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納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用論文
現(xiàn)如今，大家對論文都再熟悉不過了吧，通過論文寫作可以培養(yǎng)我們獨立思考和創(chuàng)新的能力。你所見過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，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。
國內(nèi)外現(xiàn)階段主要研究方向及對微納米生物技術(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)分子層級的活動及變化。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、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，實現(xiàn)對目標(biāo)生物分子的高靈敏度和高特異性檢測，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，此時它就像一把形狀特殊的鑰匙，如果想要把這個分子從眾多不同分子中分離出來，只要有
個正確的鎖就可以，也就是說只要先在某種材料上弄出一個可以和分子特殊形狀相對應(yīng)的模板，即可用來檢測或分離特定分子。此外，經(jīng)由設(shè)計特殊的分子模板，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、運(yùn)動等，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、透過生物選擇性表面技術(shù)重建血腦屏障、以生物互動表面分析真菌生長等。
�。�4）分子過濾技術(shù) (Molecular Filtration) ：通常指的是利用孔徑在納米級大小的透膜、微管、多孔材料等來有效過濾大小不等的分子，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)胞中分離出來就顯得格外重要。通常本技術(shù)會通過開發(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)量變化等相對應(yīng)的換能器（Transducer），將反應(yīng)轉(zhuǎn)換成可處理的訊號輸出。生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)包括：生物物質(zhì)層、換能器、訊號處理系統(tǒng)、訊號輸出系統(tǒng)。根據(jù)感測物質(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)用中具有獨特的優(yōu)勢，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檢測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、并行和快速檢測的優(yōu)點，其發(fā)展的最終目標(biāo)是將樣品制備、生化反應(yīng)到分析檢測的全過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，將電流加到測試板上使分子迅速運(yùn)動并集中，通過電子學(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，如微電子技術(shù)使帶電荷的分子運(yùn)動速度加快，分子雜交的時間僅以分鐘計而非傳統(tǒng)技術(shù)的以小時計；靈活性強(qiáng)，測試基板可安排為各種點陣結(jié)構(gòu)，可同時對一個樣本進(jìn)行多種測試，分析多種測試結(jié)果；用戶容易按自己的要求建立測試點陣；可現(xiàn)場進(jìn)行置換擴(kuò)增，使測試敏感，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
納米探針一種探測單個活細(xì)胞的納米傳感器，探頭尺寸僅為納米量級，當(dāng)它插入活細(xì)胞時，可探知會導(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。隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，最終實現(xiàn)評定單個細(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（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，克服了熒光標(biāo)記的褪色及閃動的缺點，檢測靈敏度高，信號穩(wěn)定。另有人選用葡萄糖包覆超順磁性的Fe3O4納米粒子，通過葡萄糖表面的酞基化實現(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)行層析實驗，結(jié)果表明，該探針完全適用于快速免疫檢測的需要。
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30 nm。該技術(shù)是因為人體的網(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)識別，吞噬細(xì)胞就會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)域的信號降低，而腫瘤組織因不含正常的吞噬細(xì)胞而保持信號不變，從而可以鑒別腫瘤組織。使用納米顆�？梢允沟脵z測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)，這種納米顆粒可以分散在含多種細(xì)胞的膠體溶液，通過離心技術(shù)使細(xì)胞分離。這種方法有明顯的優(yōu)點和實用價值。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，而且可以通過健康組織把藥物送到腫瘤等靶組織。如通過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。還可以對于一些藥材，如中藥加工成由納米級顆粒組成的藥，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。功能性納米粒子與生物大分子如多肽、蛋白質(zhì)、核酸共價結(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)用前景和理論研究價值。
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、生物傳感和檢測等生物技術(shù)領(lǐng)域。
2.1 納米管用于生物分離技術(shù)
對納米管的內(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，利用抗體對異構(gòu)體的特異結(jié)合作用，賦予納米管手性識別能力，可以實現(xiàn)對特定手性異構(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較小的物質(zhì)分子的尺寸相匹配，實現(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),且無泄漏。雖然與目前常用的其他共價法固定化酶介質(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，同時顯著地抑制對植入設(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
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實現(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，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)中的過電位；還可以直接進(jìn)行電子傳遞，用于電流型酶傳感器。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，改變其費米能級引起其宏觀電阻發(fā)生較大改變，可以通過檢測其電阻變化來檢測氣體成分，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、長徑比大、化學(xué)和機(jī)械性能好、剛性極大等優(yōu)點，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，本期理財周報將聚焦納米材料和生物材料的全球頂尖實驗室。
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，各個國家在這兩個領(lǐng)域的研發(fā)競爭可謂白熱化。
美國將信息材料、生物醫(yī)用、納米材料、環(huán)境材料和材料技術(shù)科學(xué)等列為重點發(fā)展方向，日本重點加強(qiáng)信息通信、環(huán)境、生命科學(xué)和納米材料方面的優(yōu)勢，歐盟則重點發(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之地。根據(jù)我國的新材料產(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)的重點發(fā)展方向。2012年6月，四年一度的世界生物材料大會首次落戶中國，尼古拉·佩帕斯、錢煦、威廉·邦菲爾德、師昌緒等一大批國際頂尖生物材料專家匯聚成都，顯示出了中國在生物材料方面日益增加的影響力。
顯然，爭奪納米和生物材料話語權(quán)關(guān)鍵還是研究所和研究人才的競爭。
