- 相關(guān)推薦
納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文
現(xiàn)如今，大家對(duì)論文都再熟悉不過(guò)了吧，通過(guò)論文寫作可以培養(yǎng)我們獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力。你所見過(guò)的論文是什么樣的呢？以下是小編幫大家整理的納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。
納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文 篇1
微納米生物技術(shù)是納米科學(xué)與生命科學(xué)的前沿交叉領(lǐng)域，有著廣泛的發(fā)展前景。主要是利用納米科技領(lǐng)域的最新研究成果開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究，深入探索多種納米材料的性質(zhì)，研究制備既有良好的生物相容性，又具有獨(dú)特光、電性能的應(yīng)用型功能納米材料，并拓展其在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。研究工作也將著重于加強(qiáng)重大疾病、傳染病及遺傳病的早期診斷與檢測(cè)，研制新型納米生物探針和納米藥物載體，發(fā)展分子細(xì)胞生物學(xué)研究的新方法和新技術(shù)，探索納米生物學(xué)發(fā)展的新途徑。
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段主要研究方向及對(duì)微納米生物技術(shù)的應(yīng)用主要有：
�。�1）生物分子微分析技術(shù) (Microanalysis of Biomolecules)：許多的生物分子相當(dāng)微小，其大小通常就在納米范圍，因此若能利用納米尺度的.檢測(cè)設(shè)備或系統(tǒng)，將有助于進(jìn)一步觀察及探討生物分子、細(xì)胞表面與細(xì)胞內(nèi)分子層級(jí)的活動(dòng)及變化。例如新型生物熒光探針的研究與開發(fā)基于功能納米材料(如量子點(diǎn)、硅納米微球等)的新型熒光標(biāo)記物，用于目標(biāo)生物分子(如蛋白、核酸等) 的靶向標(biāo)記與細(xì)胞成像，為分子細(xì)胞生物學(xué)的研究提供新方法。新型納米生物傳感器：研究與開發(fā)基于功能納米材料(如硅納米線、硅納米微球等) 的生物傳感器和功能納米器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物分子的高靈敏度和高特異性檢測(cè)，為重大疾病、傳染病及遺傳病的早期診斷提供新技術(shù)；
�。�2）分子模板技術(shù) (Molecular Templates) ：在生物分子的辨識(shí)上，可善用分子形狀互補(bǔ)的特性，由于不同的生物分子往往具有不同的特殊形狀，此時(shí)它就像一把形狀特殊的鑰匙，如果想要把這個(gè)分子從眾多不同分子中分離出來(lái)，只要有
個(gè)正確的鎖就可以，也就是說(shuō)只要先在某種材料上弄出一個(gè)可以和分子特殊形狀相對(duì)應(yīng)的模板，即可用來(lái)檢測(cè)或分離特定分子。此外，經(jīng)由設(shè)計(jì)特殊的分子模板，可達(dá)成如控制生化反應(yīng)、納米結(jié)構(gòu)效應(yīng)等功能。例如：新型納米藥物載體：研究與開發(fā)基于低生物毒性、低免疫原性、高生物相容性的功能納米材料，并將其與生物分子(如短肽、蛋白等)結(jié)合，發(fā)展高效、安全、高靶向性、可控的納米藥物載體及基因治療載體。
�。�3）生物選擇性表面技術(shù) (Bioselective Surfaces)：指在微納米尺度下改變材料表面幾何與化學(xué)性質(zhì)，以控制細(xì)胞在材料表面的貼附、生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)等，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞與組織的生理狀況。例如以微影圖案基質(zhì)控制神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)、透過(guò)生物選擇性表面技術(shù)重建血腦屏障、以生物互動(dòng)表面分析真菌生長(zhǎng)等。
�。�4）分子過(guò)濾技術(shù) (Molecular Filtration) ：通常指的是利用孔徑在納米級(jí)大小的透膜、微管、多孔材料等來(lái)有效過(guò)濾大小不等的分子，以達(dá)到分離與濃縮等目的。例如以膠原蛋白（Collagen）覆于硅芯片表面的過(guò)濾裝置、以納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行酵素傳輸?shù)取?/p>
�。�5）特殊細(xì)胞分離技術(shù) (Sparse Cell Isolation) ：有些細(xì)胞特別表現(xiàn)出和其它細(xì)胞不同的特性與特殊的生理功能，而這類細(xì)胞的數(shù)目比例往往很小，因此能否有效將它們從其它細(xì)胞中分離出來(lái)就顯得格外重要。通常本技術(shù)會(huì)通過(guò)開發(fā)或使用納米尺度的儀器或設(shè)備達(dá)到分離特殊細(xì)胞的目的。例如從混合組織中分離被病毒感染的細(xì)胞、惡性腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、胚胎細(xì)胞、干細(xì)胞及微生物等；或構(gòu)建亞細(xì)胞（Subcellular）等級(jí)細(xì)胞分類及分析系統(tǒng)。
