纳米生物医学材料及其应用VIP

3.4纳米生物医学材料及其应用,3.4.1无机纳米生物材料3.4.2有机纳米生物材料3.4.3纳米复合材料3.4.4纳米组织工程材料,生物功能性（biofunctionability）和生物相容性（biocompatibility）是医用生物材料必须满足的基本要求，也是评价一种生物材料是否具有潜力的主要依据。,生物功能性是指生物材料具备或完成某种生物功能时应该具有的一系列性能。根据用途主要分为：承受或传递负载功能，如人造骨、关节、牙等控制血液或体液流动功能，如人工瓣膜、血管等电、光、声传导功能，如心脏起搏器、人工晶状体、耳蜗等填充体,生物相容性（biocompatibility）是指生物材料有效和长期在生物体内或体表行使其功能的能力。用于表征材料在生物体内与有机体相互作用的生物学行为。生物相容性包括血液相容性和组织相容性。材料在体内要求无不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不发生炎症、排异、致癌等。,非降解型基本不具有生物活性，与组织不易牢固结合，在生物环境中能够长期保持稳定，不会发生降解、交联或物理磨损等，不易导致毒性、过敏性等反应。生物降解型的特点是易降解，在生物环境下可发生结构破坏和性能蜕变，降解产物经正常的新陈代谢被机体吸收利用或排出体外，对组织生长无影响，目前已成为医用高分子材料发展的方向。,3.4.1无机纳米生物材料,1.金属纳米颗粒材料,B.细胞染色,Theopticalpropertiesofgoldandsilvernanoparticleschangedrasticallywithnanoparticleshape.Thephotographshowsaqueoussolutionsof4nmgoldnanospheres(vial0)andprogressivelyhigheraspectratiogoldnanorods(15).Theopticalspectraandtransmissionelectronmicrographsfortheparticlesinvials15arealsoshown.Scalebarsinmicrographsareall100nm.,标记免疫技术=免疫技术+标记技术,灵敏性,特异性,标记免疫技术,酶免疫技术荧光免疫技术放射免疫技术化学发光技术金免疫技术生物素-亲和素免疫放大技术,A.纳米金颗粒用于快速免疫诊断,金标记免疫技术（immunogoldlabelingtechnique）是以胶体金作为标记抗原或抗体，检测样品中抗体或抗原的性质、含量、形态学特征等进行分析的综合技术。它是利用金颗粒光学检测的灵敏性与免疫反应的特异性相结合的一种技术。胶体金快速诊断技术主要有两种：快速斑点免疫金渗滤法（Dot-immunogoldfiltrationassay,DIGFA）胶体金快速免疫层析法（Colloidalgoldimmunochromatographyassay,GICA）,斑点金免疫渗滤试验(DIGFA)是以硝酸纤维素（Nitratecellulose,NC）膜为载体，包被抗原或抗体于渗滤装置中，依次滴加标本、免疫金及洗涤液，因微孔滤膜贴置于吸水材料上故溶液流经渗滤装置时与膜上的抗原或抗体快速结合并起到浓缩作用，达到快速检测目的(一般5min左右完成)。,金免疫渗滤装置示意图,当结果为阳性时，在膜上固定有抗体-抗原-胶体金标记抗体复合物而呈现红色斑点。,斑点免疫层析试验（dot-immunochromatographicassay，DICA）简称免疫层析试验（ICA），也以NC膜为载体，但利用了微孔膜的毛细管作用，滴加在膜条一端的液体慢慢向另一端渗移，犹如层析一般。在移动过程中被分析物与固定于载体膜上某一区域的抗体或抗原结合而被固相化，无关物则越过该区域而被分离，然后通过胶体金的呈色条带来判断实验结果。,A.纳米金颗粒用于快速免疫诊断,胶体金快速免疫结合分析的应用：目前多以临床应用为主，主要用于检测正常体液中不存在的生物活性物质（如传染病的抗原及抗体），以及正常情况下体液中含量很低而在某些疾病中升高的生物活性物质的定性分析。,胶体金快速免疫结合分析的应用,用于多种传染病的快速检测：各种病毒的相应的抗原及抗体（各种病毒性肝炎、巨细胞病毒抗体、单纯疱疹病毒抗体、风疹病毒抗体、肾综合性出热抗体、登革热病毒抗体及轮状病毒等）性病（HIV病毒抗体、梅毒螺旋体抗体、淋球菌及泌尿生殖系统的衣原体等）细菌（结核杆菌抗体、沙门氏菌、幽门螺旋杆菌抗体等）寄生虫（血吸虫抗体、弓形虫抗体等）,胶体金快速免疫结合分析的应用,早孕检测：人绒毛膜促性腺激素（HGG）心血管疾病检测肿瘤诊断自身免疫疾病毒品检测,食品检测环境污染检测生物污染及生物战剂的快速检测兽医学法医学等,2）纳米银颗粒,抗菌剂（Antimicrobial）纳米银粒对致病的杆菌、球菌、丝菌的杀灭作用比硝酸银河磺胺嘧啶银强很多。抗菌织物，如抗菌纱布饮用水除菌抗菌陶瓷保鲜膜,3.4.1无机纳米生物材料,2.磁性纳米颗粒磁性纳米粒子具有小尺寸效应、磁导向性能、低毒性、生物相容性、可注射性等特性。表面修饰：物理、化学、生物磁性纳米颗粒材料具有超顺磁性，在外加磁场的作用下具有磁性并可向着磁场方向移动而集中于指定的部位物理导向性。用于细胞分离作为药物和基因的靶向载体以提高疗效,3.4.1无机纳米生物材料,磁性纳米颗粒,细胞分离医学检测和诊断药物载体基因治疗组织工程,3.4.1无机纳米生物材料,3.量子点在生物标记方面的应用在活体成像方面的应用在生物分析监测中的应用,3.4.1无机纳米生物材料,4.纳米碳材料碳纳米管气相生长碳纤维（Vaporgrowthcarbonfiber,VGCF）类金刚石碳,纳米碳管、纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃化合物为碳源，氢气为载气，在8731473K的温度下生成的。超微型气相生长碳纤维又称为碳晶须，具有超常的物化特性，被认为是超强纤维。,碳晶须的特点：低密度、高比模量、比强度、高导电性（微米级碳纤维具有的特性）；缺陷数量极少、比表面积大、结构致密等；良好的生物相容性；高效吸附性。应用：人工器官、人工骨、人工齿、人工肌腱；血液的净化等,CarbonNanotubeProperties,Youngsmodulusover1TeraPascal,asstiffasdiamond,andtensilestrength200GPaThermalconductivity3000W/mKintheaxialdirectionwithsmallvaluesintheradialdirectionElectricalconductivityhigherthancopperCanbemetallicorsemiconductingdependingonchiralitytunablebandgapVeryhighcurrentcarryingcapacity(107-109A/cm2)ExcellentfieldemitterEngineeringofCNTatnanoscaledimensionsSensors,molecularelectronics,energyetc.,Bottlenecks-SWNTdispersionandcontrolledassembly,碳纳米管（CarbonNanotube，CNT）,药物载体和可控药物STM针尖修饰研究生物大分子，提高分辨率多壁CNT识别特种原子的不同基团针尖阵列分子