纳米科技在医学上的应用

1、纳米科技在医学上的应用前言随着纳米技术的飞速发展，纳米科技也已在我们的生活中广泛的应用。生命是革命的本钱，健康永远是人们最关心的话题。而现在，纳米技术也广泛的应用于医学领域，为人们的健康做出巨大的贡献。纳米科技在医学上的发展现在人们用原子力显微镜，不仅可以对脱氧核 糖核酸（dna）、蛋白质等进行形态分析，还可以进行 直观下的分子剪辑、dna特殊位点的定位等高水平 研究；不仅可以描绘出氨基酸分子中碳、氢原子的关 系，而且已经能直接观察到dna链螺旋重复等。 英国的伯明翰大学科学家道格拉斯和他的同事 们利用纳米技术制造了一些可以自我复制的小分 子，它们相互间能传递信息，并能根据环境发生变 化。通过

2、研究这种分子，人们可以了解地球生命起源以前的一些情况。利用这种分子还可以制造出一 些妙不可言的东西，如高质量的药品等。 纳米技术还能够使生命的反应运动方式和酶工 程发生重大变化。人们可以按照自己的意志培育生物新品种，这种技术可以用于农作物育种等。纳米医学 疾病大多都是由机体在分子和细胞水平上损伤 引起的。从细胞的角度看，即使是现在最好的手术 刀与其说是在治疗疾病，不如说是在撕裂细胞。现 在的外科手术之所以能够起作用主要依赖于细胞的 再生和自愈。人体本身也是由分子构成，因此可以预见纳米 技术将促成人类医疗水平的极大进步，纳米医学，顾名思义，就是纳米技术和医学的结合，它远不是对分 子医学的扩展，而

3、是采用纳米机器系统来解决医学 问题，目的是利用分子知识来维护和提高人类的健 康水平。 纳米医学必将在医学领域得到突出的和深远的 应用，在定义疾病方面，在诊断和治疗方面，在人类 对自身的认识方面，最终在人类生物结构和功能的 提高和拓展方面都将发挥重要的作用。 纳米医学的应用 一、用于癌症的治疗 利用纳米技术，我们可以设计出一种小的设备 来识别和杀死癌细胞。这个设备带有一个小的计算 机和几个附着点，用以判别某些特定分子的浓度，一旦发现癌细胞，它便能及时放出携带的药物杀死癌 细胞。这种治癌设备可以自由地在全身运动，通过 它的附着点周期性地对周围环境进行取样，以决定 某些特定分子的浓度。它还可以带有多

4、种附着点， 以对多种分子的浓度进行检测。 这种治癌设备除了能够检测各种化合物的浓度 外，还能够检测人体各点的压强。一个小于10nm的 压力传感器能够检测出人体内小于10.13kpa的压 强变化。随着超声波在医学领域的应用，这种治癌 设备也可以用超声波来从外界接收广播信息，并进 行自身的定位。 这种治癌设备易于编程以执行各种任务。编程 的过程可以通过广播系统来完成。这使得它可以很 容易地移走或消灭掉人体一切不想要的东西。 二、供氧装置 众所周知，有很多的原因可以引起人体血流量 的减少，而血流量的减少可能会带来严重的人体组 织的损伤。引起损伤的最主要的原因就是氧供给不 足。这时人们易于想到的就是向

5、人体注入人工红细 胞，这样即使血流量减少了，却提高了血氧的利用 率，从而避免因氧供给不足引起的组织损伤。但最 好的办法就是直接向人体提供氧气，这里的纳米供 氧装置便具有这样的功能。 它的设计思想如下：用一个直径约为100nm的 小球充满101.33mpa的氧气，把大量的小球放入血 液中，当人体需要的时候，以某个速率释放氧，供人 体的耗氧需求。 一般情况下，钻石分子可以经受1012pa的压强， 而1000个大气压只相当于108pa，因此可以用钻石 材料做成这样的中空小球，其直径是100nm，而厚度 小于1nm。 这里有一个十分重要的问题要考虑，那就是选 择什么样的材料涂覆于小球之上而不会引起人体