（6）生物傳感器及生物芯片 (Biosensor/Biochip) 生物傳感器的原理是利用待測(cè)分析物與生物物質(zhì)產(chǎn)生的特異反應(yīng)，將反應(yīng)所產(chǎn)生的特性，配合光學(xué)、電學(xué)、
熱學(xué)、聲學(xué)、壓力、質(zhì)量變化等相對(duì)應(yīng)的換能器（Transducer），將反應(yīng)轉(zhuǎn)換成可處理的訊號(hào)輸出。生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)包括：生物物質(zhì)層、換能器、訊號(hào)處理系統(tǒng)、訊號(hào)輸出系統(tǒng)。根據(jù)感測(cè)物質(zhì)的種類可將生物傳感器的種類區(qū)分為：酵素傳感器、免疫傳感器、受體傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞傳感器、組織傳感器及核酸傳感器等。
納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文 篇2
納米材料是指尺度在1nm—100nm范圍內(nèi)的材料，常見的有零維納米顆粒和一維納米材料，后者包括納米棒、納米線和納米管等等。納米技術(shù)是指在納米尺度范圍內(nèi)，操縱原子、分子或原子團(tuán)、分子團(tuán)，使它們重新排列組合,創(chuàng)造具有特定功能的新物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米材料的研究和納米技術(shù)在最近幾年得到了廣泛的重視和發(fā)展，并被應(yīng)用到很多領(lǐng)域。
納米材料自從在微電子和半導(dǎo)體工業(yè)中得到了成功應(yīng)用之后，現(xiàn)在正逐漸被應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)方面，并取得了良好的效果。納米微粒在性能上與通常所用的宏觀材料完全不同，具有很多特殊性。這些特殊的性能主要是與其特殊的體積所引起，主要表現(xiàn)為表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。納米微粒的這些特殊性能使得其在實(shí)際應(yīng)用中具有很多特殊的效果，如比表面積大、表面活性中心多、表面反應(yīng)活性高、強(qiáng)烈的吸附能力、較高催化能力、低毒性以及不易受體內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)各種酶降解等。這些特殊的表現(xiàn)，使得其在生物醫(yī)學(xué)方面得到廣泛的應(yīng)用。納米微粒在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用上占據(jù)了很大的地位，但一維納米材料如納米管在一些特殊的生物應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，也開始受到重視。納米管具有較大的內(nèi)部空腔體積，從小分子到蛋白質(zhì)分子等許多化學(xué)或生物物質(zhì)都可被填充其中；此外，納米管具有明顯的內(nèi)、外表面和開放的端口，便于進(jìn)行不同的化學(xué)或生物化學(xué)修飾改性。下面分別介紹兩者在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。
1、納米微粒在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
應(yīng)用于生物體內(nèi)應(yīng)用的納米材料，它本身既可以是具有生物活性，也可以不具有生物活性，但它在滿足使用需要時(shí)還必須易于被生物體接受，而不引起不良反應(yīng)。目前納米微粒在這方面的應(yīng)用十分的廣泛，如生物芯片、納米生物探針、
核磁共振成像技術(shù)、細(xì)胞分離和染色技術(shù)、作為藥物或基因載體、生物替代納米材料、生物傳感器等很多領(lǐng)域。下面對(duì)一些比較成熟的技術(shù)作一些介紹。
1.1 生物芯片
生物芯片是在很小幾何尺度的表面積上，裝配一種或集成多種生物活性，僅用微量生理或生物采樣即可以同時(shí)檢測(cè)和研究不同的生物細(xì)胞、生物分子和DNA的特性以及它們之間的相互作用，從而獲得生命微觀活動(dòng)的規(guī)律。其主要分為蛋白質(zhì)芯片和基因芯片(即DNA芯片)兩類，具有集成、并行和快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展的最終目標(biāo)是將樣品制備、生化反應(yīng)到分析檢測(cè)的全過(guò)程集成化以獲得所謂的微型全分析系統(tǒng)。納米基因芯片技術(shù)正是利用了大多數(shù)生物分子自身所帶的正或負(fù)電荷，將電流加到測(cè)試板上使分子迅速運(yùn)動(dòng)并集中，通過(guò)電子學(xué)技術(shù)，分子在納米基因芯片上的結(jié)合速度比傳統(tǒng)方法提高一千倍。與常規(guī)技術(shù)相比，納米基因芯片具有很多優(yōu)點(diǎn)，如微電子技術(shù)使帶電荷的分子運(yùn)動(dòng)速度加快，分子雜交的時(shí)間僅以分鐘計(jì)而非傳統(tǒng)技術(shù)的以小時(shí)計(jì)；靈活性強(qiáng)，測(cè)試基板可安排為各種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，可同時(shí)對(duì)一個(gè)樣本進(jìn)行多種測(cè)試，分析多種測(cè)試結(jié)果；用戶容易按自己的要求建立測(cè)試點(diǎn)陣；可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行置換擴(kuò)增，使測(cè)試敏感，更有力度等等。生物芯片最典型的應(yīng)用就是進(jìn)行分子診斷，用于基因研究和傳染病研究等等。
