纳米技术在生物医学的应用篇1
关键词纳米技术；纳米生物学；Dna纳米技术
20世纪80年代才开始研究的纳米技术在90年代获得了突破性进展。最近美国《商业周刊》列出了21世纪可能取得重大突破的三个领域：一是生命科学和生物技术；二是从外星球获取能源；三是纳米技术。所谓纳米技术(nanotechnology)是指在小于100nm的量度范围内对物质和结构进行制造的技术，其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术［1］。纳米技术在新世纪将推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展，将极大的影响人类的生活，衣、食、住、行、医疗等方面。本文将围绕纳米技术给21世纪的生物医学可能带来影响作一概述。
1纳米生物学的研究对象
有人把在纳米尺度(水平)上研究生命现象的生物学叫做纳米生物学。纳米结构通常指尺寸在1nm～100nm范围的微小结构。1纳米等于10-9m，即1m的十亿分之一。我们知道，细胞具有微米(10-6m)量级的空间尺度，生物大分子具有纳米量级的空间尺度。在它们之间的层次是亚细胞结构，具有几十到几百纳米量级的空间尺度。显然在纳米水平上研究生命现象的纳米生物学，它的研究对象就是亚细胞结构和生物大分子体系。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红细胞小得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径即利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。
2纳米技术在生物医学方面的应用
2.1测量和控制生物大分子
纳米技术与扫描探针显微镜(Scanningprobemicroscopes,Spms)相结合，便具有了观察、制造原子水平物质结构的能力，为生物医学工作者提供了直接在亚细胞水平或分子水平研究生命现象的应用前景［2，3］。扫描探针显微镜是指利用扫描探针的显微技术，常用的有扫描隧道显微镜(Stm,它是Scanningtunnelingmicroscope的简称)和原子力显微镜(aFm,它是atomicForcemicroscope的简称)。Stm的原理是利用电子隧道效应测量探针和样品间微小的距离，又将探针沿样品表面逐点扫描，从而得到样品表面各点高低起伏的形貌。当探针和样品表面间的距离非常近达到一个纳米时，同时在它们之间施加适当电压，在它们之间会形成隧道电流，这就是电子隧道效应。这时探针尖端便吸引材料的一个原子过来，然后将探针移至预定位置，去除电压，使原子从探针上脱落。如此反复进行，最后便按设计要求“堆砌”出各种微型构件。
Hafner(1999)等［4］报道了碳纳米管的制备方法，整个过程如同用砖头盖房子一样。隧道电流的大小和探针与表面间的距离有关，因此通过隧道电流的测量可以确定这距离的值。Stm观测的样品要有导电性，用aFm就没有这种要求。aFm的原理是用探针的针尖去“触摸”样品表面，将探针沿表面逐点扫描，针尖随着样品表面的高低起伏作上下运动。用光学方法精确测量针尖这种上下运动，就可以得到样品表面高低起伏的图像。用aFm还可以测量分子间作用力的大小以及不同环境中分子间作用力大小的变化。扫描探针显微镜又是操作生物大分子的工具。用它们可以扭转或拉伸生物大分子，从而研究单个生物大分子的运动学特性。Stm和aFm在平行于样品表面的方向上的空间分辨率达到0.1nm。已知样品中原子间距离的量级是0.1nm，所以Stm和aFm的空间分辨率达到了分辨单个原子的水平。它的时间分辨率取决于要扫描的样品范围和像素点数目，用它们测量固定观测点时，时间分辨率达到ns甚至ps，扫描一幅面积是10nm×10nm的样品时，中等象素密度的时间分辨率约是1秒［5］。显而易见，利用Stm、aFm等技术，好象使用“纳米笔”一样，可以操纵原子分子，在纳米石版印刷术中构造复杂的图形和结构［6］。
2.2磁性纳米粒子的应用
德国学者报道了含有75%～80%铁氧化物的超顺磁多糖纳米粒子(200～400nm)的合成和物理化学性质［7］。将它与纳米尺寸的Sio2相互作用，提高了颗粒基体的强度，并进行了纳米磁性颗粒在分子生物学中的应用研究。试验了具有一定比表面的葡聚糖和二氧化硅增强的纳米粒子。在下列方面与工业上可获得的人造磁珠作了比较：Dna自动提纯、蛋白质检测、分离和提纯、生物物料中逆转录病毒检测、内毒素清除和磁性细胞分离等。例如在Dna自动提纯中，用浓度为25mg/mL的葡聚糖nanomagR和Sio2增强的纳米粒子悬浊液，达到了≥300ng/μL的Dna型1～2KD的非专门Dna键合能力。Sio2增强的葡聚糖纳米粒子的应用使背景信号大大减弱。此外，还可以将磁性纳米粒子表面涂覆高分子材料后与蛋白质结合，作为药物载体注入到人体内，在外加磁场2125×103/π(a/m)作用下，通过纳米磁性粒子的磁性导向性，使其向病变部位移动，从而达到定向治疗的目的。例如10～50nm的Fe3o4的磁性粒子表面包裹甲基丙烯酸，尺寸约为200nm，这种亚微米级的粒子携带蛋白、抗体和药物可以用于癌症的诊断和治疗。这种局部治疗效果好，副作用少。
2.3纳米脂质体—仿生物细胞的药物载体
脂质体（Liposome)是一种定时定向药物载体，属于靶向给药系统的一种新剂型。20世纪60年代，英国BanghamaD首先发现磷脂分散在水中构成由脂质双分子层组成的内部为水相的封闭囊泡，由双分子磷脂类化合物悬浮在水中形成的具有类似生物膜结构和通透性的双分子囊泡称为脂质体。70年代初，RahmanYe等在生物膜研究的基础上，首次将脂质体作为酶和某些药物的载体。纳米脂质体作为药物载体的优点：①由磷脂双分子层包封水相囊泡构成，与各种固态微球药物载体相区别，脂质体弹性大，生物相容性好；②对所载药物有广泛的适应性，水溶性药物载入内水相，脂溶性药物溶于脂膜内，两亲性药物可插于脂膜上，而且同一个脂质体中可以同时包载亲水和疏水性药物；③磷脂本身是细胞膜成分，因此纳米脂质体注入体内无毒，生物利用度高，不引起免疫反应；④保护所载药物，防止体液对药物的稀释，及被体内酶的分解破坏。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。对脂质体表面进行修饰，譬如将对特定细胞具有选择性或亲和性的各种配体组装于脂质体表面，以达到寻靶目的。以肝脏为例，纳米粒子—药物复合物可通过被动和主动两种方式达到靶向作用：当该复合物被Kupffer细胞捕捉吞噬，使药物在肝脏内聚集，然后再逐步降解释放入血液循环，使肝脏药物浓度增加，对其它脏器的副作用减少，此为被动靶向作用；当纳米粒子尺寸足够小约100～150nm且表面覆以特殊包被后，便可以逃过Kupffer细胞的吞噬，靠其连接的单克隆抗体等物质定位于肝实质细胞发挥作用，此为主动靶向作用。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。
纳米粒作为输送多肽与蛋白质类药物的载体是令人鼓舞的，这不仅是因为纳米粒可改进多肽类药物的药代动力学参数，而且在一定程度上可以有效地促进肽类药物穿透生物屏障。纳米粒给药系统作为多肽与蛋白质类药物发展的工具有着十分广泛的应用前景［8］。
2.4Dna纳米技术和基因治疗
