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納米材料在生物醫學(xué)中的應用論文
現如今，大家對論文都再熟悉不過(guò)了吧，通過(guò)論文寫(xiě)作可以培養我們獨立思考和創(chuàng )新的能力。你所見(jiàn)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學(xué)中的應用論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。
納米材料在生物醫學(xué)中的應用論文 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(zhù)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(kāi)展應用基礎研究，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、電性能的應用型功能納米材料，并拓展其在生物學(xué)領(lǐng)域的應用前景。研究工作也將著(zhù)重于加強重大疾病、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。
國內外現階段主要研究方向及對微納米生物技術(shù)的應用主要有：
�。�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.檢測設備或系統，將有助于進(jìn)一步觀(guān)察及探討生物分子、細胞表面與細胞內分子層級的活動(dòng)及變化。例如新型生物熒光探針的研究與開(kāi)發(fā)基于功能納米材料(如量子點(diǎn)、硅納米微球等)的新型熒光標記物，用于目標生物分子(如蛋白、核酸等) 的靶向標記與細胞成像，為分子細胞生物學(xué)的研究提供新方法。新型納米生物傳感器：研究與開(kāi)發(fā)基于功能納米材料(如硅納米線(xiàn)、硅納米微球等) 的生物傳感器和功能納米器件，實(shí)現對目標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應的模板，即可用來(lái)檢測或分離特定分子。此外，經(jīng)由設計特殊的分子模板，可達成如控制生化反應、納米結構效應等功能。例如：新型納米藥物載體：研究與開(kāi)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)，以控制細胞在材料表面的貼附、生長(cháng)、運動(dòng)等，進(jìn)而調控細胞與組織的生理狀況。例如以微影圖案基質(zhì)控制神經(jīng)細胞的生長(cháng)、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(cháng)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、以納米結構進(jìn)行酵素傳輸等。
�。�5）特殊細胞分離技術(shù) (Sparse Cell Isolation) ：有些細胞特別表現出和其它細胞不同的特性與特殊的生理功能，而這類(lèi)細胞的數目比例往往很小，因此能否有效將它們從其它細胞中分離出來(lái)就顯得格外重要。通常本技術(shù)會(huì )通過(guò)開(kāi)發(fā)或使用納米尺度的儀器或設備達到分離特殊細胞的目的。例如從混合組織中分離被病毒感染的細胞、惡性腫瘤細胞、免疫細胞、胚胎細胞、干細胞及微生物等；或構建亞細胞（Subcellular）等級細胞分類(lèi)及分析系統。
�。�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，將反應所產(chǎn)生的特性，配合光學(xué)、電學(xué)、
熱學(xué)、聲學(xué)、壓力、質(zhì)量變化等相對應的換能器（Transducer），將反應轉換成可處理的訊號輸出。生物傳感器的基本結構包括：生物物質(zhì)層、換能器、訊號處理系統、訊號輸出系統。根據感測物質(zhì)的種類(lèi)可將生物傳感器的種類(lèi)區分為：酵素傳感器、免疫傳感器、受體傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器、組織傳感器及核酸傳感器等。
納米材料在生物醫學(xué)中的應用論文 篇2
納米材料是指尺度在1nm—100nm范圍內的材料，常見(jiàn)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(xiàn)和納米管等等。納米技術(shù)是指在納米尺度范圍內，操縱原子、分子或原子團、分子團，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，并被應用到很多領(lǐng)域。
納米材料自從在微電子和半導體工業(yè)中得到了成功應用之后，現在正逐漸被應用于生物醫學(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(guān)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，主要表現為表面與界面效應、小尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應等。納米微粒的這些特殊性能使得其在實(shí)際應用中具有很多特殊的效果，如比表面積大、表面活性中心多、表面反應活性高、強烈的吸附能力、較高催化能力、低毒性以及不易受體內和細胞內各種酶降解等。這些特殊的表現，使得其在生物醫學(xué)方面得到廣泛的應用。納米微粒在生物醫學(xué)應用上占據了很大的地位，但一維納米材料如納米管在一些特殊的生物應用中具有獨特的優(yōu)勢，也開(kāi)始受到重視。納米管具有較大的內部空腔體積，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、外表面和開(kāi)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學(xué)方面的應用。
1、納米微粒在生物醫學(xué)上的應用
應用于生物體內應用的納米材料，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(mǎn)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。目前納米微粒在這方面的應用十分的廣泛，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(shí)檢測和研究不同的生物細胞、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(guān)活動(dòng)的規律。其主要分為蛋白質(zhì)芯片和基因芯片(即DNA芯片)兩類(lèi)，具有集成、并行和快速檢測的優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展的最終目標是將樣品制備、生化反應到分析檢測的全過(guò)程集成化以獲得所謂的微型全分析系統。納米基因芯片技術(shù)正是利用了大多數生物分子自身所帶的正或負電荷，將電流加到測試板上使分子迅速運動(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合速度比傳統方法提高一千倍。