文献综述

本科生创新性研究实践

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学 院 食品工程学院 专 业 生物工程 指导教师 马兴胜 学 生 冯茹 学 号 200940620352 2011年 12月 5日

纳米技术在医学领域的应用文献综述

09级生物中外二班冯茹 一、纳米材料研究的进展

纳米材料的发展主要经历了三个阶段[1]:

第一阶段（1990年以前）：主要是探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒、合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。

第二阶段（约在1994年以前）：人们关注的热点是如何利用已知的纳米材料所具有的特殊物理、化学和力学性能等，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合、纳米微粒与块体材料复合，以及发展复合材料的合成及物性的探索。

第三阶段（1994年到现在）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系受到关注，并成为纳米材料研究的前沿领域。国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒及它们组成的纳米线或管等为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有特殊功能的纳米结构体系，包括纳米阵列体系、孔介组装体系、薄膜嵌饢体系。纳米颗粒、线和管等可以有序或无序地排列。著名诺贝尔奖获得者、美国物理学家费曼曾经说过：“如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹。”就像目前用STM操纵原子一样，人工地把纳米微粒整齐排列就是实现费曼预言、创造新奇迹的开始

二、国外有关研究的综述

各国通过实施纳米科技计划，纳米材料的研发和相关技术水平不断提高，取得了许多重要成果。[2、3]

1.纳米生物分析与诊断技术

哈佛大学的科学家发现修饰有病毒抗体的超细硅纳米导线可以实时并准确地探测到病毒，将特定病毒的不同区域的抗体组装成阵列，将使探测单个病毒成为可能[4]。

美国和北爱尔兰的研究者偶然发现了一种存活于氧化锗等半导体晶体中的细菌。这种外面包上硬壳的细菌可以用于制造生物晶体管或传感器，并能够探测到生物战所用的毒气[5]。

Saskatchewan 大学的研究者把锌、镍、钴等离子并入DNA双螺旋的中心，获得了新的DNA导体，它可以发展成新一代生物传感器和半导体导线。这种生物传感器可以用于识别DNA的异常和鉴别混合物，还可以用于筛选结合于DNA的抗肿瘤药物，用作微细半导体线路的导线等[6]。

澳大利亚的研究者们开发了超灵敏的离子通道开关生物传感器，可以检测到相当于百亿亿分之一化学物质浓度的微小变化。加州大学的研究者开发了每秒能读1000个碱基的纳米孔装置。并且该法有望成为快速、低成本、高通量的基因测序方法[7]。

由美国军方资助的研究，研究人员已经开发出一种纳米管组成的纳米地毯，可以探测到各种化学试剂，同时产生变色，并能穿透细胞膜来杀死细菌[4]

2.纳米药物与疾病治疗

利用多孔硅纳米离子输送药物治疗的初步试验表明，该技术可以安全有效地输送大剂量的药物，并可电控输送速率。将来该纳米粒子有望结合生物传感器以实现实时监控并适时释放药物[4]。

Donald Tomalia 等人用树形聚合物发展了能够捕获病毒的纳米陷阱，纳米陷阱能够在流感病毒感染细胞之前就捕获它们，同样的方法有望用于捕获类似艾滋病病毒等更复杂的病毒[8]

东京大学的Suzuki 设计了一种新型的药物分子，可以在出现感染时释放抗生素。采用这种方法可以避免滥用抗生素引起的微生物抗药性，以及抗生素对人体成纤维细胞的毒性[9]

美国俄亥俄州大学的研究者设计了具有免疫隔离功能的纳米医疗器械[10] 3.纳米生物器件

美国康奈尔大学的科学家利用ATP酶作为马达分子，研制出了一种可能进入人体细胞的纳米机电设备——纳米直升机[11] 哈佛大学的研究者由碳纳米管构建了纳米镊子[12] 三、我国有关研究综述

我国自1992年起，中国建筑材料科学研究院、西北有色金属研究院和昆明贵金属研究所等单位开始从事无机抗菌剂的研究与开发，西北工业大学、西北化工学院、广东石油化工研究院等单位开展了有机抗菌防霉材料的研究，中国纺织大学、天津大学研究抗菌纤维。后来，清华大学、中国科学院化学所、化工冶金研究所也进行了抗菌塑料方面的研究与开发。

