第一篇：納米機(jī)器人論文

納米機(jī)器人在生物學(xué)上的應(yīng)用

學(xué)號：34 姓名:100821234 學(xué)院：生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 班級：1008212

摘要：納米技術(shù)與分子生物學(xué)的結(jié)合將開創(chuàng)分子仿生學(xué)新領(lǐng)域。分子仿生學(xué)模仿細(xì)胞生命過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，以分子水平上的生物學(xué)原理為參照原型，設(shè)計(jì)制造各種各樣的可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”———納米機(jī)器人。納米機(jī)器人的研制和開發(fā)將成為２１世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向。關(guān)鍵字：納米技術(shù) 納米機(jī)器人 分子馬達(dá) 1前沿：納米機(jī)器人的研究屬于分子仿生學(xué)的范疇，它根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。納米生物學(xué)的近期設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。合成生物學(xué)對細(xì)胞信號傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計(jì)，開發(fā)“在體”（in vivo）或“濕”的生物計(jì)算機(jī)或細(xì)胞機(jī)器人，從而產(chǎn)生了另種方式的納米機(jī)器人技術(shù)。

2納米生物學(xué)與納米機(jī)器人

納米生物學(xué)的設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。涉及的內(nèi)容可歸納為以下三個(gè)方面：

①在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的聯(lián)系。

②在納米尺度上獲得生命信息，例如，利用掃描隧道顯微鏡獲取細(xì)胞膜和細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)信息等。

③納米機(jī)器人的研制。

納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容。

第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療。還可以用來進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行[1]。

第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置。

第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對話的裝置。

3納米機(jī)器人不久將進(jìn)入我們的生活

用不了多久，個(gè)頭只有分子大小的納米機(jī)器人將源源不斷地進(jìn)入人類的日常生活。它們將為我們制造鉆石、艦艇、鞋子、牛排和復(fù)制更多的機(jī)器人。要它們停止工作只需啟動(dòng)事先設(shè)定的程序。表面來看，上述想法近乎不可思議：一項(xiàng)單一的技術(shù)在應(yīng)用初期就能治病、延緩衰老、清理有毒的廢物、擴(kuò)大世界的食物供應(yīng)、筑路、造汽車和造樓房？這并非天方夜譚，也許在21世紀(jì)中葉前就可以實(shí)現(xiàn)。全世界的研究機(jī)構(gòu)都在想方設(shè)法將這些設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)。美國總統(tǒng)克林頓曾經(jīng)宣布成立美國國家納米研究機(jī)構(gòu)，承諾提供50億美元進(jìn)行這方面的嘗試。

其實(shí)，納米技術(shù)一詞由來已久。理查德·費(fèi)恩曼是繼愛因斯坦之后最有爭議和最偉大的理論物理學(xué)家，1959年他在一次題目為《在物質(zhì)底層有大量的空間》的演講中提出：將來人類有可能建造一種分子大小的微型機(jī)器，可以把分子甚至單個(gè)的原子作為建筑構(gòu)件在非常細(xì)小的空間構(gòu)建物質(zhì)，這意味著人類可以在最底層空間制造任何東西。從分子和原子著手改變和組織分子是化學(xué)家和生物學(xué)家意欲到達(dá)的目標(biāo)。這將使生產(chǎn)程序變得非常簡單，你只需將獲取到的大量的分子進(jìn)行重新組合就可形成有用的物體。事實(shí)上，每一個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)活生生的納米技術(shù)應(yīng)用的實(shí)例：細(xì)胞不僅將燃料轉(zhuǎn)化為能量，而且按照儲存在DNA中的信息來建造和激活蛋白質(zhì)和酶，通過對不同物種的DNA進(jìn)行重組，基因工程家已經(jīng)學(xué)會建造新的這類

納米工具，例如用細(xì)菌細(xì)胞來生產(chǎn)醫(yī)用激素。1990年 我國著名學(xué)者周海中教授在《論機(jī)器人》一文中預(yù)言：到二十一世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。

3納米機(jī)器人結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

米機(jī)器人警察不在理論上，納米機(jī)器可以構(gòu)建所有的物體。當(dāng)然從理論到真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用是不能等同的，但納米機(jī)械專家已經(jīng)表明，實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的應(yīng)用是可行的。在掃描隧道電子顯微鏡幫助下，納米機(jī)械專家已經(jīng)能將獨(dú)立的原子安排成自然界從未有的結(jié)構(gòu)。此外，納米機(jī)械專家還設(shè)計(jì)出了只由幾個(gè)分子組成的微小齒輪和馬達(dá)。（切勿將這些齒輪和馬達(dá)與那些由數(shù)以百萬計(jì)分子組成的用傳統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建的微小齒輪和馬達(dá)相混淆，這些機(jī)器同未來制造的機(jī)器相比較實(shí)在是太巨大了）。

25年內(nèi)，納米技術(shù)學(xué)家期望實(shí)現(xiàn)這些存在于科學(xué)陳列室中的想法，創(chuàng)造出真實(shí)的、可以工作的納米機(jī)器。這些納米機(jī)器有微小的“手指”可以精巧地處理各種分子；有微小的“電腦”來指揮“手指”如何操作?！笆种浮笨赡苡商技{米管制造，它的強(qiáng)度是鋼的100倍，細(xì)度是頭發(fā)絲的五萬分之一?！半娔X”可能由碳納米管制造，這些碳納米管既能做晶體管又能做連接它們的導(dǎo)線?！半娔X”也可能由DNA制造，用適當(dāng)?shù)能浖妥銐虻撵`巧性進(jìn)行武裝的納米機(jī)器人可以構(gòu)建任何物質(zhì)。

納米機(jī)器人執(zhí)行任何任務(wù)包括自身復(fù)制都必須動(dòng)用大量的納米機(jī)器。血液里可能存在數(shù)以百萬計(jì)的納米機(jī)器人；在每一個(gè)有毒廢物地點(diǎn)可能需要數(shù)以萬億計(jì)的納米機(jī)器人，要制造一輛汽車可能要調(diào)動(dòng)數(shù)以一百億億計(jì)的納米機(jī)器人同時(shí)工作。然而沒有一個(gè)生產(chǎn)線可以生產(chǎn)如此巨大數(shù)量的納米機(jī)器人。

但是納米科學(xué)家眼中的納米機(jī)器可以做到這點(diǎn)。他們設(shè)計(jì)的納米機(jī)器人可以完成兩件事情：執(zhí)行它們的主要任務(wù)和制造出它們自身完美的復(fù)制體。如果第一個(gè)納米機(jī)器人能夠制造出兩個(gè)復(fù)制體，這兩個(gè)復(fù)制體每個(gè)又可制造出兩個(gè)自己的復(fù)制體，很快就可 以獲得萬億個(gè)納米機(jī)器人。但是，假如納米

機(jī)器人忘記停止復(fù)制會發(fā)生什么？如果沒有一些內(nèi)建的停止信號，納米機(jī)器人忘記停止復(fù)制這種災(zāi)難的可能后果將會是無法計(jì)算的。納米機(jī)器人在人體內(nèi)快速復(fù)制能夠比癌癥擴(kuò)散還要快地布滿正常組織；一個(gè)發(fā)瘋的制造食物機(jī)器人能夠把地球的整個(gè)生物圈變成一塊巨大的奶酪。納米技術(shù)學(xué)家沒有回避危險(xiǎn)，但是他們相信他們能控制災(zāi)難的發(fā)生。其中一個(gè)辦法是設(shè)計(jì)出一種軟件程序使納米機(jī)器人在復(fù)制數(shù)代后自我摧毀。另一種辦法是設(shè)計(jì)出一種只在特定條件下復(fù)制的機(jī)器人，例如只有在有毒化學(xué)物質(zhì)以較高濃度出現(xiàn)時(shí)機(jī)器人才能復(fù)制，或者在一個(gè)很窄的溫度和濕度范圍內(nèi)機(jī)器人才能復(fù)制。就像電腦病毒的傳播一樣，所有以上這些努力都無法阻止那些不懷好意的人有意釋放某種納米機(jī)器人作為害人武器。事實(shí)上，一些批評家指出納米技術(shù)可能的危險(xiǎn)要大于它的益處。然而，僅僅這些利益就已經(jīng)太具誘惑力了，納米技術(shù)必將超過電子計(jì)算機(jī)和基因制藥而成為新世紀(jì)的技術(shù)發(fā)展方向。世界可能會需要一個(gè)納米技術(shù)免疫系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)中納斷地在微觀世界中同那些不懷好意的機(jī)器人進(jìn)行戰(zhàn)斗[2]

。納米機(jī)器人的動(dòng)力——分子馬達(dá)

分子馬達(dá)（molecular motor），是美國康奈爾大學(xué)研究人員在活細(xì)胞內(nèi)的能源機(jī)制啟發(fā)下，制造出的一種馬達(dá)。這種微型馬達(dá)以三磷酸腺苷酶為基礎(chǔ)，依靠為細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）為能源。

美國科學(xué)家正在進(jìn)行一項(xiàng)新研究，讓納米儀器利用為精子長距離游動(dòng)提供能量的生物能為動(dòng)力，用來釋放藥物，或者在人體內(nèi)執(zhí)行機(jī)械功能。