1.2 納米生物探針
納米探針一種探測(cè)單個(gè)活細(xì)胞的納米傳感器，探頭尺寸僅為納米量級(jí)，當(dāng)它插入活細(xì)胞時(shí)，可探知會(huì)導(dǎo)致腫瘤的早期DNA 損傷。一些高選擇性和高靈敏度的納米傳感器可以用于探測(cè)很多細(xì)胞化學(xué)物質(zhì)，可以監(jiān)控活細(xì)胞的蛋白質(zhì)和感興趣的其他生物化學(xué)物質(zhì)。還可以探測(cè)基因表達(dá)和靶細(xì)胞的蛋白生成，用于篩選微量藥物，以確定那種藥物能夠最有效地阻止細(xì)胞內(nèi)致病蛋白的活動(dòng)。隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，最終實(shí)現(xiàn)評(píng)定單個(gè)細(xì)胞的健康狀況。使用能夠接受激光產(chǎn)生熒光的半導(dǎo)體量子點(diǎn)（一種半導(dǎo)體納米微晶粒），可以改善由于傳統(tǒng)有機(jī)熒光物質(zhì)激發(fā)光譜范圍窄、發(fā)射峰寬而且容易脫尾等現(xiàn)象。使用納米生物熒光探針可以快速準(zhǔn)確的選擇性標(biāo)記目標(biāo)生物分子，靈敏測(cè)試細(xì)胞內(nèi)的失蹤劑，標(biāo)記細(xì)胞，也可以用于細(xì)胞表面的標(biāo)記研究。此外進(jìn)行其它改造可以用以檢測(cè)很多其他東西，如Cognet等人用10 nm的金顆粒標(biāo)記膜蛋白用于蛋白質(zhì)的成像檢測(cè)，克服了熒光標(biāo)記的褪色及閃動(dòng)的缺點(diǎn)，檢測(cè)靈敏度高，信號(hào)穩(wěn)定。另有人選用葡萄糖包覆超順磁性的Fe3O4納米粒子，通過(guò)葡萄糖表面的酞基化實(shí)現(xiàn)與抗體的偶聯(lián)，制得Fe3O4/葡萄糖/抗體磁性納米生物探針，將此探針進(jìn)行層析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該探針完全適用于快速免疫檢測(cè)的需要。
1.3 核磁共振成像技術(shù)
該技術(shù)是現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中使用較多的一種技術(shù)，其使用的納米微粒主要是納米級(jí)的超順磁性氧化鐵粒子。根據(jù)產(chǎn)品的顆粒大小可以分為兩種類型，一類是普通的超順磁性氧化鐵納米粒子，一般直徑在40—400 nm；另一類是超微型超順磁性氧化鐵納米粒子，其最大直徑不超過(guò)30 nm。該技術(shù)是因?yàn)槿梭w的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)具有一分豐富的巨噬細(xì)胞，這些吞噬細(xì)胞是人體細(xì)胞免疫系統(tǒng)的組成部分，當(dāng)超順磁性氧化鐵納米粒子通過(guò)靜脈注射進(jìn)入人體后，與血漿蛋白結(jié)合，并在調(diào)理素作用下被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)識(shí)別，吞噬細(xì)胞就會(huì)把超順磁性氧化鐵納米粒子作為異物而攝取，從而使超順磁性氧化鐵集中在網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞的組織和器官中。吞噬細(xì)胞吞噬超順磁性氧化鐵使相應(yīng)區(qū)域的信號(hào)降低，而腫瘤組織因不含正常的吞噬細(xì)胞而保持信號(hào)不變，從而可以鑒別腫瘤組織。使用納米顆�？梢允沟脵z測(cè)出的病灶直徑從使用普通顆粒的1.5cm下降到0.3cm。
1.4 細(xì)胞分離和染色技術(shù)
血液中紅細(xì)胞的大小為6000—9000 nm，一般細(xì)菌的長(zhǎng)度為2000—3000 nm，引起人體發(fā)病的病毒尺寸一般為幾十納米，因此納米微粒的尺寸比生物體內(nèi)的細(xì)胞和紅細(xì)胞小的多，這就為生物學(xué)研究提供了一條新的途徑，即利用納米顆粒進(jìn)行細(xì)胞分離和細(xì)胞染色等。如研究表明，用SiO2納米顆�？蛇M(jìn)行細(xì)胞分離。在SiO2納米顆粒表面，包覆一層與待分離細(xì)胞有較好親和作用的物質(zhì)，這種納米顆�？梢苑稚⒃诤喾N細(xì)胞的膠體溶液，通過(guò)離心技術(shù)使細(xì)胞分離。這種方法有明顯的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用價(jià)值。使用不同的納米顆粒與抗體的復(fù)合體與細(xì)胞、某些組織器器官和骨骼系統(tǒng)相結(jié)合，就相當(dāng)于給組織貼上了標(biāo)簽，利用顯微技術(shù)可以分辨各種組織，即用納米顆粒進(jìn)行細(xì)胞染色技術(shù)。
1.5 作為藥物或基因載體
