科技的进步总是牵一发而动全身。纳米科技的飞速发展,不仅带来材料的重大突破和革命,更为其他学科提供了向上攀登的台阶。它山之石,可以攻玉,借助先进的新面孔——纳米技术,古老的医药科学为自己的发展又寻到一条崭新的道路。曾经的障碍即将跨越,新的高度就在眼前。
 纳米:新药克敌“它山之石”

    纳米药物、纳米医学、纳米机器人、纳米抗癌,当这些纳米相关的词语已不再是科学家的专利的时候,纳米技术已经真正在大众中普及并开始惠及大众。 
    1959年,诺贝尔奖获得者Richard Feynman 提出了纳米技术这一全新的科学概念。从20世纪六七十年代开始,世界各国科学家在信息工业、半导体、工程科学和材料学等领域开展了大量的有关纳米科学的研究工作,纳米技术被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有着重要影响的热点学科。2000年以来,逐渐开始有科学家将1~100纳米之间的材料用于生物学研究和疾病的诊断、治疗以及新药的研发等。
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 什么是纳米?

    纳米是长度单位,原称毫微米,是10-9米(10亿分之一米)。纳米科学与技术,简称为纳米技术,研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大,特有三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,显著地表现出许多新的特性。纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。
 纳米在医药行业的典型应用
 纳米机器人

    我们都曾在科幻电影中看到,科学家将一个微型的仪器或将冒险者微缩放入严重病患的身体里面, 或者通过消化系统进入内脏,或者通过注射进入血液系统,然后,仪器或冒险者通过各种手段到达 病患患病的部位,然后在定点,定时和外界的科学家一起进行治疗,解除医学难题。而今,这已不再是科幻,已经被研究者逐步实现。
    目前的癌症治疗,主要采用全身给药的方式,会产生一系列副作用,在杀死癌细胞的同时,也 会伤害正常的细胞。例如,化疗时人会出现脱发、浮肿等反应,这些强烈的反应往往造成病人系统 性衰竭或者死亡。用纳米颗粒研制靶向药物可以实现精确给药,定向清除癌细胞,不伤害正常细胞 ,大大减轻患者的痛苦。心血管方面的治疗如能实现早发现,定点治疗,也必将改写人类健康。一 种仿效血小板之新奇追踪用的奈米粒子溶液。血小板于血液中自由流动,且仅于需要时,藉由黏着堆积于损伤的血管上,来起形成凝块的作用。
    科学家预计,到2030年人类可能采用一种“纳米机器人”技术来对人脑进行扫描,并可控制基 因,消灭遗传病。(图为红细胞中行进的纳米机器人正在定点给药。)
 纳米银

    很久以前,人类就发现银具有广谱杀菌作用。纳米技术的出现,突破了普通银制剂杀菌力弱的瓶颈。科学家们发现,银在纳米状态下的杀菌能力产生了质的飞跃,只用极少量的纳米银即可产生强力的杀菌作用,这给广泛应用纳米银来抗菌开辟了广阔的前景。这种纳米银粒径大多在25纳米左右,对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用,而且不会产生耐药性。动物试验表明,这种纳米银抗菌微粉即使用量达到标准剂量的几千倍,受试动物也无中毒表现。同时,它对受损上皮细胞还具有促进修复作用。值得一提的是,该产品遇水抗菌效果愈发 增强,更利于疾病的治疗。专家认为,这种纳米银抗菌微粉还可广泛应用于环境保护、纺织服饰、水果保鲜、食品卫生等领域。
    香港大学公布的一项研究结果显示,纳米银颗粒能抑制乙型肝炎病毒的复制,降低乙肝患者肝 硬化的几率。纳米银颗粒的表面活性面积较大,容易和乙肝病毒结合,从而抑制病毒复制,减少病 毒数量,而乙肝病毒对这一连串机理产生抗药性的机会微乎其微。
    除了纳米银具有这样的特殊用途外,科学家们也在尝试其他物质在纳米状态下对抗疾病和细菌、病毒的试验,以期为人类健康带来更多解决方案。(图为电子显微镜下的纳米银)
 纳米碳管

