纳米生物医学应用

1、1纳米生物医学应用纳米生物医学应用主讲人：储主讲人：储152 152 樊露露樊露露指导老师：郝保红指导老师：郝保红2一 纳米技术概况与生物医学概况二 纳米技术在生物医学领域的应用三 纳米技术在肿瘤诊治中的应用四 总结与展望主要内容3材料 电子 生活一、纳米技术概况一、纳米技术概况纳米: :1 nm=10-9 m纳米技术：在1100 nm这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工的技术。纳米技术的应用：生物医学4 纳米尺度的结构单元 研究对象在尺度上的匹配 大量的界面或自由表面 提高该系统的性能，节约成本 纳米单位之间存在相互作用 提高药物输送以及利用的效率纳米材料的特点什么是纳米医学？ 纳米仅是

2、一个长度单位，等于十亿分之一米，但当物质进入纳米尺度，会出现明显的性能变化，表现出独特的功能，纳米技术潜在的应用前景引起了人们广泛的关注。纳米医学是纳米技术的一个分支，指运用纳米技术的理论与方法、在现代医学和生物学的基础上、开展生物医学研究与临床治疗的新兴边缘交叉学科。6 纳米生物学纳米生物学的产生是与扫描探针显微镜的产生是与扫描探针显微镜 （SPMSPM）的发明和在生命科学中的应用分不开的。生命过程的发明和在生命科学中的应用分不开的。生命过程是已知的物理、化学过程中最复杂的过程。纳米生是已知的物理、化学过程中最复杂的过程。纳米生物学是从微观的角度来观察生命现象、并以物学是从微观的角度来观察生

3、命现象、并以对分子对分子的操纵和改性的操纵和改性为目标的。为目标的。 Company Logo美国国家卫生美国国家卫生研究院（研究院（NIH）出资在美国建出资在美国建立了立了8个专门从个专门从事肿瘤纳米医事肿瘤纳米医学研究的纳米学研究的纳米中心中心 宣布启动宣布启动“肿瘤纳米肿瘤纳米技术技术”，成，成立了立了“肿瘤肿瘤纳米技术联纳米技术联合会合会” 香山科学会香山科学会议上对纳米议上对纳米医学的相关医学的相关问题进行了问题进行了讨论讨论 纳米医学发展美国美国2004年年 美国美国 2005年年我国我国2008年年 8 对生物大分子的研究 分子马达 纳米机器人 光纤纳米传感器单细胞分析 二二 、

4、纳米技术在生物医学中的应用、纳米技术在生物医学中的应用9分子马达二二 、纳米技术在生物医学中的应用、纳米技术在生物医学中的应用生物大分子研究纳米机器人 1.分子马达分子马达，又名分子发动机，是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白质，它们的构象会随着与ATP和ADP的交替结合而改变，ATP水解的能量转化为机械能，引起马达形变，或者是它和与其结合的分子产生移动。就是说，分子马达本质上是一类ATP酶。例如肌肉中的肌球蛋白会拉动粗肌丝向中板移动，引起肌肉收缩。而另外两种分子马达：驱动蛋白和动力蛋白，它们能够承载着分子“货物”-如：质膜微粒，甚至是线粒体和溶酶体，在由微管构成的轨道上滑行，起到运输的作用。

5、生物分子马达纳米分子马达研究人员把金属镍制成的螺旋桨嫁接到三磷酸腺苷酶分子中轴上。当它们被浸于ATP溶液后，其中5个分子马达转动了起来，转速达到每秒钟8转。据介绍，这种马达只有在显微镜下才能被观察到，其镍螺旋桨长750纳米（一纳米为十亿分之一米）。根据拍摄到的画面，研究人员可以看到一个尘埃粒子先被旋转的螺旋桨吸入、再被甩出的情景2.纳米机器人纳米机器人的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的功能分子器件。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调

6、控网络重新设计，开发在体(in vivo)或湿的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。3.微型纳米电机纳米电机系统是由ATP合成酶所驱动的能量转换体系，能使微细金属推进器旋转，就属于纳米级的生物电机系统。4.纳米银纳米银(Nano Silver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银粒径大多在25纳米左右，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性。用纳米银和精梳棉纤维制成的棉袜，具备很好的抗菌防臭的效果。 加利福尼亚大学和麻省理工学院的科学家发明了一种“纳米虫”，它可以在血液中循环而不干扰人体的免疫系统，像个导弹一样追

