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生物医学纳米技术 1 第四讲 生物医学纳米技术 生物医学纳米技术 2 Computer H W S W SemiconductorMEMSTelecommunicationInternetAudio Visualdisplay GenomicsMolecularBiologyCellTechnologyTissueEngineering Nano materialNano structureNano processingNano machine BioinformaticsBiosensorBiochipsBioelectronicsBiocomputer Nano computerNano motorNano sensor Nano BiosensorNano BiologyNano Medicine POCTotalAnalysisTechnology 二十一世纪的三大关键技术 3 丰富多彩的纳米材料 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围 1 100nm 或由它们作为基本单元构成的材料 核壳结构磁性荧光纳米棒 Fe3O4 TiO2 Au Au Au Fe3O4 Fe2O3 SiO2 Fe2O3 CdTe Alg CdTeQDs Fe3O4 PLA Nano Bio TechGroup 4 物理学家 光刻技术 化学家 自组装 纳米加工与制备 5 紫外灯激发下不同尺寸量子点显示出不同的颜色 从蓝到红 发光波长分别位于443 473 481 500 518 543 565 587 610 和655nm CurrentOpinioninBiotechnology2002 13 40 46 CdSe半导体量子点荧光 6 不同尺寸和形状的银纳米粒子具有不同的光学性质 7 Fe3O4磁性纳米颗粒 Fe3O4的晶体结构尖晶石结构 Fe3 A Fe3 Fe2 BO4 4 B 生物相容性 8 纳米生物医学 关注生命 纳米生物医学 技术 一方面 是利用纳米技术 包括纳米材料 研究生命体的特征 发现新的生命现象和规律 为人类健康和疾病诊断与治疗提供新的理论和方法 另一方面 模拟生命体精细的调节机制 通过仿生研究制备新型纳米材料和建立新的纳米技术 纳米技术与生物学 医学的交叉与融合 同时 纳米生物学 纳米医学又是纳米科学与技术的重要研究领域 生物技术 纳米技术 纳米生物技术 9 肿瘤 能否象慢性病一样治疗 靶向 挑战 减少癌症的病痛和死亡 2015 AVisionNotaDream byusingnanotechnology Av Eschenbach NCI 早期诊断和靶向治疗 破坏肿瘤生长 10 隐形 超小 长循环 靶向 11 Angew Chem Int Ed 2004 43 6042 6108 表面 Nano BioBridge Targeting SensingFunction 纳米探针 纳米颗粒 靶向分子 信号组件 识别组件 12 1999年美国哈佛大学Weissleder等人提出分子影像学的概念 即应用影像学方法 对活体状态下体内分子的生物化学过程进行定性和定量研究 美国分子影像学会 TheSocietyforMolecularImaging 分子影像是利用影像学的手段来无创伤地研究活体条件下生物细胞内的正常或病理状态下的分子过程 分子影像学 第194次香山科学会议 分子影像学 研讨会于2002年10月30日至11月1日在杭州召开 分子影像学是医学影像技术和分子生物学相互交叉渗透而产生的新学科 分子影像技术是利用现有的医学影像技术 主要是PET MRI和光学CT 对人体内部特定的分子进行无损伤的实时成像 目前 分子影像常用的探测方法有核探测方法 核磁共振方法和光学方法等 要实现分子成像技术最关键的是分子探针 信号放大和灵敏度探测仪器 分子影像技术是向人体输入一种分子 分子探针 与细胞内分子 靶分子 进行标记成像 由于分子探针的浓度只有纳克或皮克量级 因而体内成像信号放大和高灵敏度成像仪器的研制是分子影像技术发展的关键 13 单分子行为的直接 实时 动态观察 荧光标记技术 激光共聚焦扫描显微镜实时观察量子点标记的表皮生长因子 EGF 与其受体的结合 标尺为5微米 量子点沿细胞伪足运动 NatureBiotech 2004 22 2 198 203 14 抗体引导靶向诊断肿瘤 Fig 3Schematicoftheprincipleofactivetargeting 3 靶向纳米颗粒 15 ParticulateDrug 纳米药物载体 药物 药物本身纳米化 纳米中药 维甲酸纳米颗粒 纳米颗粒本身成为药物 肿瘤热疗用磁性纳米颗粒 金纳米颗粒 富勒烯纳米颗粒 16 紫杉醇白蛋白纳米粒阿霉素脂质体 上市药物 临床应用 FDA批准药物 17 磁靶向药物治疗肿瘤 Fig 2Schematicoftheprincipleofmagneticdrugtargeting 2 对照组 紫杉醇 紫杉醇 磁性纳米粒 紫杉醇 磁性纳米粒 磁场 可控磁性药物载体 时空可控给药技术 18 磁感应肿瘤热疗 小鼠肝肿瘤动物模型治疗实验 磁性纳米颗粒作为药物 19 磁介导热疗的治疗方式 磁介导热疗的治疗方式 a 动脉栓塞热疗 b 直接注射热疗 c 细胞内热疗 20 超选择介入栓塞 21 碘油磁液经肝动脉栓塞磁致热疗治疗肝癌的实验研究 经动脉栓塞热疗 ArterialEmbolizationHyperthermiaAEH 通过超选择介入导管技术将含有纳米级磁性热种子的拴塞剂选择性灌注入肿瘤新生血管并栓塞 结合交变磁场磁致热疗 将有望解决深部肿瘤靶向性级温度分布问题 使用大型交变磁场进行兔子动脉栓塞磁致热疗试验 光纤测温 22 病理结果 热疗两周后肿瘤大片坏死明显 邻近正常肝组织结构清晰 形态正常 HE 40 正常组织 400 坏死组织 400 23 磁性纳米颗粒 临床肿瘤热疗 Fe3O4 24 RRQiao CHYangandMYGaoJ Mater Chem 2009 19 6274 6293 磁性纳米颗粒 临床MRI造影 AMAGPharmaceuticals Inc Fe3O4 25 磁性靶向载药脂质体 多功能诊治策略 靶向诊疗一体化 26 多数生物医学应用基于电磁场 纳米颗粒 生物体之间的相互作用 非生命的物质与生命的物质在电磁场中的相互作用 疾病诊治的新原理 新方法 新技术 纳米生物电磁学Nano Bio eMagcs 黑箱 27 28 激光诱导金纳米壳细胞热疗 TechnologyinCancerResearch Treatment 2004 3 1 33 40 金纳米壳 29 Nanoplatforms 靶向诊断与治疗 NCI 光动力学疗法 30 NanoX rayTechnology 二氧化铪 HfO 是一种具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料 具有抗放射性并高效产生光电子 31 150年前 微米成为新的精度标准 并成为工业革命的技术基础