納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

摘 要：納米技術(shù)具有非常高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，納米技術(shù)定義是在納米尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行的操作、控制、生產(chǎn)的物質(zhì)和器件的技術(shù)。納米技術(shù)發(fā)展至今具有空前的規(guī)模，其范圍寬，領(lǐng)域廣。納米技術(shù)在工業(yè)催化、能源儲(chǔ)備、生物醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品更新提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。本文闡述了納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，并舉出相關(guān)例子，在最后對(duì)納米蟲(chóng)這一物種進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：DNA納米技術(shù)；磁性納米粒子；納米醫(yī)療；納米蟲(chóng)

一、納米技術(shù)在生物方面的應(yīng)用

（1）DNA納米技術(shù)，DNA作為儲(chǔ)存遺傳信息的載體，一直以來(lái)都是科學(xué)家們研究和探尋的課題。在這里不得不提到DNA納米技術(shù)，DNA納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)造主要通過(guò)DNA的自組裝。自組裝是是指通過(guò)弱的和較小方向性的非共價(jià)鍵，把原子、離子連接在一起構(gòu)成納米結(jié)構(gòu)，這種方法是自然界組裝高復(fù)雜度材料的主要方法。利用DNA的堿基互補(bǔ)配對(duì)可以制備出獨(dú)立的納米小結(jié)構(gòu)，DNA模塊自組裝包括DNA自組裝成獨(dú)立納米小結(jié)構(gòu)、基于DNA瓦片的無(wú)線自組裝。自DNA的模塊自組裝技術(shù)發(fā)展以來(lái)，涌現(xiàn)出大量獨(dú)具創(chuàng)意的模塊，DNA折紙術(shù)的出現(xiàn)為傳統(tǒng)的自組裝技術(shù)帶來(lái)了新的生機(jī)，這其中包括經(jīng)典的DNA折紙術(shù)和新型的DNA折紙術(shù)。隨著DNA納米技術(shù)的發(fā)展，DNA自組裝體結(jié)構(gòu)越來(lái)越精密，DNA組裝體也以其獨(dú)特的性質(zhì)在生物醫(yī)藥、復(fù)合納米材料、電子芯片等領(lǐng)域展現(xiàn)著廣闊的應(yīng)用前景，比如DNA納米結(jié)構(gòu)用于組裝納米粒子和蛋白，同時(shí)DNA也是開(kāi)發(fā)多功能型檢測(cè)和載藥工具的良好材料。我們有理由相信，DNA納米技術(shù)的發(fā)展將會(huì)為人類(lèi)在DNA芯片、納米器械、生物醫(yī)藥等方面帶來(lái)新的光明。

（2）磁性納米粒子固定化酶技術(shù)，酶是具有生物催化功能的高分子物質(zhì)，具有高效性、專一性、反應(yīng)條件溫和、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在食品加工、藥學(xué)和醫(yī)學(xué)方面有著很大的應(yīng)用潛力。在20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來(lái)的固定化酶技術(shù)有效的提高了酶的利用率，近年來(lái)，納米粒子作為酶固定化的新型載體，具有良好的生物相容性、比表面積大、顆粒直徑小、較小的擴(kuò)散限制、較高的載酶量及在溶液中穩(wěn)定存在等優(yōu)點(diǎn)。納米材料的粒徑尺寸為納米級(jí)，通常介于1～100nm之間，磁性納米粒子作為當(dāng)今最受關(guān)注的的一類(lèi)納米材料，它不僅具備表面效應(yīng) 、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)4個(gè)基本普通納米粒子效應(yīng)，同時(shí)還具有特殊的磁學(xué)性質(zhì)：超順磁性、高矯頑力、低居里溫度和高磁化率。磁性納米粒子一般分為天然磁性納米粒子和人工合成磁性納米粒子。它的粒徑小、比表面積大、表面能高，為不穩(wěn)定體系，易發(fā)生團(tuán)聚，通常用有機(jī)小分子、有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)材料對(duì)磁性納米粒子表面進(jìn)行修飾，使其功能化，降低其表面能，改善其分散性及穩(wěn)定性，同時(shí)使磁性納米粒子的磁響應(yīng)強(qiáng)度、表面活性和生物相容性得到改善和提高。現(xiàn)在磁性納米粒子在α-淀粉酶配體篩選分離研究、脂肪酶抑制劑篩選分離研究、漆酶固定化研究、多酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等中都有應(yīng)用，磁性納米粒子固定化酶是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域。

