纳米科技概论第五章纳米药物 与载体
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纳米仿生材料在生物医学领域的应用
• 纳米陶瓷材料用于人工骨关节、牙齿修复、耳骨修复等，
其强度、韧性、硬度以及超塑性都有显著提高。
• 新型纳米抗炎敷料，表面结构发生根本性变化，面积显
著增大，杀菌效果增加百倍以上。
• 利用纳米技术的DNA复制与自我生长、自我制造机理，
生物分子与纳米器件
1. 生物纳米材料
纳米：10-9 m 细胞：10-6 m 生物大分子：纳米量级 亚细胞结构：几十～几百纳米 核酸、蛋白质、病毒、细胞器：1～100nm
2. DNA纳米材料
a. 金属DNA：新一代生物传感器和半导体导线
DNA易将金属离子并入双螺旋的中心 遗传畸变探测生物传感器 鉴别混合物 筛选结合于DNA的肿瘤药物 用作微细半导体线路的导线
—难溶性药物 —难吸收药物 —不稳定药物
• 纳米药物 胶束等
纳米颗粒药物：直接由原料药加工 成的纳米粒
纳米药物
把不容易被人体吸收的药物或食品，如维 生素等作成纳米粉或纳米粉的悬浮液极易被吸 收。如果把纳米药物做成膏药贴在患处，药物 可以通过皮肤直接被吸收，而无须注射，省去 了注射的感染。
药物制剂中的纳米技术
• 纳米体系/亚微米体系 • 应用目的：
d. 纳米微粒药物输送技术 缩小药物颗粒尺寸，提高药物溶解速率，提高
难溶性药物的药效。不溶的药物被悬浮在安全的稳 定剂和赋形剂的悬浮液中，就适合口服或注射了。 e. 纳米陷阱：捕获病毒
使用超小分子，在病毒进入细胞致病前即与病 毒结合，是病毒丧失致病的能力。
已捕获病毒：流感病毒 利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，制成 特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。
每公斤近1亿美元，相当于黄金的1万倍。
6. 细胞器－纳米微型机器
尺寸小于10纳ห้องสมุดไป่ตู้的超细微粒可以在血管中自由移动。 微型医用机器人：多层聚合物
外型类似人的手臂，希望能在血液、尿液和细胞 介质中工作，可捕捉和移动单个细胞。
机器人进行全身健康检查和治疗，包括疏通脑血 管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可以吞 噬病毒，杀死癌细胞。
5. 细胞视紫红质
紫膜：生长在极端嗜盐菌原生质膜上的一种物质。 细菌视紫红质：在嗜盐菌紫膜中含有与视觉中的视紫红质
相类似的蛋白质，并且紫膜中只有这种唯一的蛋白质。 可利用光能合成腺苷三磷酸ATP，类似光合作用。
也可在无光情况下进行氧化磷酸化，进行细菌的生长繁 殖。 应用：光能转换机理研究，作为纳米生物材料。
7. 生物分子纳米技术与器件
纳米颗粒的稳定性受外界环境影响很大， 因此利用反胶束、单分子膜、自组装等方法制 备纳米颗粒，以表面活性剂等使颗粒稳定。 活的半导体：能嗅出生物站所用的毒气。 纳米传感器：探测单个活细胞。
第一节 纳米药物的分类
• 药剂学纳米粒： 1－1000 nm
纳米载体药物：溶解或分散有药物 的各种纳米粒，如脂质体，聚合物
分子马达不但能够为未来的分子机械提供动力， 还可使我们更深入地了解一些具有相似结构的生命有 机体，例如肌肉纤维及推动细菌运动的纺织锥形鞭毛 。
世界上最小的马达，由78个原子构成（4年的时间）
美国康纳尔大学：纳米直升机 利用ATP酶为分子马达的一种可以进入人体细胞
的纳米机电设备。 生物分子组件将人体的生物燃料ATP转化为机械
b. 纳米智能炸弹
可识别癌细胞的化学特征，仅20nm左右， 能够进入并摧毁单个癌细胞。
c. 人造红血球 一微米大小的金刚石氧气容器，内部有1000个
大气压，泵浦动力来自血清葡萄糖。它输送氧的能 力是同等体积天然红细胞的236倍，并维持生物碳活 性。
贫血症的局部治疗、人工呼吸、肺功能丧失和 体育运动需要的额外耗氧等。
• 加入了纳米材料的食品还可杀菌并提高胃肠吸收能力。
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仿生，biomimetics， 指模仿或利用生物体结构，生化 功能和生化过程的技术。
目的： 获得接近或超过生物天然材料优异性能的新材
料，或用天然生物合成的方法获得所需材料。 纤维：具有蜘蛛牵引丝强度 陶瓷：具有海洋贝类韧性等
制备仿生的硬组织材料
可研制出有生物相容性的各种人体器官和骨骼修复剂与 自生长材料、人血代用品等。
• 可利用纳米薄层能分解有机物、抑制细菌滋生的自我清
洁特性可制成各种无菌器械用于临床。
• 在医疗保健领域，用掺入多种微量矿物质元素的微元化
纤维及陶瓷纤维等纳米材料，可制成衣物、垫料等，有 助于关节炎等病症的治疗、屏蔽电磁波能量，保障人体 不受侵害。
目的：替换、修复损伤的天然硬组织。 无机/高分子复合材料最受关注。
口腔医学纳米材料
牙釉质：天然的具有纳米结构的材料构成的 硬组织器官。 天然牙体中纳米级的羟基磷灰石颗粒 与胶原蛋白等活性物质的复合物赋予了牙 组织的特异的高强、耐磨等生理功能。
纳米化陶瓷与牙科陶瓷材料
全瓷冠桥修复系统与纳米氧化铝牙科陶瓷 纳米碳与牙釉质修复材料 复合纳米牙科充填材料 纳米复合黏结剂与防龋材料
纳米材料与口腔疾病治疗
(1) 纳米材料与口腔颌面骨缺损治疗
纳米HAp：比表面大，陶瓷韧性极佳 纳米HAp与聚酰胺，纳米磷酸钙/胶原复合人
工骨材料
（2）纳米材料及技术与口腔颌面恶性肿瘤治疗 恶性肿瘤磁性纳米粒子磁导靶向化疗与热疗 恶性肿瘤颈淋巴结转移灶靶向纳米治疗
（3）牙科麻醉剂投药和牙本质过敏的治疗 无痛麻醉，永久治疗过敏
能量，使得金属推进器的运转速率达到每秒8圈。 有可能完成在人体细胞内发放药物等医疗任务。
7、未来的纳米药物制剂
7.1 智能化的纳米药物传输系统
血糖检测及胰岛素 释放系统
纳米生物芯片释药 系统
癌细胞靶向识别释 药系统
4. 纳米智能药物
适时准确地释放药物。
a. 微型药房（硬币大小，智能化传感器）
具有上千个药库的微型芯片，每个小药库里 可容纳25nl不同药物。
3. 分子马达
定义：由大分子构成，利用化学能进行机械做功的 纳米系统。
天然分子马达：驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白 等，在生物体内参与了胞质运输、DNA复制、细 胞分裂、肌肉收缩等一系列重要生物活动。
在纳米技术的萌芽阶段，科学家已经制造了很 多微型器件，但是缺乏驱动它们的马达，分子马达 的研究成果将使纳米技术研究提高到一个新水平。