Dna纳米技术(Dnananotechnology)是指以Dna的理化特性为原理设计的纳米技术，主要应用于分子的组装。Dna复制过程中所体现的碱基的单纯性、互补法则的恒定性和专一性、遗传信息的多样性以及构象上的特殊性和拓扑靶向性，都是纳米技术所需要的设计原理［9］。现在利用生物大分子已经可以实现纳米颗粒的自组装。将一段单链的Dn断连接在13nm直径的纳米金颗粒a表面，再把序列互补的另一种单链Dn断连接在纳米金颗粒B表面，将a和B混合，在Dna杂交条件下，a和B将自动连接在一起［10］。利用Dna双链的互补特性，可以实现纳米颗粒的自组装。利用生物大分子进行自组装，有一个显著的优点：可以提供高度特异性结合，这在构造复杂体系的自组装方面是必需的。
美国波士顿大学生物医学工程所Bukanov等研制的pD环(pD?loop)(在双链线性Dna中复合嵌入一段寡义核苷酸序列)比pCR扩增技术具有更大的优越性；其引物无须保存于原封不动的生物活性状态，其产物具有高度序列特异性，不像pCR产物那样可能发生错配现象。pD环的诞生为线性Dna寡义核苷酸杂交技术开辟了一条崭新的道路，使从复杂Dna混合物中选择分离出特殊Dn段成为可能，并可能应用于Dna纳米技术中［11］。
基因治疗是治疗学的巨大进步，质粒Dna插入目的细胞后，可修复遗传错误或可产生治疗因子(如多肽、蛋白质、抗原等)。利用纳米技术，可使Dna通过主动靶向作用定位于细胞；将质粒Dna浓缩至50～200nm大小且带上负电荷，有助于其对细胞核的有效入侵；而最后质粒Dna插入细胞核Dna的准确位点则取决于纳米粒子的大小和结构。此时的纳米粒子是Dna本身所组成，但有关它的物理化学特性尚有待进一步研究［12］。
2.5纳米细胞分离技术
20世纪80年代初，人们开始利用纳米微粒进行细胞分离，建立了用纳米Sio2微粒实现细胞分离的新技术。其基本原理和过程是：先制备Sio2纳米微粒，尺寸大小控制在15～20nm,结构一般为非晶态，再将其表面包覆单分子层。包覆层的选择主要依据所要分离的细胞种类而定，一般选择与所要分离细胞有亲和作用的物质作为附着层。这种Sio2纳米粒子包覆后所形成复合体的尺寸约为30nm。第二步是制取含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液，适当控制胶体溶液浓度。第三步是将纳米Sio2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，再通过离心技术，利用密度梯度原理，使所需要的细胞很快分离出来。此方法的优点是：①易形成密度梯度；②易实现纳米Sio2粒子与细胞的分离。这是因为纳米Sio2微粒是属于无机玻璃的范畴，性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应，既不会沾污生物细胞，也容易把它们分开。
3发展趋势
跨入21世纪后的未来二三十年，数学、化学、物理学等基础研究的进展将扩大纳米技术的应用范围，使纳米技术与物医学的联系更加紧密，其发展趋势是：①生体相容性好的钛合金等物质将逐步开发［13］，并进入临床试验阶段；②纳米技术与分子生物学技术相结合，将有助于揭示生物大分子各级结构与功能的破译；③纳米生物技术将使药物的生产实现低成本、高效率、自动化、大规模，而药物的作用将实现器官靶向化［14］；④纳米生物技术应用于分子之间的相互作用、分子复合物和分子组装的研究将在病毒结构、细胞器结构细节和自身装配机制上取得进展［15］；⑤纳米生物技术将使生物活性分子诊断、检测技术向微型、微观、微量、微创或无创、快速、实时、遥距、动态、功能性和智能化的方向发展。
有人预测，二三十年后，医生使用纳米技术只需检测几个细胞就能判断出病人是否患上癌症或判断胎儿是否有遗传缺陷。妇女怀孕8个星期左右，在血液中开始出现非常少量的胎儿细胞，用纳米微粒很容易将这些胎儿细胞分离出来进行诊断。在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和Dna诊断出各种疾病。
参考文献
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纳米技术在生物医学的应用篇2
1进行纳米生物医学技术教学的主要目标
纳米生物医学技术是一门非常典型的多领域交叉学科，生物医学、材料、化学和物理等学科的内容都包含在内，因此对人才培养的要求自然也非常高[5]。个人认为，应该将教学目标设计为培养学生具备相关领域多元化的知识结构，富有创新精神与思维模式，在纳米医学生物技术的某一或某几方面具有相当的专业实践技能与经验，能够将纳米生物医学的知识和技术应用于实际的科学研究与实际技术产业化之中,对纳米生物医学技术的发展方向和某一领域的当前产业情况主要发展趋势有所体悟，具有技术研究与项目管理实施的基本专业素养和技能。
2实施纳米生物医学技术教学的主要理念
纳米生物医学技术作为一门多领域交叉的新兴学科。作为一门非常强调实践与实用性的应用型技术学科，在纳米生物医学技术的教育教学过程中，我们必须坚持将理论教学与实践教学很好地结合在一起，通过把理论知识教学与课程实验教学、专业科研活动和产业企业课外实践活动整合成一个综合教学体系才能够真正培养学生的学习素质、自主发现、思考和解决实际问题的能力。因此，纳米生物医学技术的教学内容、方法、教学主体和教学对象等基本要素必需共同有机的地结合在一起，协同服务于学科教学目标,以合理的安排与布局，相互相同综合成一个有效的教育教学整体过程。我们应该充分注重激发与引导学生学习与创新的主动性与积极性，立足于提高学生的综合素质，不能像过去只是进行知识的单向传授，因此忽略了培养学生自主学习与思考、解决问题的能力,建立一种双向沟通、激励引导、教学相长的良性循环机制。在这种机制下，学生成为教学活动的主体，被动的接受知识变为主动的学习探索，教学过程也不再是枯燥、单调的知识传递,而是师生双方之间在智慧、思想与感情上的沟通分享。而且，教学模式应注意技巧设计，创造设计一个问题情境，通过好的提问与启发引导学生提出和发现问题，然后就该问题从不同的多个角度来解析与研究，并且进行持续的提问与思考，逐步分析挖掘该问题发生的根本性缘由，同时鼓励学生多角度多层次的寻找答案，通过答案的适度不固定性引导学生的思维发散开来,从而让学生主动学习和分析处理问题的习惯与素质得到良好的培养[6]。
3纳米生物医学技术教学课程体系的设计
纳米生物医学技术课程设置上要考虑多元化。作为一门多领域交叉融合的新兴学科，不是几个学科领域知识的单纯组合,而是将相关的学科都以一种非常紧密、多元化、多层次的联系在一起形成一个整体的。因此在课程设计的时候，教育者必须要充分认识到并理解透彻这些交叉学科之间的内部联系和知识理论结构，并依据这种联系与结构在多个学科的藕合点基础，设计出具有纳米医学生物专业特色的理论课程体系。这时候，对学科知识的划分上也不宜再过于详细，而应更注重该专业的理论特点，让学生的知识背景建立在宽厚扎实的大专业平台上。纳米生物医学技术课程设置上要考虑前沿性。纳米生物医学技术作为一门新兴技术其发展是日新月异的。所以，在教学内容上，我们要注意将该学科的最新前沿研究成果整理出来，及时、适当地融入到课程教学当中，并结合纳米生物医学技术在医学诊疗领域应用的经典实例，以让学生可以更好的理解本专业的发展方向、应用方式和创新思维方法，也让教学内容更加的丰富化和实用化，进而让学生知道如何学以致用，很好地激发强烈的学习兴趣[7]。纳米生物医学技术课程设置上要考虑应用性。纳米生物医学技术作为一门应用型技术，其实验教学对于培养学生将理论知识用于实践当中，主动发现问题、分析问题和解决问题的能力起到不可忽视的作用。因此，学生在独立设计、完成实验的过程中，其专业思维、创新意识、科研素质和动手能力都能得到很好的锻炼。这就要求我们注意控制死板的验证性实验所占的比例，多设置一些具有较好综合性、可设计性和开放性的实验，课程进行过程中也更注重学生实验得出结论的过程而非实验结果[5]。