傳統(tǒng)的給藥方式主要是口服和注射。但是，新型藥物的開發(fā)，特別是蛋白質(zhì)、核酸等生物藥物，要求有新的載體和藥物輸送技術(shù)，以盡可能降低藥物的副作用，并獲得更好的藥效。粒子的尺寸直接影響藥物輸送系統(tǒng)的有效性。納米結(jié)構(gòu)的藥物輸送是納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，具有提高藥物的'生物可利用度、改進(jìn)藥物的時(shí)間控制釋放性能、以及使藥物分子精確定位的潛能。納米結(jié)構(gòu)的藥物輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在能夠直接將藥物分子運(yùn)送到細(xì)胞中，而且可以通過(guò)健康組織把藥物送到腫瘤等靶組織。如通過(guò)制備大于正常健康組織的細(xì)胞間隙、小于腫瘤組織內(nèi)孔隙的載藥納米粒子，就可以把治療藥物選擇性地輸送到腫瘤組織中去。當(dāng)前研究的用于藥物輸送的納米粒子主要包括生物型粒子、合成高分子粒子、硅基粒子、碳基粒子以及金屬粒子等。用納米控釋系統(tǒng)輸送核苷酸有許多優(yōu)越性，如能保護(hù)核苷酸，防止降解，有助干核苷酸轉(zhuǎn)染細(xì)胞，并可起到定位作用，能夠靶向輸送核苷酸等。還可以對(duì)于一些藥材，如中藥加工成由納米級(jí)顆粒組成的藥，有助于人體的吸收。
納米微粒在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用遠(yuǎn)不止上面提到的這些，利用納米微粒技術(shù)制備生物替代納米材料、生物傳感器等也已有很大發(fā)展。如納米人工骨的研究成功，并已進(jìn)行臨床試驗(yàn)。功能性納米粒子與生物大分子如多肽、蛋白質(zhì)、核酸共價(jià)結(jié)合，在靶向藥物輸運(yùn)和控制釋放、基因治療、癌癥的早期診斷與治療、生物芯片和生物傳感器等許多方面顯示出誘人的應(yīng)用前景和理論研究?jī)r(jià)值。
2、納米管在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
如前面所述，納米管以其特殊的性能，在生物醫(yī)學(xué)方面得到較多的研究和應(yīng)用。目前研究較多的納米管有碳納米管、硅納米管、脂納米管和肽納米管等。這些納米管主要是用于生物分離、生物催化、生物傳感和檢測(cè)等生物技術(shù)領(lǐng)域。
2.1 納米管用于生物分離技術(shù)
對(duì)納米管的內(nèi)、外表面進(jìn)行不同修飾后,可用作納米相萃取器，如用其進(jìn)行手性異構(gòu)分子的分離。由于異構(gòu)體分子之間的理化性質(zhì)差別非常小，因此傳統(tǒng)分離方法的選擇性往往都很低。將抗體通過(guò)一定的化學(xué)試劑固定在硅納米管的內(nèi)外表面，利用抗體對(duì)異構(gòu)體的特異結(jié)合作用，賦予納米管手性識(shí)別能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定手性異構(gòu)體的拆分，該思路使得納米管在手性生物物質(zhì)分離方面的應(yīng)用前景大為拓展。將用模板法制備的納米管可以留在膜孔內(nèi)可以用于分離。其分離機(jī)理之一即是上面提到的對(duì)納米管的修飾，另一機(jī)理是調(diào)節(jié)納米管的直徑尺寸使之與混合物中相對(duì)較小的物質(zhì)分子的尺寸相匹配，實(shí)現(xiàn)小分子與大分子物質(zhì)的分離，即所謂的篩分法。納米管的應(yīng)用使得對(duì)生命體中各種氨基酸、核酸分子的手性研究有了很大的進(jìn)展。
2.2 納米管用于生物催化技術(shù)
納米管用于生物催化技術(shù)的最主要的一個(gè)原因就是其大的比表面積，如含酶納米管可以在生物催化反應(yīng)器中使用。通過(guò)醛基硅烷將葡萄糖氧化酶( GOD)結(jié)合到硅納米管(管徑60 nm) 的內(nèi)外表面，形成的GOD納米管催化劑可催化葡萄糖的氧化反應(yīng),且無(wú)泄漏。雖然與目前常用的其他共價(jià)法固定化酶介質(zhì)(如聚合物、硅膠)相比，納米管固定化酶的活性降低幅度還較大，但納米管的微小尺寸、大比表面(120～700 m2·g - 1 )和優(yōu)良的機(jī)械性使其更適合作為催化劑或載體用于生物微反應(yīng)器。這些納米管可以攜帶酶參加反應(yīng)，其自身還能起到催化作用，如對(duì)于神經(jīng)組織還是骨組織而言，使用碳納米管含量較高的復(fù)合材料，均能促進(jìn)組織再生，同時(shí)顯著地抑制對(duì)植入設(shè)備產(chǎn)生不利影響的膠質(zhì)痕跡和纖維組織的形成。
2.3 納米管用于生物傳感和檢測(cè)
納米管生物傳感器是目前納米管生物技術(shù)中研究最為活躍的領(lǐng)域。使用酶修飾電極是生物傳感器的基本構(gòu)件和關(guān)鍵，但實(shí)際上在酶的電化學(xué)反應(yīng)中通常需要外加促進(jìn)劑和電子媒介。研制適宜的電極材料和固定化方法對(duì)實(shí)現(xiàn)酶的直接電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)和生物活性的維持非常重要。一般用聚合物膜來(lái)達(dá)到此要求，但由于其穩(wěn)定性較差，制約其應(yīng)用。相比之下，碳納米管的機(jī)械強(qiáng)度高，比表面大，化學(xué)穩(wěn)定性高，導(dǎo)電能力強(qiáng)且對(duì)環(huán)境和被吸附分子的變化敏感，是生物傳感器中理想的固定化酶介質(zhì)。除此之外，碳納米管還有其它特點(diǎn)，如它可以改善參加反應(yīng)的生物分子的氧化還原可逆性；降低氧化還原反應(yīng)中的過(guò)電位；還可以直接進(jìn)行電子傳遞，用于電流型酶?jìng)鞲衅�。由于碳納米管具有一定的吸附特性，吸附的氣體分子與碳納米管發(fā)生相互作用，改變其費(fèi)米能級(jí)引起其宏觀電阻發(fā)生較大改變，可以通過(guò)檢測(cè)其電阻變化來(lái)檢測(cè)氣體成分，因此碳納米管還可用于制造氣敏傳感器。將碳納米管用作原子力顯微鏡（AFM）的探針是比較理想的，它具有直徑小、長(zhǎng)徑比大、化學(xué)和機(jī)械性能好、剛性極大等優(yōu)點(diǎn)，制的AFM分辨率比普通的高，可用于分子生物學(xué)的研究。