19XX年7月在美國召開了第一屆國際納米科技技術(shù)會議，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)一個新分支，美國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，也是世界上第一個專門研究納米科學(xué)與納米工程的高等院校。 在國家/獨立研究所方面，橡樹嶺國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室、美國阿貢國家實驗室和美國加州納米技術(shù)研究院等均享有國際盛譽(yù)。
此外，美國跨國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個與生物材料研究相關(guān)的研究中心/研究室。
美國同樣還有一批生物材料研究領(lǐng)先的跨國企業(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份額，其研發(fā)實力也可見一斑。 歐日朝迎頭趕上在如此眾多頂尖大學(xué)實驗室、國家研究所和跨國實驗室的支撐下，美國在納米材料、生物材料方面建立的優(yōu)勢已基本上無人可以撼動。
不過即便如此，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)可以和美國匹敵，并呈現(xiàn)出德國、英國、日本和韓國四足鼎立之勢。
德國在納米材料領(lǐng)域的研究起步較早，在全國范圍內(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，形成一張遍布全國的納米科技研究協(xié)作網(wǎng)，而馬普學(xué)會、弗朗霍夫協(xié)會、海姆霍茨大研究中心聯(lián)合會和萊布尼茨研究聯(lián)合會則是德國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，德國柏林柏林——勃蘭登堡地區(qū)是德國生物技術(shù)研究機(jī)構(gòu)分布密集最高的地區(qū)，同時也是歐洲最大的“全方位服務(wù)型生物科技區(qū)”，共擁有6個生物科技園和2個特別實驗室。
與德國相比，英國的納米材料相對遜色，不過生物工程技術(shù)卻有過之而無不及。在英國，誕生了世界上第一只克隆羊“多莉”。英國在生物材料領(lǐng)域次于美國，居世界第二。據(jù)理財周報材料科學(xué)實驗室的不完全統(tǒng)計，迄今為止，英國在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已獲得了20多個諾貝爾獎。
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)研究實驗室”；日本電報電話的“厚木實驗室”、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。
中國研究階段性突破
在國內(nèi)，中科院的納米材料和生物材料研究仍舊首屈一指。理財周報記者獲悉，中科院國家納米科學(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。
國家納米中心現(xiàn)有6個研究室、2個實驗室和1個發(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)研究室在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。20年的世界生物材料大會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納米的認(rèn)識是極為淺陋的，僅僅知道其是一個極小的單位，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。通過這幾周的學(xué)習(xí)可以說我對納米材料有了更為具體和深入的了解，盡管這種認(rèn)識仍是膚淺的不全面的，但我確已認(rèn)識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納米材料幾點認(rèn)識。
一．納米技術(shù)及納米材料的基本認(rèn)識
納米(nm)是一個長度單位，1納米是十億分之一米，相當(dāng)于10個氫原子排在一起那么長，并沒有物理內(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)筑一個器件實現(xiàn)對原子、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，其性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)一些特殊性能。這種既具有不同于原來組成的原子、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，而沒有特殊性能的材料，也不能稱之為納米材料。
通過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，用納米這個獨立的物理量來指代納米技術(shù)，我想這是不全面的也是對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。我想通過門課的學(xué)習(xí)我對納米材料已經(jīng)有了最起碼的認(rèn)識。
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。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。由非平衡過程實現(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)表層形成時對材料進(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，而且對材料的整體性能也有相當(dāng)?shù)奶岣�。材料�?jīng)過表面納米化處理后，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，
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)展也必將推動這項技術(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)用可以說涉及我們生活的各個方面，如醫(yī)藥，環(huán)保，軍事等。在這里我僅列舉幾項我認(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，解決藥物在輸運(yùn)過程中存在的溶解度低、穩(wěn)定性差和吸收受限等問題，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，延長作用時間；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。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB7665--87)規(guī)定的傳感器的定義為能感受規(guī)定被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可以應(yīng)用的信號的器件或裝置，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、換能器和檢測器三部分組成。感受器的主要功能是進(jìn)行生物化學(xué)識別。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)換成易檢測的物理化學(xué)信號。檢測器將得到的物理化學(xué)信號進(jìn)行檢測、記錄處理和顯示結(jié)果。生物傳感器是對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的儀器，是由固定化的生物敏感材料作識別元件(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、場效應(yīng)管、壓電晶體等)及信號放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。
以上兩個有關(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單的介紹，是因為其具體原理及其制備對于非材料專業(yè)的我來說過于艱深。其實僅就其概念來看其所展示的應(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，對人類的健康來說將是極大的福音。
四．總結(jié)
我想每個人對與納米材料前景都有著自己的看法，但我想大家對于納米材料的發(fā)展都是抱有極大的希望的，其前景也將會是廣闊的，隨著人類科技的發(fā)展對于納米材料的認(rèn)識也會更上一層樓。也許在不久的將來納米材料就會進(jìn)入千家萬戶，納米機(jī)器人就會進(jìn)入我們身體檢測我們的身體狀況，納米醫(yī)藥將會使藥物更好被我們吸收。也許納米材料也會被應(yīng)用于戰(zhàn)爭的方面，但總之利大于弊，對與納米技術(shù)的發(fā)展我是以積極的態(tài)度來對待的。通過這門課程的學(xué)習(xí)使我對納米醫(yī)藥材料有了深入的認(rèn)識，使我認(rèn)識到當(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)出來的對科學(xué)的態(tài)度卻是相同的。通過這門課的學(xué)習(xí)，我深刻認(rèn)識到了自己知識的淺薄，和科學(xué)海洋的浩瀚無邊�？傊�
納米材料的未來是廣闊的，未來是我們的時代，也將是納米的時代。
參考文獻(xiàn)
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