首先，這些研究人員針對精子的特殊部位，用一個(gè)可以粘貼在特殊的金表面的標(biāo)簽取代了己糖激酶(糖酵解的第一個(gè)酶)。這種酶即使在受到限制的時(shí)候，仍然能產(chǎn)生作用。接著，他們在糖酵解途經(jīng)的第二個(gè)酶——葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶上作了標(biāo)記。這種酶在受到限制后，還仍然具有活性。粘附在相同支撐物上的這些酶會依次產(chǎn)生作用，第一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物將會成為第二個(gè)反應(yīng)的[2]李易 納米技術(shù)取得進(jìn)展【J】國外科技動(dòng)態(tài) 1998.11

[3]李沐純等.中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2003

[4]納米機(jī)器人——分子仿生學(xué)新領(lǐng)基礎(chǔ)[3]。

域《中國高新技術(shù)企業(yè)評價(jià)》2001

穆凱和特拉維斯表示，這只是在無機(jī)支撐物上復(fù)制整個(gè)糖酵解途徑的最初幾步，他們指出，他們的研究從原理上為精子中的糖酵解途徑的組織如何在納米設(shè)備上產(chǎn)生三磷酸腺甙提供了一個(gè)天然的工程學(xué)解決方案。我國在納米機(jī)器人研究上的進(jìn)展

一臺能夠在納米尺度上操作的機(jī)器人系統(tǒng)樣機(jī)由中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化所研制成功，并通過了國家“863”自動(dòng)化領(lǐng)域智能機(jī)器人專家組的驗(yàn)收。在一個(gè)演示中，沈陽自動(dòng)化所的研究人員操縱“納米微操作機(jī)器人”，在一塊硅基片上１×２μｍ的區(qū)域上清晰刻出“ＳＩＡ”三個(gè)英文字母（沈陽自動(dòng)化所的縮寫）；另一個(gè)演示顯示，在一個(gè)５×５μｍ的硅基片上，操作者將一個(gè)４μｍ長、100ｎｍ（納米）粗細(xì)的碳納米管準(zhǔn)確移動(dòng)到一個(gè)刻好的溝槽里。據(jù)介紹，由重慶科研人員開發(fā)的這種名為“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”的納米機(jī)器人醫(yī)生已經(jīng)是第二次被列入國家“863計(jì)劃”，前一次獲得了該計(jì)劃500萬元基金支持，并于2004年獲得“863計(jì)劃”專家組驗(yàn)收，但這種機(jī)器人目前還只能鉆進(jìn)人的肚子里通過傳輸圖像“瞧病”，還沒有治病的本事。參考文獻(xiàn)

[1]姜忠義 納米生物技術(shù)【M】 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003

第二篇：選修課論文納米機(jī)器人

納米機(jī)器人

-------治療目前醫(yī)學(xué)無法治愈的疾病

一、納米技術(shù)的含義

.所謂納米技術(shù)，是指在0.1~100納米的尺度里，研究電子、原子和分子內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的一項(xiàng)嶄新技術(shù)?？茖W(xué)家們在研究物質(zhì)構(gòu)成的過程中，發(fā)現(xiàn)在納米尺度下隔離出來的幾個(gè)、幾十個(gè)可數(shù)原子或分子，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能設(shè)備的技術(shù)，就稱為納米技術(shù)。

納米技術(shù)與微電子技術(shù)的主要區(qū)別是：納米技術(shù)研究的是以控制單個(gè)原子、分子來實(shí)現(xiàn)設(shè)備特定的功能，是利用電子的波動(dòng)性來工作的；而微電子技術(shù)則主要通過控制電子群體來實(shí)現(xiàn)其功能，是利用電子的粒子性來工作的。人們研究和開發(fā)納米技術(shù)的目的，就是要實(shí)現(xiàn)對整個(gè)微觀世界的有效控制。

納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。1993年，國際納米科技指導(dǎo)委員會將納米技術(shù)劃分為納米電子學(xué)、納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米加工學(xué)和納米計(jì)量學(xué)等6個(gè)分支學(xué)科。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。

納米是一個(gè)微小的長度單位，1納米等于10億分之一米。根頭發(fā)絲有7萬到8萬納米。納米技術(shù)這個(gè)詞匯出現(xiàn)在1974年。納米科學(xué)、納米技術(shù)是在 0。10到100納米尺度的空間內(nèi)研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及特性。納米材料是納米技術(shù)的重要的組成部分，也是國際上競爭的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。碳納米管自從 1991年被發(fā)現(xiàn)以來，就一直被譽(yù)為未來的材料。碳納米管在強(qiáng)度上大約比鋼強(qiáng)100倍，其傳熱性能優(yōu)于所有已知的其它材料。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性，在常溫下導(dǎo)電時(shí)，幾乎不產(chǎn)生電阻。納米陶瓷材料在1600攝氏度高溫下能像橡皮泥那樣柔軟，在室溫下也能自由彎曲。從1998年世界上第一只納米晶體管制成，到1999年100納米芯片問世，使20世紀(jì)最后10年世界上出現(xiàn)的“納米熱”進(jìn)一步升溫。

(注：該部分內(nèi)容參考百度文庫)

二、納米應(yīng)用領(lǐng)域

經(jīng)過以上介紹想必對于納米會有初步了解了，下面再介紹一下目前納米技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)域?，F(xiàn)在納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，涉及陶瓷領(lǐng)域、微電子領(lǐng)域、生物工程、光電領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、分子組裝方面。

1、所謂納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。要制備納米陶瓷，這就需要解決：粉體尺寸形貌和粒徑分布的控制，團(tuán)聚體的控制和分散。塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制。

2、納米電子學(xué)是納米技術(shù)的重要組成部分，其主要思想是基于納米粒子的量子效應(yīng)來設(shè)計(jì)并制備納米量子器件，它包括納米有序（無序）陣列體系、納米微粒與微孔固體組裝體系、納米超結(jié)構(gòu)組裝體系。納米電子學(xué)的最終目標(biāo)是將集成電路進(jìn)一步減小，研制出由單原子或單分子構(gòu)成的在室溫能使用的各種器件。3,、眾所周知，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小單位。生物分子是很好的信息處理材料，每一個(gè)生物大分子本身就是一個(gè)微型處理器，分子在運(yùn)動(dòng)過程中以可預(yù)測方式進(jìn)行狀態(tài)變化，其原理類似于計(jì)算機(jī)的邏輯開關(guān)，利用該特性并結(jié)合納米技術(shù)，可以此來設(shè)計(jì)量子計(jì)算機(jī)。美國南加州大學(xué)的Adelman博士等應(yīng)用基于DNA分子計(jì)算技術(shù)的生物實(shí)驗(yàn)方法，有效地解決了目前計(jì)算機(jī)無法解決的問題-“哈密頓路徑問題”，使人們對生物材料的信息處理功能和生物分子的計(jì)算技術(shù)有了進(jìn)一步的認(rèn)識。

4、納米技術(shù)的發(fā)展，使微電子和光電子的結(jié)合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運(yùn)算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術(shù)用于現(xiàn)有雷達(dá)信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行高精度的對地偵察。但是要獲取高分辨率圖像，就必需先進(jìn)的數(shù)字信息處理技術(shù)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，將光調(diào)制器和光探測器結(jié)合在一起的量子阱自電光效應(yīng)器件，將為實(shí)現(xiàn)光學(xué)高速數(shù)學(xué)運(yùn)算提供可能。

5、納米粒子作為光催化劑，有著許多優(yōu)點(diǎn)。首先是粒徑小，比表面積大,光催化效率高。另外，納米粒子生成的電子、空穴在到達(dá)表面之前，大部分不會重新結(jié)合。因此，電子、空穴能夠到達(dá)表面的數(shù)量多，則化學(xué)反應(yīng)活性高。其次，納米粒子分散在介質(zhì)中往往具有透明性，容易運(yùn)用光學(xué)手段和方法來觀察界面間的電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、半導(dǎo)體能級結(jié)構(gòu)與表面態(tài)密度的影響。目前，工業(yè)上利用納米二氧化鈦-三氧化二鐵作光催化劑，用于廢水處理（含SO32-或 Cr2O72-體系），已經(jīng)取得了很好的效果。

6、隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上該技術(shù)也開始嶄露頭腳。研究人員發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)的RNA蛋白質(zhì)復(fù)合體，其線度在15~20nm之間，并且生物體內(nèi)的多種病毒，也是納米粒子。10nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小，因而可以在血管中自由流動(dòng)。如果將超微粒子注入到血液中，輸送到人體的各個(gè)部位，作為監(jiān)測和診斷疾病的手段。科研人員已經(jīng)成功利用納米 SiO2 微粒進(jìn)行了細(xì)胞分離，用金的納米粒子進(jìn)行定位病變治療，以減少副作用等。另外，利用納米顆粒作為載體的病毒誘導(dǎo)物已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)在已用于臨床動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，估計(jì)不久的將來即可服務(wù)于人類。

7、納米技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種納米微粒，合成塊體。研究評估表征的方法，并探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。利用納米材料已挖掘出來的奇特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料。目前主要是進(jìn)行納米組裝體系、人工組裝合成納米結(jié)構(gòu)材料的研究。雖然已經(jīng)取得了許多重要成果，但納米級微粒的尺寸大小及均勻程度的控制仍然是一大難關(guān)。如何合成具有特定尺寸，并且粒度均勻分布無團(tuán)聚的納米材料，一直是科研工作者努力解決的問題。目前，納米技術(shù)深入到了對單原子的操縱，通過利用軟化學(xué)與主客體模板化學(xué)，超分子化學(xué)相結(jié)合的技術(shù)，正在成為組裝與剪裁，實(shí)現(xiàn)分子手術(shù)的主要手段?？茖W(xué)家們設(shè)想能夠設(shè)計(jì)出一種在納米量級上尺寸一定的模型，使納米顆粒能在該模型內(nèi)生成并穩(wěn)定存在，則可以控制納米粒子的尺寸大小并防止團(tuán)聚的發(fā)生。可見納米技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)融入到生活很多領(lǐng)域了，接下來我就要說一下我想講解的納米機(jī)器人了。

