1、納米技術在醫學上的應用第1頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二 前言 納米醫學是在分子水平上，利用分子工具和人體的分子知識，所從事的診斷、醫療、預防疾病、防止外傷、止痛、保健和改善健康狀況等科學技術。換句話講，人們將從分子水平上認識自己，創造并利用納米裝置和納米結構來防病治病，改善人類的整個生命系統。第2頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二第3頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二第4頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二第5頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二 我們都知道，目前的醫療技術尚無法達到

2、分子修復的水平。而納米醫學則是在分子水平上，利用分子工具和人體的分子知識，創造并利用納米裝置和納米結構來防病治病，改善人類的整個生命系統。例如：修復畸變的基因、扼殺剛剛萌芽的癌細胞、捕捉侵入人體的細菌和病毒等等，最終實現納米醫學，使人類擁有持續的健康。第6頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二一、在診斷方面的應用 1、遺傳病診斷 納米技術有助診斷胎兒是否有遺傳缺陷。婦女懷孕8個星期時，血液中開始出現少量胎兒細胞。利用具有納米級大小孔洞的半透膜或特殊的合成納米管等，可把胎兒細胞分離出來進行診斷。不需要進行羊水穿刺。目前美國已將此項技術應用于臨床診斷中。第7頁，共41頁，2022

3、年，5月20日，10點2分，星期二 2、病理學診斷 腫瘤診斷最可靠的手段是建立在組織細胞水平上的病理學方法，但存在著良惡性及細胞來源判斷不準確的問題。利用原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)可以在納米水平上揭示腫瘤細胞的形態特點。通過尋找特異性的異常納米級結構改變，以解決腫瘤診斷的難題。第8頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二目前，已有多種原子力顯微鏡問世，AFM克服了STM(Scanning Tunneling Microscope)只適用于具導電性樣品的不足之處 。第9頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二3、影像學診

4、斷（1）納米粒子在影像學診斷中應用 將納米氧化鐵造影劑靜脈注射以后，氧化鐵顆粒被血液帶到身體的各部位，只是在肝臟和脾臟被網狀內皮細胞吸收。肝臟內的網狀內皮細胞是由枯否細胞的巨噬細胞構成，它可以吞噬氧化鐵顆粒；而惡性腫瘤細胞僅含有極少量的枯死細胞沒有大量吸收氧化鐵的作用。第10頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二 納米氧化鐵造影劑就是利用正常細胞和惡性腫瘤細胞之間的這種功能差異別，顯示出其對這些病灶診斷的特異性納米氧化鐵在正常細胞和腫瘤細胞的數量不同，會造成信號強度的差別，這種差別在核磁共振圖像中，由于正常組織吸收納米氧化鐵表現為暗的低信號，而病灶不吸收納米氧化鐵表現為亮的高

5、信號。這樣，病灶與正常組織在核磁共振圖像上會有較大的對比。 第11頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二(2) 光學相干層析術(OCT) 一種新型的納米影像學診斷工具 OCT的分辨率可達1個微米級，較CT和核磁共振的精密度高出上千倍。它能每秒2000次完成生物體內活細胞的動態成像，觀察活細胞的動態，發現單個細胞病變，且不會像X光、CT、磁共振那樣殺死活細胞。 第12頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二4. 激光單原子分子探測術 具有超高靈敏性激光單原子分子探測術,可在含有1000億億(1019)個原子或分子的1cm3氣態物質中，在單個原子分子層次上準確獲取

6、其中一個。它可通過人的唾液、血液、糞便以及呼出的氣體,及時發現人體中哪怕只有億萬分之一的各種致病或帶病游離分子。第13頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二5.微小探針技術 利用納米級微小探針技術, 可向人體內植入傳感器 ，根據不同的診斷和監測目的，可定位于體內的不同部位，也可隨血液在體內運行，隨時將體內的各種生物信息反饋于體外記錄裝置。第14頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二6. 癌癥的早期診斷 中國醫科大學第二臨床學院把納米級微粒應用于醫學研究,完成了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質體的研究。運用這項研究成果,可以發現直徑3毫米以下的肝腫瘤。這對肝癌的早期

7、診斷、早期治療有著十分重要的意義。第15頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二二、在治療方面的應用1、納米化增加藥物吸收度 增大藥物的表面積促進溶解。藥物大分子就能穿透組織間隙，也可以通過人體最小的毛細血管。而且分布面極廣。應用于中藥制劑。藥物的物理活性、靶向性比普通中藥大大提高。第16頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二2、納米醫用材料納米氧化鎬；目前廣泛使用的人工心臟瓣膜，是由鈦金屬與不銹鋼合金所構成，但在移植入人體后仍有損壞的可能性。結晶納米氧化鎬是一種具有高度抗生物損耗的替代材料。第17頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二納米銀

