摘要：本文評述了納米材料在生物醫學領域的最新應用及研究狀況,介紹了納米生物材料所具有的特殊性能,以及納米材料在國內外的應用實例和產業發展現狀發展情況,并對其前景進行了展望。

　　關鍵詞：納米材料;生物醫學;應用

　　納米材料與生物體在尺寸上有著密切的關系，例如，構成生命要素之一的核糖核酸蛋白質復合體的線度在15-20nm之間，生物體內各種病毒的尺寸也在納米尺度范圍。納米技術的誕生使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子水平，使人類按照自己的意志操縱單個原子成為可能。納米生物醫用材料就是納米材料與生物醫用材料的交叉,將納米微粒與其他材料相復合制成各種各樣的復合材料。

　　一.納米生物醫學材料的分類

　　按照材料科學的分類方法，納米生物醫學材料可以分為納米金屬生物材料、納米無機非金屬生物材料、納米高分子生物材料、納米復合生物材料幾種。但是按照其在生物醫學領域的應用則可分為：細胞分離用納米材料、細胞內部染色用納米材料、抗菌及創傷敷料用納米材料、組織工程中的納米生物材料、生物活性材料幾種，本文將照此分類進行介紹。

　　1.細胞分離用納米材料

　　病毒尺寸一般約80～100nm，細菌為數百納米，而細胞則更大，因此利用納米復合粒子性能穩定、不與膠體溶液反應且易實現與細胞分離等特點，可將納米粒子應用于診療中進行細胞分離。該方法同傳統方法相比，具有操作簡便、費用低、快速、安全等特點。美國科學家用納米粒子已成功地將孕婦血樣中微量的胎兒細胞分離出來，從而簡便、準確地判斷出胎兒細胞中是否帶有遺傳缺陷。

　　2.細胞內部染色用納米材料

　　利用不同抗體對細胞內各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異，選擇抗體種類，將納米金粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合,制備成多種納米金/抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現某種特征顏色(如10nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色)，從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標簽，因而為提高細胞內組織的分辨率提供了一種急需的染色技術。

　　3.抗菌及創傷敷料用納米材料

　　按抗菌機理，納米抗菌材料分為三類:一類是Ag+系抗菌材料，其利用Ag+可使細胞膜上的蛋白失活，從而殺死細菌。在該類材料中加入鈦系納米材料和引入Zn2+、Cu+等可有效地提高其的綜合性能;第二類是ZnO、TiO2等光觸媒型納米抗菌材料，利用該類材料的光催化作用，與H2O或OH-反應生成一種具有強氧化性的羥基以殺死病菌;第三類是C-18A°納米蒙脫土等無機材料，因其內部有特殊的結構而帶有不飽和的負電荷，從而具有強烈的陽離子交換能力，對病菌、細菌有強的吸附固定作用，從而起到抗菌作用。

　　二.納米生物醫學材料的應用

　　上文介紹了納米生物材料的應用分類，下面就通過一些具體實例來進一步說明納米材料在生物醫學領域的應用。

　　1納米人工紅細胞

　　我們知道，腦細胞缺氧6～10分鐘即出現壞死，內臟器官缺氧后也會呈現衰竭。納米人工紅細胞的原理是用一個可以雙向旋轉渦軸的選通柵門來控制氧氣從小球中釋放,通過調節渦軸旋轉的速度和方向，使小球內的氧氣根據人體需氧的多少以一定的速率釋放到外部血液中，同時使供氧裝置在富氧的地方具有吸收氧氣的功能而在需氧的地方具有釋放氧氣的功能;同理，它還必須能在適當的地方吸收和釋放二氧化碳。初步設計的人工納米紅細胞是一個金剛石的氧氣容器，內部有1000個大氣壓，泵動力來自血清葡萄糖，它輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的233倍,并具有生物碳活性。它可以應用于貧血的局部治療、人工呼吸、肺衰竭和體育運動需要的額外耗氧等。