三、納米機(jī)器人

物理學(xué)家總是模擬生物學(xué)原理制作各種靈巧的機(jī)器，這就是仿生學(xué)。仿生學(xué)是生物物理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，它按照生物學(xué)原理提出設(shè)計(jì)原型，制造用于特殊目的的“功能器件”。

“納米機(jī)器人”的研制屬于分子仿生學(xué)的范疇，它根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。納米生物學(xué)的近期設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。目前涉及的內(nèi)容可歸納為以下三個(gè)方面：

1、在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的聯(lián)系。

2、在納米尺度上獲得生命信息，例如，利用掃描隧道顯微鏡獲取細(xì)胞膜和細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)信息等。

3、納米機(jī)器人的研制。納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容，第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療。還可以用來進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的ＤＮＡ，或把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對話的裝置。這種納米機(jī)器人一旦問世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。

高中學(xué)生物的時(shí)候，學(xué)到過細(xì)胞的組成成分，細(xì)胞是由細(xì)胞壁、細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)所組成。是細(xì)胞質(zhì)的基本成分，主要含有多種可溶性酶、糖、無機(jī)鹽和水等。細(xì)胞器是分布于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)、具有一定形態(tài)、在細(xì)胞生理活動(dòng)中起重要作用的結(jié)構(gòu)。它包括：線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)器、高爾基體、溶酶體、微絲、微館、中心粒等。細(xì)胞核，它是由核膜、核骨架、核仁構(gòu)成。就動(dòng)物而說不具有細(xì)胞壁。再說一下靶細(xì)胞，基本含義是某種細(xì)胞成為另外的細(xì)胞或抗體的攻擊目標(biāo)時(shí)，前者就叫做后者的靶細(xì)胞。例如帶有表面抗原的細(xì)胞受到免疫細(xì)胞或特異性抗體的攻擊，它就是該抗原的靶細(xì)胞。能夠接受內(nèi)分泌細(xì)胞分泌激素刺激的器官或細(xì)胞稱為靶器官或靶細(xì)胞。靶細(xì)胞具有與激素特異性結(jié)合的受體。含氮激素的受體位于靶細(xì)胞膜上，類固醇激素的受體位于靶細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，它們通過靶細(xì)胞內(nèi)不同的信號傳遞系統(tǒng)，作用于細(xì)胞核內(nèi)相應(yīng)的基因，從而調(diào)節(jié)控制該基因的表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)的功能物質(zhì)。

美國科學(xué)家破解部分病毒進(jìn)入靶細(xì)胞的機(jī)理

美國西北大學(xué)的研究人員破解了一些病毒具有的一種叉狀蛋白的結(jié)構(gòu)，這些病毒正是通過這種結(jié)構(gòu)進(jìn)入細(xì)胞，繼而誘發(fā)感染。這種蛋白被稱為融合蛋白，即F蛋白，首先發(fā)現(xiàn)于副流感病毒5的外表面，在感染細(xì)胞前通過F蛋白可以將病毒的細(xì)胞膜與宿主細(xì)胞膜融合。隨后，病毒細(xì)胞核內(nèi)的遺傳基因便可以進(jìn)入宿主細(xì)胞，進(jìn)行自身的復(fù)制增殖。

我所研究的論題是制造一種納米機(jī)器人，具有細(xì)胞識別功能的，可作用于特定靶細(xì)胞的，用于解決一些難以治愈的疾病例如糖尿病，腦癱以及癌癥等。首先這種納米機(jī)器人要具備細(xì)胞的基本特征，進(jìn)入人體內(nèi)不會發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，帶有特定的功能，能夠起到修復(fù)細(xì)胞和消滅變異細(xì)胞的作用。如美國科學(xué)家所做的一樣，該種納米機(jī)器人細(xì)胞膜上要具有F蛋白，與特定靶細(xì)胞膜進(jìn)行融合，進(jìn)而使納米機(jī)器人內(nèi)部正常的基因進(jìn)入到病變細(xì)胞。拿癌癥舉例，在敘述癌以前,首先對“腫瘤”加以說明。腫瘤是身體的一部分細(xì)胞與機(jī)體的其他組織生長不協(xié)調(diào),表現(xiàn)為任意地、無節(jié)制地增殖分裂,增長成一個(gè)大的組織塊則為腫瘤。腫瘤有良性的又有惡性的。良性腫瘤逐漸增長時(shí)僅是壓迫周圍組織,而惡性腫瘤除了壓迫以外還可以向周圍浸潤,也就是腫瘤組織不斷侵入周圍組織,這種惡性腫瘤就稱為 “癌”。

癌是怎樣產(chǎn)生的？

學(xué)者們認(rèn)為由起癌物質(zhì)進(jìn)入正常細(xì)胞后和遺傳控制物質(zhì)（如DNA, RNA, Protein）作用后產(chǎn)生的。其作用的結(jié)果可產(chǎn)生兩種效果，一為改變遺傳物質(zhì)的構(gòu)造，使基因產(chǎn)生突變（見基因突變說）；另一為使基因的作用及表現(xiàn)受到改變但不影響到基因的構(gòu)造（見蛋白缺如說，抑制物失效說及癌性基因說）。人為什么會生癌，什么是癌細(xì)胞？

一個(gè)成人身體大約由近一千萬億個(gè)細(xì)胞組成。細(xì)胞的種類非常多，可是個(gè)個(gè)識大體，顧大局，有分工，有合作，工作起來循規(guī)蹈矩，所以，把人體比作一個(gè)“細(xì)胞國家”，那是再形象不過的了?！凹?xì)胞國家”有時(shí)會出現(xiàn)一些不安定分子，在“教唆犯”的作用下，起來“造反”，不服從整體，自由主義泛濫，大搞特權(quán)，另立門戶，嚴(yán)重危脅著“國家”的安全。這些不安全的分子就是癌細(xì)胞.癌細(xì)胞是怎樣產(chǎn)生的呢？誰是“教唆犯”呢？科學(xué)家們一百多年的研究認(rèn)為病毒、霉菌、射線、化學(xué)致癌劑等是癌細(xì)胞的“教唆犯”。人體細(xì)胞的代謝可使它們變?yōu)槿菀着判沟膹U物，被排出體外，但也可能在酶的生物轉(zhuǎn)化作用下，使它們變成能直接引起細(xì)胞遺傳物質(zhì)DNA突變的最終致癌物。這僅是癌形成過程的第一階段，只需幾秒鐘至幾小時(shí)。第二階段，最終致癌物質(zhì)作用于細(xì)胞。如經(jīng)DNA修復(fù)有缺陷，DNA就發(fā)生突變，改變遺傳的性能。當(dāng)細(xì)胞分裂繁殖時(shí)，下一代子細(xì)胞接受了錯(cuò)誤的信息，形態(tài)就發(fā)生了變化，成為癌細(xì)胞，又慢慢地發(fā)展成癌細(xì)胞集團(tuán)。當(dāng)它變成臨床上能察見的癌時(shí)，雖然開始只有一個(gè)火柴頭那么大，但已包含了三千萬個(gè)癌細(xì)胞。第二階段則相當(dāng)長，大約需要15到30年。由于癌的潛伏期長。所以癌癥病人以老年人為多。

什么是癌細(xì)胞？癌細(xì)胞的特征前已說過，癌癥是人體在各種致癌因素的作用下，局部組織細(xì)胞異常增生而形成的新生物。不用說，癌細(xì)胞是由正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來。而正常細(xì)胞一旦轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞就獲得了強(qiáng)大的生命力，并且有獨(dú)特生物學(xué)特征和行為。首先，癌細(xì)胞不斷增殖，這種增殖不受身體內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制，更不是身體所必需。我們知道，人體正常細(xì)胞有一個(gè)生長、繁殖、衰老和死亡的過程。老化的細(xì)胞死亡之后就會有新的細(xì)胞來取代它，以維持身體組織、器官的正常功能。故人體絕大部分細(xì)胞都可以增殖。但是，正常細(xì)胞的增殖是有限度的，身體內(nèi)部會自我控制。如外后細(xì)胞即開始繁殖，但當(dāng)傷口愈合后，在身體內(nèi)部調(diào)節(jié)因素作用下，馬上停止。而癌細(xì)胞則不然，可以無止境地增生，直到人身死亡。第二，癌細(xì)胞由于不能成熟（即分化障礙），故不具備對身體有任何益處功能，常常是“成事不足，敗事有余”。例如白血病，血液中出現(xiàn)大量的幼稚白細(xì)胞，但這些細(xì)胞不像通常白細(xì)胞那樣，能抵抗入侵身體的細(xì)菌和病毒，相反，由于無休止地增殖而消耗大量的養(yǎng)分。另外，有的癌癥卻表現(xiàn)出不具備的功能，后者與整體功能極協(xié)調(diào)。如肺臟，并不是內(nèi)分泌器官，但肺癌卻能產(chǎn)生促腎上腺皮質(zhì)激素，這些非常器官非常時(shí)期分泌的激素，嚴(yán)重地?cái)_亂了正常生命活動(dòng)和秩序，從而出現(xiàn)一系列病態(tài)。第三，癌細(xì)胞無孔不鉆，無處不到。癌細(xì)胞大多呈侵襲性生長，破壞附近組織、器官的正常結(jié)構(gòu)和功能，造成不同程度的功能障礙。癌細(xì)胞非常好動(dòng)，會從一個(gè)地方跑到另一地方（即轉(zhuǎn)移），并繼續(xù)生長繁殖，形成新的癌瘤（轉(zhuǎn)移癌灶），對身體造成更嚴(yán)重的危害，也大大地增加了治療難度，是癌癥病人死亡的主要原因之一。

