公共課6-納米與醫(yī)療課件

1、納米醫(yī)學(xué)前景張衛(wèi)公共課6 納米與醫(yī)療1納米醫(yī)學(xué)前景張衛(wèi)公共課6 納米與醫(yī)療1環(huán)境中對健康威脅SARS禽流感豬流感三聚氰胺農(nóng)藥污染重金屬污染公共課6 納米與醫(yī)療2環(huán)境中對健康威脅SARS公共課6 納米與醫(yī)療2納米技術(shù)在醫(yī)藥中的應(yīng)用預(yù)防與保健納米診斷納米治療納米藥物納米治療器械納米人工器官公共課6 納米與醫(yī)療3納米技術(shù)在醫(yī)藥中的應(yīng)用預(yù)防與保健公共課6 納米與醫(yī)療3預(yù)防：健康的第一步最廉價，最簡單的第一步預(yù)防重于治療社會化的系統(tǒng)急需自動化，詳細(xì)化，無干擾化公共課6 納米與醫(yī)療4預(yù)防：健康的第一步最廉價，最簡單的第一步公共課6 納米與醫(yī)療社會性的保健系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)病歷本按地區(qū)性，年齡性，性別的疾病統(tǒng)計傳染病

2、地圖急病自動呼叫小區(qū)健康檢查按小時的終身血壓脈搏記錄，疾病預(yù)測公共課6 納米與醫(yī)療5社會性的保健系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)病歷本公共課6 納米與醫(yī)療5體內(nèi)實時健康監(jiān)測芯片一般多用于電子計算機或機器人的設(shè)計，但科學(xué)家正研發(fā)以納米技術(shù)為基礎(chǔ)的芯片作為界面來進行生物檢測。納米生物芯片是一門融會分子生物學(xué)、化學(xué)、醫(yī) 學(xué)、計算機、自動化等多學(xué)科交叉的產(chǎn)物。利用一顆米粒大小的納米芯片，附著或植入人體皮膚表層，通過納米機電技術(shù)進行人體呼吸、心跳、血液等感應(yīng)及檢測功 能，甚至還可以通過無線傳輸?shù)认到y(tǒng)整合，將病人的監(jiān)測資料傳輸至遠端的手機或電腦資料平臺上，一旦病人心跳不正?；蜓撼霈F(xiàn)異常而有危險時，便可以提早診 斷并提出預(yù)警。

3、公共課6 納米與醫(yī)療6體內(nèi)實時健康監(jiān)測芯片一般多用于電子計算機或機器人的設(shè)計，但科納米生物芯片用途檢測放在身上的實時監(jiān)測芯片血液檢查，體液檢查使用唾液檢測代替血液其他檢測（ABC核生化檢測）工程及試驗DNA測序，基因修改公共課6 納米與醫(yī)療7納米生物芯片用途公共課6 納米與醫(yī)療7優(yōu)點用量小，損傷?。ㄒ酝僖捍嫜海┳詣踊?，快速方便便宜可同時作多項檢測結(jié)論：可大規(guī)模普及公共課6 納米與醫(yī)療8優(yōu)點用量小，損傷?。ㄒ酝僖捍嫜海┕舱n6 納米與醫(yī)療8診斷：治療的前提無損診斷望聞問切超聲波，磁共振，X射線驗血驗?zāi)蜓蛩衅中g(shù)切開公共課6 納米與醫(yī)療9診斷：治療的前提無損診斷公共課6 納米與醫(yī)療9疾病

4、診療以糖尿病患者為例，進行血糖檢查需經(jīng)常扎針，而抽血更是許多病患必做的檢驗項目。裝置了納米芯片后，即可發(fā)揮檢測、無線網(wǎng)路傳輸、醫(yī)療監(jiān)控等功能，患者安 坐家中便能讓醫(yī)生在遠端進行診斷，提供合適的居家照顧。此外，納米芯片亦能針對心臟病的發(fā)病危險指標(biāo)解讀病人的生理反應(yīng)，直接擷取檢測標(biāo)的并進行分析。這 種納米芯片的研制目前仍在試驗階段，有望在不久的將來應(yīng)用在臨床檢測上。亦有科學(xué)家研制可對血液行病毒檢測的納米芯片，幾分鐘即可獲得檢驗結(jié)果。此外，通過納米放大技術(shù)的可視化基因診斷芯片，將為肝炎臨床診斷提供嶄新的方法。 公共課6 納米與醫(yī)療10疾病診療以糖尿病患者為例，進行血糖檢查需經(jīng)常扎針，而抽血更是微量探

5、測的技術(shù)1：特異性結(jié)合DNA互補抗體結(jié)合化學(xué)結(jié)合（獨特的代謝產(chǎn)物）2:富集3：顯示（信號放大）沉淀變色熒光公共課6 納米與醫(yī)療11微量探測的技術(shù)1：特異性結(jié)合公共課6 納米與醫(yī)療11納米診斷技術(shù) 使用納米診斷技術(shù)只需通過血液中的DNA或蛋白質(zhì)檢測，便能診斷出很多早期疾病；如應(yīng)用分子雷達光學(xué)相干層析術(shù)(optical coherence tomography，OCT)這種先進的納米成像技術(shù)，每秒鐘能完成生物體內(nèi)活細(xì)胞的動態(tài)成像2 000次，以此來觀察活細(xì)胞的動態(tài)。在發(fā)現(xiàn)單個細(xì)胞病變的同時不傷及正常細(xì)胞，其分辨率可達1微米級，精密度較計算機X射線斷層成像(CT)或核磁共振高 上千倍；而運用超順磁性