納米管還被用作養(yǎng)料或藥物定向釋放工具，還可以對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行操作，有望在人工器官與組織工程、藥物(基因) 運(yùn)載、重大疾病的早期診斷、生物醫(yī)學(xué)儀
納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文 篇3
在上期關(guān)注了全球頂尖高分子材料研究所之后，本期理財(cái)周報(bào)將聚焦納米材料和生物材料的全球頂尖實(shí)驗(yàn)室。
眾所周知，納米材料和生物材料屬前沿新材料，代表著未來(lái)材料科學(xué)的發(fā)展方向。由于這兩種材料具有重要的戰(zhàn)略意義，各個(gè)國(guó)家在這兩個(gè)領(lǐng)域的研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)可謂白熱化。
美國(guó)將信息材料、生物醫(yī)用、納米材料、環(huán)境材料和材料技術(shù)科學(xué)等列為重點(diǎn)發(fā)展方向，日本重點(diǎn)加強(qiáng)信息通信、環(huán)境、生命科學(xué)和納米材料方面的優(yōu)勢(shì)，歐盟則重點(diǎn)發(fā)展光電、有機(jī)電子、超導(dǎo)復(fù)合、催化劑、光學(xué)、磁性、納米和智能材料。
由此可見，納米、生物材料已成兵家必爭(zhēng)之地。根據(jù)我國(guó)的新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃，納米材料和生物材料也是材料科學(xué)的重點(diǎn)發(fā)展方向。2012年6月，四年一度的世界生物材料大會(huì)首次落戶中國(guó)，尼古拉·佩帕斯、錢煦、威廉·邦菲爾德、師昌緒等一大批國(guó)際頂尖生物材料專家匯聚成都，顯示出了中國(guó)在生物材料方面日益增加的影響力。
顯然，爭(zhēng)奪納米和生物材料話語(yǔ)權(quán)關(guān)鍵還是研究所和研究人才的競(jìng)爭(zhēng)。
19XX年7月在美國(guó)召開了第一屆國(guó)際納米科技技術(shù)會(huì)議，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)一個(gè)新分支，美國(guó)也成為了全球納米技術(shù)研究的中心。
大學(xué)研究所方面，走在納米材料研究前沿的美國(guó)大學(xué)包括紐約州立大學(xué)阿爾巴尼分校、哈佛大學(xué)、北達(dá)科他州立大學(xué)、史丹佛大學(xué)、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)圣地亞哥分校和斯坦福大學(xué)等。
其中，紐約州立大學(xué)阿爾巴尼分校的納米技術(shù)與工程學(xué)院擁有55億的公眾和私人投資，是全球納米技術(shù)研究中心之一，也是世界上第一個(gè)專門研究納米科學(xué)與納米工程的高等院校。 在國(guó)家/獨(dú)立研究所方面，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)加州納米技術(shù)研究院等均享有國(guó)際盛譽(yù)。
此外，美國(guó)跨國(guó)也走在納米研究的前列：IBM和NEC都是最早進(jìn)入納米技術(shù)研究領(lǐng)域的，最先取得碳納米管這一納米科技基石之一的基礎(chǔ)專利，Nantero則是第一家開發(fā)微電子級(jí)碳納米管材料、并使用碳納米管開發(fā)下一代半導(dǎo)體設(shè)備的。
美國(guó)生物材料方面的研究同樣全球領(lǐng)先，著名的斯坦福大學(xué)、哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校、加州理工學(xué)院、約翰霍普金斯大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、加州大學(xué)舊金山分校、耶魯大學(xué)、康乃爾大學(xué)、圣路易斯華盛頓大學(xué)、杜克大學(xué)、芝加哥大學(xué)美國(guó)頂尖院校生物工程研究排名靠前。
剛剛結(jié)束的.2013年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中，邁克爾·萊維特和托馬斯·C·蘇德霍夫等兩位生物化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家出自同一所大學(xué)：斯坦福大學(xué)。
大名鼎鼎的MIT生物材料研究也走在世界頂尖水平，該校擁有44個(gè)與生物材料研究相關(guān)的研究中心/研究室。
美國(guó)同樣還有一批生物材料研究領(lǐng)先的跨國(guó)企業(yè)，如安捷倫科技，英斯特朗、Ceramtec、泰科納（Ticona）、冶聯(lián)科技、CRS）、美敦力(Medtronic)等等。
這些的產(chǎn)品壟斷了全球大部分的高端生物材料市場(chǎng)份額，其研發(fā)實(shí)力也可見一斑。 歐日朝迎頭趕上在如此眾多頂尖大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家研究所和跨國(guó)實(shí)驗(yàn)室的支撐下，美國(guó)在納米材料、生物材料方面建立的優(yōu)勢(shì)已基本上無(wú)人可以撼動(dòng)。
不過(guò)即便如此，以歐洲和日韓為代表的研究力量同樣不可小覷，部分領(lǐng)域甚至已經(jīng)可以和美國(guó)匹敵，并呈現(xiàn)出德國(guó)、英國(guó)、日本和韓國(guó)四足鼎立之勢(shì)。