（注：癌細(xì)胞介紹出自阿里醫(yī)藥）所以納米機(jī)器人的作用就是直接消滅或吞噬掉或修復(fù)破損細(xì)胞，像癌細(xì)胞這種已經(jīng)病變的細(xì)胞，納米機(jī)器人的作用就是消滅癌細(xì)胞，具有特定細(xì)胞識別功能，進(jìn)入人體后，找到病變細(xì)胞，進(jìn)行細(xì)胞融合后將納米機(jī)器人內(nèi)部所帶的消滅癌細(xì)胞的物質(zhì)注入，直接殺死癌細(xì)胞。采用這種方法可以直接消滅癌細(xì)胞，最終達(dá)到治愈的目的。但是這里又面臨一個(gè)問題，一個(gè)納米機(jī)器人只作用一個(gè)細(xì)胞這個(gè)需要的成本太高，需要制造出的納米機(jī)器人在進(jìn)行細(xì)胞融合后還可以進(jìn)行細(xì)胞分裂，再將自己分裂出去，作用于下一個(gè)病變細(xì)胞。為了不會對身體產(chǎn)生影響，納米機(jī)器人需要在一定時(shí)間內(nèi)如十二小時(shí)候自行分解，這要求其內(nèi)部帶有溶酶體，再一定條件下激發(fā)，自己分解。同樣可以制造出治療各種身體內(nèi)部疾病的納米機(jī)器人。

我認(rèn)為納米機(jī)器人的研發(fā)將會成為人類的有一個(gè)里程碑。

第三篇：關(guān)于納米機(jī)器人的報(bào)告

關(guān)于納米機(jī)器人的報(bào)告

納米機(jī)器人的研究屬于分子仿生學(xué)的范疇，它根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。納米生物學(xué)的近期設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。合成生物學(xué)對細(xì)胞信號傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計(jì)，開發(fā)“在體”（in vivo）或“濕”的生物計(jì)算機(jī)或細(xì)胞機(jī)器人，從而產(chǎn)生了另種方式的納米機(jī)器人技術(shù)。

納米生物學(xué)的設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。涉及的內(nèi)容可歸納為以下三個(gè)方面：

1.在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的聯(lián)系； 2.在納米尺度上獲得生命信息，例如，利用掃描隧道顯微鏡獲取細(xì)胞膜和細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)信息等； 3.納米機(jī)器人的研制。

納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容。

第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療。還可以用來進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。

第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置。第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對話的裝置。

在納米生物學(xué)原子力顯微鏡(Atomic force microscopy, AFM)和光鑷(optical tweezers)應(yīng)用最為廣泛。

原子力顯微鏡(Atomic force microscopy)是20 世紀(jì)80 年代問世的掃描探針顯微鏡的(scanning probe microscope, SPM)的一種。它的放大倍數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常規(guī)的光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡鏡, 其極限達(dá)到了10 億倍, 可以直接觀察物質(zhì)的分子和原子。另外,AFM 的樣品制備非常容易, 還可以在模擬生物學(xué)環(huán)境中使用, 這些優(yōu)勢使它廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)大分子的拓?fù)鋵W(xué)分析、多蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)解析等方面的研究。在對AFM 的針尖進(jìn)行一些特殊的處理之后, 它可以粘附生物大分子, 從而使我們可以利用微懸臂的形變來對其進(jìn)行一系列的力學(xué)性質(zhì)的測量。

光鑷(optical tweezers)技術(shù)也是上個(gè)世紀(jì)80 年代興起的一種微觀動(dòng)力學(xué)測量技術(shù)。它利用激光束形成的三維勢阱控制微觀物體的位置和移動(dòng), 可以探測納米級的位移以及皮牛級的相互作用力, 廣泛應(yīng)用于馬達(dá)蛋白運(yùn)動(dòng)以及RNA 聚合酶工作原理等研究方向。與AFM相比, 光鑷系統(tǒng)對分子相互作用力的測量精細(xì)度更高, 但會受限于激光器功率;原子力顯微鏡則不會遇到這方面的問題, 并且憑借其操作簡單方便的優(yōu)勢,可有效的彌補(bǔ)光鑷系統(tǒng)的缺陷。

原子力顯微鏡與光鑷技術(shù)的有機(jī)結(jié)合, 可以在分子及原子水平剖析重要的生物大分子的結(jié)構(gòu)功能相關(guān)性, 這將為詳盡描繪生物大分子的功能奠定基礎(chǔ), 同時(shí)還將極大地推動(dòng)現(xiàn)有的分子細(xì)胞生物學(xué)研究的進(jìn)展。隨著納米技術(shù)與生命科學(xué)結(jié)合程度的深入, 越來越多的納米技術(shù)將被應(yīng)用于生命科學(xué)研究領(lǐng)域,為生命科學(xué)的研究手段帶來了革命性的變化。除去現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的原子力顯微鏡和光鑷技術(shù)外, 量子點(diǎn)、相干反斯托克斯拉曼顯微 等高新技術(shù)亦正在蓬勃發(fā)展, 可以預(yù)見, 在不久的將來, 伴隨著更多更先進(jìn)的納米生物學(xué)技術(shù)在生命科學(xué)中的有效應(yīng)用, 越來越多的生命科學(xué)難題將在分子及原子水平得到詮釋。

納米機(jī)器人的動(dòng)力——分子馬達(dá)

分子馬達(dá)（molecular motor），是美國康奈爾大學(xué)研究人員在活細(xì)胞內(nèi)的能源機(jī)制啟發(fā)下，制造出的一種馬達(dá)。這種微型馬達(dá)以三磷酸腺苷酶為基礎(chǔ)，依靠為細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）為能源。

美國科學(xué)家正在進(jìn)行一項(xiàng)新研究，讓納米儀器利用為精子長距離游動(dòng)提供能量的生物能為動(dòng)力，用來釋放藥物，或者在人體內(nèi)執(zhí)行機(jī)械功能。

首先，這些研究人員針對精子的特殊部位，用一個(gè)可以粘貼在特殊的金表面的標(biāo)簽取代了己糖激酶(糖酵解的第一個(gè)酶)。這種酶即使在受到限制的時(shí)候，仍然能產(chǎn)生作用。接著，他們在糖酵解途經(jīng)的第二個(gè)酶——葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶上作了標(biāo)記。這種酶在受到限制后，還仍然具有活性。粘附在相同支撐物上的這些酶會依次產(chǎn)生作用，第一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物將會成為第二個(gè)反應(yīng)的基礎(chǔ)。

穆凱和特拉維斯表示，這只是在無機(jī)支撐物上復(fù)制整個(gè)糖酵解途徑的最初幾步，他們指出，他們的研究從原理上為精子中的糖酵解途徑的組織如何在納米設(shè)備上產(chǎn)生三磷酸腺甙提供了一個(gè)天然的工程學(xué)解決方案。參考文獻(xiàn)

[1]姜忠義 納米生物技術(shù)【M】 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2003 2]李易 納米技術(shù)取得進(jìn)展【J】國外科技動(dòng)態(tài) 1998.11 [3]李沐純等.中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2003 [4]納米機(jī)器人——分子仿生學(xué)新領(lǐng)域《中國高新技術(shù)企業(yè)評價(jià)》2001 [ 5]納米生物學(xué)研究中的新技術(shù)* 劉丹，郭振，王振興，張凝，姚雪彪（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度國家實(shí)驗(yàn)室, 合肥230026）世界科技研究與發(fā)展——工程技術(shù)研究專題 2005.2 [ 6 ] 納米機(jī)器人維護(hù)人體健康*，中國計(jì)量測控網(wǎng)，2010.6 [ 7 ] 納米機(jī)器人——分子仿生學(xué)新領(lǐng)域《中國高新技術(shù)企業(yè)評價(jià)》2001

第四篇：納米論文

聚合物基-納米二氧化硅復(fù)合材料的應(yīng)用研究進(jìn)展

班級12材料2班學(xué)號1232230042姓名王曉婷

摘要本文介紹了近年來國內(nèi)外納米SiO2聚合物復(fù)合材料的制備方法，討論了制備方法的特點(diǎn)，闡述了聚合物納米SiO2復(fù)合材料的研究進(jìn)展, 并展望了聚合物納米SiO2 的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞納米SiO2復(fù)合材料;聚合物;制備;應(yīng)用 前言

納米SiO2是目前應(yīng)用最廣泛的納米材料之一,它特有的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和體積效應(yīng)等,使其與有機(jī)聚合物復(fù)合而成的納米二氧化硅復(fù)合材料, 既能發(fā)揮納米SiO2自身的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)以及粒子的協(xié)同效應(yīng), 又兼有有機(jī)材料本身的優(yōu)點(diǎn), 使復(fù)合材料具有良好的機(jī)械、光、電和磁等功能特性, 引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注[

