納米技術在生物醫學工程領域中的作用

姜建功

（伊犁師范大學電子與工程學院，新疆 伊寧 835000）

納米技術是一種在納米尺度下控制和操縱物質的技術，它已經被廣泛應用于各種領域，包括生物醫學工程領域。納米技術的應用可以幫助人們更好地理解和治療疾病，同時提高生物醫學工程的應用效率和效果。生物醫學工程作為將現代生命科學、醫學、工程學相互結合的綜合性學科，其涵蓋了各個領域，因此納米技術在生物醫學工程領域被廣泛應用，越來越多的從業人員和專家學者認識到了納米技術在生物醫學工程領域的優勢，不斷對納米技術在生物醫學工程中的應用方式進行研究。

1 納米技術基本情況概述

納米技術是一種研究結構尺寸在1 納米至100 納米范圍內材料的性質的應用技術，最終實現以原子或分子來構造具有特定功能的產品。納米技術是一門交叉性較強的學科，包括納米物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學等，這些學科彼此獨立，但是也相互滲透。在生物醫學工程領域，納米生物學和納米藥學的應用最廣泛，例如：在云母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA 的粒子、在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗、磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜、DNA 的精細結構等。由此可見，生物醫學工程領域應用納米技術，既能夠更好地幫助人們了解和治療疾病，同時也能有效提升生物醫學的治療效果和預后效果，為了進一步促進納米技術在生物醫學工程領域的作用，有必要對其應用情況進行分析。

2 納米技術在生物醫學工程領域的應用優勢

由于納米技術能夠實現構造具有特定功能的產品，因此其在實際應用過程中展現出了巨大的優勢。

2.1 納米技術能夠有效實現精準治療

傳統的藥物治療方式和輸送系統存在許多的缺點，一方面藥物很難實現精準治療，這導致藥物需要一定的時間才能產生藥效，并且也會在一定程度上降低藥物的效果，患者的病痛難以在第一時間得到緩解；另一方面也會對患者的非病變區域產生一定的影響，甚至對藥物的代謝以及患者的生理情況產生影響。而應用納米技術可以制造出精度高、具有特異性的藥物載體，將藥物精確地輸送到需要治療的位置，既能夠減少藥物對其他組織的損傷，也能在一定程度上提升藥物效果。納米技術可以通過納米粒子、納米管、納米針等制備精度高的藥物載體，使藥物可以針對特定病變區域進行精確的輸送，減少藥物對其他組織的損傷，同時提高藥物的療效[1]。

2.2 納米技術能夠有效提高診斷效率

目前，生物醫學在診斷方面的工作效率和準確度并不能完全達到預期的，這主要是因為診斷工具、診斷方式等都不能滿足實際需要，限制了生物醫學的實際工作效果。通過應用納米技術制造出具備較高靈敏度的診斷工具，例如納米傳感器和納米探針等，其可以檢測出病理標志物的微量水平，從而可以在早期發現疾病，對治療具有極大的意義[2]。

2.3 納米技術能夠有效改善材料性能

生物醫學工程使用的材料需要具備許多特殊的性能，如生物相容性、耐腐蝕性、可降解性等。而傳統的材料或多或少都會存在一定的不足之處，可以通過納米技術對材料進行納米處理，改善材料的性能，增強材料的生物相容性、降低材料的毒性和副作用、提高材料的可降解性，從而提高材料的應用價值和效率。

2.4 納米技術能夠提升組織的再生能力

在生物醫學工程領域，人體組織再生能力對于治療效果有著直接的影響，納米技術能夠顯著提升這個能力，可以通過納米技術制造納米材料來促進組織再生。納米材料可以被用作生物醫學工程的人工支架材料，通過納米處理技術將其表面進行處理，可以增強細胞的黏附能力和增殖能力，促進組織再生。此外，納米材料還可以通過對細胞的控制來控制細胞的增殖、分化和遷移，從而促進組織再生[3]。

由此可見，納米技術在生物醫學工程領域的優勢體現在各個方面，其顯著提升了生物醫學工作的工作效率和工作水平，同時也促進了生物醫學工程整體的發展，使其能夠更好地滿足現實的需要。

3 納米技術在生物醫學工程領域的具體應用方式

生物醫學工程在我國現代社會發展中的作用是巨大的，而要想推動我國生物醫學工程的發展，必須要認識到納米技術的優越性，善于利用納米技術來推進生物醫學工程相關研究的開展。目前，納米技術在生物醫學工程領域的具體應用情況如下。

3.1 納米粒子藥物輸送

納米粒子是一種納米級別的藥物輸送系統。通過納米粒子的制備，可以將藥物準確地輸送到需要治療的位置。納米粒子的制備方法有很多種，如聚合物納米粒子、脂質納米粒子、金屬納米粒子等。在生物醫學工程領域，納米粒子藥物輸送系統已經被廣泛應用，可以用于治療腫瘤、心血管疾病、神經系統疾病等。

