納米技術在生物醫(yī)學方面的應用

摘 要：納米技術具有非常高的科學研究價值，納米技術定義是在納米尺寸范圍內(nèi)進行的操作、控制、生產(chǎn)的物質(zhì)和器件的技術。納米技術發(fā)展至今具有空前的規(guī)模，其范圍寬，領域廣。納米技術在工業(yè)催化、能源儲備、生物醫(yī)學、材料等領域內(nèi)的產(chǎn)品更新提供了強大的技術支持。本文闡述了納米技術在生物醫(yī)學方面的應用，并舉出相關例子，在最后對納米蟲這一物種進行了簡要闡述。

關鍵詞：DNA納米技術；磁性納米粒子；納米醫(yī)療；納米蟲

一、納米技術在生物方面的應用

（1）DNA納米技術，DNA作為儲存遺傳信息的載體，一直以來都是科學家們研究和探尋的課題。在這里不得不提到DNA納米技術，DNA納米結構的構造主要通過DNA的自組裝。自組裝是是指通過弱的和較小方向性的非共價鍵，把原子、離子連接在一起構成納米結構，這種方法是自然界組裝高復雜度材料的主要方法。利用DNA的堿基互補配對可以制備出獨立的納米小結構，DNA模塊自組裝包括DNA自組裝成獨立納米小結構、基于DNA瓦片的無線自組裝。自DNA的模塊自組裝技術發(fā)展以來，涌現(xiàn)出大量獨具創(chuàng)意的模塊，DNA折紙術的出現(xiàn)為傳統(tǒng)的自組裝技術帶來了新的生機，這其中包括經(jīng)典的DNA折紙術和新型的DNA折紙術。隨著DNA納米技術的發(fā)展，DNA自組裝體結構越來越精密，DNA組裝體也以其獨特的性質(zhì)在生物醫(yī)藥、復合納米材料、電子芯片等領域展現(xiàn)著廣闊的應用前景，比如DNA納米結構用于組裝納米粒子和蛋白，同時DNA也是開發(fā)多功能型檢測和載藥工具的良好材料。我們有理由相信，DNA納米技術的發(fā)展將會為人類在DNA芯片、納米器械、生物醫(yī)藥等方面帶來新的光明。

（2）磁性納米粒子固定化酶技術，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、反應條件溫和、無污染等優(yōu)點，在食品加工、藥學和醫(yī)學方面有著很大的應用潛力。在20世紀60年代迅速發(fā)展起來的固定化酶技術有效的提高了酶的利用率，近年來，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、較小的擴散限制、較高的載酶量及在溶液中穩(wěn)定存在等優(yōu)點。納米材料的粒徑尺寸為納米級，通常介于1～100nm之間，磁性納米粒子作為當今最受關注的的一類納米材料，它不僅具備表面效應 、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應4個基本普通納米粒子效應，同時還具有特殊的磁學性質(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)生團聚，通常用有機小分子、有機高分子、無機材料對磁性納米粒子表面進行修飾，使其功能化，降低其表面能，改善其分散性及穩(wěn)定性，同時使磁性納米粒子的磁響應強度、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、多酶鏈式反應等中都有應用，磁性納米粒子固定化酶是一個正在蓬勃發(fā)展的領域。

二、納米技術在醫(yī)學方面的應用

納米醫(yī)療，與納米有關的醫(yī)學研究領域從產(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等，目前國際上納米生物技術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域。納米藥物的類型很多，包括聚合物鍵合藥物、聚合物-蛋白質(zhì)結合體、RNA納米顆粒、固體聚合物納米粒子、聚合物納米膠束等。說起納米醫(yī)療就必須得說納米生物醫(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、器官替換等一些需求。只不過大多數(shù)研究還處于動物實驗階段并且需要大量的臨床試驗予以證實，納米材料應用的生物安全性也有待提高。納米診斷學是在分子診斷中的應用，包括體外生物分子檢測和體內(nèi)診斷，對發(fā)展個性化治療非常有意義。據(jù)說有些國家現(xiàn)在正在研制納米醫(yī)療機器人，它可以用“主動”的方式進入人體內(nèi)任何特定目標的醫(yī)療治療工具。到達目標后，這些小機器就可以發(fā)揮作用，比如輸送藥物或者實時的了解到藥物的進展情況。在完成這些目標后，納米機器人可以被不留痕跡的降解。可以用“主動”的方式進入人體內(nèi)任何特定目標的醫(yī)療治療工具。到達目標后，這些小機器就可以發(fā)揮作用，比如輸送藥物或者實時的了解到藥物的進展情況。在完成這些目標后，納米機器人可以被不留痕跡的降解。

三、納米蟲

納米蟲是一種大小長度只能用納米計算的微小人造生物，準確的說是一種納米級別的機器人。《特種部隊：眼鏡蛇的崛起》的一種納米蟲（nanomites）擁有極強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。納米蟲群可以用來抵抗超級武器，但是當被質(zhì)子撞擊炮攻擊時千萬不要給基地罩上，否則即使基地是滿血也會瞬間被摧毀，要想抵御質(zhì)子撞擊炮必須在炮打之前提前罩上，那時候有信號彈提示，真空內(nèi)爆彈則可以放心用納米蟲群防御，但是載具和步兵即使被罩住也會被吸到爆炸中心。用納米蟲群防御，但是載具和步兵即使被罩住也會被吸到爆炸中心。第二種納米蟲則可以增強人體的各種機能，有些特定的納米蟲還有特定的功能，比如在電影《特種部隊：眼鏡蛇的崛起》中已經(jīng)變成美國總統(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)的納米蟲機器人迅速地將傷口愈合起來。

四、結語

納米科技作為一個極具吸引力的研究領域，其生物應用多樣化，同時在醫(yī)學上也起著極其重要的作用，納米技術給我們生活帶來的變革，將不亞于電力代替蒸氣的變革。我國的納米科技研究在國際上居于領先地位，有些成果還開始進入了開發(fā)階段，如目前國內(nèi)一些廠家已研制出納米抗菌洗衣機之類的“納米家電”，“納米新生活”離我們越來越近。

參考文獻：

[1]張震威，《納米技術在生物醫(yī)學方面的應用》，南京工業(yè)大學

[2]陳靜.《磁性納米粒子固定化酶技術研究進展》，中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所

[3]張洪芝.《結構DNA納米技術應用新進展》，中國石油大學（華東）理學院

[4] 百度百科

作者簡介：

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