德國(guó)在納米材料領(lǐng)域的研究起步較早，在全國(guó)范圍內(nèi)建立了六大納米研究中心，分別是納米結(jié)構(gòu)、納米應(yīng)用開發(fā)、納米技術(shù)、納米化學(xué)、納米加工和納米分析中心，形成一張遍布全國(guó)的納米科技研究協(xié)作網(wǎng)，而馬普學(xué)會(huì)、弗朗霍夫協(xié)會(huì)、海姆霍茨大研究中心聯(lián)合會(huì)和萊布尼茨研究聯(lián)合會(huì)則是德國(guó)納米研究的核心力量。
納米材料方面的大學(xué)研究室，則主要是卡爾斯魯厄理工學(xué)院，德國(guó)不倫瑞克理工大學(xué)半導(dǎo)體技術(shù)研究所。
生物材料方面，德國(guó)柏林柏林——勃蘭登堡地區(qū)是德國(guó)生物技術(shù)研究機(jī)構(gòu)分布密集最高的地區(qū)，同時(shí)也是歐洲最大的“全方位服務(wù)型生物科技區(qū)”，共擁有6個(gè)生物科技園和2個(gè)特別實(shí)驗(yàn)室。
與德國(guó)相比，英國(guó)的納米材料相對(duì)遜色，不過(guò)生物工程技術(shù)卻有過(guò)之而無(wú)不及。在英國(guó)，誕生了世界上第一只克隆羊“多莉”。英國(guó)在生物材料領(lǐng)域次于美國(guó)，居世界第二。據(jù)理財(cái)周報(bào)材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的不完全統(tǒng)計(jì)，迄今為止，英國(guó)在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已獲得了20多個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。
大學(xué)研究室方面，劍橋大學(xué)材料科學(xué)與冶金系擁有生物材料的全球頂尖研究院，Zeneca、GlaxoWelle和SmithKliheBeacham等跨國(guó)生物材料研究能力也是全球領(lǐng)先。
在日本，研究中心是其主要研究陣地。日立的“納米技術(shù)管理推進(jìn)中心”、日本電器“基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室”；日本電報(bào)電話的“厚木實(shí)驗(yàn)室”、富士通的納米技術(shù)研究中心等企業(yè)研究中心是其納米材料研究的核心力量。
韓國(guó)則憑借著三星等巨頭在納米材料技術(shù)的研究領(lǐng)域迎頭趕上。
中國(guó)研究階段性突破
在國(guó)內(nèi)，中科院的納米材料和生物材料研究仍舊首屈一指。理財(cái)周報(bào)記者獲悉，中科院國(guó)家納米科學(xué)中心主要從事納米技術(shù)理論研究，該中心在20年在鉍系化合物超結(jié)構(gòu)制備，基于新型Te化物納米材料的寬帶光譜光學(xué)探測(cè)器，新型微納加工方法等諸多方面的研究均取得獲得突破性新進(jìn)展。
國(guó)家納米中心現(xiàn)有6個(gè)研究室、2個(gè)實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)發(fā)展研究中心、人員方面，納米中心目前科技人員159人、科技支撐人員23人，包括研究員31人、副研究員及高級(jí)工程技術(shù)人員39人。20年，納米中心科研人員共發(fā)表SCI251篇。
此外，北京航空航天大學(xué)，南京理工大學(xué)，北京科技大學(xué)，大連理工大學(xué)等院校納米材料研究起步較早。
生物材料方面，中科院上海硅酸鹽研究所和清華大學(xué)、四川大學(xué)、南開大學(xué)、上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、華東理工大學(xué)等大學(xué)研究室在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。20年的世界生物材料大會(huì)承辦方便是四川大學(xué)。
納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文 篇4
新型納米醫(yī)藥材料在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用及前景
在接觸新型納米醫(yī)藥材料這門課之前我對(duì)納米的認(rèn)識(shí)是極為淺陋的，僅僅知道其是一個(gè)極小的單位，并且有著極其優(yōu)異的化學(xué)性質(zhì)，但其具體的應(yīng)用我并不了解。通過(guò)這幾周的學(xué)習(xí)可以說(shuō)我對(duì)納米材料有了更為具體和深入的了解，盡管這種認(rèn)識(shí)仍是膚淺的不全面的，但我確已認(rèn)識(shí)到納米材料在我們生活中的具體應(yīng)用和廣闊的前景。下面我便談一談我對(duì)納米材料幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。
一．納米技術(shù)及納米材料的基本認(rèn)識(shí)