4CDio实践教学模式在纳米生物医学技术教学过程中的应用
CDio实践教学模式是近年出现的一种全新的实践教育模式。CDio的主要内涵是将构思(Conceive)、设计(Design)、实现(implement)与运用(operate)共同组成一个系统的实践教育方法体系[8]。该方法体系模拟了应用技术从研发到运行的完整流程，能充分培养学生运用主动性和综合性的实践方式来学习与运用学到的专业知识，进而提高学生的综合实践能力，非常适用于纳米生物医学技术教育教学体系。因此，我们应当将这套综合性和操作性都强的CDio教学模式融入到整个教学活动中，把每个实践能力点的培养都具体落实到实践教学活动中，并且能够很好的与科研活动参与、行业企业实习等课程外实践活动结合在一起，为学生提供一种深度的“学以致用”的宝贵经历和体验，这不仅可以更好地实现学生创新实践能力的培养，还对其人际交往能力和专业思维能力都能提供有益的帮助。
5结语
纳米生物医学技术近年来的发展十分迅猛，同时具有鲜明的交叉与复合特性，能助力整体医学诊疗水平的提高，对人民健康水平的提升起到巨大推进作用。因此如何培养适应专业发展和产业需求的纳米生物医学技术专业人才，是医学院校相关专业高等教育目前所面临的核心问题。通过以上积极教育教学方面的研究探索，以及在后续的教学实践中不断完善与优化，我们若能据此更好地培养出纳米生物医学技术专业的研究与应用兼顾的综合性专业人才，将能发挥更大的教学效果和教育意义，促进人才培养质量和提高和纳米生物技术的更大发展。
作者:刘斯佳孙健凌敏单位:广西医科大学广西医科大学
参考文献：
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[5]胡建华，张阳德等．促进我国纳米生物医学高端创新人才培养的对策[J]．中国现代医学杂志，2008，18(20)：3070-3072．
[6]胡高，胡弼成．大学教学协同创新论[J]．现代教育科学，2004(4)：109-110．
纳米技术在生物医学的应用篇3
魏启明教授出生于医学世家，外曾祖父是台湾最早期西医，父亲魏正明教授为日本福冈九州大学医学博士，是著名的血管外科专家：母亲王碧云教授为日本东京东邦大学医学博士，是著名的妇产科专家：二姐魏丽惠教授也是著名的妇产科专家，现为北京大学医学部人民医院妇产科主任教授、中华医学会妇产科分会副主任委员、中华妇科肿瘤学会副主任委员、中国妇产科杂志主编、全国人大代表，曾获得中国医师会最优秀医师奖。
魏启明教授在日本国立三重大学医学部取得医学博士学位并进行了心血管外科临床培训，博士论文题目为《人工心脏在心力衰竭的应用》。然后在美国maYo医学中心心脏科师从JohnBurnett教授进行研究，发现脑钠素（Bnp）是心力衰竭的重要临床指标之一：文章发表在美国着名的《循环》杂志上，并被美国心脏学会评为心力衰竭研究的关键论文。魏教授在世界上第一个发现c型多肽是一种特异的内源性静脉扩张剂，在《美国生理杂志》上并引起专业领域的极大重视。魏教授将anp和Cnp巧妙地结合在一起，研究发明新型人工多肽，获得了美国和国际的专利。这种多肽具有强烈的血管扩张和利尿效果，可治疗心肾衰竭和高血压：本研究发表在著名的《临床研究杂志》（JournalofClinicalinvestigation），编者按指出，这是一个具有重要临床意义的发明。由于出色的研究成绩，魏教授被mYao医学中心评为当年度杰出研究者，获得了mYao医学中心著名的“KenDaLL研究奖”。魏教授并到哈佛大学医学院作了关于心脏血管内分泌学的演讲报告，并与美国麻省理工学院医学生物学专家一起磋商，研究开发新型的医疗技术和医疗器械。
通过对于纳米生物技术的研究并与其他科学家的广泛合作，魏教授发现这是一个有着巨大发展前景的领域，着重开展了纳米技术对肿瘤和心血管疾病的早期诊断和药物靶向治疗研究，取得了关键技术突破。由于魏教授研究成绩斐然，美国著名的约翰霍普金斯大学医学院聘其担任心胸肾疾病的纳米生物技术研究团队和研究室的研发工作。约翰霍普金斯大学医院连续20年在全美医院排名中名列第一，并拥有多位着名的诺贝尔奖大师。
主题为“纳米医药和纳米生物学前沿”的科技部第293次香山国际学术会议于2006年11月召开，与中国科学院白春礼院长、科技部张先恩司长、东南大学顾宁教授一同作为组织者的魏启明教授，被与会代表及业内同侪这样评价：具备较为坚实的医学理论基础和技术攻关实力，正在为纳米生物技术的临床应用和纳米医药产业化等方面提供理论和技术支持。
为了纳米生物技术更快在临床应用和多学科结合，魏教授牵头组织了“美国纳米医学科学院”并当选为院长，还创立出版了英文纳米医学杂志并出任第一任主编：为协调各国纳米医学的研发和法规，魏教授牵头成立了“国际纳米医学科学院”并当选为名誉院长。魏教授共刊发超过170篇学术论文并被引用次数3000次以上，获选登上美国医学名人录和国际医学名人录，也先后被聘为国内外多所知名大学的客座教授，曾于2004年应邀到中国科学院院士学术会议上做了关于纳米医学的专题报告，并曾被聘为中国科学院海外专家评审委员和中国“973”国家重大研究课题专家组成员。现任重庆市科学技术研究院纳米医学首席科学家。通过魏启明教授和其他同仁的不断努力，纳米医学领域的研究开发正在形成蓬勃发展的趋势。
纳米技术在生物医学的应用篇4
论文摘要：目前应用于生物医学中的纳米材料的主要类型有纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料等。纳米材料在生物医学的许多方面都有广泛的应用前景。
1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性
1.1纳米碳材料
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的aFm探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873K～1473K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1nm～1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米Zro2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米Sio2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的Demey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HauCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3nm～40nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000nm～9000nm，一般细菌的长度为2000nm～3000nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80nm～100nm，而纳米包覆体尺寸约30nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、肛门以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（pLa）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（nps）在基因治疗中的Dna载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