1，2]

。本文就納米Si02一聚合物復(fù)合材料的制備方法、制備方法的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行一次全面的綜述。

2聚合物/ 納米Si O2 復(fù)合材料的制備

2．1 共混法

共混法是制備聚合物／無機(jī)納米復(fù)合材料最直接的方法，適用于各種形態(tài)的納米粒子，但是由于納米粒子存在很大的界面自由能，粒子極易自發(fā)團(tuán)聚。要將無機(jī)納米粒子直接分散于有機(jī)基質(zhì)中制備聚合物納米復(fù)合材料，必須通過化學(xué)預(yù)分散和物理機(jī)械分散打開納米粒子團(tuán)聚體，消除界面能差，才能實(shí)現(xiàn)均勻分散并與基體保持良好的親和性。具體途徑如下。

2．1．1 高分子溶液(或乳液)共混

首先將聚合物基體溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲兄瞥扇芤?或乳液)，然后加入無機(jī)納米粒子，利用超聲波分散或其他方法將納米粒子均勻分散在溶液(或乳液)中。

姜云鵬等利用PVA與納米Si02表面的羥基形成的氫鍵實(shí)現(xiàn)了納米si02對PVA的改性；張志華等用溶膠一凝膠反應(yīng)制備納米Si02顆粒，然后通過超聲分散機(jī)將顆粒分散到聚氨酯樹脂中制備出了聚氨酯／Si02納米復(fù)合材料；以上各種方法都使不同材料的各方面性能得到了改善。

2．1．2熔融共混

將納米無機(jī)粒子與聚合物基體在密煉機(jī)、雙螺桿等混煉機(jī)上熔融共混。

郭衛(wèi)紅等[5]在密煉機(jī)上將PMMA和納米Si02粒子熔融共混后，用雙螺桿造粒制得納米復(fù)[4][3]合材料。石璞[6]通過熔融共混法將納米si02粒子均勻地分散于PP基體中制得復(fù)合材料，由于復(fù)合偶聯(lián)劑的一端易與離子表面上大量的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定的氫鍵，另一端與聚丙烯相容性較好，使納米粒子基本沒有團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)、增韌的目的。張彥奇等[7]將納米Si02經(jīng)超聲分散并經(jīng)偶聯(lián)劑處理后與LLDPE等組分預(yù)混、擠出、造粒，制備了線性低密度聚乙烯(LU)PE)／納米Si02復(fù)合材料，所得薄膜霧度顯著提高。

2.2在位分散聚合法

首先采用超聲波分散、機(jī)械共混等方法在單體溶液中分散納米粒子，或采用偶聯(lián)劑對納米粒子表面進(jìn)行處理，然后單體在納米粒子表面進(jìn)行聚合，形成納米粒子良好分散的納米復(fù)合材料(in situ polymerization)。通過這種方法，無機(jī)粒子能夠比較均一地分散于聚合物基體中。

歐玉春等[8]利用帶有羥基的丙烯酸酯表面處理劑對Si02進(jìn)行表面處理，應(yīng)用本體法聚合制備si02／PMMA納米復(fù)合材料，結(jié)果顯示納米Si02的加入可以提高聚甲基丙烯酸甲酯材料的機(jī)械性能、玻璃化溫度及材料的耐水性。Jose-Luiz Luna—Xavier等[9]采用原位聚合法以陽離子偶氮化合物AIBA為引發(fā)劑，液相納米Si02為核，聚甲基丙烯酸甲酯為殼合成了納米Si02一聚甲基丙烯酸甲酯乳液聚合物。由于陽離子偶氮化合物AIBA為引發(fā)劑的使用增強(qiáng)了與納米si02的相互作用，使效率大大提高。

2.3溶膠-凝膠法

溶膠一凝膠法(Sol-gel)是制備聚合物／無機(jī)納米復(fù)合材料的一種重要方法。通過烷氧基金屬有機(jī)化合物的水解、縮合，將細(xì)微的金屬氧化物顆粒復(fù)合到有機(jī)聚合物中并得到良好分散，從而在溫和條件下制備出具有特殊性能的聚合物／無機(jī)納米復(fù)合材料。

2.4硅酸鈉溶膠一凝膠法

溶膠一凝膠法在制備聚合物／納米si02復(fù)合材料時(shí)顯示出很多優(yōu)勢。但是，所用的無機(jī)組分的前驅(qū)物正硅酸烷基酯價(jià)格昂貴、有毒，因此為了降低制備成本，改善生產(chǎn)條件和減少環(huán)境污染，張啟衛(wèi)等[10]用硅酸鈉為無機(jī)si02組分的前驅(qū)物，與PVAC或PMMA的THF溶膠混合，經(jīng)溶膠一凝膠過程制備出聚合物／Si02雜化材料。結(jié)果表明，si02含量在一定范圍時(shí)，由于發(fā)生了納米級微區(qū)效應(yīng)，有機(jī)一無機(jī)兩相間相容性好，不產(chǎn)生相分離，材料透光率提高，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。

3聚合物/ 納米Si O2 復(fù)合材料的研究進(jìn)展

3.1 納米SiO2/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料

Mascia等通過紅外光譜和定性黏度分析得知,納米SiO2 和環(huán)氧樹脂隨著環(huán)氧樹脂的分子量增加、加入偶聯(lián)劑、增加溶劑的極性以及提高反應(yīng)溫度都會使二者的相容性提高[11]。寧榮昌等用分散混合法研究了納米SiO2有無表面處理及其含量對復(fù)合材料性能的影響, 采用透射電鏡和正電子湮沒技術(shù)(PALS)對納米SiO2 的分布和自由體積的尺寸及濃度進(jìn)行了表征[12]。結(jié)果表明, SiO2表面處理后, 復(fù)合材料性能得到提高, 使環(huán)氧樹脂增強(qiáng)和增韌;且納米SiO2含量為3 % 時(shí),自由體積濃度最小, 納米復(fù)合材料的性能最佳。劉競超等通過原位分散聚合法制得了納米SiO2/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料[13]。結(jié)果表明, 對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響較大的是偶聯(lián)劑, 在最優(yōu)工藝條件下制得的復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度比基體分別提高了124% 和30%;復(fù)合材料的Tg和耐熱性也有所提高。

3.2 納米SiO2/丙烯酸酯類復(fù)合材料

歐玉春等用原位聚合方法制備了分散相粒徑介于130 nm 左右的PMMA/SiO2(聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅)復(fù)合材料[14]。結(jié)果表明, 經(jīng)表面處理的SiO2在復(fù)合材料基體中分散均勻, 界面粘結(jié)好;SiO2粒子的填充使基體的Tg和損耗峰上升, 隨著SiO2含量的增加, 對應(yīng)試樣的Tg和損耗峰值增大;隨著SiO2含量的增加, 基體的拉伸強(qiáng)度、彈性模量表現(xiàn)為先下降后升高, 而基體的斷裂伸長率表現(xiàn)為先升高后下降。武利民等通過原位聚合、高速剪切法分散共混和球磨法分散共混等3 種方法制備丙烯酸酯/納米SiO2復(fù)合乳液, 以相同的方法制備丙烯酸酯/微米SiO2復(fù)合乳液[15]。結(jié)果表明, 共混法制得的納米復(fù)合物的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨納米SiO2含量的增加先上升然后逐漸下降。涂層對紫外光的吸收和透過隨納米SiO2 含量的增加分別呈上升和下降趨勢, 而微米SiO2復(fù)合丙烯酸酯乳液, 其涂層對紫外光的吸收和透過基本不受微米SiO2 的影響。

3.3 納米SiO2/硅橡膠復(fù)合材料

王世敏等對納米SiO2/二甲基硅氧烷復(fù)合材料的光學(xué)、力學(xué)性能進(jìn)行了研究[16]。結(jié)果表明, 復(fù)合材料對波長λ＞390 nm 的可見光基本能透過, 透過率達(dá)80%, 硬度隨納米SiO2的增加呈上升趨勢。Mackenzie 等制備的納米SiO2/硅氧烷復(fù)合材料在非氧化氣氛中加熱到1 000 ℃以上, 分子發(fā)生重排, 形成塊狀微孔體;繼續(xù)加熱到1 400 ℃時(shí),有機(jī)碳仍不分解, 且熱膨脹系數(shù)很小[17]。由于聚硅氧烷的高柔順性, 在溶膠－凝膠過程中不會因干燥而破裂, 該材料可以作為涂層改善基體(如聚合物、金屬)表面的物理化學(xué)性質(zhì)。潘偉等研究SiO2納米粉對硅橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理、壓阻及阻溫效應(yīng)的影響[18]。結(jié)果表明,隨著SiO2納米粉的增加, 壓阻效應(yīng)越來越顯著,在一定壓力范圍內(nèi), 材料電阻隨壓力呈線性增加;同時(shí), SiO2納米粉的加入使復(fù)合材料的電阻隨溫度增加而增加。

3.4 納米SiO2/聚碳酸酯材料

聚碳酸酯具有較好的透明性, 較高的硬度, 以及較強(qiáng)的蠕變性。為了進(jìn)一步提高其應(yīng)用價(jià)值, 王金平等以聚碳酸酯為基體, 采用溶膠－凝膠法技術(shù)在聚碳酸酯表面覆蓋一層納米SiO2無機(jī)涂層, 涂層與聚碳酸酯較好的結(jié)合, 使材料的耐磨性得到明顯提高[19]。