二、納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

納米醫(yī)療，與納米有關(guān)的醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域從產(chǎn)生至今發(fā)展的十分迅速，特別是納米藥物載體、納米醫(yī)用材料、納米生物傳感器和成像技術(shù)等，目前國(guó)際上納米生物技術(shù)在臨床上的研究范圍涉及的納米藥物包括納米給藥系統(tǒng)、納米生物材料、納米生物相容性器官等領(lǐng)域。納米藥物的類(lèi)型很多，包括聚合物鍵合藥物、聚合物-蛋白質(zhì)結(jié)合體、RNA納米顆粒、固體聚合物納米粒子、聚合物納米膠束等。說(shuō)起納米醫(yī)療就必須得說(shuō)納米生物醫(yī)用材料，它是納米材料與生物醫(yī)用材料的交叉，將解決臨床對(duì)傷口敷料、人造皮膚、人造血管和組織工程支架、高性能組織修復(fù)、器官替換等一些需求。只不過(guò)大多數(shù)研究還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段并且需要大量的臨床試驗(yàn)予以證實(shí)，納米材料應(yīng)用的生物安全性也有待提高。納米診斷學(xué)是在分子診斷中的應(yīng)用，包括體外生物分子檢測(cè)和體內(nèi)診斷，對(duì)發(fā)展個(gè)性化治療非常有意義。據(jù)說(shuō)有些國(guó)家現(xiàn)在正在研制納米醫(yī)療機(jī)器人，它可以用“主動(dòng)”的方式進(jìn)入人體內(nèi)任何特定目標(biāo)的醫(yī)療治療工具。到達(dá)目標(biāo)后，這些小機(jī)器就可以發(fā)揮作用，比如輸送藥物或者實(shí)時(shí)的了解到藥物的進(jìn)展情況。在完成這些目標(biāo)后，納米機(jī)器人可以被不留痕跡的降解?？梢杂谩爸鲃?dòng)”的方式進(jìn)入人體內(nèi)任何特定目標(biāo)的醫(yī)療治療工具。到達(dá)目標(biāo)后，這些小機(jī)器就可以發(fā)揮作用，比如輸送藥物或者實(shí)時(shí)的了解到藥物的進(jìn)展情況。在完成這些目標(biāo)后，納米機(jī)器人可以被不留痕跡的降解。

三、納米蟲(chóng)

納米蟲(chóng)是一種大小長(zhǎng)度只能用納米計(jì)算的微小人造生物，準(zhǔn)確的說(shuō)是一種納米級(jí)別的機(jī)器人。《特種部隊(duì)：眼鏡蛇的崛起》的一種納米蟲(chóng)（nanomites）擁有極強(qiáng)的再生能力和吞噬金屬的能力，是眼鏡蛇軍火商利用軍方資金研發(fā)的高科技武器，被裝在4枚彈頭中。其中一枚在擊中鐵塔后短短數(shù)十秒內(nèi)將埃菲爾鐵塔分解為微粒。納米蟲(chóng)群可以用來(lái)抵抗超級(jí)武器，但是當(dāng)被質(zhì)子撞擊炮攻擊時(shí)千萬(wàn)不要給基地罩上，否則即使基地是滿血也會(huì)瞬間被摧毀，要想抵御質(zhì)子撞擊炮必須在炮打之前提前罩上，那時(shí)候有信號(hào)彈提示，真空內(nèi)爆彈則可以放心用納米蟲(chóng)群防御，但是載具和步兵即使被罩住也會(huì)被吸到爆炸中心。用納米蟲(chóng)群防御，但是載具和步兵即使被罩住也會(huì)被吸到爆炸中心。第二種納米蟲(chóng)則可以增強(qiáng)人體的各種機(jī)能，有些特定的納米蟲(chóng)還有特定的功能，比如在電影《特種部隊(duì)：眼鏡蛇的崛起》中已經(jīng)變成美國(guó)總統(tǒng)（Jonathan Pryce飾）模樣的撒旦（Arnold Vosloo飾）在自己臉上劃了一刀，露出自己的真面容，而體內(nèi)的納米蟲(chóng)機(jī)器人迅速地將傷口愈合起來(lái)。

四、結(jié)語(yǔ)

納米科技作為一個(gè)極具吸引力的研究領(lǐng)域，其生物應(yīng)用多樣化，同時(shí)在醫(yī)學(xué)上也起著極其重要的作用，納米技術(shù)給我們生活帶來(lái)的變革，將不亞于電力代替蒸氣的變革。我國(guó)的納米科技研究在國(guó)際上居于領(lǐng)先地位，有些成果還開(kāi)始進(jìn)入了開(kāi)發(fā)階段，如目前國(guó)內(nèi)一些廠家已研制出納米抗菌洗衣機(jī)之類(lèi)的“納米家電”，“納米新生活”離我們?cè)絹?lái)越近。

參考文獻(xiàn)：

[1]張震威，《納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用》，南京工業(yè)大學(xué)

[2]陳靜.《磁性納米粒子固定化酶技術(shù)研究進(jìn)展》，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所

[3]張洪芝.《結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)應(yīng)用新進(jìn)展》，中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院

[4] 百度百科

作者簡(jiǎn)介：

張新陽(yáng) （1995.10—）男，漢， 鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院學(xué)生，本科在讀，研究方向：物理學(xué)。