2.4纳米材料用于介入性诊疗
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为Dna导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的Dna，或把正常的Dna安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的Dna突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（Rom）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。
参考文献
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纳米技术在生物医学的应用篇5
【关键词】分子生物学；临床医学；检验；技术
【中图分类号】R-1【文献标识码】B【文章编号】1671-8801（2014）04-0257-02
当蛋白质和核酸成为科学家科研工具下的研究对象时，可能不会有人会预料到几十年后的今天，临床医学有多种重要检验手段来为患者提供治疗疾病的科学依据。比如，分子蛋白组比对分析为遗传学的亲子鉴定做出了不可磨灭的贡献，现如今，它是唯一主要的检验手段；再如，分子芯片技术被广泛应用到医疗器械上，为医务人员提供便捷而且准确的检验结果。当然，历史的足迹是向前走的，所以我们也不能固步自封的仅仅以此为这就是最完美的检验技术，在全面发展的分子生物技术领域横向扩张，推动博大精深的分子生物学迈向辉煌。
1、临床医学中所运用到的分子生物学技术
1.1分子生物传感器技术
分子生物学在生物体细胞内以电信号为主要代表形式。对于待检测物质而言，分子生物学通过生化技术将分子鉴别物质贴合在换能器上，这些鉴别物质包括在抗原、活性蛋白酶、以及抗体核酸等在分子生物领域具有靶向功能的识别元件。当需要检测的物质在分子生物传感器上和鉴别物质融合，产生一些靶向性反应时，传感器上电信号敏感元件就会产生波动，从而输出需要检测物质的检测结果。这种分子生物学传感器技术广泛用于临床医学中，比如，手术室里的多种精密特定功能的医疗设备，还有iCU病房中监控病人生命特征的仪器都是使用分子生物传感器的缩影。
1.2聚合酶链式反应技术（pCR）
对于某些特殊的脱氧核糖核酸（即Dna）的合成，是需要在生物体外环境中通过一系列的合成酶反应，以及在高中低多种不同的温度中产生出变性、延伸、退火等多个周期变化促使待合成Dn段快速的增长，这便是分子生物学的聚合酶链式反应技术，也是分子生物学中最重要的核心技术之一。现如今有很多根据聚合酶链式反应技术而衍生发展出来的新技术，比如像原位pCR技术、连接酶反应、实时定量pCR等等。这些新兴的诸多技术相对于传统的检验技术而言，具有很多优势：针对性大大加强、可控性显著提升、节约大量时间和成本等。聚合酶链式反应技术既能够运用在基因分离、Rna序列分析上，对于Dna和Rna病理诊断也有很好的临床经验；现如今仅仅在短短的10分钟就可以监测到待测血样中的的HCV及Dna的转录，这些都是由寡核苷酸完善传感器技术而得来的技术成就。
从人类基因图谱研究计划诞生以来的几十年间，分子生物学技术得到了快速的发展。人类已经弄清楚了很多种动植物的基因序列，虽然弄清楚了这些基因序列，可我们对于这些研究的基因序列在所属的生物体中所具有的重要功能仍然是模糊一片，尚未可知。所以，聚合酶链式反应技术应用的基因生物芯片脱颖而出，检测便捷、效率高能够在短时间内分析出海量的遗传信息。众多的探针分子被集成在支持物上，待与被检测物资融合反应后，由仪器收集到光电信号从而得出待测样品的检验结果。目前，科研人员主要将精力集中在病原菌基因检测的研究方向，很多种微生物的基因样本被集成在一张生物技术芯片上，在反转录基因技术的支持下，临床医护人员就可以观察病人的病原体发展进程、感染状态和病人的反应情况，从而制定出相应的治疗方案。
1.3分子蛋白组学
越来越多的科研工作人员投入到病原体和人类基因序列的科研攻关中来，导致分子蛋白组的研究突飞猛进。对于分子蛋白组学研究为临床医护人员发现了早期诊断和早期检测的生物标志物。在此基础上更加精细的了解了疾病的演化历程，从而也推动了针对该疾病的药物的研发。现如今，人体各个局部的器官的癌细胞发展是摆在科研人员和医护人员面前的一大难题。虽然生物分子蛋白组在此项困难面前小有探索，但由于癌细胞的病原诱因极为繁多复杂，而在早期应对的过程中诊断和治疗都有着这样或那样的缺陷。对于其他的关于生物研究方法而言，生物蛋白组学更贴近生命本源，实用性较强，其便于开展早期的检测和诊断，从而引导治疗。目前很多分子蛋白学组可以在各种各样的条件下取得分子蛋白的数据，这些数据包含分子改变以前以及改变以后，还包括很多经过翻译和修饰后的状态数据。这些都仅仅只是后期的对分子蛋白的研究，最主要的还是从源头上弄清楚，所以医学临床检测蛋白技术也是重点。以此分析在病理状态下的分子蛋白的裂解情况和活性特征。还有就是分子蛋白在不同的疾病和生命体当中所处在的位置和作用。分析分子蛋白复合物和分子蛋白――蛋白相互作用这两种方法已经成为主要的研究手段。
1.4分子生物纳米技术
随着分子纳米技术的逐步深入，临床医学也运用了很多纳米技术的药物，很多纳米装置也被广泛用于控制疾病，可以说纳米技术改变人类的生命系统。纳米技术可以用于检测人体内生化成分的状态数据，判断是否为机体提供其所需的微量元素；纳米技术还可以修整病变的基因，提前消除癌症的可能。分子纳米技术相比于古老的微量滴定板技术，分子纳米技术可以将具有特异性的抗体或者是抗原拴在纳米级别的物质表面，在特定酶或者荧光染料的基础上，对机体或病原做出有效的应对，纳米技术拥有全面的优势。
2、对于分子生物学技术的展望
在未来的研究领域里，在以全自动化为主导的大背景下聚合酶链式反应技术和定量聚合酶链式反应技术必定会是研究的重点项目。关于聚合酶链式反应技术污染问题也是亟需解决的问题，和聚合酶链式反应技术一起衍生出来的LCR也是一个研究方向。临床医学也可以逐步接受SDa和taS，另外3SR也是一项重点技术，这些新的技术都可以是未来的研究方向。
总结
在分子技术高速发展的今天，有必要解决新的科研技术到临床医学应用的接驳问题上来。新技术发展得再好再高端，如果无法运用到实际领域，也无非是鸡肋一块。所以需要大力获取新技术在临床医学上的经验，在保证新技术安全运用到病患身上的同时，也要及时地记录新技术所收集到的数据，以便未来开发更加实用的技术推广到临床医学上来。
参考文献：
[1]王海英.分子生物学技术在医学检验中的应用进展[J].当代医学，2011，06：16.
