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纳米材料在医学领域的应用研究进展

【摘要】在最近几年，纳米材料和纳米技术迅速发展，得到了科学界的重视。由于纳米材料的特殊的尺寸效应，纳米颗粒、纳米管以及各种纳米技术在医学方面的应用正蓬勃发展，势头十足。但在医学领域发展的同时，人们也逐渐认识到其中的一些问题，如纳米材料的生物毒性等。本文主要综述纳米科技在基医学、药学、临床医学和预防医学中的应用研究进展、问题及改进。

【关键词】纳米材料纳米科学纳米技术药物载体医学生物毒性毒理学
1引言
纳米仅是一个长度单位，1nm=10-9m，当物质进入纳米尺度时，会展现出特有的理化性质，如:小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等［1］。随着纳米技术的不断发展，各种纳米材料逐渐进入了我们的视野。碳纳米材料主要包括碳纳米管、富勒烯［2］、石墨烯和纳米钻石及其衍生物，是目前应用非常广泛的一类纳米材料，现有的研究结果表明，碳纳米材料在组织工程、药物/基因载体、生物成像、肿瘤治疗、抗病毒/抗菌以及生物传感等生
物医学领域中具有潜在的应用前景。
2纳米材料在医学领域的应用
2.1纳米材料在生物医学领域的应用
应用于生物体内应用的纳米材料，它本身既可以是具有生物活性，也可以不具有生物活性，但它在满足使用需要时还必须易于被生物体接受，而不引起不良反应。目前纳米微粒在这方面的应用十分的广泛，如生物芯片、纳米生物探针、核磁共振成像技术、细胞分离和染色技术、作为药物或基因载体、生物替代纳米材料、生物传感器等很多领域［3］。
纳米探针一种探测单个活细胞的纳米传感器，探头尺寸仅为纳米量级，当它插入活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA损伤。一些高选择性和高灵敏度的纳米传感器可以用于探测很多细胞化学物质，可以监控活细胞的蛋白质和感兴趣的其他生物化学物质。随着纳米技术的进步，最终实现评定单个细胞的健康状况。使用纳米生物荧光探针可以快速准确的选择性标记目标生物分子，灵敏测试细胞内的失踪剂，标记细胞，也可以用于细胞表面的标记研究。
纳米微粒在生物医学上的应用远不止上面提到的这些，利用纳米微粒技术制备生物替代纳米材料、生物传感器等也已有很大发展。如纳米人工骨的研究成功［4］，并已进行临床试验。功能性纳米粒子与生物大分子如多肽、蛋白质、核酸共价结合，在靶向药物输运和控制释放、基因治疗、癌症的早期诊断与治疗、生物芯片和生物传感器等许多方面显示出诱人的应用前景和理论研究价值。
2.2智能纳米材料在药物传递系统中的应用研究现状
传统的给药方式主要是口服和注射。但是，新型药物的开发，特别是蛋白质、核酸等生物药物，要求有新的载体和药物输送技术，以尽可能降低药物的副作用，并获得更好的药效。粒子的尺寸直接影响药物输送系统的有效性。纳米结构的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术，具有提高药物的生物可利用度、改进药物的时间控制释放性能、以及使药物分子精确定位的潜能。纳米结构的药物输送系统的优势体现在能够直接将药物分子运送到细胞中，而且可以通过健康组织把药物送到肿瘤等靶组织。如通过制备大于正常健康组织的细胞间隙、小于肿瘤组织内孔隙的载药纳米粒子，就可以把治疗药物选择性地输送到肿瘤组织中去。当前研究的用于药物输送的纳米粒子主要包括生物型粒子、合成高分子粒子、硅基粒子、碳基粒子以及金属粒子等。用纳米控释系统输送核苷酸有许多优越性，如能保护核苷酸，防止降解，有助干核苷酸转染细胞，并可起到定位作用，能够靶向输送核苷酸等。还可以对于一些药材，如中药加工成由纳米级颗粒组成的药，有助于人体的吸收。
近年来，用磁性纳米粒(如氧化铁纳米粒)构建的复合药物载体已成为研究热点。用作药物载体的磁性纳米粒除了具有一般纳米粒子所具有的粒径小、比表面积大、形态/粒径可控等特性外，还具有较好的生物相容性、低细胞毒性及低溶血性;并可通过在病变部位施以外加磁场，实现靶向富集;且能通过调节磁场强度产生热能，控制药物的释放;也可用作磁共振成像的造影剂。
磁性纳米粒与高分子药用材料的杂化通常有2种形式:1)将药物和磁性纳米粒同时包载入高分子载体中。如，Li等［5］采用W/O/W型乳化法将DOX
和氧化铁纳米粒(MNPs)同时包载入聚乳酸－羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒中，该PLGA-DOX-MNPs系统可借助外加磁场力有效输送药物至病灶，且MNPs的存在不影响DOX活性。体外实验显示，该纳米粒系统在37℃缓冲液中呈现药物缓释效果。2)在磁性纳米粒表面包覆聚合物材料或多孔硅材料，将药物包载于聚合物或多孔硅的空隙中。如，Guo等［6］以MNPs为内核，在其表面同时包覆三嵌段聚合物聚乙二醇单甲醚-b-聚(甲基丙烯酸-N-甲基丙烯酸丁酯)-b-聚(甘油单甲基丙烯酸甲酯)［mPEG-P(MAA-nBMA)-PGMA］和连接叶酸的嵌段
共聚物叶酸－聚乙二醇-b-聚(甘油单甲基丙