納米(nm)是一個(gè)長(zhǎng)度單位，1納米是十億分之一米，相當(dāng)于10個(gè)氫原子排在一起那么長(zhǎng)，并沒(méi)有物理內(nèi)涵。納米技術(shù)是一種在納米尺度空間(0～100nm)內(nèi)的生產(chǎn)方式和工作方式，并在納米尺度認(rèn)識(shí)自然、創(chuàng)造物質(zhì)的一種新的技能。納米技術(shù)的內(nèi)涵非常廣泛，它包括納米材料的制造技術(shù)，納米材料在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)(含高科技領(lǐng)域)，在納米尺度構(gòu)筑一個(gè)器件實(shí)現(xiàn)對(duì)原子、分子的翻砌、操作以及在納米微區(qū)內(nèi)物質(zhì)傳輸和能量傳輸?shù)男乱?guī)律等。而納米材料具體是指當(dāng)物質(zhì)尺寸被加工到納米尺度以后，其性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)一些特殊性能。這種既具有不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是達(dá)到納米尺度，而沒(méi)有特殊性能的材料，也不能稱之為納米材料。
通過(guò)以上的概念我了解到了納米，納米技術(shù)與納米材料之間的聯(lián)系與區(qū)別，在日常生活中我們經(jīng)�；煜@幾種概念，用納米這個(gè)獨(dú)立的物理量來(lái)指代納米技術(shù)，我想這是不全面的也是對(duì)于納米材料和納米技術(shù)的誤讀，納米技術(shù)是指在納米尺度上對(duì)原子的操縱等范圍十分廣闊的技術(shù)，而納米技術(shù)也不僅僅是指達(dá)到納米尺度的材料，而是要必須具備特殊性能的材料。我想通過(guò)門課的學(xué)習(xí)我對(duì)納米材料已經(jīng)有了最起碼的認(rèn)識(shí)。
二．納米材料的表面化
材料表面納米化的方法有3種。表面涂層或沉積、表面自納米化以及表面自納米化與化學(xué)處理相結(jié)合的混合方式。
1．表面涂層或沉積
制備出具有納米尺度的顆粒后，將其固結(jié)在材料表面，在材料上形成一個(gè)與基體化學(xué)成分相同(或不同)的納米結(jié)構(gòu)表層。這種材料的主要特征是：納米結(jié)構(gòu)表層的晶粒大小比較均勻，表層與基體之間存在著明顯的界面，材料的外形尺寸與處理前相比有所增加。許多常規(guī)表面涂層和沉積技術(shù)都具有開發(fā)的潛力，如物理氣相沉淀(PVD)、化學(xué)氣相沉淀(CVD)、濺射、電鍍和電解沉積等。
2．表面自身納米化
對(duì)于多晶材料，通常采用非平衡處理方法增加材料表面的自由能，使粗晶組織逐漸細(xì)化至納米量級(jí)。這種材料的主要特征是：晶粒尺寸沿厚度方向逐漸增大，納米結(jié)構(gòu)表層與基體之間不存在界面，與處理前相比，材料的外形尺寸基本不變。由非平衡過(guò)程實(shí)現(xiàn)表面納米化主要有兩種方法：表面機(jī)械加工處理法和非平衡熱力學(xué)法，不同方法所采用的工藝技術(shù)和由其所導(dǎo)致的納米化的微觀機(jī)理均存在著較大的`差異。
3．混合方式
將表面納米化技術(shù)與化學(xué)處理相結(jié)合，在納米結(jié)構(gòu)表層形成時(shí)對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)處理，在材料的表層形成與基體成分不同的固熔體或化合物。由于納米晶組織的形成，材料表面晶界的體積分?jǐn)?shù)明顯增大，這為原子的擴(kuò)散提供了理想的通道，可顯著地降低化學(xué)處理的溫度和時(shí)間、提高元素滲入的濃度和深度，從而使得材料的化學(xué)處理更容易在低溫下進(jìn)行。
表面納米化改變了材料表面的組織和結(jié)構(gòu)，這不僅有利于提高材料的表面性能，而且對(duì)材料的整體性能也有相當(dāng)?shù)奶岣�。材料�?jīng)過(guò)表面納米化處理后，表面的硬度、強(qiáng)度耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能均得大的提高，特別是生物相容性得到了很好的改善。另外，由于表面晶粒細(xì)化，原子活性提高，擴(kuò)散系數(shù)增大，對(duì)材料進(jìn)一步進(jìn)行表面化學(xué)處理、擴(kuò)散焊接等加工時(shí)，
其加工性能也能得到很大的改善。表面化技術(shù)使材料的力學(xué)性能，材料的抗疲勞性能，耐磨耐腐蝕性能，熱穩(wěn)定性，化學(xué)熱處理性，生物相容性都有了很大程度的提高。從這里可以看出納米化的巨大影響�？梢韵胍娙绻砻婕{米化技術(shù)得以應(yīng)用，對(duì)科技的發(fā)展將產(chǎn)生多么巨大的作用，而科技的發(fā)展也必將推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)更快的發(fā)展。
三．納米材料的具體應(yīng)用
關(guān)于納米材料的具體應(yīng)用可以說(shuō)涉及我們生活的各個(gè)方面，如醫(yī)藥，環(huán)保，軍事等。在這里我僅列舉幾項(xiàng)我認(rèn)為比較有代表性的應(yīng)用，用以指出納米材料其用途的廣泛與巨大。
1. 納米藥物載體材料
納米藥物載體材料技術(shù)就是將藥物溶解、吸附、包埋或鏈接于納米載體上，利用納米載體的理化特性和選擇性分布的特點(diǎn)，解決藥物在輸運(yùn)過(guò)程中存在的溶解度低、穩(wěn)定性差和吸收受限等問(wèn)題，增加藥物的溶出速率和吸收速率，提高藥物的穩(wěn)定性和生物利用度，或?qū)⑺幬锾禺愋缘貙?dǎo)入靶器官、靶組織或靶細(xì)胞，降低藥物毒副作用，提高療效的一種藥物輸送技術(shù)。該技術(shù)使藥物在體內(nèi)的分布取決于載體，而不是藥物本身，可根據(jù)臨床治療的要求和藥物本身的理化性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)妮d體材料，改善藥物的理化性質(zhì)、藥劑學(xué)特點(diǎn)和藥理活性。因此，載體技術(shù)是藥物輸運(yùn)的核心技術(shù)。理想的藥物載體在藥物輸送方面具有許多優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：①控制藥物釋放，延長(zhǎng)作用時(shí)間；②靶向輸送藥物，降低毒副作用；③提高藥物的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)貨架期；④避免生物工程藥物及核酸藥物被酶降解，提高其活性；⑤克服人體生理屏障；⑥開辟新的給藥途徑。特定設(shè)計(jì)的納米藥物載體傳遞系統(tǒng)幾乎能滿足上述要求，為臨床疾病的治療提供了理想的藥物劑型和給藥途徑。