纳米技术在生物医学的应用篇6
【关键词】药物制剂新技术
药物制剂在医药学及药物制造工业中都占据着重要地位。在我国的长期医疗保健事业的发展中，我们不断引进先进的药物制剂新技术，来促进药物制剂质量、作用的提高和完善。当然，随着各种边缘学科甚至自然科学的渗透，药物制剂也发生了深刻的变化，新技术的发展和应用是药物制剂必须面对的课题。本文简单概述了几种新技术在药物制剂中的应用（以中药制剂为例）。
一、几种新技术在药物制剂中的应用，以中药制剂为例
（一）纳米技术在药物制剂中的应用。
纳米技术在中药制剂中已经取得了重大突破，纳米中药也获得了巨大成就，主要应用于：病理学诊断、癌症早期诊断、遗传诊断、器官移植、基因治疗、纳米机器人治疗疾病等。纳米中药的含义是：粒径小于100nm的有效的，中药成份、部位、原药以及复方制剂。纳米技术在中药制剂的应用解决了中药的毒副作用、时效性慢、溶解性能差、生物利用度等问题，填补了我国药物现代化、突破性、原创性技术平台的空缺。纳米中药微囊是纳米技术应用到中药领域的作品，为广大患者带来了福音。但是，纳米技术是一把双刃剑。纳米在常温下，由于布朗运动，使得它悬浮在液体或空间之中，进而通过人体的呼吸系统、皮肤、毛囊、甚至五官进入到病患体内，因此，它的危害要比粉尘的危害大，所以，对待纳米技术在中药制剂上的应用我们要一分为二，用严谨、科学的态度来解读。
（二）中药提取浓缩技术在中药制剂中的应用。
我国的中药提取应用技术的发展，呈：从静态到动态、从单元设备到多缸连续、蒸馏芳香性成分。其中最新被推广应用的逆流缸连续提取技术、超临界流体萃取技术及药酒恒温循环提取技术，简称为：（SFe）在近年来被许多诸如：美国、德国、日本等国家所关注并重视，并且已经归入到其国家的食品医药工业体系之中了，在其国家得到了大力发展。20世纪70年代的提取技术一般采用：从咖啡中提取咖啡因、从啤酒花中提取啤酒花精以及从烟草中提取尼古丁，而20世纪90年代至今，提取技术采用的是：从红花中提取红花苷及脂苷、从月见草中提取月见草油、从长春花中提取长春花碱、从沙荆中提取沙荆油，这种在临界状态下提取方式已经被广泛应用于制药工业中。
浓缩技术是药物制剂生产的重要工序。随着社会经济的发展，人们对药物生产的质量提出了更高的要求，促使中药制剂不断开发了高效、剂量小、毒副作用小且易被患者服用的药品，正因如此，薄膜式、反渗透法浓缩以及离心薄膜式重要提取液技术得到大力发展且被广大患者认可。
（三）脂质体技术在中药制剂中的应用。
脂质体属于一种靶向给药系统、定向药物载体的新型药物制剂。它能够改变被包封药物的内在分布，因为它具有类细胞结构，主要通过网状内皮系统激活的自身免疫机能进入病患者的体内，其给予的药物主要蓄积在肝、脾、骨髓、肺等组织器官中，从而降低药物的毒性、减少药物用量以及提高药物治疗指数。脂质体具有生物膜特性，能够应用于：疾病的诊断和治疗、生物物理、免疫研究、生化学、免疫诊断学等诸多领域。
脂质体技术的研究要从邓英杰说起，邓英杰等研究人士首先研究并制成了黄氏制成脂质体，从而提高了黄氏多糖脂质体的稳定性并且增加了其免疫活性。总之，脂质体技术的应用成为了目前药物制剂研究的新动向。
（四）中药生物增效技术在中药制剂中的应用。
中药生物增效技术的理论依据是;在生物酶工程技术的基础上，融合四大前沿领域，即：生物酶工程、基因工程、生物医药工程、人体科学，以天然野生的动植物作为基本的药液提取原料，在加以结合传统的中医药理论进行生物技术加工，从而达到增效。
举个例子：背景梵事生物技术研究所采用中草生物增效技术，对中草药的加工进行了探索，主要应用于各类水解酶和部分工具酶的结构重组。
中草生物增效技术主要做到：百分百的利用原材料，节约能源，降低生产成本，提高药剂药效。经过中草生物增效技术的改善的药剂都具备：增强病患者的免疫调节内分泌功能、促进病患者排泄和增进食欲、降低病患者的血脂含量、改善病患者的疲劳状态、抗肿瘤等积极有效作用。
纳米技术在生物医学的应用篇7
纳米，从未远离。它一直和其他技术相结合包装在层层“外衣”下，默默为人类提供着便利。未来，纳米科技有望在信息技术、生物医药、能源环境等领域，给人类带来更多福祉，甚至成为未来世界的改变者。
颠覆性变革印刷业
对于公众来说，纳米技术似乎远不如3D打印技术那么“看得见摸得着”，也不如智慧城市那样耳熟能详。它似乎被束之高阁，仅仅停留在实验室里。
事实真的如此吗？不久前，记者随同中科院北京综合研究中心工作人员到位于怀柔科教园区的中科纳新印刷技术有限公司，与印刷领域的纳米科技来了一次“面对面”接触。
“我们的核心技术是纳米材料绿色制版技术，这是一种非感光、无污染、低成本的新型印刷制版技术，”在中科纳新工作的中科院化学所博士纪艺琼介绍，“如果进一步推广，它必将引发整个印刷业颠覆性的变革。”
走进生产车间，几台看似不起眼的制版机躺在中间，几名工作人员正将一张铝板放进机器内，不多时，一张制好的版材就从机器尾端出口“跑”了出来。没有刺鼻的化学药水味，没有排污管道，甚至没有大的噪音，报纸、杂志制版过程轻而易举完成了。
“喷墨是手段，纳米是我们的核心技术，用纳米手段来实现亲水亲油区域的自由调控。”据纪艺琼介绍，纳米科技给印刷技术带来新的突破，不但环保，还可节约成本，“用这样的印刷设备，可节约30%左右的成本”。
据了解，该项技术的产业化正稳步推进，目前山东等地的报社已开始利用中科纳新的设备大规模印刷报纸。不产生废水，不造成重金属污染，印刷业革命已成为现实。
“纳米”就在我们生活中
除了印刷制版，纳米科技其实早已应用于人们的日常生活之中。只不过，它如同春雨一般，“随风潜入夜，润物细无声”，以至于公众都忽视了它的存在。
“拿纳米钢皂来说，其实技术早就成熟了，在很多地方也买得到。”据国家纳米科学技术指导协调委员会专家组秘书长、国家纳米科学中心科技管理部副主任任红轩介绍，纳米钢皂最早在德国生产出来，近年国内也出现同类产品。这种不锈钢肥皂，能有效去除鱼腥味等多种异味，但由于价格高昂并未进入超市销售，而主要在大商场贩卖。
“纳米科技早就无孔不入了。”在办公室里，任红轩拿起一部苹果手机向记者比画了一下，“这里面的芯片都是利用纳米技术制造出来的，但一般人谁知道？”
