纳米医学,医疗进入纳米世界,对病痛进行更具针对性的治疗

科技流光

发布时间: 18-07-2700:16

纳米医学是随着纳米生物医药发展起来用纳米技术解决医学问题的学科。纳米技术和材料的发展将将给医学领域带来一场深刻的革命,主要在对付癌症和治疗心血管疾病方面有重要意义。纳米材料具有与一般材料所不同的物理化学性能。

纳米技术可能将在以下方面对医学产生较大的影响:

使诊断更精确

应用纳米技术可将微型的诊断仪器植入人体内,可随血液在体内运行,实时将体内信息传送到于体外记录装置。

使治疗更有效

将常规治疗药物纳米化,可提高药效、减少用量、降低副作用。这对于恶性肿瘤的治疗,有重要作用。

成为防病新武器

运用纳米技术在血流中进行巡航探测,可及时发现病毒、细菌的入侵,并予以歼灭,从而消除传染病。

纳米医学的技术

纳米生物芯片

芯片一般多用于电子计算机或机器人的设计,但科学家正研发以纳米技术为基础的芯片作为界面来进行生物检测。纳米生物芯片是一门融会分子生物学、化学、医学、计算机、自动化等多学科交叉的产物。利用一颗米粒大小的纳米芯片,附着或植入人体皮肤表层,通过纳米机电技术进行人体呼吸、心跳、血液等感应及检测功能,甚至还可以通过无线传输等系统整合,将病人的监测资料传输至远端的手机或电脑资料平台上,一旦病人心跳不正常或血液出现异常而有危险时,便可以提早诊断并提出预警。

由于纳米技术可在微小尺度里重新排列遗传密码,纳米基因芯片结合纳米科技和基因工程技术,小小的纳米基因芯片能容纳上百万个人类基因片段,可用来开发新药、改进疾病诊断和治疗方法。若研制成功,人类可以利用纳米基因芯片查出自己遗传密码中的错误,并迅速利用纳米技术进行修正,使各种遗传性疾病或缺陷得以改善。

纳米药物

在药学方面,将常规治疗药物纳米化,可大大增加药物颗粒的表面积,使之与组织的接触面积增大,从而提高药效,并能减少用量及降低副作用。另外,纳米化药物容易透过血管和组织屏障,易被巨噬细胞吞噬,故亦能增强药物的靶向性。

纳米医疗器件

众所周知,每个人都是从一个受精卵来到这个世界,以30亿对碱基作为生命的蓝本,决定着细胞乃至生命的基础。细胞、基因组、蛋白质组、细菌、病毒等均属纳米级尺寸,它们全活在一个超微世界里。事实上,人体就如同一所微型工厂,要对其深入了解并进行改造,若能利用与其相当大小的器件,定能取得更好的效果。科学家们设想纳米医疗器件和药物可以畅游于人体各处,甚至进出细胞,在体内完成特定的监视、控制、防御、治疗和修复使命。例如运用纳米传感器进入体内监测生物或化学变化,适时释放所需药物和养分;或捕捉入侵的细菌和病毒并把它们消灭,杀灭癌细胞、修复畸变的基因等。

分子马达是目前纳米医疗器件的重点研究项目。分子马达是分子水平的复合体,能够作为机械部件的最小实体,通过外部刺激(如采用化学、电化学、光化学等方法改变环境)使分子结构发生变化。美国科学家正研制可以进入人体细胞的分子马达,该设备包括两个金属推进器和一个金属杆,由生物分子组件将人体的腺苷三磷酸转化为机械能量,驱使金属推进器运转。这种纳米机电设备仍处于研制初期,但将来有望能应用在人体细胞内发放药物等医疗任务上。

