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PII]I]嚣 ⅥnⅣ.pibb.ac.cn 纳米材料生物效应研究进展术 周国强陈春英l12)”李玉锋李炜,高愈希赵宇亮1l2 f‘’中国科学院高能物理研究所纳米生物效应与安全性实验室,北京100049; ,图家纳米科学中心纳米生物效应与安全性实验室,北京100190;)中国科学院研究生院化学学院,北京100049) 摘要随着纳米技术的快速发展,纳米材料在医学成像、疾病诊断、药物传输、癌症治疗、基因治疗等领域的应用和基础研 究也在飞速发展.『占J时,纳米材料的这些有益应用使得人体通过吸入、经口、皮肤吸收和静脉注射等不同方式受到暴露.当 纳米材料与生物体系发生相互作用时,有可能产生负面生物学效应,而这些潜在的毒理效应都是未知的.综述了纳米材料在 生物医学领域巨大的应用前景,关注其对心血管系统、呼吸系统及转运到其他器官可能造成的负面效应,并探讨了纳米颗粒 在引起心血管疾病及肺部炎症方面的可能机理与作用途径.最后对纳米材料的安全性评估和研究重点进行了总结. 关键词纳米材料,生物医学应用,纳米毒理学,环境健康 学科分类号Q5,R54 纳米科学、信息科学和生命科学并列成为2l当前,纳米材料越来越多地用于商业用途,像 世纪的三大支柱科学领域.纳米颗粒(nanoparticles,装填物、折光剂、催化剂、半导体、化妆品、微电 NPs)和超细颗粒物(ultrafineparticles,UFPs),一般子学和药物载体等方面,纳米材料的广泛应用可能 是指尺寸至少有一维在1~100nlTl间的粒子.纳米对环境和健康产生正面和负面的影响.在药物化 尺度是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,处学、药剂学等领域,一些纳米物质以其特殊的化学 于这个区域的材料具有一些独特性质,如小尺寸效结构、表面性质和微小粒径,成为潜在的新型药物 应、表面.界面效应和量子尺寸效应等。空气中纳载体和应用于分子影像学领域,从而为特定位点的 米颗粒虽然浓度很低,但具有很高的颗粒物数目,药物传输和靶向治疗提供了新的视角.同时,纳米 表l给出了4种不同尺寸空气颗粒的颗粒物数目和材料的新颖性引起人们对其负面生物效应的关注. 表面积的巨大差异,每种尺寸颗粒密度都是一些研究提出纳米材料并不完全是有益的,它们在 10m,其中20nm颗粒物单位体积颗粒数目超细胞、亚细胞和蛋白质水平上影响着生物学行为. 过了1xl0个【l1.将宏观物体细分成纳米颗粒后,吸入的NPs可能避开免疫系统的吞噬作用,蓄积 它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学性质在某些靶器官,也可跨越不同生物屏障,重新转运 和大体积固体相比将会显著不同.纳米材料的小尺分布到身体的其他组织器官,产生系统的健康效 寸、化学成分、表面结构、溶解性、外形和聚集情应.纳米粉体生产和制造过程中潜在的职业暴露、 况决定着它们特殊的物理化学性质,这些性质使得医学应用和周围大气污染造成的直接暴露将会是人 纳米材料在将来有着广泛的用途.类纳米材料暴露的主要途径.人们担心纳米技术的 快速增长和使用可能会使纳米材料有可能成为2l Table1Particlenumberandparticlesurface世纪的“石棉”,给环境和人类健康带来潜在的影 areaper10p~g/m3airborneparticles[1 表1每10g,m大气颗粒物的颗粒数目和表面积fl】 国家自然科学基-~(20751001).(41国家重点基础研究发展计划(973) (2006CB705603)资助项目. ”通讯联系人. Tel:010—82545560,E—mail:chenchy@nanoc~.cn 收稿日期:2008—0l一2l,接受日期:2008—03—18 周国强等:纳米材料生物效应研究进展·999· 响.因此,我们非常有必要在关注纳米材料有益生移癌比单独的阿霉素药物代谢动力学效果要好.在 物效应的同时,考虑其负面的作用,以对纳米技术结核病的化学治疗中,基于NPs的药物传输提高 的发展和应用起到很好的指导作用.了生物药物利用率,减少了剂量频率,克服了在控 制结核病传染方面遇到的无法规则给药问题啊.梁 1正面生物医学应用 伟研究组f81采用阿霉素包载于聚乙■醇衍生化磷脂 1.1成像和诊断嵌段共聚物(PEG.PE)胶束中,获得了粒径小而均 一 分子影像学是生物学和医学上一门重要的学、包封效率高的纳米胶束,当药物/脂质摩尔比 科,它可以探测、量化和显示发生在体外和体内的为1:2时,包封率达99.4%,平均粒径约为(1l± 分子和细胞变化.分子影像学的成像技术主要有32.8)nm.体外细胞毒试验和体内抗肿瘤试验结果表 种:核医学、磁共振、光学成像技术.基于直径小明,阿霉素包载于胶束中可以显著地提高阿霉素的 于100nm的NPs探针