3.5 納米SiO2/聚酰亞胺復(fù)合材料 聚酰亞胺(PI)是一種廣泛應(yīng)用于航空、航天及微電子領(lǐng)域的功能材料, 它的優(yōu)點(diǎn)是介電性良好,力學(xué)性能優(yōu)良, 但其吸水性強(qiáng)和熱膨脹性高的缺點(diǎn)限制了他的應(yīng)用。而采用納米SiO2改性后的PI 在這方面得到了很大改善。楊勇等的研究表明, 采用納米SiO2改性后的PI 其熱穩(wěn)定性得到加強(qiáng), 熱膨脹系數(shù)得到降低[20]。曹峰等研究PI/SiO2復(fù)合材料的力學(xué)性能時(shí)發(fā)現(xiàn), 隨著SiO2含量的增加, 其楊氏模量、拉伸強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度增加, 加入適量的插層劑, 有利于增加有機(jī)分子與無機(jī)物分子之間的相容性, 從而可制備強(qiáng)度和韌性更加優(yōu)異的復(fù)合材料[21]。

3.6 納米SiO2/聚烯烴類復(fù)合材料

張彥奇等采用熔融共混法制備了線性低密度聚乙烯(LLDPE)/納米SiO2復(fù)合材料[22]。結(jié)果表明, 納米SiO2使LLDPE 的拉伸彈性模量、沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度提高, 且均在納米SiO2用量為3 份左右時(shí)達(dá)到最大值;加入少量的納米SiO2后, LLDPE 薄膜對長波紅外線(7～11 μm)的吸收能力較純LLDPE 膜有顯著提高, 透光率略有下降, 但霧度提高。曲寧等利用納米SiO2、馬來酸酐接枝PE(PE-g-MAH)和PP 通過熔融共混制備了PP/納米SiO2復(fù)合材料[23]。結(jié)果表明, 經(jīng)表面處理、用量為4 %的納米SiO2 與4 % 的PE-g-MAH 發(fā)生協(xié)同作用, 可以使PP/納米SiO2復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高40 %,拉伸強(qiáng)度提高10%, 耐熱溫度提高22℃。

3.7 納米SiO2/尼龍復(fù)合材料

E.Reynaud 等研究了不同粒徑和含量的納米SiO2 與尼龍6 通過原位聚合得到的納米復(fù)合材料的特性[24]。形貌分析出粒子的存在不影響復(fù)合材料的結(jié)晶相;粒子的加入明顯增強(qiáng)了基體的彈性模量,且復(fù)合材料的性能受粒子尺寸和分散狀況的影響。

3.8 納米SiO2/聚醚酮類樹脂復(fù)合材料

邵鑫等研究了納米SiO2對聚醚砜酮(PPESUK)復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響[25]。結(jié)果表明, 納米SiO2不但可以提高PPESUK 的耐磨性, 而且還有較好的減摩作用, 其最佳用量為25%。靳奇峰等采用懸浮液共混法制備了納米SiO2填充新型雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)復(fù)合材料[26]。當(dāng)納米SiO2用量為1 % 時(shí), 復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最佳。納米SiO2的加入使得復(fù)合材料的摩擦性能比純PPEK 有了明顯提高, 當(dāng)納米SiO2用量為7 % 時(shí),材料的摩擦磨損性能最好, 并且在大載荷下納米SiO2 更能有效改善復(fù)合材料的摩擦磨損性能。

3.9納米SiO2/聚苯硫醚(PPS)復(fù)合材料

張文栓等首先將納米SiO2粒子與硅烷偶聯(lián)劑KH-550 的乙醇溶液混合, 在40 ℃以下用超聲波振蕩60 min 后脫去溶劑, 烘干后與PPS 在高速攪拌機(jī)中混合均勻, 然后用雙螺桿擠出機(jī)造粒制得PPS/納米SiO2復(fù)合材料[27]。納米SiO2粒子呈顆粒狀均勻分布在PPS 基體中, 尺寸在10～40 nm 范圍內(nèi)。當(dāng)納米SiO2用量為3 % 時(shí), PPS/納米SiO2 復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳, 拉伸強(qiáng)度、彎曲彈性模量和缺口沖擊強(qiáng)度分別提高13.4%、7.4% 和27.3%。張而耕等用轉(zhuǎn)化劑、分散劑和穩(wěn)定劑制備了PPS/納米SiO2水基涂料[28]。PPS/納米SiO2復(fù)合涂層的耐沖蝕磨損性比普通涂層提高了約50 倍, 能夠用于零部件的防沖蝕磨損。

3.10納米SiO2/PMMA 復(fù)合材料

張啟衛(wèi)等利用溶膠-凝膠法制備了PMMA/納米SiO2復(fù)合材料[29]。發(fā)現(xiàn)PMMA 與納米SiO2兩相間的相容性好, 材料透光率可達(dá)80 %, 并且熱穩(wěn)定性和Tg都比純PMMA 有較大的提高。郭衛(wèi)紅等將經(jīng)過表面處理的納米SiO2分散于PMMA 單體中形成膠體, 原位聚合制備了PMMA/納米SiO2復(fù)合材料[30]。結(jié)果表明, 復(fù)合材料的耐紫外線輻射能力提高1 倍以上, 沖擊強(qiáng)度提高80 %。同時(shí)由于納米粒子尺寸小于可見光波長, 復(fù)合材料具有高的光澤度和良好的透明度。

4總結(jié)與展望

聚合物/納米SiO2復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能, 展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景。盡管近年來對其研究較多, 并取得了較大進(jìn)展, 但是對它的研究還不夠深入, 還有許多問題亟待研究和解決, 如納米SiO2在聚合物基體中的均勻分散問題, 納米復(fù)合材料的相界面結(jié)構(gòu), 納米SiO2 對聚合物性能影響的機(jī)理等。相信隨著制備技術(shù)的進(jìn)一步完善及對材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的進(jìn)一步了解, 人們將能按照需要來設(shè)計(jì)和生產(chǎn)高性能和多功能的聚合物/納米SiO2復(fù)合材料。納米Si02可以改性多種高分子材料，通常對聚合物的機(jī)械性能如拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率，以及熱穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)力學(xué)行為、光學(xué)行為等都有較大影響。因此人們都在力求解決很多問題，諸如納米Si02在聚合物基體中的均勻分散；納米Si02復(fù)合材料中有機(jī)相和無機(jī)相的相界面結(jié)構(gòu)；Si02粒徑大小、幾何形狀等形態(tài)參數(shù)及添加量對復(fù)合材料性能的影響；納米Si02對聚合物基體材料性能影響的機(jī)理等。隨著研究的不斷深入，納米Si02一聚合物體系將在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮出它的重要作用。

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第五篇：納米論文

納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

[摘要]納米醫(yī)學(xué)是納米技術(shù)與醫(yī)藥技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,納米醫(yī)學(xué)研究在疾病診斷和治療方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。近幾年,納米技術(shù)突飛猛進(jìn),作為納米技術(shù)的重要領(lǐng)域的納米生物工程也取得了輝煌的成就。本文從納米醫(yī)學(xué)、納米生物技術(shù)和納米生物材料三個(gè)方面,講述了納米生物工程的重大進(jìn)展。本文就納米診斷技術(shù)、組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)中的納米材料、納米藥物載體、納米藥物等方面的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行綜述,并探討納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展前景。

[引言] 納米技術(shù)的基本概念是用單個(gè)原子、分子制造和操作物質(zhì)的技術(shù),是現(xiàn)代高科技前沿技術(shù).納米技術(shù)應(yīng)用前景廣闊,幾乎涉及現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的所有領(lǐng)域,世界各國都把納米技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目,投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地.[關(guān)鍵詞]納米醫(yī)學(xué);納米生物材料;診斷;治療

1、跨世紀(jì)的新學(xué)科——納米科技

所謂/納米科技,就是在0.1~100納米的尺度上,研究和利用原子和分子的結(jié)構(gòu)、特征及相互作用的高新科學(xué)技術(shù),它是現(xiàn)代科學(xué)和先進(jìn)工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。1990年7月,第一屆國際納米科技會議的召開,標(biāo)志著納米科技的正式誕生。時(shí)至今日,納米科技涉及到幾乎現(xiàn)有的所有科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。它的誕生,使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子。它的最終目標(biāo),是人類按照自己的意志操縱單個(gè)原子,在納米尺度上制造具有特定功能的產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛 躍。目前,納米科技已經(jīng)取得一系列成果,正處于重大突破的前夜。研究者認(rèn)為,這一興起于本世紀(jì)90年代的納米科技,必將雄踞于21世紀(jì),對人類社會產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

