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纳米技术在生物医药学发展中的应用摘要：纳米科学与技术应用的核心发展方向之一，是其在生命科学以及人类健康关怀事业中的研究与发展。目前，纳米功能材料与器件除了在生物大分子，如DNA、RNA、蛋白分子结构与功能检测方面的应用与开发研究之外，特别重要的是，在医学领域中形成了众多的可运用技术，主要包括：纳米材料与技术在纳米药物体系方面的应用、纳米材料标记与单分子检测技术、纳米材料与器件在医学临床诊断与重大疾病治疗中的应用、纳米材料应用与康复器械与人工器官等等。在对生物医药学纳米技术主要的应用研究进行概要的基础上，本文对东南大学纳米材料与技术在生物医药学领域中的主要研发工作侧重进行了一些介绍，并对今后的相应发展进行概略的讨论。纳米科技的发展必须有三大基础支撑，这就是纳米材料学、纳米加工制造学与纳米结构表征测量学。由于纳米科技的基本思想、方法等可导入各个学科领域，于是便发展出众多的纳米科技新兴领域，如纳米体系物理、纳米体系化学、纳米机械学、纳米摩擦学、纳米电子学、纳米生物学、纳米医学等等。显然，纳米体系的物理与化学等与前述三大支撑都构成纳米科技发展的重要基础。同时，纳米科技应用在各个方面表现出的诱人前景是纳米科技发展的巨大推动力。继扫描隧道显微镜(STM)发明并获得1986年物理学诺贝尔奖之后，1990年在美国的Baltimore市召开了第一届纳米技术国际学术会议(Nano＇1)，成为纳米科技发展起步的一个重要标志。同年创刊了两个国际学术杂志：《纳米技术》与《纳米生物学》，表明在纳米科技发展的初始阶段，借助扫描力显微术(SFM)对生物分子，特别是DNA的研究以及其他纳米生物结构的研究给予了极大的重视。到1999年，美国的RobertA.FreitasJr.出版了其三卷本的《纳米医学》(第一卷)，表明纳米科技的发展已促使人们开始多方面考虑并且探索了纳米科技在医学临床诊治、药物学等方面的应用。将纳米生物学的发展结合纳米医学的出现，在名称方面，有人称之为纳米生物医学(Nano-Biomedicine)，也有的称作生物医学纳米技术(BiomedicalNanotechnology)。总之，这表明了纳米科技应用于生物医学诸多方面的重要进展。纳米科技在生物医学方面的研究应用大致可包括这样几个方面：纳米观测技术在生物大分子结构与性质方面的研究；纳米器件在生物医学检测中的应用；纳米药物体系；纳米材料与技术在临床诊治中的应用，包括在康复医学中的重要应用。以下仅对纳米科技在生物医学有关方面的新近研究发展作一个概略的介绍。一、纳米观测技术在纳米生物结构与性质研究中的应用1982年IBM苏黎世研究实验室报道的STM使人类的视力首次在大气、室温甚至在溶液条件下延伸到纳米尺度。随后发展起来的原子力显微术(AFM)、电化学显微术(ECM)、磁力显微术(MFM)、电容力显微术(CFM)、电场力显微术(EFM)、以及扫描近场显微术(SNOM)等形成为纳米观测技术中强有力的工具。特别是，这些显微术不仅可进行微结构或形貌的观察测量，而且基于不同的成像原理可同时研究有关结构的性质。1990年的IBM的Eigler等人最早报道了成功地利用STM操纵原子拼写字母的结果，表明人类不仅可以观察、测量这些纳米结构，而且还可以根据人的意志来加工制造最小的纳米结构。这些观测以及操纵原子的技术在最初的发展时期都被用于纳米生物学的研究，如DNA、RNA、某些蛋白分子、病毒等超细结构和生物学性质的观测。近来，随着SNOM、光镊、电场镊、分子梳等技术的不断进展，对单分子，特别是生物单分子的操纵和检测研究也发展很快，其实际医学应用前景非常美好。对生物纳米结构的研究主要在于对生物大分子进行观测，特别集中在蛋白质和核酸分子的结构(几何尺度处于几十纳米至几纳米的范围)与功能之间的关系。Lee等人采用SFM，在观察微观结构的同时，直接测量了DNA互补链之间的相互作用力。此外，2000年Oesterhelt等人报告了采用原子力显微镜结合单分子力谱技术对噬盐菌的紫膜碎片进行成像和操纵。单个细菌视紫红质分子首次被固定并随后从膜中被提取出来，同时观察到遗留的空位。对不同的螺旋结构，锚定力介于100至200pN之间。被取出的螺旋体呈现展开结构。力谱测量显示出螺旋体展开途径的各自特点：螺旋体G和F，与E和D一样，总是成对展开，而B和C有时相继展开。开环实验显示这种特性的原因，是因为螺旋体B的稳定性取决于相邻的螺旋体。核糖体是合成蛋白质肽链的场所，在生物学领域中一直是重要的研究对象。XiaoweiZhuang等人采用荧光显微镜研究了单个四膜虫噬热性核糖酶分子的折叠过程。采用荧光显微镜他们研究了单个四膜虫噬热性核糖体分子的折叠和催化性质。发现在溶液中染料标记和固定于表面的核糖酶在功能方面与没有修饰的自由核糖酶没有区别。在单分子