在芯片制造领域，纳米科技进步意义重大。每一台电脑、智能手机的生产都离不开芯片。目前，英特尔最先进的移动SoC（系统级芯片）采用22纳米工艺，高通的高端SoC采用28纳米工艺。采用纳米级较低的工艺生产芯片，可提高芯片的性能和能耗效率。最新消息是，英特尔将公布14纳米制造工艺，并表示将利用这项新工艺生产新一代智能手机和平板电脑芯片。毫无疑问，这将带来智能手机、平板电脑性能的新飞跃。
“前两年红火的纳米衣服，在技术上也有了新发展。”据任红轩介绍，国家纳米科学中心正在帮助一家企业研制一种耐高温、透气的纳米衣服，可用于高温下作业的特种行业，“我们提供材料和技术支持，他们生产”。
在医疗领域，纳米科技也早已应用多年。但相对于治疗，目前纳米科技主要在疾病检测领域发挥作用。科学家针对不同病情设计出不同试纸，“最简单的应用就是检查女性是否怀孕的试纸，用的也是纳米技术。”任红轩说。
据了解，2011年，国家纳米科学中心和检验检疫部门合作，研发了用于快速检测植物病毒的试剂盒，目前这种试剂盒已被海关部门投入使用。中科院生物物理所研究员阎锡蕴也向记者介绍，纳米科技在医学成像、农药检测等领域用途很广。她曾利用纳米模拟酶发展了肿瘤诊断新技术。该技术简便、快捷，突破了免疫组化法依赖于昂贵抗体的限制。
人们日常生活中必须用到的电池、手机显示屏等，也离不开纳米技术。“碳纳米管被用作导电材料，已经用于锂离子电池中，且实现了产业化；利用碳纳米管场发射性质制造的显示屏，在手机上的运用效果非常好，也已实现了产业化。”任红轩告诉记者，每当人们打开手机享受其带来的便利时，就已在不自觉地享受着纳米科技带给人类的福祉了。
下一次工业革命的核心？
1991年，碳纳米管为人类发现，此后被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等研究中。1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达500亿美元……
如今，纳米技术与信息技术、生物技术共同构成当今世界高新技术三大支柱。包括美国、日本、欧盟、俄罗斯等50多个国家和地区都有各自明确的纳米科技发展战略，并投入巨资抢占战略制高点。美国甚至将纳米计划视为下一次工业革命的核心。
“从我国对纳米技术的支持力度看，纳米研究一直是热点。”据任红轩介绍，近年国家在这方面投入的经费基本上每年在10亿元以上。此外，地方政府也有相应投入。当前及未来纳米科技热点在哪里？任红轩称主要集中在以石墨烯为代表的纳米材料、生物医药、信息技术、能源环境几个方面。
“石墨烯是由单层碳原子组成的二维晶体，可是制备功耗更小、速率更高的新一代纳米电子元件的重要基础性材料。它的发现是纳米科技发展史上，距现在最近的一个里程碑事件。”任红轩表示。
在生物医药方面，尽管纳米科技用于新药研发成功的案例不多，但这并非纳米本身的原因，而是因为世界上对药品的研发、上市有着严格审定程序。实际上，科学家们已在实验室研发出很多种新药，在临床数据的表现都很好，但因为审批的原因，正式上市尚需时日。任红轩举例说，经过10多年努力，一种名为“富勒烯包钆”的药物被研发出来，可用于治疗各种肿瘤。它的原理是可在肿瘤组织形成一个包围圈，阻断肿瘤组织与外界物质交换，从而实现抑制其生长的目的。目前，研究人员通过实验发现，它在治疗乳腺癌、胰腺癌方面疗效显著，已申请了三个国际专利和20多个附属专利，并通过了动物实验阶段，未来如果能够走入市场，可能会改变目前现有的肿瘤治疗方式。
在信息技术方面，纳米科技对提高每平方英寸存储器的存储密度、提高中央处理器的计算速度有着至关重要的作用。目前，中科院上海微系统所在纳米相变存储器的产业化关键技术上已取得重大突破。“时下流行的可穿戴智能设备，其芯片、材料将来都离不开纳米技术。纳米技术的进步将推进这些智能设备的发展。”任红轩说。
纳米技术在生物医学的应用篇8
目前我国的纳米消毒乳主要有两种类型，一种是没有任何成分添加的，单纯的凭借具有抗菌作用的矿物质来完成，其制作过程很是复杂，需要将结构比例很大的矿物质或者钢铁做成纳米颗粒，然后进行消毒杀菌。另一种的内部添加了化学成分，是由很多复合物质构成的。当然，也不是完全依靠纳米，而是加入了很多其他的抗菌元素，像是银离子、wxp复合消毒粉等等，这些的物质经过制作后，加入适当的化学成分，从而制成可以长时间使用的乳化剂。纳米消毒乳具有很多其他纳米产品不具有的优势，例如清洁力大大增强，和很多传统的抗菌产品相比，其效果更加明显，这些都是因为有纳米合成素的存在，而很多其他的消毒抗菌剂，则没有这么高的抗菌能力。经过科学家的研究认证，此种纳米消毒乳也会比天然抗菌剂和有机抗菌剂的见效快，像是目前的天然抗菌剂，例如黄连素等等，因为存在生产方面的制约，所以没法大量进入市场销售，在这个层面上来说，纳米消毒乳具有强有力的竞争优势。
2纳米消毒乳的用途
因为纳米消毒乳具有抗菌能力强，抗菌时间长的特性，可以广泛应用于我国的畜牧产业中。例如，在我国的动物养殖过程制造中可以适量加入纳米消毒乳的使用比重，因为纳米的抗菌功能，和消毒剂结合在一起，就可以创造出具有保健功能的新型消毒剂，或者是可以制造具有抑菌功能的兽医医院必需品，像是圈舍的消毒剂、饲养人员的口罩、衣服等消毒剂，具有防菌、除臭的功能，类似的还可以应用在幼畜和怀孕牲畜消毒中，能够最大程度上保护幼畜的安全。从这个层面来说，在动物养殖过程中纳米消毒乳能够在短时间内给长时间和病毒接触的工作人员一个安全的保护，同时从长远来看能够促进我国动物养殖产业的发展和进步。像是我国传统意义上的消毒剂，大多是采用化学原料制成的，而目前这种方法也是应用较广的一种。想要将纳米消毒乳真正的在畜牧产业中广泛推广，还需要科研力量的增加和科学方法的完善。在最近的科研成果中发现，将纳米消毒粉和银离子结合在一起制成的纳米纱布，可以有效的抑制大肠杆菌、链球菌等一系列病菌，有着极大的防护作用。除此之外，纳米消毒乳可以用于动物身体和用具的消毒等。因为这些地方的地面、墙壁非常潮湿，容易有很多的细菌，其中有很多肉眼看不到的细菌会对人身体健康产生很大的危害，而市面上售卖的消毒制剂无法根本地解决此类型的问题，如果在这些地方使用纳米消毒乳就可以有效地解决细菌滋生的问题。现在日本有关企业，着力研究将纳米消毒乳或者消毒粉融合在圈舍的墙面瓷砖当中，这样，通过购买具有消毒乳的瓷砖就可以在源头上控制细菌的生长，给众多的养殖者送去更多的安全和健康。根据报道，国家正在积极研究抗菌塑料制品，抗菌塑料对人和动物来说有着极大的安全性能，可以最大程度上保护动物的生命健康。