2、納米醫(yī)學(xué)的提出

納米醫(yī)學(xué)的形成除了納米技術(shù)之外，其醫(yī)學(xué)本身也應(yīng)具有可應(yīng)用納米技術(shù)的客觀基礎(chǔ)和必要條件?？陀^基礎(chǔ)是指，像其他物質(zhì)一樣，醫(yī)學(xué)研究的主體———人體本身是由分子和原子構(gòu)成的。實(shí)現(xiàn)納米醫(yī)學(xué)的必要條件是，要在分子水平上對人體有更為全面而詳盡的了解。隨著現(xiàn)代生物學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,人類在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究內(nèi)容已開始從細(xì)胞、染色體等微米尺度的結(jié)構(gòu)深入到更小的層次,進(jìn)入到單個(gè)分子甚至分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。這些極其微細(xì)的分子結(jié)構(gòu)的特征:尺度空間在0.1-100 nm,屬于納米技術(shù)的尺度范圍。研究這些納米尺度的分子結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的學(xué)科,就是納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)。納米醫(yī)學(xué)是一門涉及物理學(xué)、化學(xué)、量子學(xué)、材料學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域的綜合 性交叉學(xué)科。Freitas曾給納米醫(yī)學(xué)下過一個(gè)較詳細(xì)的定義:他認(rèn)為,納米醫(yī)學(xué)是利用人體分子工具和分子知識,預(yù)防、診斷、治療疾病和創(chuàng)傷,劫除疼痛,保護(hù)和改善人體健康的科學(xué)和技術(shù)。目前的納米醫(yī)學(xué)研究水平還處于初級階段,當(dāng)然,由于各國科學(xué)工者的不懈努力,納米醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域已初露曙光,有部分研究成果已開始接近臨床應(yīng)用。

從定義來看,納米醫(yī)學(xué)可以分為兩大類,一是在分子水平上的醫(yī)學(xué)研究,基因藥物和基因療法等就是典型體現(xiàn);二是把其他領(lǐng)域的納米研究成果引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,如某種納米裝置在醫(yī)療和診斷上的應(yīng)用。納米醫(yī)學(xué)的奧秘在于,可以從納米量級的尺度來進(jìn)行原來不可能達(dá)到的醫(yī)療操作和疾病防治。當(dāng)生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元小到納米量級的時(shí)候,其性質(zhì)會有意想不到的變化。這種變化既包括物質(zhì)的原有性能變得更好,還可能有我們所意想不到的性能和效益,從而用來治病防病。

3、納米技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 3.1 診斷疾病

在診斷方面，將應(yīng)用納米醫(yī)學(xué)技術(shù)手段，在診室內(nèi)進(jìn)行全面的基因檢查和特殊細(xì)菌涂層標(biāo)記物的實(shí)時(shí)全身掃描；檢測腫瘤細(xì)胞抗原、礦質(zhì)沉積物、可疑的毒素、源于遺傳或生活方式的激素失衡，以及其它以亞毫米空間分辨率制成所定目標(biāo)三維圖譜的特定分子。在納米醫(yī)學(xué)時(shí)代，這些強(qiáng)有力的手段將使醫(yī)務(wù)人員能夠檢查患者的任何部位，且可詳盡到分子水平，并能以合理的費(fèi)用，在數(shù)分鐘或數(shù)秒鐘內(nèi)獲得所需的結(jié)果。許多以往診斷比較困難或無法診斷的疾病,隨著納米技術(shù)的介入,將很容易被確診。為判斷胎兒是否具有遺傳缺陷,以往常采用價(jià)格昂貴并對人體有損害的羊水診斷技術(shù)。如今應(yīng)用納米技術(shù),可簡便安全地達(dá)到目的。孕8周左右血液中開始出現(xiàn)非常少量的胎兒細(xì)胞,用納米粒很容易將這些胎兒細(xì)胞分離出來進(jìn)行診斷。目前美國已將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷。肝癌患者由于早期沒有明顯癥狀,一旦發(fā)現(xiàn)常已到晚期,難以治愈,因而早期診斷極為重要。中國醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院把納米粒應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究,經(jīng)過4年的努力,完成了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質(zhì)體的研究。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,運(yùn)用這項(xiàng)研究成果,可以發(fā)現(xiàn)直徑3mm以下的肝腫瘤。這對肝癌的早期診斷、早期治療有著十分重要的意義。3.2 納米藥物和納米藥物載體

這是納米醫(yī)學(xué)中的一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域,適時(shí)準(zhǔn)確地釋放藥物是它的基本功能之一?？茖W(xué)家正在為糖尿病人研制超小型的,模仿健康人體內(nèi)的葡萄糖檢測系統(tǒng)。它能夠被植入皮下,監(jiān)測血糖水平,在必要的時(shí)候釋放出胰島素,使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。美國密西根大學(xué)的博士正在設(shè)計(jì)一種納米/智能炸彈,它可以識別出癌細(xì)胞的化學(xué)特征。這種智能炸彈很小,僅有20nm左右,能夠進(jìn)入并摧毀單個(gè)的癌細(xì)胞。

德國醫(yī)生嘗試借助磁性納米微粒治療癌癥,并在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得了較好療效。將一些極其細(xì)小的氧化鐵納米微粒注入患者的腫瘤里,然后將患者置于可變的磁場中,氧化鐵納米微粒升溫到45~ 47度,這一溫度可慢慢熱死癌細(xì)胞。由于腫瘤附近的機(jī)體組織中不存在磁性微粒,因此這些健康組織的溫度不會升高,也不會受到傷害?？茖W(xué)家指出,將磁性納米顆粒與藥物結(jié)合,注入到人體內(nèi),在外磁場作用下,藥物向病變部位集中,從而達(dá)到定向治療的目的,將大大提高腫瘤的藥物治療效果。

納米藥物與傳統(tǒng)的分子藥物的根本區(qū)別在于它是顆粒藥物。廣義的納米藥物可分為兩類:一類是納米藥物載體,即指溶解或分散有分子藥物的各種納米顆粒,如納米球、納米囊、納米脂質(zhì)體等。二是納米藥物,即指直接將原料藥物加工成的納米顆粒,或利用嶄新的納米結(jié)構(gòu)或納米特性,發(fā)現(xiàn)基于新型納米顆粒的高效低毒的治療或診斷藥物。前者是對傳統(tǒng)藥物的改良,而后者強(qiáng)調(diào)的是把納米材料本身作為藥物。

3.2.1 納米藥物

直接以納米顆粒作為藥物的應(yīng)用之一是抗菌藥物。納米抗菌藥物具有廣譜、親水、環(huán)保、遇水后殺菌力更強(qiáng)、不會誘導(dǎo)細(xì)菌耐藥性等多種性能。以這種抗菌顆粒為原料,成功地開發(fā)出了創(chuàng)傷貼、潰瘍貼等納米醫(yī)藥類產(chǎn)品。例如,納米二氧化鈦樹脂基托材料具有一定的抗變形鏈球菌和抗白色念珠菌的效果,當(dāng)樹脂基托中抗菌劑的濃度達(dá)到3%時(shí),即可達(dá)到滿意的抗菌效果。

無機(jī)納米顆粒作為新型的抗癌藥物為腫瘤治療提供了新的思路。研究人員用Gd@C82(OH)22處理得肝癌的小鼠,在10.7mol/kg的注射劑量下能有效地抑制腫瘤生長,同時(shí)對機(jī)體不產(chǎn)生任何毒性。其抑瘤效應(yīng)不是通過納米顆粒對腫瘤的直接殺傷起作用,而是可能通過激活機(jī)體免疫來實(shí)現(xiàn)對腫瘤的抑制作用。納米羥基磷灰石在體外對惡性腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生明顯的抑制作用,而對正常細(xì)胞作用甚微,可望通過進(jìn)一步的研究獲得一種區(qū)別于傳統(tǒng)的化療藥物的納米無機(jī)抗癌藥物。此外,有的物質(zhì)納米化后出現(xiàn)新的治療作用,如二氧化鈦納米粒子可抑制癌細(xì)胞增殖;二氧化鈰納米顆?？梢郧宄壑械碾娍剐苑肿硬⒎乐我恍┯捎谝暰W(wǎng)膜老化而帶來的疾病。

3.2.2 納米藥物載體

實(shí)現(xiàn)細(xì)胞和亞細(xì)胞層次上藥物的靶向傳遞和智能控制釋放,是降低藥物毒副作用、提高治療效果的共性問題。納米粒子介導(dǎo)的藥物輸送是納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),在藥物輸送方面具有許多優(yōu)越性。目前,用作藥物載體的材料有金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒及生物活性納米顆粒等。理想的納米藥物載體應(yīng)具備以下性質(zhì):毒性較低或沒有毒性;具有適宜的制備及提純方法;具有合適的粒徑與形狀;具有較高的載藥量;具有較高的包封率;對藥物具有良好的釋放特性;具有良好的生物相容性,可生物降解或可被機(jī)體排出;具有較長的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間,并能在療效相 關(guān)部位持久存。3.3 納米生物技術(shù)

納米生物技術(shù)是納米技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它即可以用于生物醫(yī)學(xué),也可以服務(wù)于其它社會需求。所包含的內(nèi)容非常豐富,并以極快的速度增加和發(fā)展,難以概述。

3.3.1生物芯片技術(shù)

生物芯片是在很小幾何尺度的表面積上,裝配一種或集成多種生物活性,僅用微量生理或生物采樣,即可以同時(shí)檢測和研究不同的生物細(xì)胞、生物分子和DNA的特性,以及它們之間的相互作用,獲得生命微觀活動(dòng)的規(guī)律。生物芯片可以粗略地分為細(xì)胞芯片、蛋白質(zhì)芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等幾類,都有集成、并行和快速檢測的優(yōu)點(diǎn),已成為21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的前沿科技。

近2年,已經(jīng)通過微制作(MEMS)技術(shù),制成了微米量級的機(jī)械手,能夠在細(xì)胞溶液中捕捉到單個(gè)細(xì)胞,進(jìn)行細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和通訊等特性研究。美國哈佛大學(xué)的教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員,發(fā)展了微電子工業(yè)普遍使用的光刻技術(shù)在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,并研制出效果更好的軟光刻方法。以此,制出了可以捕捉和固定單個(gè)細(xì)胞的生物芯片,通過調(diào)節(jié)細(xì)胞間距等,研究細(xì)胞分泌和胞間通訊。此類細(xì)胞芯片還可以作細(xì)胞分類和純化等。它的功能原理非常簡單,僅利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面特性,即可達(dá)到選擇和固定細(xì)胞及細(xì)胞面密度控制。