6、氧化鐵納米粒子脂質(zhì)體，則可以診斷直徑3毫米以下的肝腫瘤。利用納米級熒光微粒接上抗體，就能進行免疫學(xué)的間接凝集試驗。如只需0.5克金便可制備10 000毫升納米金溶膠，研制成的金溶膠妊娠試劑，可驗孕10 000人次，其診斷快速而可靠。 公共課6 納米與醫(yī)療12納米診斷技術(shù) 使用納米診斷技術(shù)只需通過血液中的DNA或蛋白質(zhì)研究組在2008年3月11日于納米科技在線報導(dǎo)了他們的新發(fā)現(xiàn)（一個金/硅基于異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒技術(shù)的沙門氏菌探測傳感器）研究組中來自喬治亞大學(xué)傳染病系的Ralph A.Tripp博士通過雙折射薄膜界面的方法而構(gòu)造一個硅/金的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米棒列陣薄膜，并整合上抗沙門氏菌的抗體與組織染色分

7、子發(fā)揮作用。由于硅質(zhì)納米棒的高縱橫比，使得附著于硅納米棒上的染色分子對所探測捕獲沙門氏菌具有更強的熒光著色性。左 圖：用異質(zhì)結(jié)構(gòu)的附著抗體的納米棒，處理的沙門氏菌顯現(xiàn)出熒光的圖片。強烈的綠斑，表示觀察到陽性。右圖：同樣的位置，在白光下也可觀察到微粒及其集合 體。微粒有兩種外觀，比如灰色，濃密的拉伸裝微粒和藍色，薄長的微粒。Park解釋，傳統(tǒng)的微生物技術(shù)-諸如ISO6579標(biāo)準(zhǔn)-需要5天時間才可以得到食物中病原菌的陽性結(jié)果公共課6 納米與醫(yī)療13研究組在2008年3月11日于納米科技在線報導(dǎo)了他們的新發(fā)現(xiàn)公共課6 納米與醫(yī)療14公共課6 納米與醫(yī)療14納米膜過濾診斷納米技術(shù)還有助診斷胎兒是否有遺

8、傳缺陷。婦女懷孕8個星期時，血液中開始出現(xiàn)少量胎兒細(xì)胞。利用具有納米級大小孔洞的半透膜或特殊的合成納米管等，可把胎 兒細(xì)胞分離出來進行診斷，以判斷胎兒是否有遺傳缺陷，比往常采用的羊水診斷技術(shù)更簡便安全。目前美國已將此項技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷中。 其他應(yīng)用：用來分離病毒（克服聚集成團的問題）用來分離不同的細(xì)胞（正常和癌細(xì)胞）公共課6 納米與醫(yī)療15納米膜過濾診斷納米技術(shù)還有助診斷胎兒是否有遺傳缺陷。婦女懷孕公共課6 納米與醫(yī)療16公共課6 納米與醫(yī)療16細(xì)胞內(nèi)觀察，流體觀察使用納米探針，可以看到比光學(xué)顯微鏡分辨率高一千倍的細(xì)胞內(nèi)圖像特點：直接成像，不做復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)公共課6 納米與醫(yī)療17細(xì)胞內(nèi)觀察

9、，流體觀察使用納米探針，可以看到比光學(xué)顯微鏡分辨率糖尿病中國正研制對糖尿病人呼氣中的丙酮氣體特別敏感的“納米鼻”，只要呼氣中含有百萬分之一的丙酮，便會立刻發(fā)出警報，為糖尿病的早期診斷和大面積普 查帶來了希望。納米智能葡萄糖檢測系統(tǒng)亦正在研制中，它能夠植入皮下，監(jiān)測血糖水平，在必要時釋放出胰島素，使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量維持正常 狀態(tài)。 公共課6 納米與醫(yī)療18糖尿病中國正研制對糖尿病人呼氣中的丙酮氣體特別敏感的遺傳工程及試驗由于納米技術(shù)可在微小尺度里重新排列遺傳密碼，納米基因芯片結(jié)合納米科技和基因工程技術(shù)，小小的納米基因芯片能容納上百萬個人類基因片段，可用來開發(fā)新 藥、改進疾病診斷和治療方