近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。

清华大学研究开发的纳米级羟基磷灰石／胶原复合物在组成上模仿了天然骨基质中无机和有机成分，其纳米级的微结构类似于天然骨基质[13]

大面积定向碳管阵列合成：这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景[14]。

超长纳米碳管制备：首次制备出长度为2 ~3㎜的超长定向碳纳米管阵列。这种超长碳纳米管的长度提高1 ~2个数量级[15]。

氮化镓纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径3 ~40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。

硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。

制备成功一维纳米丝和纳米电缆，该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予了高度评价。

用苯热法制备纳米氮化锌微晶。发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬、磷化钴和硫化锑纳米微晶[16]

催化热解法制成纳米金刚石[17、18] 四、我看纳米材料的发展趋势

可以预言，纳米材料研究在未来的发展方向将涉及更多领域，将有更多纳米新材料、新特性和新应用不断出现，对科技和经济发展及社会进步产生的影响将更加广泛。纳米材料未来的总体发展趋势表现为由随机合成向可控合成过渡；由纳米单元的制备发展到通过集成和组装，制备具有纳米结构的宏观实用材料和元器件；由性能的随机探索向按照应用的需要制备具有特殊性能的纳米材料发展。

信息产业中的纳米技术：各种纳米电子器件和非线性电阻

环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的。

能源环保中的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是世界的一项重要任务。

纳米生物医药：对传统药物看改进，采用纳米技术可以提高一个档次。 纳米新材料：虽然纳米新材料不是最终产品，但它却可以为我们创造出前所未有的财富。

纳米技术对传统产业的改造：如家电、轻工、电子行业，纺织业，电力工业和建材工业等。 对于纳米科技，科学的态度是积极参与，我们应脚踏实地地推动这一前沿科技的健康发展，既不需要商业炒作，也不需要科学炒作。 主要参考文献：

[1] 中国科学院科学与社会系列报告 2006高技术发展报告 科学出版社 [2]新材料产业网 .纳米材料研究的现状、特点和发展趋势

[3]科学技术部基础研究公司.纳米技术发展报告汇编（2002）.2002,51~52 [4]Archive of top stories on nanotechnology and molecular technology. http://www. iqnewsnet.com/displaysub. Asp? Cat=N

[5]Silicon Bugs.http://www.geocities.com/Area51/Shadowlands/6583/project360.html [6]Shawn D Wettig, Chen-Zhong Li, Yi-Tao Long, et al. M-DNA: a self-assembling molecular

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for

nanoelectronics

and

biosensing.

Analytical

Sciences,2003,19:23~26

[7]Robert A,Freitas J The future of nanofabrication and molecular scale devices in nanomedicine Studies in Health Technology and Informatics,2002,8045~8059 [8] Reuter J D ,Myc A,Hayes M M,et al. Inhibition of viral adhesion and infection by sialic-acid-conjugated dendritic polymers . Bioconjug Chem,1999,10:271 ~ 278 [9]Suzuki Y,Tanihara M, Nishimura Y, et al. A new drug delivery system with controlled release of antibiotic only in the presence of infection. J Biomed Mater Res 1998,42:112 ~116

[10] Desai T A, Chu W H, Tu J K, et al. Microfabricated immunoisolating biocapsules. Biotechnol. Bioeng,1998,57:118-200

[11]Soong R K,Neves H P ,Schmidt J J, et al. Engineering issues in the fabrication of a hybrid nano-propeller system powered by F1-ATPase . Montemagno Biomedical Microdevices,2001,3(1):71 ~73

[12]Kim P ,Lieber CM. Nantweezers.Science,1999,286:2148 ~2150

[13] 1.Du C，et al Three-dimensional nano-HAp/collagen matrix loading with osteogenic cells in organ culture ,I.Biomed .Mater.Res.,1999;44 (4) :407~415 [14] 美国《科学》杂志 1996 [15]英国《自然》杂志 1998年8月 [16] 《科学》杂志 1997 [17] 《科学》杂志 1998 [18] 美国《化学与工程新闻》杂志

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