2023年纳米材料在生物医学中的运用

纳米材料在生物医学中的运用【摘要】近些年来纳米材料在生物成像、癌症早期诊断和药物运载等领域的应用越来越广泛，为医学诊断和治疗供应了有力的物质基础和技术支持。但纳米材料在生物医学上的应用存在一些平安性问题，因此亟需开发消退纳米材料生物毒性的方法以削减对生物体和生态环境的破坏。本文将对纳米材料在生物医学的诊断和治疗上的应用以及其平安性问题绽开争论。

【关键词】纳米材料生物医同学物平安性

一、引言

纳米材料主要是指结构单元在纳米尺寸范围(1~100nm)内的一类材料，由于表面原子具有很大的比表面积，其表面能极高，从而获得较多的表面活性中心，化学性质非常活泼，因此纳米材料通常具有特异的性能。纳米材料的发觉始于20世纪80年月初期，随后人们逐步发觉其在光学、磁学、电学和力学方面具有比一般材料更加优越的特性，进而得到了多个领域的关注并渐渐进展起来，广泛应用于生物医学、环境、航空航天和石油钻探等领域的讨论。尤其是在生物医学方面，基于纳米技术的药物和传感器已经应用到实际的医学应用中，而且能够得到是抱负的治疗和诊断结果。通过从纳米尺度进行精确地制备纳米材料，人们打开了更小的微观世界，特殊是生物体细胞层面上的化学反应都发生在纳米的度，纳米材料的使用能有效地检测或调控微观的生理和病理过程。纳米材料进展对医学诊断和医学治疗具有重大意义，已经成为医学界关注的热点和前沿，具有广泛的应用前景和产业化进展空间[1]。

二、纳米材料在医学诊断中的应用

2.1纳米生物传感器

纳米生物传感器是一种由纳米材料制成的检测装置，主要依据将检测到的信息按肯定规律变换为电信号或以其他的形式输出，使人们能定量定性地分析检测物质。生物传感器的研发中人们使用纳米材料，能够提高生物传感器的灵敏度以及检测范围。同时以纳米材料制备的新型传感器具有稳定性好，成本低，生物相容性好等优点，在医学的临床诊断方面得到了高度重视，特殊是作为一项新兴的前沿技术，纳米生物传感器的研发能够进行早期癌症的诊断。纳米传感器可以利用高灵敏度的特点，在血液中可通过微小的电流变化反映出癌细胞的种类和浓度。这种对癌细胞进行的精确分析，有望实现特别疾病的无创、快速诊断，今后人们只需将纳米材料注入人体内，便能在短时间内完成确诊。

2.2纳米生物成像技术

在临床诊断中，通过对生物体内的细胞或特定组织进行直观的图像分析，能够快速高效且精确     地获得生理和病理信息。随着纳米技术的飞速进展，新型的纳米材料被不断制备出来，并且广泛应用于生物医学成像领域。碳纳米管具有良好的发光性能，而且毒性极低，具有良好的生物相容性，能够制备成生物荧光探针用于癌细胞的成像[2]。氧化铁磁性材料具有良好的超顺磁性，能够应用于核磁共振成像的讨论中，由于其能在生物体内特异性的分布，该部位的肿瘤与正常组织的对比度能够显著提高。目前氧化铁磁性材料可作为造影剂广泛应用于临床的肿瘤及其他疾病的诊断[1]。另外，稀土离子掺杂的纳米材料具有良好的光学性质，能够实现多种颜色的可调发光，同时能够避开生物体自身产生的荧光干扰，极大地提升光学成像效果。总之，在将来的生物成像领域，新型功能的纳米材料将发挥至关重要的作用。

