纳米技术在生物和医学上的应用

祭一謦　第３卷　第５期２００１５年１　０月　纳米技术在生物和医学上的应用　纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红血球小　得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径，即　利用纳米微粒进行细胞分离、细胞染色及利用纳米微粒　步提高观察细胞内组织的分辨率，这就需要寻找新的　染色方法。纳米微粒的出现，为建立新的染色技术提　制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。关于这　方面的研究现在处于初始阶段，但却有广阔的应用景。　一供了新的途径。最近，比利时的德梅博士等人采用乙　醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或者柠檬酸钠把金从氯　化金酸水溶液中还原出来，形成金纳米粒子，粒径的　尺寸范围是３￣４０ｎｍ，接着制备金纳米粒子抗体的复　合体，具体方法是将金超微粒与预先精制的抗体或单　克隆抗体混合。这里选择抗体的类型是制备复合体的　重要一环，不同的抗体对细胞内各种器官和骨骼组织　敏感程度和亲和力有很大的差别。我们可以根据这些　差别制备多种金纳米粒子抗体的复合体，而这些复合　体分别与细胞内各种器官和骨骼系统相结合，就相当　于给各种组织贴上了标签。由于它们在光学显微镜　和电子显微镜下衬度差别很大，这就很容易分辨各种　组织。这就是利用纳米粒子进行细胞染色技术。　大量研究表明，纳米微粒与抗体的结合并不是共　价键而是弱库仑作用的离子键，因此制造稳定的复合　体工艺比较复杂，但选择适当条件是可以制造多种　纳米微粒一抗体的稳定复合体。细胞染色的原理与金　属金的超微粒子光学特性有关。一般来说，超微粒子　的光吸收和光散射很可能在显微镜下呈现自己的特征　颜色，由于纳米微粒尺寸小，电子能级发生分裂．能　级之间的间距与粒径大小有关，而从低能级的跃迁很　可能吸收某种波长的光，纳米微粒的庞大比表面中原　子的振动模式与颗粒内部不同，它的等离子共振也会　产生对某种波长的光的吸收，纳米粒子与抗体之间的　界面也会对某种波长光的吸收产生影响。由于上述几　种原因，金纳米粒子抗体复合体在白光或单色光照射　下就会呈现某种特定的颜色。实验已经证实，对直径　ｌＯｎｍ以上的金纳米粒子在光学显微镜的明场下可观　察到它的颜色为红色。　、细胞分离　生物细胞分离是生物细胞学研究中一种十分重要的　技术，它关系到研究所需要的细胞标本能不能快速获得　的关键问题。这种细胞分离技术在医疗临床诊断上有广　阔的应用前景。例如．在妇女怀孕８星期左右，其血液　中就开始出现非常少量的胎儿细胞，为判断胎儿是否有　遗传缺陷，过去常常采用价格昂贵并对人身有害的技　术，如羊水诊断等。用纳米微粒很容易将血样中极少量　胎儿细胞分离出来，方法简便，价钱便宜，并能准确地　判断胎儿细胞是否有遗传缺陷。美国等先进国家已采用　这种技术用于临床诊断。癌症的早期诊断一直是医学界　急待解决的难题，美国科学家利贝蒂指出，利用纳米微　粒进行细胞分离技术很可能在肿瘤早期的血液中检查出　癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。同时他们还正在　研究实现用纳米微粒检查血液中的心肌蛋白，以帮助治　疗心脏病。纳米细胞分离技术将给人们带来福音。以往　的细胞分离技术主要采用离心法，利用密度梯度原理进　行分离，时间长，效果差。８０年代初，人们开始利用纳　米微粒进行细胞分离，建立了用纳米Ｓｉ０２微粒实现细胞　分离的新技术。其基本原理和过程是：先制备Ｓｉ０ｚ纳米　微粒，尺寸控制在１　５￣２Ｏｈｍ，结构一般为非晶态，再将　其表面包覆单分子层，包覆层的选择主要依据所要分离　的细胞种类而定，一般选择与所要分离细胞有亲和作用　的物质作为附着层。这种Ｓｉ０ｚ纳米粒子包覆后所形成复　合体的尺寸约为３０ｎｍ。第二步是制取含有多种细胞的聚　乙烯吡咯烷酮胶体溶液，适当控制胶体溶液浓度。第三　步是将纳米Ｓｉ０ｚ包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚　乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，再通过离心技术，利用密度　梯度原理，使所需要的细胞很快分离出来。此方法的优　点是：　１）易形成密度梯度。纳米包覆体尺寸约３０ｎｍ。因　而胶体溶液在离心作用下很容易产生密度梯度。　２）易实现纳米Ｓｉ０ｚ粒子与细胞的分离。这是因为　纳米Ｓｉ０ｚ微粒是属于无机玻璃的范畴，性能稳定，一般　不与胶体溶液和生物溶液反应。既不会沾污生物细胞．　也容易把它们分开。　二、细胞内部染色　细胞内部的染色对用光学显微镜和电子显微镜研究　三、表面包敷的磁性纳米粒子在药物上的应用　磁性纳米粒子表面涂覆高分子，在外部再与蛋白　相结合可以注入生物体中，这种技术目前尚在实验阶　段，已通过了动物临床实验。这种栽有高分子和蛋　白的磁性纳米粒子作为药物的栽体，然后静脉注射到　动物体内（小鼠、白兔等），在外加磁场下通过纳米　微粒的磁性导航，使其移向病变部位，达到定向治疗　的目的。这就是磁性超微粒子在药物学应用的基本原　理。　细胞内各种组织是十分重要的一种技术，它在研究细胞　生物学中占有极为重要的作用。细胞中存在各种器官和　细丝。器官有线粒体、核和小胞腔等；细丝主要有三　种，直径约为６￣２０ｎｍ。它们纵横交错在细胞内构成了细　胞骨骼体系，而这种组织保持了细胞的形态，控制细胞　的变化、运动、分裂、细胞内器官的移动和原生质流动　等。未加染色的细胞由于衬度很低，很难用光学显微镜　和电子显微镜进行观察，细胞内的器官和骨骼体系很难　观察和分辨，为了解决这一问题，物理学家已经发展了　几种染色技术。如荧抗体法、铁蛋白抗体法和过氧化物　酶染色法等，目的是提高用光学显微镜和电子显微镜观　察细胞组织的衬度。随着细胞学研究的发展，要求进一　这里最重要的是选择一种生物活性荆，根据癌细　胞和正常细胞表面糖链的差异，使这种生物活性剂仅　仅与癌细胞有亲和力而对正常细胞不敏感，表面包覆　高分子的磁性纳米微粒载有这种活性剂就会达到治疗　的目的。动物临床实验证实，带有磁性的纳米微粒是　发展这种技术的最有前途的对象（纯金屑Ｎ５、ｃｏ磁性　纳米粒子由于有致癌作用，不宜使用），　例如　１０￣５Ｏｈｍ的Ｆｅ３０４的磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸，　尺寸约为２００ｎｍ，这种亚微米级的粒子携带蛋白、抗　体和药物可以用于癌症的诊断和治疗。这种局部治疗　效果好，副作用少，很可能成为癌症的治疗方向。但　目前还存在不少的问题，影响这种技术在人体的应　用。如何避免包覆的高分子层在生物体中的分解，是　今后应该加以研究的问题。　采自（３９健康网）　春耕放