因为在养殖过程中，很多病菌都是通过饲料进行传播的，所以，如果能将纳米技术广泛应用在饲料制品中，将会使得动物养殖的日常生活管理更加的绿色健康。纳米技术的广泛应用也标志着我国动物进入了一个科技化的时代，能够最大程度上促进社会的进步。根据科学家的实验，将纳米消毒乳喷洒在小白鼠的鼻腔黏膜上，另一只小白鼠不做任何防护措施，将两只小白鼠放在一起生活，最后发现，鼻腔黏膜上喷洒了纳米消毒剂的小白鼠抗流感能力是不喷洒的百分之五十以上。通过这个实验可以看出，纳米消毒乳对流感以及其他病菌具有较大的抵抗能力。我国科学家可以将这个特性应用在兽医药物制作当中，将很多的药物制剂更加有效，更加安全。纳米消毒乳可以广泛使用在兽医院中，因为医生在对动物手术过程中普遍都存在很多肉眼看不到的细菌，如果有条件，可以使用纳米消毒乳对其手术台进行消毒和清理，这样，就会大大减少手术台上的细菌含量，让手术过程中的动物在手术时更加安全，也在一个程度上保护了兽医的身体。
3纳米消毒乳的发展前景
纳米技术在生物医学的应用篇9
[关键词]纳米技术体育应用思考
随着科学技术的发展，如何将纳米科技真正应用于体育运动，使运动训练更加科学化，使运动员的运动能力和运动技术水平得到更充分的发挥，运动成绩的提高更加有保证已经成为研究重点。
一、体育与纳米技术
1.利用纳米技术进行运动员的科学选材。由于纳米科技推动了微观生物学的发展进程，运用人类基因组计划和纳米技术，有助于我们对人类基因组中与运动成绩密切相关的基因加以认识和了解。有研究表明，人类基因组中有某些与人类运动能力密切相关的基因，其多态性的差异，有可能是造成人们运动能力和训练效果巨大个体差异的最终原因。该领域的研究，为人们进行有效的基因选材提供了理论基础，也为提高运动成绩提供事半功倍的方法。例如在运动员的选材方面，利用纳米加工技术进行Dna的分离和提取，可以快速有效地决定其基因序列，在分子水平上对其遗传、发育进行研究，实现更高层次的基因选材。
2.利用纳米科技揭示人体对各项运动能力的适应度和对各项运动能力的遗传度，找到运动训练在人体生长发育过程中的关键阶段(如青春期)的影响及作用机制。通过开发一种可以植入皮下微型生物芯片，模拟健康人体内的葡萄糖检测系统监测机体在运动过程中血糖水平，然后根据人体需要，适时释放糖等物质，维持机体在运动过程中的血糖水平，有效地提高机体的运动能力。
3.利用纳米技术进行体育运动与健康关系的研究。利用纳米微粒技术，可以灵敏地检测各种组织的特异性蛋白，探讨某些运动性疾病的发病机制，有效地对运动员进行医务监督，维护运动员的健康。通过纳米级敏感器可以监视运动训练导致的细胞内结构的形态与数目的变化，以及这些变化所反映各器官功能结构的功能状态。纳米科技在中国传统医学中的应用，使传统中医药对运动损伤与运动性疾病的预防和治疗具有更好的效果。
4.利用纳米技术防止运动性疲劳和加快其恢复过程。关于运动性疲劳发生的机制，目前虽然有许多假说，但确切的疲劳机制还有待于进一步研究。由于纳米科技在医学上的突破，将对运动疲劳机制尤其是在中枢神经系统方面及其靶器官和靶细胞的研究将更加深入，人们可以利用纳米生物芯片直接研究机体在运动过程中骨骼肌、心肌、肝脏和神经等组织的代谢过程，探讨中枢和外周运动性疲劳及其恢复的生物学机制，并且可以通过某些手段(如纳米药物)抑制导致运动性疲劳的基因表达或诱导加速恢复的基因表达。
5.利用纳米技术防止运动损伤与运动性疾病的临床诊断与治疗。纳米医学材料的研制，对于人造器官、人造肌肉、骨骼、关节皮肤等成为永久性的非排斥性。用纳米机械潜入人体的血管和器官，对人体进行检查和治疗，并且可以进入毛细血管以及器官的细胞内，对损伤的细胞进行治疗和处理，甚至可以从细胞基因组中除掉“有害”的Dna，或把正常的Dna安装到细胞基因组中。
6.利用纳米技术对运动员进行机能评定。在人们全面了解运动引起机体产生适应性变化的基因调节机制后，人们可以通过基因工程技术和纳米技术对运动员的疲劳状态、运动训练的适应性及其免疫功能等进行基因诊断。这种诊断一般是在基因的转录水平上进行评定，可以较早地发现运动员在运动工程中的机能变化,具有较好的应用价值。
7.利用纳米技术了解控制运动营养水平，使运动员的营养代谢趋于更加合理和平衡。通过纳米级敏感器使运动员的营养代谢处于一个精细、准确、严密的监控中。运动员所需的营养素完全按照运动项目特点和个人的生理特点进行补充和调配，使运动员的营养变得合理化、科学化。
8.利用纳米技术对体育运动进行精确客观的定量分析。利用纳米技术对运动时人体的骨骼、肌肉、血液组织以及心血管系统、呼吸系统、消化系统等各器官系统对运动训练的适应性进行客观的精确的定量分析，不仅使运动训练更具有科学性，也大大地提高运动员训练的成材率。
二、纳米技术在竞技体育中的作用
1.纳米相材料技术。这是一种通过控制结构纳米颗粒的大小而制造出强度、颜色和可塑性都能满足人们需要的相材料，这种纳米相材料除微观结构与普通材料完全不同外，在宏观上也表现出许多奇妙特征，如纳米相铜强度比普通铜高5倍，纳米陶瓷摔不碎等。这种纳米相材料技术已应用在体育器械、场地和服装的改进方面。就拿撑杆跳运动员使用的撑杆来讲，撑杆跳高最早使用的撑竿是竹竿，1942年美国运动员达姆首次在国际比赛中使用了轻合金撑竿而创下了4.77米世界记录。可以想象应用纳米相技术，将会生产出具有“个性化”(根据撑竿跳项目的特点和竞赛规则的要求及运动员自身的生理和技能特征的)撑竿，使该项目的世界记录再有突破。
2.纳米复合改进技术。少量纳米材料可以综合改善传统材料的性能。例如美国把aL2o3纳米颗粒加入到橡胶中提高了橡胶的耐磨性和介电特性。
3.纳米器件技术。利用纳米器件技术生产的分子自组织结构可用于电子记忆、数据接收、存储器和传递等，这种器件运用于体育训练将大大增加训练的效率和成绩。
三、纳米技术应用于竞技体育所引起的思考
综上所述，随着科学技术的发展，纳米技术在体育运动中的应用显得日益重要，同时，也会引起一些体育道德和伦理道德问题。同时我们要思考的是：器材的高科技化是否会削弱运动员在竞技体育中的主体地位，从而变相剥夺运动员的竞赛权利？若运动成绩的提高在较大程度上依赖于器械和服装的高科技化，这是否会带来一些新的不公平？器材作弊是否会成为兴奋剂的另一种表现形式？这些是我们必须考虑的。可以通过修改某些项目的器械的设计规则，加强一些项目的器械、服装的申报和检测程序，国际奥委会和各国际单项体育联合会要针对纳米技术等高科技的新成就加强新的检测手段，来杜绝运用器械作弊;通过对运动员、教练员、裁判员和科技工作者等进行个体道德教育，以保证竞技体育更好地弘扬奥林匹克精神。