與常規技術(shù)相比，納米基因芯片具有很多優(yōu)點(diǎn)，如微電子技術(shù)使帶電荷的分子運動(dòng)速度加快，分子雜交的時(shí)間僅以分鐘計而非傳統技術(shù)的以小時(shí)計；靈活性強，測試基板可安排為各種點(diǎn)陣結構，可同時(shí)對一個(gè)樣本進(jìn)行多種測試，分析多種測試結果；用戶(hù)容易按自己的要求建立測試點(diǎn)陣；可現場(chǎng)進(jìn)行置換擴增，使測試敏感，更有力度等等。生物芯片最典型的應用就是進(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(gè)活細胞的納米傳感器，探頭尺寸僅為納米量級，當它插入活細胞時(shí)，可探知會(huì )導致腫瘤的早期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胞化學(xué)物質(zhì)，可以監控活細胞的蛋白質(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和靶細胞的蛋白生成，用于篩選微量藥物，以確定那種藥物能夠最有效地阻止細胞內致病蛋白的活動(dòng)。隨著(zhù)納米技術(shù)的進(jìn)步，最終實(shí)現評定單個(gè)細胞的健康狀況。使用能夠接受激光產(chǎn)生熒光的半導體量子點(diǎn)（一種半導體納米微晶粒），可以改善由于傳統有機熒光物質(zhì)激發(fā)光譜范圍窄、發(fā)射峰寬而且容易脫尾等現象。使用納米生物熒光探針可以快速準確的選擇性標記目標生物分子，靈敏測試細胞內的失蹤劑，標記細胞，也可以用于細胞表面的標記研究。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的金顆粒標記膜蛋白用于蛋白質(zhì)的成像檢測，克服了熒光標記的褪色及閃動(dòng)的缺點(diǎn)，檢測靈敏度高，信號穩定。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，結果表明，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)是現在醫學(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。根據產(chǎn)品的顆粒大小可以分為兩種類(lèi)型，一類(lèi)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(lèi)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)是因為人體的網(wǎng)狀內皮系統具有一分豐富的巨噬細胞，這些吞噬細胞是人體細胞免疫系統的組成部分，當超順磁性氧化鐵納米粒子通過(guò)靜脈注射進(jìn)入人體后，與血漿蛋白結合，并在調理素作用下被網(wǎng)狀內皮系統識別，吞噬細胞就會(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)狀內皮細胞的組織和器官中。吞噬細胞吞噬超順磁性氧化鐵使相應區域的信號降低，而腫瘤組織因不含正常的吞噬細胞而保持信號不變，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 細胞分離和染色技術(shù)
血液中紅細胞的大小為6000—9000 nm，一般細菌的長(cháng)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的細胞和紅細胞小的多，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)行細胞分離和細胞染色等。如研究表明，用SiO2納米顆�？蛇M(jìn)行細胞分離。在SiO2納米顆粒表面，包覆一層與待分離細胞有較好親和作用的物質(zhì)，這種納米顆�？梢苑稚⒃诤喾N細胞的膠體溶液，通過(guò)離心技術(shù)使細胞分離。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合體與細胞、某些組織器器官和骨骼系統相結合，就相當于給組織貼上了標簽，利用顯微技術(shù)可以分辨各種組織，即用納米顆粒進(jìn)行細胞染色技術(shù)。
1.5 作為藥物或基因載體
傳統的給藥方式主要是口服和注射。但是，新型藥物的開(kāi)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的有效性。納米結構的藥物輸送是納米醫學(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。納米結構的藥物輸送系統的優(yōu)勢體現在能夠直接將藥物分子運送到細胞中，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胞間隙、小于腫瘤組織內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。用納米控釋系統輸送核苷酸有許多優(yōu)越性，如能保護核苷酸，防止降解，有助干核苷酸轉染細胞，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。
納米微粒在生物醫學(xué)上的應用遠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(jià)結合，在靶向藥物輸運和控制釋放、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用前景和理論研究?jì)r(jià)值。
2、納米管在生物醫學(xué)上的應用
如前面所述，納米管以其特殊的性能，在生物醫學(xué)方面得到較多的研究和應用。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、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)行手性異構分子的分離。由于異構體分子之間的理化性質(zhì)差別非常小，因此傳統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外表面，利用抗體對異構體的特異結合作用，賦予納米管手性識別能力，可以實(shí)現對特定手性異構體的拆分，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可以用于分離。其分離機理之一即是上面提到的對納米管的修飾，另一機理是調節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(shí)現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(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器中使用。通過(guò)醛基硅烷將葡萄糖氧化酶( GOD)結合到硅納米管(管徑60 nm) 的內外表面，形成的GOD納米管催化劑可催化葡萄糖的氧化反應,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)良的機械性使其更適合作為催化劑或載體用于生物微反應器。這些納米管可以攜帶酶參加反應，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合材料，均能促進(jìn)組織再生，同時(shí)顯著(zhù)地抑制對植入設備產(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件和關(guān)鍵，但實(shí)際上在酶的電化學(xué)反應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(shí)現酶的直接電子轉移反應和生物活性的維持非常重要。一般用聚合物膜來(lái)達到此要求，但由于其穩定性較差，制約其應用。相比之下，碳納米管的機械強度高，比表面大，化學(xué)穩定性高，導電能力強且對環(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(diǎn)，如它可以改善參加反應的生物分子的氧化還原可逆性；降低氧化還原反應中的過(guò)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(guān)電阻發(fā)生較大改變，可以通過(guò)檢測其電阻變化來(lái)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(cháng)徑比大、化學(xué)和機械性能好、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。
