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纳米生物医用材料

发布时间：2024-10-11 来源：未知

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中国医学科学院学报

ＡＣＴＡ

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院士述评

纳米生物医用材料

沈家骢＋

（浙江大学高分子合成与功能构造教育部重点实验室，杭州３１００２７）

摘要：纳米生物材料的理论和实验研究正成为现代生物和医用材料的研究热点。随着纳米技术和材料科学、生命

科学的不断交叉，纳米生物医用材料已在新型医用植人材料和介入医用材料、组织工程和再生医学材料、新型药物和基因控释载体及高效生物诊断材料领域取得较大进展。本文主要针对纳米生物医用材料在生物相容性界面、组织再生修复、基因和药物传递及生物诊断上的应用进行评述，并探讨纳米生物医用材料的发展前景。

关键词：纳米生物材料；生物相容性界面；组织工程和再生医学材料；基因药物传递；生物诊断材料中图分类号：０６３１；１１３１８．０８

文献标识码：Ａ

文章编号：ｌｏｏｏ－５０３ｘ（２００６）０４－０４７２—０３

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ＭｅｄＳｉｎ．２００６。２８（４）：４７２—４７４

以人体科学作为基础的医学是战胜疾病、延长析方法、新颖治疗方法与药物输入体系、临床应用寿命、提高人们生活质量的科学，一直是科学家的与管理、毒理学等为研究主题…。几年实践证明这研究热点与关注的焦点。医学必然会吸收世界最先个新兴领域有了很大的发展。在现代科学的推动下，进成果，并与信息科学、生物科学与纳米科学交叉生物技术更是遍地开花，促进现代医学的发展。材融合，实现医学跨越式发展。医学与纳米科学的结料作为先导与结合点必然涉及纳米医学与生物技术合形成纳米医学。美国、日本和欧盟等发达国家均的各个方面，已在新型医用植人材料与介入疗法材对纳米医学给现代医学带来的潜力予以高度重视。料、组织工程与再生医学材料、新型药物、基团控例如２００４年欧州科学基金会就纳米医学的前景开展释载体及高效医用诊断材料等领域取得较大进展。

讨论，并确定了以纳米材料与器件、纳米成象与分

｝中国科学院院士ＭｅｍｂｅｒｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ

万　

方数据

纳米生物医用材料

组织工程与再生医学材料

在多学科交叉基础上的组织工程与再生医学为重建或修复组织与器官提供有效手段的同时，也面临在生命体内应用的巨大挑战。细胞、支架与信息传导体系是组织工程不可或缺的组成部分，支架为重建组织与器件提供必要空间与支撑，为信号传导提供有效渠道。支架的研究已逐步走向成熟，可以提供各种孔径及孔径分布，提供薄膜修饰支架、微粒及三维支架旧ｊ、可注射支架及可降解支架，显然支架还在不断发展，如采用电纺相分离技术制备模拟人体细胞外基质一胶原纤维环境下的微结构比传统多孔支架具有更良好传递营养和代谢产物的能力，更好地诱导细胞和组织生长；采用电纺技术和基团技术结合，获得可控释ＤＮＡ的纳米纤维支架，为调控组织生长过程中生物信号提供了可能。

采用多肽和聚肽的分子组装不仅可制备模拟人

体细胞外基质——胶原纤维的一维纳米纤维，而且

实现聚肽分子纳米纤维和细胞的三维复合¨。。细胞生物学和动物实验表明，这种通过自发组装形成的凝胶具有更好地调控细胞生长、迁移、增殖分化和信息传递的功能。这一研究为突破常规的细胞二维培养、构建新型三维细胞培养系统、实现组织工程和再生医学的应用提供了良好的平台。采用支架宏观塑形和生物大分子组装方式结合¨Ｊ，获得具有诱导分化和再生功能的活性组装体可成为组织工程和再生医学材料的重要发展方向。

生物相容性界面材料

生物相容性和生物功能性问题是生物医用材料研究和应用中经典和关键的问题。利用仿生学思想和微纳技术结合，通过对生命体微纳仿生结构的模拟，研究生物相容性行为和特定微纳结构的内在联系是生物相容性界面材料研究的重要方向。