8、粉：銀在納米狀態下的殺菌能力產生了質的飛躍。只需用極少量的納米銀即可產生強力的殺菌作用。第18頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二納米骨材料：把它植入體內填充各類型的骨缺損，其網狀結構可生長出很多新生的骨細胞，所有填充的納米骨材料，最后會降解消失，骨缺損部能完全被新生骨取代。具有納米級別的天然骨分級結構和天然骨的多孔結構第19頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二智能藥物；美國正在設計一種納米智能炸彈，它可以識別出癌細胞的化學特征。這種智能炸彈很小，僅有20納米左右，能夠進入并摧毀單個的癌細胞第20頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二人

9、工紅血球 納米醫學不僅具有消除體內壞因素的功能，而且還有增強人體功能的能力。我們知道，腦細胞缺氧6至10分鐘即出現壞死，內臟器官缺氧后也會呈現衰竭。設想一種裝備超小型納米泵的人造紅血球，攜氧量是天然紅血球的200倍以上。當人的心臟因意外，突然停止跳動的時候，醫生可以馬上將大量的人造紅血球注入人體，隨即提供生命賴以生存的氧，以維持整個機體的正常生理活動。它可以應用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運動需要的額外耗氧等。隨著轉子的轉動，氣體分子與轉子上的結合位點結合再釋放到血漿中。 第21頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二納米藥物輸運 納米微粒藥物輸送技術也是重要

10、發展方向之一。目前，有半數以上的新藥存在溶解和吸收的問題。863計劃項目“納米藥物制劑的生物效應研究”，當藥物顆粒縮小時，藥物與胃腸道液體的有效接觸面積將增加，藥物的溶解速率隨藥物顆粒尺度的縮小而提高。利用納米晶體技術將藥物顆粒轉變成穩定的納米粒子，提高溶解性和難溶性藥物的藥效率。同時，納米藥物制劑的賦形劑在胃腸道中起表面活性劑的作用，也提高了納米藥 物顆粒的溶解率。一旦，不溶性藥 物轉變成穩定的納米顆粒，就適合 于口服或者注射了。第22頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二捕獲病毒的納米陷阱 密西根大學的Donald Tomalia等已經用樹形聚合物發展了能夠捕獲病毒的納米

11、陷阱。體外實驗表明納米陷阱能夠在流感病毒感染細胞之前就捕獲它們，同樣的方法期望用于捕獲類似愛滋病病毒等更復雜的病毒。此納米陷阱使用的是超小分子，此分子能夠在病毒進入細胞致病前即與病毒結合，使病毒喪失致病的能力。通俗地講，人體細胞表面裝備著含硅鋁酸成分的鎖，只準許持鑰匙者進入。不幸的是，病毒竟然有硅鋁酸受體鑰匙。Tomalia的方法是把能夠與病毒結合的硅鋁酸位點覆蓋在陷阱細胞表面。當病毒結合到陷阱細胞表面，就無法再感染人體細胞了。陷阱細胞由外殼、內腔和核三部分組成。內腔可充填藥物分子；將來有可能裝上化療藥物，直接送到腫瘤上。研究者希望發展針對各種致病病毒的特殊陷阱細胞和用于醫療的陷阱細胞庫。 第

12、23頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二識別血液異常的生物芯片 美國圣地亞國家實驗室做了一個雛形裝置，發揮芯片實驗室的功能，它可以沿血流流動并跟蹤感染了愛滋病的細胞。血液細胞被導入一個發射激光的腔體表面， 從而改變激光的形成。癌細胞會產生一種明亮的閃光；而健康細胞只發射一種標準波長的光，以此鑒別癌變。第24頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二三、納米制藥技術1、納米西藥 納米晶體技術可將藥物顆粒轉變成穩定的納米粒子，同時提高溶解性，以提高難溶性藥物的藥效率。 加工中，不溶的藥物是被懸浮在含一般認為安全的穩定劑和賦形劑的懸浮液中。第25頁，共41頁，202

13、2年，5月20日，10點2分，星期二（1）將不易被人體吸收的藥物（如雌二醇）或食品做成納米粉或懸浮液，就變得容易吸收，提高了藥物的生物利用度。（2）把納米藥物做成膏藥貼在患處，可通過皮膚直接吸收而無須注射。 醫藥專家認為，利用納米技術加工的細粒藥物還適用于口服控釋片、頰含片、干粉吸入劑、鼻噴霧劑、舌面速溶片以及植人式制劑和脂質體等多種劑型。 第26頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二 最近，美國科研人員利用“納米藥物制劑”的新工藝，將水溶性不佳或難溶藥物的分子制成囊狀物或包在聚合物基質中加工成納米顆粒，從而大大提高某些藥物的生物利用度。 胰島素口服要解決胃內酸降解、胃腸內酶