與傳統的藥物輸送方式相比，納米粒子藥物輸送的優點有很多：

第一，米粒子可以保護藥物，防止藥物在體內過早分解或被代謝，從而提高藥物的生物利用度，減少藥物劑量，降低藥物毒性和副作用。

第二，納米粒子可以穩定藥物，防止藥物在體內受到破壞和降解，從而增加藥物的穩定性，延長藥物的作用時間。

第三，許多藥物在水中溶解度較低，納米粒子可以增加藥物的溶解度，從而增加藥物的生物利用度。

第四，納米粒子可以通過調整其大小、形狀、表面性質等參數來實現針對性輸送，從而提高藥物在病變組織中的濃度，減少藥物對正常組織的傷害。

第五，納米粒子可以通過被病變組織吞噬或者通過增加血管通透性而集聚在病變組織中，從而增加藥物在病變組織中的濃度，提高治療效果[4]。

總的來說，納米粒子藥物輸送系統具有藥物生物利用度高、穩定性好、溶解度高、針對性強、治療效果好等優點，是一種非常有前景的藥物輸送系統。

3.2 生物傳感

生物傳感是指利用生物學的原理和方法進行檢測、診斷和治療的一種技術。納米傳感器是一種新型的生物傳感器，可以檢測出病理標志物的微量水平，從而實現疾病的早期診斷和治療。納米傳感器可以通過改變其表面化學性質或物理性質來實現對生物分子的特異性識別，通過檢測生物分子的特定性和定量分析，從而正確判斷疾病情況[5]。此外，納米傳感器還可以用于監測藥物的代謝和分布情況，從而對藥物的療效進行評估。

生物傳感的優點在于：首先，生物傳感器具有較高的靈敏度，能夠有效利用自身的高度特異性的生物識別元素與靶分子進行特異性結合，從而使傳感器對目標分子具有高度靈敏性和特異性；其次，生物傳感器具有可逆性和再生性，生物傳感器對于某些生物識別元素具有可逆性和再生性。這意味著在分子結合發生后，識別元素可以被再次釋放，這使得傳感器可以被重復使用，從而節約成本；再次，生物傳感器具備高度選擇性，生物傳感器可以依據生物分子間的互作用，僅僅對特定的目標分子產生反應。這樣可以避免傳統傳感器因為雜質而產生誤報；從次生物傳感器能夠實現多參數檢測，生物傳感器可以根據其原理，實現對多種目標物質的檢測，可以將多個生物識別元素組合在一起，實現多參數檢測；最后，生物傳感器能夠用于檢測生物體內環境，例如檢測生物體內的離子、代謝物、荷爾蒙、微生物等，有助于了解疾病的發展、研究新藥物的作用機理等[6]。

3.3 組織工程

組織工程是指利用生物學、材料學和工程學等學科的原理和方法，制造替代性組織或器官的一種技術。納米技術在組織工程中的應用主要是制備納米材料支架，它可以提供細胞黏附、增殖和分化所需的物理和化學環境，促進組織再生。此外，納米支架還可以通過調節其物理和化學性質來控制細胞的增殖、分化和遷移，從而實現對組織的精細控制[7]。

納米技術基礎上的組織工程有著十分顯著的優勢，其主要體現在以下六個方面：

第一，組織工程可以利用生物材料和干細胞等技術，修復受損組織。這種技術可以在一定程度上減輕傳統手術帶來的創傷，恢復受損組織的功能。

第二，在組織工程技術中，使用患者自身的細胞或干細胞進行治療，從而避免了傳統手術中的組織排異反應的發生。

第三，組織工程可以構建與患者自身組織相似的組織結構，從而提高了手術的成功率。

第四，組織工程可以在受損組織中加入生物活性物質，如細胞因子和生長因子等，從而促進組織的再生和修復。

第五，組織工程可以根據患者的特殊需要和生理狀態，個性化定制治療方案，提高治療效果。

第六，隨著組織工程技術的不斷進步，可以通過人工構建組織和器官來滿足供不應求的情況[8]。

3.4 診斷

納米技術在診斷領域的應用主要是制備納米探針。納米探針是一種用于檢測生物分子的微型傳感器，可以通過改變顏色、發光或磁性等特性來檢測生物分子的存在。利用納米探針可以實現對疾病早期的檢測和診斷，并且納米探針還可以用于藥物研發和藥物代謝的監測[9]。

相比較于傳統的診斷技術，納米診斷技術通過對納米材料和生物分子進行結合，實現疾病的快速、準確的診斷，其優點具體體現在以下幾點：

第一，納米材料具有大比表面積和尺寸效應等優勢，能夠提高診斷的靈敏度。

第二，納米材料可以通過調整其表面的化學結構和生物分子的結合方式，實現對目標生物分子的高特異性識別和檢測，從而避免了傳統診斷技術中的假陽性和假陰性的情況。

第三，納米診斷技術可以在短時間內快速、準確地檢測出患者血液、尿液或唾液中的生物標志物，從而實現快速、高效的診斷。

第四，納米診斷技術通常采用非侵入性的檢測方法，如口腔、尿液、血液等生物標本的檢測，避免了傳統手段對患者的傷害和不適。

第五，納米診斷技術可以根據患者的個性化需要和生理狀態，選擇不同的納米材料和生物分子，從而實現個性化的醫療診斷。

第六，納米診斷技術可以實現對患者的生理指標的遠程監測，從而及時發現病情變化和處理需要。

總而言之，納米診斷技術的高靈敏度、高特異性、快速和高效、非侵入性、個性化醫療以及可以遠程監測等優點，將會成為未來醫學診斷的主要手段之一[10]。

綜上所述，納米技術在生物醫學工程領域的應用范圍和應用效果都十分可觀，顯著提升了生物醫學的工作水平，促進了生物醫學工程整體的發展。可以預見的是，生物醫學工程領域對納米技術的研究力度和應用范圍將會越來越高，實現生物醫學工程領域的長久穩定發展。

4 總結

納米技術是一種快速發展的技術，在生物醫學工程領域中具有廣泛的應用前景。通過納米技術可以制備具有特殊性能的納米材料，實現對生物分子和組織的精細控制，提高生物醫學工程的應用效率和安全性。在生物醫學工程領域，納米技術的主要應用包括藥物輸送、生物傳感、組織工程和診斷等方面。納米技術的應用使得生物醫學工程具有了更廣泛的應用前景，可以為人類健康事業做出更大的貢獻。