美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室的發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了納米愛好者的預(yù)言。正像所預(yù)想的那樣,納米技術(shù)可以在血流中進(jìn)行巡航探測,即時(shí)發(fā)現(xiàn)諸如病毒和細(xì)菌類型的外來入侵者,并予以殲滅,從而消除傳染性疾病。

研究人員做了一個(gè)雛形裝置,發(fā)揮芯片實(shí)驗(yàn)室的功能,它可以沿血流流動(dòng)并跟蹤像鐮狀細(xì)胞血癥和感染了愛滋病的細(xì)胞。血液細(xì)胞被導(dǎo)入一個(gè)發(fā)射激光的腔體表面,從而改變激光的形成。癌細(xì)胞會產(chǎn)生一種明亮的閃光;而健康細(xì)胞只發(fā)射一種標(biāo)準(zhǔn)波長的光,以此鑒別癌變。3.3.2納米探針

一種探測單個(gè)活細(xì)胞的納米傳感器,探頭尺寸僅為納米量級,當(dāng)它插入活細(xì)胞時(shí),可探知會導(dǎo)致腫瘤的早期DNA損傷。

3.4組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)中的納米材料

將納米技術(shù)與組織工程技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建具有納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的細(xì)胞生長支架正在形成一個(gè)嶄新的研究方向。相對于微米尺度,納米尺度的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與機(jī)體內(nèi)細(xì)胞生長的自然環(huán)境更為相似。納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建有可能從分子和細(xì)胞水平上控制生物材料與細(xì)胞間的相互作用,引發(fā)特異性細(xì)胞反應(yīng),對于組織再生與修復(fù)具有潛在的應(yīng)用前景和重要意義。將納米纖維水凝膠作為神經(jīng)組織的支架,在其中生長的鼠神經(jīng)前體細(xì)胞的生長速度明顯快于對照材料。向高分子材料中加入碳納米管可以顯著改善原有聚合物的傳導(dǎo)性、強(qiáng)度、彈性、韌性和耐久性,同時(shí)還可以改進(jìn)基體材料的生物相容性。研究發(fā)現(xiàn),隨著復(fù)合物中碳納米管含量的增加,神經(jīng)元細(xì)胞和成骨細(xì)胞在復(fù)合材料上的黏附與生長也越來越活躍,而星形細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的活性則呈現(xiàn)同等程度的下降。研究人員設(shè)計(jì)的人造紅細(xì)胞輸送氧的能力是同等體積天然紅細(xì)胞的236倍,可應(yīng)用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運(yùn)動(dòng)需要的額外耗氧等。研究人員成功合成了模擬骨骼亞結(jié)構(gòu)的納米物質(zhì),該物質(zhì)可取代目前骨科常用的合金材料,其物理特性符合理想的骨骼替代物的模數(shù)匹配,不易骨折,且與正常骨組織連接緊密,顯示出明顯的正畸應(yīng)用優(yōu)勢。

納米自組裝短肽材料RADA16-I與細(xì)胞外基質(zhì)具有很高相似性,RADA16-I納米支架可以作為一種臨時(shí)性的細(xì)胞培養(yǎng)人工支架,它能很好地支持功能型細(xì)胞在受損位置附近生長、遷移和分化,因而有利于細(xì)胞抵達(dá)傷口縫隙,使組織得以再生。有研究人員利用RADA16-I納米支架修復(fù)了倉鼠腦部的急性創(chuàng)傷,并且恢復(fù)了倉鼠的視覺功能。RADA16-I形成的水凝膠可用作新型的簡易止血?jiǎng)?用于多種組織和多種不同類型傷口的止血。

4、我國發(fā)展納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)的現(xiàn)狀和發(fā)展策略

目前,我國在納米生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的研究基礎(chǔ)還比較薄弱,通過采取各種激勵(lì)措施和各種研究計(jì)劃的實(shí)施,特別是國家自然科學(xué)基金委的納米技術(shù)重大研究計(jì)劃對納米生物和納米醫(yī)學(xué)項(xiàng)目的支持,我國在納米生物和納米醫(yī)學(xué)方面的研究狀況有了很大的改善,生物、醫(yī)學(xué)界的許多院、所相繼建立了有關(guān)納米技術(shù)的研究室,如中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院毒物藥物研究所和生物物理研究所等都設(shè)立了納米研究室,初步形成了一只較強(qiáng)的研究隊(duì)伍。近年來,來自化學(xué)、物理、信息、藥物、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家通過幾次研討會進(jìn)一步明確了納米生物和納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究方向和內(nèi)容,并建立了較密切的合作。我國在納米生物和納米醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域也涌現(xiàn)了一批極具特色的研究成果,如在生物傳感器、生物芯片、新型藥物載體和靶向藥物、新型納米藥物劑型、新造影劑、重大疾病的機(jī)制、納米材料的應(yīng)用和生物安全性及重大疾病預(yù)防和早期診斷與治療技術(shù)等方面。但是,這些研究的水準(zhǔn)與國際先進(jìn)水平還有相當(dāng)?shù)牟罹?離國家、社會的需求也有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。

納米醫(yī)學(xué)工程的建立不僅是因?yàn)橛衅淦惹械男枰?而且也因?yàn)橛辛藢?shí)現(xiàn)的可能。如今,納米科技在國際上已嶄露頭角,世界各發(fā)達(dá)國家紛紛開展納米科技的研究。在我國,科技界對納米科技的重要性有了共識,納米科技研究已取得引人注目的成果。學(xué)科發(fā)展和社會需要是推動(dòng)社會發(fā)展的巨大動(dòng)力,學(xué)科發(fā)展可以創(chuàng)造新的需求,社會需求可以促進(jìn)學(xué)科向深度和廣度發(fā)展。納米生物醫(yī)學(xué)工程正在出現(xiàn),我們無力將它阻擋。雖然它的廣泛應(yīng)用尚有待時(shí)日,并潛在危險(xiǎn),但若沒有它,我們現(xiàn)在面臨的許多生物醫(yī)學(xué)工程問題就不可能得到滿意的解決。

人類正在被歷史及自身推向一個(gè)嶄新的陌生世界,倘若人類能直接利用原子、分子進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng),這將是一個(gè)質(zhì)的飛躍,將改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式,并空前地提高生產(chǎn)能力,有可能從根本上解決人類面臨的諸多困難和危機(jī)。我們有必要把納米科技和生物醫(yī)學(xué)工程概念進(jìn)行拓展,把納米科技的理論與方法引入生物醫(yī)學(xué)工程的相關(guān)研究領(lǐng)域,創(chuàng)立新的邊緣學(xué)科——納米生物醫(yī)學(xué)工程?？梢韵嘈?納米醫(yī)學(xué)工程將會成為納米科技的重要分支,并開創(chuàng)生物醫(yī)學(xué)工程新紀(jì)元?？茖W(xué)家認(rèn)為,納米科技在生物醫(yī)學(xué)方面,甚至有可能超過信息技術(shù)和基因工程,成為決勝未來的關(guān)鍵性技術(shù)。[參 考 文 獻(xiàn)] [1]劉吉平,郝向陽.納米科學(xué)與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2002:2,227-229,234-238,239-242,230-234.[2]李道萍.21世紀(jì)嶄新的學(xué)科——納米醫(yī)學(xué)[J]1世界新醫(yī)學(xué)信息文摘,2003,1(3):208-210.[3]李會東.納米技術(shù)在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,27(2):49-51.[4]皮洪瓊,吳俊,袁直等.注射用生物可降解胰島素納米微球的制備[J]1應(yīng)用化學(xué),2001,18(5):365-369.[5]常津.阿毒素免疫磁性毫微粒的體內(nèi)磁靶向定位研究[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào),1996,15(4):216-221.[6]張共清,梁屹.納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用[J]1中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào),2002,24(2):197-201.〔7〕中國社會科學(xué)院語言研究所詞典編輯室編.現(xiàn)代漢語詞典.北京:商務(wù)印書館2002年版:1711〔8〕奇云.21世紀(jì)的納米醫(yī)學(xué).健康報(bào),2001(4):12〔9〕紀(jì)小龍.納米醫(yī)學(xué)怎樣診治疾病.健康報(bào),2001,7,19[9]奇 云.納米醫(yī)學(xué)——21世紀(jì)的科技新領(lǐng)域[N].中國醫(yī)藥報(bào),1995年6月8日~1995年7月18日,第1160期-1178期,第7版.[10]奇 云.納米材料——21世紀(jì)的新材料[J].科技導(dǎo)報(bào),1992(10):28-31.[11]奇 云.納米電子學(xué)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代物理知識,1994,6(5):24-25.[12]奇 云.納米生物學(xué)的誘人前景[N].光明日報(bào),1993年5月7日,第15864號第3版.[13]奇 云.納米化學(xué)研究進(jìn)展[J].自然雜志,1993,16（9、10):2-5.[14]奇 云.納米化學(xué)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工,1993,13(8):38-39.[15] 華中一.納米科學(xué)與技術(shù)[J].科學(xué),2000,52(5):6-10..