14、水解、穿透胃腸粘膜及肝臟首過作用四個問題。胰島素普通制劑直接口服后，吸收只有1。而采用納米技術的胰島素口服給藥系統成功地解決了這一問題 第27頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二2、納米中藥 科學證明，中藥的藥效取決于其所含有的有效活性成分，這樣的有效成分主要存在于細胞內和細胞間質當中，植物細胞的細胞壁和動物細胞的細胞膜成為這些有效成分的保護層。傳統的加工方法無法破碎掉這些保護層，致使中藥的藥效不能充分發揮，造成原料的浪費。第28頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二 納米生物技術為中藥的加工工藝提供了全新的技術思路和解決方案。其指導思想是：用一種特殊的物

15、理制備技術，在常溫條件下，將鮮活的中藥原材料進行納米級（或亞微米級）的超微破碎，一方面將藥材本身的細胞壁（膜）完全擊破，使得細胞中最為重要的核酸物質和其它有效活性成分充分溢出；另一方面將有效成分的大分子物質破碎成能被人體直接吸收的小分子顆粒懸浮在原生母液中，再采用特殊的保鮮方法將活性有效成分完好地保持在其本然的鮮活狀態。第29頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二該技術的應用可使中藥加工呈現如下優勢： 提高吸收率 降低毒副作用 增強功效 改善劑型品質第30頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二四、治療腫瘤一、可治療癌癥的納米粒子 武漢理工大學李世譜教授經研究

16、發現，某些納米材料可殺死癌細胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細胞組織絲毫無損。李世普教授成功研制出羥基磷灰石復合陶瓷。羥基磷灰石是骨骼中的一種成分，與人體有良好的相容性，研究發現，羥基磷灰石的第31頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二 納米材料是對付癌細胞的有效武器。委托北京醫科大學等權威機構做的細胞生物學試驗表明，納米粒子可以殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細胞。年進行動物實驗顯示，向老鼠體內腫瘤注射羥基磷灰石納米粒子溶膠 , 天后抑瘤率 .，外觀上腫塊消失。第32頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二二、表面包復的磁性粒子在治療腫瘤上的應用1. 利用

17、磁性納米粒子用于癌病的診斷和治療 帶有磁性的納米Fe2O3微粒是發展這種技術的最重要的對象。例如10-50nm的納米Fe2O3磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸，尺寸為200nm,這種超細粒子攜帶蛋白、抗體和藥物可以用于癌病的診斷和治療。這種局部治療效果好，副作用少，成為癌病的治療方向。第33頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二（1）靶向性治療癌癥 將磁性納米顆粒與藥物結合,注入到人體內,在外磁場作用下,藥物向病變部位集中,從而達到定向治療的目的,將大大提高腫瘤的藥物治療效果。 以張陽德教授為首的課題組，從1995年開展了“高性能磁性納米粒DNA阿霉素治療肝癌”課題的研究，他們將肝

18、腫瘤移植到老鼠身上，第34頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二 并將載帶抗腫瘤藥物阿霉素的納米微囊注射到老鼠體內，結果發現，磁性阿霉素白蛋白納米粒聚集在老鼠癌變位置。7天后，大部分癌細胞被抑制，外觀上腫塊消失。此實驗證明，納米微囊對癌細胞具有高度的靶向性，選擇性殺死癌細胞，且不損傷正常細胞，對移植性腫瘤療效好，在人體上應能達到相應的效果。第35頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二(2) 原位“灼燒”或“爆炸” 治療癌癥 研究人員將極其細小的氧化鐵納米顆粒，注入患者的癌瘤里，然后將患者置于可變的磁場中，使患者癌瘤里的氧化鐵納米顆粒升溫到4547攝氏度，這溫度足以燒毀癌瘤細胞，而周圍健康組織不會受到傷害。有科學家設計了一種“聰明”的炸彈，它通過認讀癌細胞的化學“簽字”，把癌細胞做為靶細胞，該炮彈小到約20納米，能進入單個細胞并把它炸得片甲不留。第36頁，共41頁，2022年，5月20日，10點2分，星期二2. 利用磁性納米粒子分離癌細胞 例如采用約50nm的納米Fe2O3粒子，包覆聚苯乙烯后，成功用于小鼠骨髓液中癌細胞的分離。首先從羊身上取出抗小鼠Fc抗體（免疫球蛋白），然后與上述磁性粒子的包覆物相結合。將小鼠帶有正常細胞和癌細胞的骨髓液取出，加