参考文献:
[1]芸世纪之交的我国运动形态学研究.中国运动医学,2000,19(4):340～341
纳米技术在生物医学的应用篇10
纳米技术最早是在电子行业获得应用，纺织业采用较迟，至今大量应用不多。Donaldson的纳米过滤器材和nano-tex防水溅织物是少量进入市场的产业化产品。据Donaldson人员称，其全部产品中约1/3含有某种纳米材料。至今全球约有100余家院校和工业研究单位正在从事有关纳米纤维、纺织品和聚合物的探索，一些国家的政府大量投入资金，据美国国家科学基金会资料，2005年在纳米技术方面投入资金超过40亿美元。美国、欧盟和日本在这方面走在前面，近年在纤维和纺织品纳米技术方面也有一些令人感兴趣的发展。
■纳米纤维■
实验室开发的纳米级纤维产品，具有比表面积大、柔性、透气性、微孔结构、重量轻、杨氏模量高以及功能性好等优点，目前已有少数成功地批量应用。如过滤器，防化学毒性织物的衬里层，组织支架（tissuescaffold）以及一些高端工程应用。一般把直径为100-500纳米的纤维视作纳米纤维。
1934年antonFormhals发明的电子纺丝方法是今日非织造布纳米纤维电子纺丝的先驱。电子纺丝是采用高压电场的带电荷喷嘴，将聚合物溶液纺丝，溶剂蒸发干燥后形成纳米纤维网材。从严格意义上讲，纳米纤维是亚微米级纤维的非织造布网材。根据最终用途，各种聚合物，如天然，合成和生物可降解聚合物都可以应用电子纺丝方便地制成纳米纤维网材。由于akron大学Reneker教授的著作，上世纪90年代兴起了一股纳米纤维纺丝的热潮，Doshi在田纳西州开创了纳米技术公司eSpintechnologiesinc.，用多种聚合物批量生产电子纺丝纳米纤维。
麻省理工学院（mit）的Rutledge集团进行了电子纺丝的基础研究，决定了某种聚合物可纺制相应纤维直径的终端喷嘴口径。
■应用于军工■
除了用于过滤器材，功能性纳米纤维由于其潜在的抗御化学和生物武器的能力，在军工研究和开发中受到重视。为了保护战士免受毒物伤害并提供必要的舒适性，纳米纤维大有用武之地。纳米纤维衬料防生化军装重量轻、透气、功能广、防化性能好、可以防御有毒液体、蒸气和烟雾。
美国natick军人中心和政府、工业、院校协作，探索纳米纤维和纳米微粒材料在防护服中的实际应用。其中有一些令人鼓舞的课题，如热塑性弹力聚氨酯的电子纺丝织物，具有良好的性能；它弹性高，无需进一步加工或处理，强度就较高。目前的试验和开发集中在功能性熔喷和电子纺丝；混入纳米级铝、钛料制成网材，再配以其它方法，将反应性化合物加到织物中，获得自去污性能。
添加有其它材料的功能性纳米纤维网材可提高其应用价值。埋有金属氧化物的纳米纤维可以催化有机磷化学武器药剂。最近，得克萨斯理工大学成功地将氧化镁（mgo）埋于聚合物纤维中，仔细地控制该过程，可以把纳米颗粒沉积于纤维表面，使其具有最大的化学反应性，提供较好的防毒功能。电子纺丝技术可以有效地用来开发蜂窝式filter-in-filter聚氨酯纳米网材。这些过滤器材由于纳米级网眼更好地捕捉颗粒，可提供过滤能力。
新加坡国立大学Ramakrishna集团和国防科技局（DSta）协作，开发了纳米纤维防生化面罩，可以用纳米纤维网材替代活性炭来捕截空气中的毒物，他们将纳米金属材料和环糊精埋入纳米纤维来分解化学毒物。用化学武器模仿剂（simulants）“对氧磷”作初步试验取得成功。最终目标是要开发可以洗涤和耐久性的纳米纤维军服。
同时，mit的Rutledge教授及其助手开发超级疏水性电子纺丝纳米材料织物，它受纤维表面化学性和形态特性的影响，这些拒水性纳米网材在防护服和生物医学应用方面具有宽广的最终用途。
田纳西州大学tanDeC等，在非织造布中加入纳米相mn(VⅡ)氧化锰（m-7-0剂）作防御材料。m-7-0剂是环境友好材料，属于路易斯强酸氧化剂。据称这类非织造布布的主要优点是可以安全运输，可根据最终用途制成不同形状、灵活性好、去除化学武器药剂污物和工业毒性的材料。
■应用于生物医学■
康乃尔大学Freg教授及其助手们开发了生物可降解聚合物高比表面积和亲水性材料，可用于药物输送和杀虫剂输送的生物感受器（biosensor）。Freg称，纳米纤维的高比面积，在小体积纤维中感受器活性部位较多。
Donaldson公司在纳米纤维网材生物医学领域的应用中走在前面，从事纳米纤维业务已有20余年。1981年，其Ultraweb纳米纤维过滤器材产业化生产，并已拓展到新的应用范围，如纳米纤维细胞培养材料和阻隔烟雾服装。2002年，Donaldson又建立了一个新的小组，重点研究纳米纤维新的应用领域，并激励合作研究伙伴，合资扩大批量应用；最近开发三维细胞培养介质，模拟体内细胞外基质（eCm）。生物可降解纳米网材，由于其和细胞外基质相似，可以作组织支架（tissuescaffold）。这类支架使细胞相互紧密靠近，而成长为三维组织机构。其关键因素是机械稳定性、生物配伍性、细胞增殖能力和细胞?基质互动性。这些决定着纳米纤维在生物医学中应用。
■最新进展■
近来对纳米级纺熔纤维的兴趣巨大，Hills公司用海?岛方法已研究成功直径250纳米的匀质熔纺纤维。据其称，纤维强度可达到3克/旦，且可卷绕供下游工序进一步加工，Hills已开发出2-0.3微米级海?岛纤维的纺粘织物；亦成功地用岛?海方法制成300纳米直径的纳米管，壁厚50-100纳米，已申请专利。Hills的纳米管纤维可用于防御化学武器，药物释放，微米级过滤和微米级水力学器材（液压装置）。
日本电力公司（neC）实验室Sumioijima（纯夫居岛）于1991年开发了多层碳纳米管，其特点是重量轻，强度高、电性能和耐热性好。美国Dallas得克萨斯大学（UtD）nanotech研究所的科学家和澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSiRo）协作，在纺制多层碳质纳米管纱线技术方面有很大突破，该产品强度高、韧性好、极其柔软、导电传热，可做成“智能化”服装，储电能、防弹、调温、多孔，穿着非常舒适。
■非织造布中应用前景巨大■