此外,也有科学家尝试把新型的纳米诊断仪器植入人体,根据不同的诊断和监测目的,定位于体内不同部位,或随血液运行,随时将体内各种生物信息反馈于体外记录装置。

纳米诊断技术

使用纳米诊断技术只需通过血液中的DNA或蛋白质检测,便能诊断出很多早期疾病;利用纳米级荧光微粒接上抗体,就能进行免疫学的间接凝集试验。纳米技术还有助诊断胎儿是否有遗传缺陷。妇女怀孕8个星期时,血液中开始出现少量胎儿细胞。利用具有纳米级大小孔洞的半透膜或特殊的合成纳米管等,可把胎儿细胞分离出来进行诊断,以判断胎儿是否有遗传缺陷,比往常采用的羊水诊断技术更简便安全。目前美国已将此项技术应用于临床诊断中。

纳米医用材料

科学家们正研究将磁性纳米粒子表面涂覆高分子材料后与蛋白质结合,作为药物载体注入人体,在外磁场作用下,通过纳米磁性粒子的导向性,使其向病变部位移动,从而达到靶向治疗的目的。美国已利用树形聚合物作为药物载体,制成纳米陷阱,其超小分子能在病毒进入细胞致病前与病毒结合,使其丧失致病能力。中国科学家正在研制一种让针剂长“眼”的纳米级脂质颗粒,它能带领药物向肝脏聚集,通过肝脏代谢,不仅提高了药效,还大大降低了药物副作用,有望能成为中国一个具有自主知识产权的抗乙肝西药。

纳米骨材料具有很好的生物兼容性和重塑性,把它植入体内填充各类型的骨缺损,其网状结构可生长出很多新生的骨细胞,所有充填的纳米骨材料最后会降解消失,骨缺损部能完全被新生骨取代。应用纳米技术还可以制出只有几毫米的“人造手”,植入病人体内,医生在体外控制操作,进行精细的手术,此研究仍在模型阶段。

纳米技术诊治的重症

恶性肿瘤

把磁性纳米粒子结合抗癌药物注入人体内作靶向治疗,将大大提高肿瘤的药物治疗效果。科学家用金纳米材料开发出一种内含药物的纳米球,外面有二氧化硅涂层,注射入人体后可发放“近红外线”,从而识别癌细胞,并把光转化为热量直接杀死癌细胞,却不会对健康组织造成损害。还有一种超微颗粒乳剂载体,极易和游散于人体内的癌细胞融合,若用它来包裹抗癌药物,可望制成克癌“导弹”。亦有科学家用磁性纳米颗粒成功分离了动物的癌细胞和正常细胞,并已在治疗人骨髓癌的临床实验中初见成效。此外,用纳米药物来阻断血管“饿死”癌细胞的研究亦在进行中。另有体外实验证明,二氧化钛纳米粒子容易积聚和依附在细胞膜上,并能轻易通过吞噬进入细胞质,藉着光线照射,可激发二氧化钛纳米粒子杀灭人体结肠癌细胞。

心血管疾病

医学界所广泛使用的人工心脏瓣膜,目前是由钛金属与不锈钢合金所构成,但在移植入人体后仍有损坏的可能性。结晶纳米氧化镐是一种具有高度抗生物损耗的可能替代材料。另一方面,美国现在已能制备出包含几百、几千个原子的颗粒,长度只有几十个纳米,表面活性却很大。若能让颗粒在血管中自由移动,将会像一个巡航导弹,能自动寻找沉积于静脉血管壁上的胆固醇,然后逐一分解;也可以清除心脏动脉中的脂肪沉积物,疏通脑血管中的血栓。

糖尿病

中国正研制对糖尿病人呼气中的丙酮气体特别敏感的“纳米鼻”,只要呼气中含有百万分之一的丙酮,便会立刻发出警报,为糖尿病的早期诊断和大面积普查带来了希望。此外,纳米智能葡萄糖检测系统亦正在研制中,它能够植入皮下,监测血糖水平,在必要时释放出胰岛素,使病人体内的血糖和胰岛素含量维持正常状态。

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