6、免疫系统的攻击。当然这是一个值得深入研究的课 题，目前人们常考虑用一些能与人体免疫系统兼容 的生物分子做涂覆材料。 根据范德瓦尔气态方程，可以计算1mol101.33 mpa的氧气，在人体温度310k的条件下体积约为 0.048l，相当于21mol/l。而1mol氧气在101.33 kpa，温度为310k的条件下，体积为25.4l，相当于 0.04mol/l。这就意味着有一个530：1的压缩率。 通常一个安静的人耗氧率约240ml/min，因此，1l压 缩到101.33mpa的氧气足够维持一个人36h新陈代 谢的耗氧需求。 我们可以用如下图所示的选通栅门来控制氧气 从小球中释放。由图4我们可以

7、看出，选通栅门是 一个可以双向旋转的涡轴，通过调节涡轴旋转的速 度和方向，可使小球内部的氧气以一定的速率释放 到外部血液中。当然氧气释放的速率可以通过检测 血液中氧的浓度来确定，以适应不同的需求。 要想使供氧装置完全取代红细胞还需使它具有 吸收和释放的功能。当富氧的地方，如在肺里，能够 让它吸收氧气，而在人体其他需氧的地方释放氧气。 选通栅门本来就具有双向运输的功能，我们只要使 它能够识别什么时候吸氧，什么时候释放氧就可以 了。同理，它还必须能在适当的地方吸收和释放二 氧化碳，家血红细胞一样。 三、人工线粒体 当人们开始采取措施来给人提供氧以维持新陈 代谢的时候，人体组织或许已经受到了某种程度

8、的 伤害而不能正常地代谢氧。尤其当细胞中的线粒体 部分失去功能的时候，再来增加氧供给水平，并不一定能使组织有效地恢复。这时需要直接的新陈代谢 供给。直接释放atp，同时伴随着有选择地释放和吸 收其他的一些代谢产物，或许是迅速恢复组织功能 的有效手段。人工线粒体装置，如同前面的供氧装 置一样，只不过在这里释放的是atp，而不是氧。 四、其他应用 英国剑桥大学的汉弗莱斯及其同事们正在试验 在一个硅片上刻制定度仅能容纳一个dna分子的芯 片沟槽。计算机装上这种芯片，就可以完全读懂 dna序列，或可以在几分钟内查明突然发生的传染 病的病因，而且程序控制更严密，判断也更为准确。 在病理学上，目前已经能够

9、用原子显微镜进行 基因水平的形态观察，提高了病理研究和临床诊断 水平。 我国南京希科集团利用纳米技术将银制成纳米 量级的超细小微粒（直径为100nm左右），然后将其 附着于棉织物上，制成了一种新的医用敷料-纳 米银长效光谱抗菌棉。银具有预防溃烂及加速伤口 愈合的作用，经过纳米技术处理后表面积大大增加， 表面结构也发生根本性的变化，杀菌力相应提高200倍以上。这种纳米银医用敷料对临床常用的外科感 染细菌，如黄金色葡萄球菌、大肠杆菌和绿脓杆菌等 40余种致病菌，都有较好的抑制作用。这是我国将 纳米技术应用于医学领域取得的一项重要成果。结束语 纳米技术是一项崭新的技术，或者说还是一项 不成熟的技术。

10、从20世纪50年代末，美国著名的物理学家norbel奖金获得者feynman曾经设想如果 有一天能按人的意志安排一个个原子和分子，将会 产生什么样的奇迹？1990年在美国的巴尔的摩召开 了第一届nst会议，标志着纳米科学与纳米技术的 正式诞生，到美国总统克林顿于2000年1月20日在 加州理工学院发表了关于倡议纳米技术的演讲，并 把纳米材料学、纳米电子学和纳米医学三方面作为 美国纳米技术发展的重点，各国纳米技术的研究与 应用已如火如荼地展开。不难做出结论，纳米技术 将给人类社会带来一次重大的革命。随着计算机技 术和其它科技的迅速发展，人们预测，到2010年 2020年左右，纳米技术将得到广泛的普及和使用。 纳米生物学和纳米医学是纳米科技的重要组成 部分，一方面它们将推动纳米技术的发展，另一方面 又为纳米技术在现实中的应用提供了广阔空间。参考文献1