑缺损处，术后1 2 周，仿生骨和颅骨间的骨创己形成骨性桥接，骨创闭合。组织切片见植入区成骨细胞、成软骨细胞生长活跃，类骨质丰富。结果表明：新型仿生骨材料生物相溶性，能有效促进骨组织的再生，修复甚至达到骨性连接和骨创闭合，仿生骨还参与机体正常骨的代谢，而不是作为永久植入物存在。用颗粒型纳米羟磷灰石肢原复合材料压制成致密种植体植入骨髓腔后，界面层可发生容解蒋沉积的动态快速更新过程。巨噬细胞可在种植体表面或深入种植体内部，通过吞噬和胞外降解方式吸收种植体材料，种植体表面及内部破吸收J 舌伴随有新骨的沉积。这一现象类似骨组织的重朔过程，可使种植体整合入活体骨中，并擐终为自体骨组织所取代。4、纳米碳材料：碳是组成有机物质的主要元素之一，更是构成人体的主要元素，很早以前人们就发现碳与人体的生物相溶性十分优异。自从1 9 6 3 年G o t t 在研究人工血管过程中发现碳具有极好的抗血栓性以来，碳材料已在人工：心脏瓣膜，人工血管，人工关节等诸多方面获得应用。类金刚石碳(简称D L C)是一种具有大量金刚石结构碳碳键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成薄膜。经过一定修饰所形成的类金刚石涂层具有纳米结构，表现出优秀的生物相溶性，尤其是它的血液相溶性，更引起人们的关注。材料表面的血液相溶性是生物材料领域中的一个难点问题，所有的合成材料与血液接触时，都会引起不同程度的凝血。研究发现，与其他材料相比，类金剐石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血小板的吸附数量显著下降，抗凝血的性能增强，血管内膜的增生减少。因此，类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值，例如提高机械心瓣膜表面及心室辅助循环血泵表面的抗凝血性能、开发具有优异抗凝血性能的小口径人j 血管(直径小于6 r a m)以及其它备种与血液直接接触的人工器官和诊疗器械等等。此外，有人预测，未来的医用纳米机器人的外表面可能也会由金刚石碳薄膜构成。纳米碳材料是目前碳领域中崭新的高功能、高性能材料，也是一个新的研究生长点。对它的应用开发正处于起步阶段，在生物医学领域中，纳米碳材料有重要的应用潜能。7 4 0将经过表面处理的纳米碳分散到聚氨酯体系中，制成聚氯酯纳米碳复合薄膜。涂覆于心室辅助循环系统的血泵表面，通过血小扳粘附、全血凝固时间、抗凝血程度以及血中游离血红蛋向和纤维蛋白原的测定，结果显示聚氨酯，纳米碳表面血小板的粘附明显低于单纯聚氮酯对照组体外循环4 小时后，血液中游离血红蛋白浓度、纤维蛋白原浓度的变化程度减小，表明纳米碳与聚氨酯的复合可以提高材料的血液相溶性。(摘要)纳米技术作为一种空阃平台技术研究的范围涉及许多学科和技术领域，纳米医学是物理学与医学的交叉结合，利用分子工具和人体的分子知识，对人体疾病进行早期预防，快速诊断和治疗的学科纳米材料在医学中的应用研究发展迅速，显示出巨大的潜能和应用价值，并且在一些领域获得了初步应用本文主要从纳米药物和纳米材料两方面进行综述，介绍了纳米技术在医学中应用的最新进展纳米药物：当药物颗粒缩小时，溶解性增加，从而提高了药物利用率通过物理，化学方法改变制剂结构，使药物在预定的时间内接某一速度释放于特定器官或靶组织，延长了药物作用时间减少给药剂量，提高了疗效，减轻或避免了毒副反应纳米材料：目前发现了多种具有杀茵或抗病毒功能的纳米材料，纳米银敷料具有直接杀灭细茵和真茵的功效二氧化钛当其粒径变小，只要可见光照射就有极强的催化作用，产生自由基，杀死细菌纳米氧化铝陶瓷和纳米硅基氧化物溶解于树脂单体中，制成聚多物，成为良好的口腔牙齿材料纳米羟基磷灰石和胶原复合体材料，模拟天然骨的化学成分和微现结构，可作为细胞外机质材料用于骨组织工程纳米碳分散到聚氨酯体系中制成复合材料，可以显著提高材料的血液相容睦，减少血栓形成的机率有望提高心脏机械瓣，心室辅助泵表面的抗凝血性能，开发出有优异抗凝血性能的小口径人工血管随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得效率诊断、检查更准确，治疗更有效医学纳米材料应用的研究进展医学纳米材料应用的研究进展作者：闫玉生作者单位：第一军医大学珠江医院心胸外科 本文链接：http:/