納米管還被用作養料或藥物定向釋放工具，還可以對單細胞進(jìn)行操作，有望在人工器官與組織工程、藥物(基因) 運載、重大疾病的早期診斷、生物醫學(xué)儀
納米材料在生物醫學(xué)中的應用論文 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(shí)驗室。
眾所周知，納米材料和生物材料屬前沿新材料，代表著(zhù)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略意義，各個(gè)國家在這兩個(gè)領(lǐng)域的研發(fā)競爭可謂白熱化。
美國將信息材料、生物醫用、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(diǎn)發(fā)展光電、有機電子、超導復合、催化劑、光學(xué)、磁性、納米和智能材料。
由此可見(jiàn)，納米、生物材料已成兵家必爭之地。根據我國的新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規劃，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(hù)中國，尼古拉·佩帕斯、錢(qián)煦、威廉·邦菲爾德、師昌緒等一大批國際頂尖生物材料專(zhuān)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(huà)語(yǔ)權關(guān)鍵還是研究所和研究人才的競爭。
19XX年7月在美國召開(kāi)了第一屆國際納米科技技術(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(gè)專(zhuān)門(mén)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(shù)嶺國家實(shí)驗室、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室、美國阿貢國家實(shí)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專(zhuān)利，Nantero則是第一家開(kāi)發(fā)微電子級碳納米管材料、并使用碳納米管開(kāi)發(fā)下一代半導體設備的。
美國生物材料方面的研究同樣全球領(lǐng)先，著(zhù)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(gè)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(chǎng)份額，其研發(fā)實(shí)力也可見(jiàn)一斑。 歐日朝迎頭趕上在如此眾多頂尖大學(xué)實(shí)驗室、國家研究所和跨國實(shí)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(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)可以和美國匹敵，并呈現出德國、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，在全國范圍內建立了六大納米研究中心，分別是納米結構、納米應用開(kāi)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(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——勃蘭登堡地區是德國生物技術(shù)研究機構分布密集最高的地區，同時(shí)也是歐洲最大的“全方位服務(wù)型生物科技區”，共擁有6個(gè)生物科技園和2個(gè)特別實(shí)驗室。
與德國相比，英國的納米材料相對遜色，不過(guò)生物工程技術(shù)卻有過(guò)之而無(wú)不及。在英國，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。據理財周報材料科學(xué)實(shí)驗室的不完全統計，迄今為止，英國在生物和醫學(xué)領(lǐng)域已獲得了20多個(gè)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“基礎研究實(shí)驗室”；日本電報電話(huà)的“厚木實(shí)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(zhù)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，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構制備，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。
國家納米中心現有6個(gè)研究室、2個(gè)實(shí)驗室和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(kāi)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)。
納米材料在生物醫學(xué)中的應用論文 篇4
新型納米醫藥材料在生物醫藥方面的應用及前景
在接觸新型納米醫藥材料這門(mén)課之前我對納米的認識是極為淺陋的，僅僅知道其是一個(gè)極小的單位，并且有著(zhù)極其優(yōu)異的化學(xué)性質(zhì)，但其具體的應用我并不了解。通過(guò)這幾周的學(xué)習可以說(shuō)我對納米材料有了更為具體和深入的了解，盡管這種認識仍是膚淺的不全面的，但我確已認識到納米材料在我們生活中的具體應用和廣闊的前景。下面我便談一談我對納米材料幾點(diǎn)認識。
一．納米技術(shù)及納米材料的基本認識