　　2納米人工線粒體

　　當細胞中的線粒體部分失去功能的時候，再來增加氧供給水平，并不一定能使組織有效地恢復，這時就需要直接釋放三磷腺苷同時伴隨著有選擇地釋放和吸收其他的一些代謝產物，后者是迅速恢復組織功能的有效手段。人工線粒體裝置，如同前面的供氧裝置一樣，只不過在這里釋放的是三磷腺苷而不是氧。

　　3納米人工眼球

　　我國四川大學研制的納米人工眼球通過電脈沖刺激大腦神經，使患者可“看”到外部的精彩世界。納米眼球的外殼是用納米材料制成，納米材料是一種活性復合材料,眼球的外殼里面安置微型攝像機與集成電腦芯片，通過這兩個部件將影像信號轉化成電脈沖刺激大腦的枕葉神經,從而實現可視功能。

　　4納米人工鼻

　　納米人工鼻實際上是一種氣體探測器，與燃氣監視器道理相同，可同時監測多種氣體。英國伯明翰大學正在研制“納米鼻”來預報致哮喘病發作的環境因素，一旦空氣中含有易引發哮喘病的氣體如臭氧、一氧化碳及氮的氧化物時，其顯示器就發出信號。

　　三.產業發展現狀

　　納米生物醫學技術的應用挽救了千萬計危重病人的生命，降低了心血管、腫瘤及其它嚴重疾病患者的死亡率。由于心血管系統修復材料和器械的使用和醫療技術的提高，美國心臟病死亡率已從1950年每100000人的586.8人，降至2001年的247.8人，下降近60%;納米生物醫學技術的應用還提高了生命質量，降低了殘疾人的數量。2003年全球人工髖關節和膝關節的年植入量已分別超過100萬套。醫用骨材料在國內外有著廣闊的市場和巨大的經濟效益。由于腫瘤、外傷及某些遺傳性疾病造成的骨缺損是臨床上面臨的一大難題。2000年我國的骨外科臨床治療超過50萬例。在美國，每年大約有90萬人由于各種原因而接受骨損傷的手術治療，其中80萬人需要植入組織替代物。目前采用的自體骨移植和異體骨移植因存在種種弊端，不能解決臨床實踐中的大范圍骨缺損。骨組織工程的臨床應用前景為大范圍骨缺損修復帶來了曙光。

　　以納米生物醫學技術為代表的新一輪產業正在發展初期，這些產業具有進一步提高人類生活質量、延長人類壽命的潛力。近10年來，因為國家對科學技術越來越重視，和納米相關的基礎研究已經在中國取得長足進展，中國已經成為僅次于美國的納米科學研究大國。如何把這些基礎研究成果轉化為產品，特別是將其運用于生物醫學的發展，將需要科研界、醫療衛生系統、產業界和國家支持這幾方面力量通力合作。

　　教育論文投稿刊物：化學教育的任務是放眼化學學科的發展方向，圍繞我國化學教育事業的發展，重點報道化學教育領域內的改革動態和研究成果，介紹化學學科的新成就和新發展;化學教育的新理論、新觀念;化學教育教學改革新經驗，為提高化學教育工作者的業務水平服務，為我國化學教育事業的發展服務。

　　四.納米材料在生物醫學中應用的展望

　　納米技術與生物醫學的結合，為醫學界提供了全新的思路，納米材料在醫學領域的應用取得了顯著效果。但納米材料應用還很有限，尤其是在生物醫學上面，目前大多數研究還處于動物實驗階段，還需大量臨床試驗予以證實，納米材料應用的生物安全性有待進一步提高。這就要求生物醫學研究者與納米材料的研究人員合作需進一步加強，制造出更先進的生物醫用納米材料。我們有理由相信，隨著納米材料在生物醫學領域更廣泛的應用，臨床醫療將變得節奏更快、效率更高，診斷、檢查更準確，治療更有效，人們的生命安全將得到更大的保障。

　　參考文獻：

　　【1】李霞，彭蜀晉，張云龍;納米材料在生物醫學領域的應用【J】;化學教育;2006年第11期。

　　【2】金海龍，王新宇，王洪森等;納米材料在生物醫學領域的應用與發展【J】;儀器儀表學報;第27卷第6期增刊2006年6月。

　　作者：郭翔