采用单分子自组装技术和微纳图案化技术结合可构建具有各种特定化学组成、物理拓扑结构的模型表面，深入研究各种特定参数对细胞行为的影响。

层层组装技术是一种基于相反电荷组装体交替吸附的一种组装技术，采用该技术已实现了包括合成聚电解质、蛋白质和ＤＮＡ等大多数生物大分子、功能纳米微球、微米／亚微米尺度的天然生物基元及

万　

方数据预组装超分子聚集体在温和的条件下在众多基材上

的组装。通过该技术，人们不仅实现了对天然生物材料结构的模拟，获得了具有贝壳外观和光泽的层状生物材料ＨＪ，更可实现对包括血液相容性＂１、细胞相容性［６１和基因药物释放【卜钊等功能的调控，为

解决生物医用材料的关键问题——生物相容性和功

能性问题提供有效途径。通过对层状组装层的设计，制备具有抗菌、抗凝和基因药物释放功能的多功能复合生物相容性界面材料有望在组织工程薄膜支架、心血管药物基因冠脉支架和其他介入医用装置中获得良好的应用。

以表面生物分子，包括蛋白质、多糖和ＤＮＡ技术为模板进行的生物矿化研究也为构建多种纳米生物材料提供了良好的手段。以有机分子为模板的生物矿化不仅可实现常温条件下的高机械强度仿生生物材料的制备，而且可实现有机生物分子和无机材料的复合与控释。采用ＤＮＡ和羟基磷灰石的原位组装获得了具有特定纳米结构的ＤＮＡ纳米复合物，实现了界面介导的高基因转染纳米涂层，为骨和相关组织的再生修复提供了良好手段¨…。

智能纳米药物基因传递材料

实现细胞和亚细胞层次上治疗因素的靶向传递和智能控制释放，是降低各种治疗手段的毒副作用、提高治疗效果的共性问题。

药物分子、ＤＮＡ和载体分子的溶液组装行为为制备这种智能纳米药物传递提供了良好手段。通过分子设计合成各种高生物相容性的两亲或两性药物

载体分子，可以利用其在溶液中的自组装行为和药物分子、ＤＮＡ有效复合获得纳米药物组装体。纳米组装体的小尺寸易于跨越各层次的生物屏障，实现细胞和亚细胞层次的给药和治疗；高表面积易于通过各种物理、化学和组装的方式制备生物缔合的纳米微粒，通过生物分子的识别功能实现靶向传递。载体分子中对环境敏感因素的引入则可以为实现人为或生物环境控释的材料提供可能¨ｌ＇１２Ｊ。

对构成病毒的生物分子组装和解组装行为的研究、模拟和制备模拟病毒结构和功能的高转染率非病毒基因载体，将为突破基因治疗的大规模临床应用提供可能ⅢＪ。

Ｖ０１．２８Ｎｏ．４４７３

中国医学科学院学报

高性能生物诊断纳米材料

生物缔合纳米微球将生物分子的识别功能与纳米功能粒子的光、电、磁功能结合在一起为高性能生物诊断材料的研究提供了巨大的潜力。高生物相容性的两亲或两性分子在溶液中形成的胶束、囊泡和各种组装体为功能纳米微球的组装和生长提供的良好的模板，是制备高性能生物诊断材料的有效手段。通过对模板或组装体的控制，可以形成具有特定形状的纳米微球。而生物分子缔合的纳米微球可直接作为定量化标记物，也可以作为底物用于多元生物分析，还可以通过有效增强信号转换等方式在高灵敏度生物分析中显示出潜力０１４］。

功能分子、纳米微球和功能组装体在界面模板

的组装为制备各类生物分析芯片提供了良好的手段。通过微流道技术，微纳图案化技术和分子组装技术结合，人们已经实现多生物分子在微纳尺寸，甚至单分子尺寸上的组装，制备具有集成诊断功能的生物芯片。

采用功能纳米微球作为高性能体内显影剂，增强活体分子影像诊断也成为高性能生物诊断纳米材料的重要方向。但是在功能纳米微球全面进入临床应用前，针对纳米微球安全性的研究将是一个重要问题，通过对无机功能纳米微球界面的复合修饰，获得高生物相容性和生物安全性成为研究热点。

参考

文

献

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（２００６—０６－１６收稿）

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１４

纳米生物医用材料

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

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浙江大学,高分子合成与功能构造教育部重点实验室,杭州,310027中国医学科学院学报

ACTA ACADEMIAE MEDICINAE SINICAE2006,28(4)5次

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