醫(yī)學(xué)納米材料是一種應(yīng)用于納米科技生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新型材料,其通過調(diào)控納米級結(jié)構(gòu)和功能,能夠在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮獨特的作用。生物醫(yī)學(xué)納米材料具有較大的比表面積和可調(diào)控的生物相容性、生物可降解性,可以應(yīng)用于組織工程、藥物傳遞、生物傳感和疾病診斷等方面。
背景介紹
納米藥物載體是指粒徑在10~1000nm的一類新型載體,通常由天然或合成高分子材料制成。 其粒徑比毛細(xì)血管通路遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小,且具有降低藥物毒副作用、提高藥物穩(wěn)定性、緩釋控釋藥物和藥物靶向釋放等優(yōu)點。
應(yīng)用實例
量子點
量子點是具有量子特性的無機(jī)半導(dǎo)體納米晶體,其具有獨特的優(yōu)勢: 發(fā)光波長范圍窄、Stocks 位移大、量子產(chǎn)率高、熒光壽命長、光化學(xué)穩(wěn)定性好、體內(nèi)循環(huán)時間長, 對腫瘤具有很好的被動靶向效果。
1. 作為藥物載體, 可以實時跟蹤藥物在生物體內(nèi)代謝過程及代謝的具體路徑。
2. 與藥物共定位, 在藥物起作用的位點通過活體成像的方式顯示病變部位, 方便實時監(jiān)測與實現(xiàn)影像引導(dǎo)的治療。
金/銀納米顆粒
納米金/銀的SERS以及局部表面等離子共振效應(yīng)性質(zhì)使其能夠高效地區(qū)分骨骼和其他組織, 再結(jié)合光熱/光動力治療, 易于實現(xiàn)納米金/銀的診療一體化。
1. 納米金能很好地吸收近紅外光,并將之轉(zhuǎn)化為熱能或者產(chǎn)生單線態(tài)氧,是一種優(yōu)良的光熱/光動力試劑。
2. 納米銀可以結(jié)合自身的細(xì)胞毒性應(yīng)用于抗腫瘤治療。
3. 可作為抗腫瘤藥物的載體。
碳納米管/石墨烯
碳納米管為微管多孔結(jié)構(gòu),石墨烯為片層結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)使得碳納米材料具有優(yōu)異的電化學(xué)及表面化學(xué)特性、較高的靈敏度、更寬的溫度適應(yīng)范圍及更短的響應(yīng)時間。
1. 碳納米管的中空結(jié)構(gòu)能用來包載藥物,石墨烯的片層表面有很強(qiáng)的電荷親和力,也可以負(fù)載多種藥物。
2. 能高效吸收近紅外光,將之轉(zhuǎn)化為熱能或傳遞給周圍的 O2 形成 ROS,從而將成像和光熱/光動力治療結(jié)合設(shè)計成診療一體化體系。
介孔納米材料
介孔納米材料是一類多孔中空的納米顆粒,具有巨大的比表面積和三維孔道結(jié)構(gòu)。多孔中空結(jié)構(gòu)使介孔納米材料具有較強(qiáng)的物質(zhì)連通性,各種原子、離子和分子不僅能夠與材料表面發(fā)生接觸,更能深入到材料內(nèi)部。
1. 介孔硅類納米顆粒作為診療藥物的載體具有優(yōu)良的生物相容性和可降解性,同時也易于同其他功能材料復(fù)合。
2. 非硅類介孔納米材料主要包括過渡金屬及其氧化物、硫化物和磷酸鹽材料等。部分非硅類材料除了可進(jìn)行成像示蹤功能,還具備良好的藥物控釋與治療功能。
納米脂質(zhì)體
納米脂質(zhì)體具有無毒副作用、生物相容性好、制備工藝簡單等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于基因轉(zhuǎn)染、藥物呈遞和活體成像等領(lǐng)域。
1. 脂質(zhì)體是磷脂或膽固醇雙分子層所形成的封閉囊泡,具高選擇性、低毒性、無免疫原性、易于在生物體內(nèi)降解等優(yōu)點。
2. 可在適當(dāng)?shù)陌悬c控釋藥物,有效保護(hù)藥物穩(wěn)定性,避免藥物被快速降解,顯著提高藥物治療指數(shù)并降低不良反應(yīng)。
聚合物膠束
聚合物膠束由兩親性嵌段(疏水和親水片段)共聚物組成,在水中形成具有內(nèi)核-外殼的球形共聚物膠束。
1. 自組裝形成的具有親水核心和疏水外層的納米球,保護(hù)親水性藥物遞送物并改善其穩(wěn)定性。
2. 聚合物膠束可以裝載各種類型的治療藥物,例如小分子、蛋白質(zhì),并已經(jīng)在臨床試驗中用于遞送癌癥治療藥物。
納米凝膠
納米凝膠具有體積小、易于細(xì)胞內(nèi)穿透、血液循環(huán)穩(wěn)定性高、在各種醫(yī)療應(yīng)用中具有良好的生物相容性等優(yōu)點。
1. 可以封裝各種生物活性化合物,如親水性和親脂性藥物、DNA序列、siRNA、多肽和蛋白質(zhì)。
2. 根據(jù)納米凝膠的結(jié)構(gòu)和藥物之間的相互作用,藥物可以通過破壞化學(xué)鍵或降解納米凝膠基質(zhì)來釋放。
樹狀大分子
樹枝狀大分子是一種具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的超支化聚合物,其質(zhì)量、尺寸、形狀以及表面特性都可以在合成中進(jìn)行控制。
1. 表面的活性官能團(tuán)可以將生物分子或熒光基團(tuán)連接到表面,而藥物等有機(jī)小分子則可以在內(nèi)部包裹負(fù)載。
2. 其內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)可以包裹并且穩(wěn)定金屬納米顆粒及分子藥物用于腫瘤成像和腫瘤治療。
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