    纳米碳管系美国科学家1991年首先发现。纳米碳管系线性管材料,主要由一层或多层“碾平”的碳原子形成蜂巢结构管状物。纳米碳管有各种形态,其中最简单的纳米碳管为“单壁碳管”,其直径约为0.4nm,最长不超过100nm。常见的纳米碳管为多层碳管,系由多同心圆筒状碳原子所组成,其直径最大可达100nm,长度可达数百微米,被称为“多壁碳管”。多壁纳米碳管既具有金属性质又具有半导体性质,用于细胞标记物、输送药物或生物分子材料至人体内的靶向细胞或组织、监测和传感细胞的生理活动过程、促进组织再生等。
    纳米碳管所以能在这些领域应用和它具有极大的表面积的特性密不可分。纳米碳管壁表面具有不同反应性,末端可与抗体结合并与靶向细胞反应,而“侧壁”可通过一种生物降解的连接物与某种药物粘附,从而在进入体内后发挥靶向治疗作用。利用纳米碳管,科学家今后有望开发出各种基因治疗新药从而使一些目前难以治疗的遗传病得到有效的治疗。
    向靶细胞或靶组织注入纳米碳管材料,利用红外或近红外成像技术即可观察到注入纳米碳管后的细胞/组织的活动情况,散射光谱或显微光谱法检查均可追踪到注入纳米碳管后的细胞活动情形。可以用作一些人畜共有的传染病的动物活体细胞监测标志物,用于追踪口蹄疫、炭疽病、霍乱等疫情。
 纳米人工骨

    纳米人工骨仿照人类骨头生成的机理,采用自组装方法制备纳米晶羟基磷灰石/胶原复合的生物硬组织修复材料,使复合材料的微结构具有天然骨分级结构和天然骨的多孔结构。
     骨骼是人体的支架,缺损或断裂后,进行修补或再生一直是医学上的难题。现在临床上广泛使用各种以金属、陶瓷或高分子制造的人工骨替代材料,但这些材料在生物相容性、生物活性、生物可降解性及与被植入者原有的骨的力学匹配性等方面都有各自的缺点。
     纳米人工骨与原有传统人工骨材料的最大区别在于,修复后的骨头和人体骨完全一样,不会在体内留下植入物。而且这种材料的性能使手术操作方便,与其他类型的骨修复材料价格相当。 植入纳米骨后,好像藤会沿着支架不断生长一样,人体的骨细胞就会慢慢爬进多孔的生物材料内部,破骨细胞一边“吃掉”纳米骨,成骨细胞一边巩固阵地,在纳米骨的内部生长起来,随着时间的推移,骨细胞在纳米骨的内部聚集得越来越多,纳米骨的材料逐渐被人体吸收,直到最后纳米骨完全被人体自身的骨细胞所代替。
     目前该材料已经在北京中医药大学东直门医院等10余所医院进行了应用,有4所医院给出了临床实验报告,患者满意度为100%。纳米人工骨自在医药市场上销售以来,已经在2000多例患有颈椎病、腰椎病、拔牙创、骨缺损等病人身上进行了骨修复的使用,据反馈,无一例有副作用和不良反应。
 纳米在制药行业中的其他用途

    除了纳米在以上直接应用于医药科技造福人类,纳米技术还通过医药周边服务为推进人类健康水平的发展做出贡献。如纳米颗粒通过其颗粒小、表面积大的特性在水处理方面有着卓越的表现,为各行各业的排污和环保贡献良策。纳米材料在催化领域的应用研究颇多,目前虽仅有TiO2、ZnO等少数品种,但其推广已指日可待,良好的催化剂为制备和获得高产率原料药及中间体创造先决条件。而纳米材料直接应用于器械表面,不仅使材料耐脏,更重要的是材料耐菌性增加,减少二次污染的危害性。
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