納米(nm)是一個(gè)長(cháng)度單位，1納米是十億分之一米，相當于10個(gè)氫原子排在一起那么長(cháng)，并沒(méi)有物理內涵。納米技術(shù)是一種在納米尺度空間(0～100nm)內的生產(chǎn)方式和工作方式，并在納米尺度認識自然、創(chuàng )造物質(zhì)的一種新的技能。納米技術(shù)的內涵非常廣泛，它包括納米材料的制造技術(shù)，納米材料在各個(gè)領(lǐng)域應用的技術(shù)(含高科技領(lǐng)域)，在納米尺度構筑一個(gè)器件實(shí)現對原子、分子的翻砌、操作以及在納米微區內物質(zhì)傳輸和能量傳輸的新規律等。而納米材料具體是指當物質(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(guān)物質(zhì)的特殊性能構成的材料，即為納米材料。如果僅僅是達到納米尺度，而沒(méi)有特殊性能的材料，也不能稱(chēng)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)系與區別，在日常生活中我們經(jīng)�；煜@幾種概念，用納米這個(gè)獨立的物理量來(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(mén)課的學(xué)習我對納米材料已經(jīng)有了最起碼的認識。
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)的納米結構表層。這種材料的主要特征是：納米結構表層的晶粒大小比較均勻，表層與基體之間存在著(zhù)明顯的界面，材料的外形尺寸與處理前相比有所增加。許多常規表面涂層和沉積技術(shù)都具有開(kāi)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，納米結構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)現表面納米化主要有兩種方法：表面機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)和由其所導致的納米化的微觀(guān)機理均存在著(zhù)較大的`差異。
3．混合方式
將表面納米化技術(shù)與化學(xué)處理相結合，在納米結構表層形成時(shí)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數明顯增大，這為原子的擴散提供了理想的通道，可顯著(zhù)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構，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的提高。材料經(jīng)過(guò)表面納米化處理后，表面的硬度、強度耐磨性、疲勞強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，由于表面晶粒細化，原子活性提高，擴散系數增大，對材料進(jìn)一步進(jìn)行表面化學(xué)處理、擴散焊接等加工時(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�(jiàn)如果表面納米化技術(shù)得以應用，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(dòng)這項技術(shù)更快的發(fā)展。
三．納米材料的具體應用
關(guān)于納米材料的具體應用可以說(shuō)涉及我們生活的各個(gè)方面，如醫藥，環(huán)保，軍事等。在這里我僅列舉幾項我認為比較有代表性的應用，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)，解決藥物在輸運過(guò)程中存在的溶解度低、穩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，提高藥物的穩定性和生物利用度，或將藥物特異性地導入靶器官、靶組織或靶細胞，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)使藥物在體內的分布取決于載體，而不是藥物本身，可根據臨床治療的要求和藥物本身的理化性質(zhì)選擇適當的載體材料，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)越性主要體現在：①控制藥物釋放，延長(cháng)作用時(shí)間；②靶向輸送藥物，降低毒副作用；③提高藥物的穩定性，延長(cháng)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(kāi)辟新的給藥途徑。特定設計的納米藥物載體傳遞系統幾乎能滿(mǎn)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準(GB7665--87)規定的傳感器的定義為能感受規定被測量并按照一定的規律轉換成可以應用的信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉化、轉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的換能器的結合體，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成中不含生物活性材料的裝置稱(chēng)為生物傳感器。生物傳感器是一類(lèi)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、記錄處理和顯示結果。生物傳感器是對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉換為電信號進(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、細胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))與適當的理化換能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應管、壓電晶體等)及信號放大裝置構成的分析工具或系統。
以上兩個(gè)有關(guān)納米材料的應用是我印象最為深刻的應用，在這里我僅就其概念做以簡(jiǎn)單的介紹，是因為其具體原理及其制備對于非材料專(zhuān)業(yè)的我來(lái)說(shuō)過(guò)于艱深。其實(shí)僅就其概念來(lái)看其所展示的應用也是極其廣闊的，納米載體以及納米傳感器對于醫藥方面的意義是十分巨大的，如果其大規模的應用，對人類(lèi)的健康來(lái)說(shuō)將是極大的福音。
四．總結
我想每個(gè)人對與納米材料前景都有著(zhù)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(huì )是廣闊的，隨著(zhù)人類(lèi)科技的發(fā)展對于納米材料的認識也會(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(hù)，納米機器人就會(huì )進(jìn)入我們身體檢測我們的身體狀況，納米醫藥將會(huì )使藥物更好被我們吸收。也許納米材料也會(huì )被應用于戰爭的方面，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(lái)對待的。通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習使我對納米醫藥材料有了深入的認識，使我認識到當今納米技術(shù)的發(fā)展水平及其發(fā)展前景，也許這門(mén)課程的內容與我的本專(zhuān)業(yè)聯(lián)系較少，但它們所體現出來(lái)的對科學(xué)的態(tài)度卻是相同的。通過(guò)這門(mén)課的學(xué)習，我深刻認識到了自己知識的淺薄，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
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