三、纳米材料在医学治疗中的应用

3.1纳米载药技术

纳米载药是指首先制备纳米级的载体，荷载药物后输入人体，最终在人体内掌握释放的技术。作为一种新型的给药技术，纳米载药是多学科包括药理学、化学、临床医学交叉讨论进展的产物，其最大的优点是具有靶向性和缓释性。靶向性可以使给药更加精确，不仅可以在增加生物体局部药物浓度的，而且同时可以掌握其他部位的药物浓度，削减对其他组织部位的副作用。缓释可在保证药效的前提下削减药量，同时削减用药频率，进而减轻药物引起的不良反应。对于某些难溶性药物，纳米药物载体可有效减小药物粒径，从而增加其溶解度和溶出度，提高药物的溶解性提高治疗效果。另外，纳米载体供应了封闭包覆环境，药物能在到达作用部位之前尽量保持自身结构的完整性，维持较高的生物活性。目前，能够作为药物载体的纳米材料有介孔二氧化硅、纳米多孔硅和碳纳米管等，尽管短时间内对生物体无毒性，但其在生物体内的降解状况不抱负。为了提高药物载体的降解特性，人们开头关注更易体内分解的高分子纳米材料，如聚合乳酸、乳酸-乙醇酸共聚物、聚丙烯酸酯类等，这些材料能在人体内可水解，降解成无毒产物，是非常有进展前景的药物载体。

3.2纳米生物医用材料和纳米生物相容性器官

纳米材料和生物组织在尺寸上存在着亲密的联系，如核酸指导蛋白质合成过程种形成的核糖核酸蛋白的尺寸就在15-20nm之间，影响人体健康的病毒尺寸也在纳米的范围之内。纳米材料和生物医学的紧密结合，制备纳米医用复合材料及相容性器官，广泛应用于生物医学治疗的讨论中，如制备人造皮肤、血管以及组织工程支架等[3]。在人造骨中，纳米钛合金具有促进骨细胞发育的功能，使骨细胞紧密贴壁生长，同时加速材料和组织的融合。同时，纳米级的羟基磷灰石或聚酰胺复合骨充填材料可以有效填补骨缺损，具有良好的生物相容性，并且能够促进骨细胞生长。依据血液中的红细胞具有运载氧气的功能，人们开发出纳米级的人造红细胞，实现了比一般红细胞更高的氧气运载力量。假如人体心脏因意外而停止跳动，可以立即注入人工的纳米红细胞，供应更加充分的氧气[4]。此外该技术在贫血症和呼吸功能受损的治疗中发挥着重要的作用。

四、纳米材料的生物平安性问题

随着科技水平的不断提升，纳米材料在生物医学领域越来越广泛，但是纳米材料与人类接触的过程中依旧受到平安性问题的困扰。某些纳米材料可以穿透皮肤，透过细胞膜破坏正常细胞引发炎症，造成免疫、生殖和脑部组织的损伤，如超小的TiO2纳米颗粒能引起严峻的呼吸道组织变化，导致上皮组织渗透性增加，引起多种炎症。此外，很多物质在一般条件下并无生物毒性，而在降低到纳米尺寸下材料因难以通过正常代谢途径排出体外表现出蓄积毒性，因此纳米材料的生物平安性是亟需解决的问题。目前已经许多科研工乐观致力于讨论纳米材料的平安性问题，讨论发觉碳基纳米材料（如碳纳米管和石墨烯）会引起生物体内细胞膜磷脂的破坏，造成结构损伤破坏，引起细胞的功能特别；金属氧化物（氧化锌和二氧化钛）易发生氧化还原反应，因该过程会释放电子，会产生肯定的细胞毒性，而且其纳米材料的尺寸越小，其比表面积越大活性越高，产生的电子所引起的毒性越强[5]。为了真正实现纳米材料在临床医学中的应用，人们实行了一系列策略降低纳米材料的毒性，如对纳米材料进行表面修饰提高其生物相容性，降低材料的使用剂量和暴露时间，调整纳米材料的反应环境，以及开发可降解的纳米材料。但是大多数纳米材料的毒性问题依旧没有彻底解决，其生物平安问题依旧是限制纳米材料临床使用的重要因素。

五、结束语

纳米技术作为一项新兴的前沿技术，对生物医学产生了深远的影响。无论是在医学诊断还是医学治疗方面，纳米材料都有巨大的应用和进展前景。纳米材料为医学的进展供应可宽阔的创新空间，且已经取得了显著的讨论成果，使医学诊断更加精准，治疗更有效。纳米技术也促进了生物医学的不