2. 納米傳感器材料
傳感器是一種獲取與處理信息的裝置。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB7665--87)規(guī)定的傳感器的定義為能感受規(guī)定被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可以應(yīng)用的信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)換單元組成首屆世界生物傳感器學(xué)術(shù)大會(huì)將生物傳感器定義為由生物活性材料與相應(yīng)的換能器的結(jié)合體，能測(cè)定特定的化學(xué)物質(zhì)(主要是生物物質(zhì))；而將能用于生物參量測(cè)定但構(gòu)成中不含生物活性材料的裝置稱為生物傳感器。生物傳感器是一類特殊的化學(xué)傳感器，一般由感受器、換能器和檢測(cè)器三部分組成。感受器的主要功能是進(jìn)行生物化學(xué)識(shí)別。換能器的主要功能是將感受器感受到的生物化學(xué)信息轉(zhuǎn)換成易檢測(cè)的物理化學(xué)信號(hào)。檢測(cè)器將得到的物理化學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、記錄處理和顯示結(jié)果。生物傳感器是對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器，是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等)及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。
以上兩個(gè)有關(guān)納米材料的應(yīng)用是我印象最為深刻的應(yīng)用，在這里我僅就其概念做以簡(jiǎn)單的介紹，是因?yàn)槠渚唧w原理及其制備對(duì)于非材料專業(yè)的我來(lái)說(shuō)過(guò)于艱深。其實(shí)僅就其概念來(lái)看其所展示的應(yīng)用也是極其廣闊的，納米載體以及納米傳感器對(duì)于醫(yī)藥方面的意義是十分巨大的，如果其大規(guī)模的應(yīng)用，對(duì)人類的健康來(lái)說(shuō)將是極大的福音。
四．總結(jié)
我想每個(gè)人對(duì)與納米材料前景都有著自己的看法，但我想大家對(duì)于納米材料的發(fā)展都是抱有極大的希望的，其前景也將會(huì)是廣闊的，隨著人類科技的發(fā)展對(duì)于納米材料的認(rèn)識(shí)也會(huì)更上一層樓。也許在不久的將來(lái)納米材料就會(huì)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，納米機(jī)器人就會(huì)進(jìn)入我們身體檢測(cè)我們的身體狀況，納米醫(yī)藥將會(huì)使藥物更好被我們吸收。也許納米材料也會(huì)被應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)的方面，但總之利大于弊，對(duì)與納米技術(shù)的發(fā)展我是以積極的態(tài)度來(lái)對(duì)待的。通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)使我對(duì)納米醫(yī)藥材料有了深入的認(rèn)識(shí)，使我認(rèn)識(shí)到當(dāng)今納米技術(shù)的發(fā)展水平及其發(fā)展前景，也許這門課程的內(nèi)容與我的本專業(yè)聯(lián)系較少，但它們所體現(xiàn)出來(lái)的對(duì)科學(xué)的態(tài)度卻是相同的。通過(guò)這門課的學(xué)習(xí)，我深刻認(rèn)識(shí)到了自己知識(shí)的淺薄，和科學(xué)海洋的浩瀚無(wú)邊�？傊�
納米材料的未來(lái)是廣闊的，未來(lái)是我們的時(shí)代，也將是納米的時(shí)代。
參考文獻(xiàn)
1.張立德.納米材料.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.
2.余家會(huì),任紅軒,黃進(jìn)主編. 納米生物醫(yī)藥. 上海市:華東理工大學(xué)出版社, 2011.12
3.陳春英.二氧化鈦納米材料生物效應(yīng)與安全應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社,2010.
【納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文】相關(guān)文章：
新材料在建筑施工中的應(yīng)用論文12-12
生物醫(yī)學(xué)論文11-07
多媒體在幼兒教學(xué)中的應(yīng)用論文12-13
教學(xué)中多媒體技術(shù)的應(yīng)用論文12-15
攝影在平面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用論文12-15
體育舞蹈在廣場(chǎng)舞中的應(yīng)用論文12-12