7、踪肿瘤。利用纳米虫，医生就可以发现用传统方法难以检测到的生长中的微小肿瘤。这些微粒运输器将来还可以将更多的毒性抗癌药物有效释放到肿瘤当中去而不影响人体正常细胞。5.纳米虫纳米虫186.纳米细胞修复器19三三 、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用v 病理学检测v 微小探针技术v 纳米生物细胞分离技术v 纳米细胞检疫器:纳米秤v 纳米激光 病理学诊断病理学诊断 肿瘤诊断最可靠的手段是建立在组织细胞水平上的病理学方法，但存在着良恶性及细胞来源判断不准确的问题。利用原子力显微镜原子力显微镜(atomic force microscope，AFM)可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞

8、的形态特点。通过寻找特异性的异常纳米级结构改变，以解决肿瘤诊断的难题。目前，已有多种原子力显微镜问世，AFM克服了STM(Scanning Tunneling Microscope)只适用于具导电性样品的不足之处 。22 Tuan和其同事研制的纳米探针，探测单个活细胞的纳米传感器,当它插入活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA的损伤。 直径50纳米，外面包银的光纤，尖部贴有可识别和结合BPT的单克隆抗体 微小探针技术细胞浸入含有苯并吡(BaP)的液体中苯并吡(BaP)与细胞DNA的代谢生成BPT激发抗体和BPT生荧光光探测器接收探测早期DNA的损伤 23纳米生物细胞分离技术密度梯度离心制备Si

9、O2 纳米微粒, 并将其表面包覆分子层制取含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液 将纳米SiO2 包覆粒子均匀分散到其中 密度梯度离心实现对体内早期肿瘤细胞的发现对所需要的细胞进行分离三、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用三、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用24四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗 纳米载药微粒 纳米基因载体 纳米无机材料 纳米疫苗 磁介导热疗25纳米载药微粒纳米载药微粒 尺度：尺度：直径10500 nm的固态胶体粒子构造构造：药物通过溶解、包裹作用位于粒子内部, 或通过吸附、耦合作用位于粒子表面特点：特点：长循环、缓释、靶向纳米微粒 长循环 靶向、缓释物理化学导向

10、生物导向四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗26 利用药物载体的磁性特点，在外加磁场的作用下，磁性纳米载体将富集在病变部位，进行靶向给药。纳米载药微粒：物理化学导向纳米载药微粒：物理化学导向四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗PEG-FA包裹的磁性纳米材料及其与BT-20细胞的结合能力修饰后的纳米磁性材料四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗28荧光修饰的抗体进行识别和定位 利用抗体、细胞膜表面受体的专一性作用，将配位子结合在载体上，与目标表面的抗原性识别器发生特异性结合，使药物能准确地作用于目的细胞。 纳米载药微粒：纳米载药微粒：生物

11、导向生物导向与抗体结合的纳米材料与肿瘤抗原的特异性结合四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗29纳米基因载体纳米基因载体肿瘤的基因治疗：缺乏靶向性强、转染效率高的基因载体，临床效果不是很理想 纳米基因载体：缓释药物、靶向输送、保护核苷酸、毒性小 脂质体基因载体 树状多聚体的基因载体四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗30 表面正电荷与核苷酸发生静电作用，形成纳米载体与质粒DNA的复合物。通过其表面阳离子与细胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用进入细胞质，实现基因治疗。纳米阳离子脂质体纳米基因载体 1: 纳米脂质体基因载体四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术

12、进行肿瘤治疗以av3 整合蛋白为靶向的基因纳米材料(a): av 3-NP/RAF(-)表达的ATPu-RAF与av3整合蛋白结合;(b):内皮细胞凋亡(c): 肿瘤细胞饥饿死亡.纳米脂质体基因载体四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗32 美国密西根州大学James等研制的对聚酰胺-胺型 (PAMAM)树突状聚合物。装载了DNA的树突状聚合体注入组织，内吞作用的方式进入细胞，DNA分子释放出来，实现基因的整合。 纳米基因载体 2:树突状物的多聚体PAMAM四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗33磁介导热疗磁介导热疗 将纳米尺度的磁性颗粒定位于肿瘤组织，然后施加一外部交变磁场，使材料因产生磁滞、驰豫或感应涡流而被加热，这些热量再传递到材料周边的肿瘤组织中，使肿瘤组织温度超过42，导致细胞的凋亡及坏死，从而实现对肿瘤的治疗。四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗34磁介导热疗磁介导热疗 1 1：磁性阳离子脂质体：磁性阳离子脂质体 Akira Ito, Masashige Shinkai, Hiroyuki Honda, et al. J.Biosci Bioeng.100,1 (2005): 111阳离子脂质体 中性脂质体四、利用纳米技术进行肿瘤治疗四、利用纳米技术进行肿瘤治疗35磁介导