10、法。若研制成功，人類可以利用納米基因芯片查出自己遺傳密碼中的錯誤，并迅速利用納米技術(shù)進行修正，使各種遺傳性疾病或缺陷得以 改善。 公共課6 納米與醫(yī)療19遺傳工程及試驗由于納米技術(shù)可在微小尺度里重新排列遺傳密碼，納納米治療藥物手術(shù)植入材料公共課6 納米與醫(yī)療20納米治療藥物公共課6 納米與醫(yī)療20納米藥物 在藥學(xué)方面，將常規(guī)治療藥物納米化，可大大增加藥物顆粒的表面積，使之與組織的接觸面積增大，從而提高藥效，并能減少用量及降低副作用。另外，納米化藥物容易透過血管和組織屏障，易被巨噬細(xì)胞吞噬，故亦能增強藥物的靶向性。近年美國發(fā)明了攜帶納米藥物的芯片，把它放入人體，可在外部加以導(dǎo)向，使藥物集中到患處

11、，提高藥物療效。公共課6 納米與醫(yī)療21納米藥物 在藥學(xué)方面，將常規(guī)治療藥物納米化，可大大增加藥物顆給藥方式若將不易被人體吸收或難溶性的藥物制成納米粉?；驊腋∫海墒蛊渥兊萌菀孜?，提高了藥物的利用度。若把納米藥物制成膏藥貼在患處，則有可能通過 皮膚直接吸收而無需注射。以纖維結(jié)構(gòu)比較特殊的西洋參來說，其有效成分不易為人體充分吸收，經(jīng)過納米技術(shù)的超細(xì)粉末加工后，就有助解決吸收問題。通過納米 技術(shù)改造傳統(tǒng)制劑加工工藝，可提高中藥的療效。如以納米技術(shù)開發(fā)的雷公藤新劑型，有助解決其毒性問題。 公共課6 納米與醫(yī)療22給藥方式若將不易被人體吸收或難溶性的藥物制成納米粉?；驊腋?yōu)點定向給藥緩釋給藥腦血屏障

12、穿透方式：脂質(zhì)體 磷脂膜藥物包覆毫微針頭皮膚貼公共課6 納米與醫(yī)療23優(yōu)點定向給藥公共課6 納米與醫(yī)療23公共課6 納米與醫(yī)療24公共課6 納米與醫(yī)療24納米給藥方式增加藥物的吸收 NP高度分散、表面積大，具有特殊的表面性能增加藥物在吸收部位的接觸時間和接觸面積加之NP對藥物具有明顯的保護作用 (多肽)控制藥物的釋放 可以使藥物具有不同的釋藥速度。（緩釋）磁性引導(dǎo)，溫度引導(dǎo)（癌癥），抗體引導(dǎo)，酸堿度，光敏公共課6 納米與醫(yī)療25納米給藥方式增加藥物的吸收公共課6 納米與醫(yī)療25改變藥物的體內(nèi)分布特征 靶向于吞噬細(xì)胞豐富的肝臟、脾臟、肺和淋巴組織等特別小NP還可以進入骨髓組織。NP經(jīng)抗體介導(dǎo)、配

13、體介導(dǎo)或磁場介導(dǎo)等，可主動靶向靶組織。改變藥物的膜轉(zhuǎn)動機制 NP可以增加藥物對生物膜的透過性，如增加藥物對血腦屏障和細(xì)胞膜的同透性等，有利于藥物對一些特殊部位的治療。公共課6 納米與醫(yī)療26改變藥物的體內(nèi)分布特征 公共課6 納米與醫(yī)療26納米醫(yī)療器件眾所周知，每個人都是從一個受精卵來到這個世界，以30億對堿基作為生命的藍本，決定著細(xì)胞乃至生命的基礎(chǔ)。細(xì)胞、基因組、蛋白質(zhì)組、細(xì)菌、病毒 等均屬納米級尺寸，它們?nèi)钤谝粋€超微世界里。事實上，人體就如同一所微型工廠，要對其深入了解并進行改造，若能利用與其相當(dāng)大小的器件，定能取得更好的 效果?？茖W(xué)家們設(shè)想納米醫(yī)療器件和藥物可以暢游于人體各處，甚至進出細(xì)

14、胞，在體內(nèi)完成特定的監(jiān)視、控制、防御、治療和修復(fù)使命。例如運用納米傳感器進入體 內(nèi)監(jiān)測生物或化學(xué)變化，適時釋放所需藥物和養(yǎng)分；或捕捉入侵的細(xì)菌和病毒并把它們消滅，殺滅癌細(xì)胞、修復(fù)畸變的基因等。 公共課6 納米與醫(yī)療27納米醫(yī)療器件眾所周知，每個人都是從一個受精卵來到這醫(yī)用納米機械或納米微型機器人可潛入人體的血管和器官，進行檢查和治療，使原來需要進行大型切開的手術(shù)成為 微型切開或非手術(shù)方式，并使手術(shù)局部化。納米醫(yī)用機器甚至可以進入毛細(xì)血管以及器官的細(xì)胞內(nèi)，進行治療和處理。這類機器可以將對人體的傷害減小到最低程 度。含有納米計算機的、可人機對話的、有自身復(fù)雜能力的納米機器人一旦制成，能在一秒鐘內(nèi)完

15、成數(shù)十億個操作動作。如果數(shù)量足夠多，就可以在幾秒或幾分鐘內(nèi) 完成現(xiàn)今需幾天或幾個月甚至幾年、幾十年才能完成的工作。 和細(xì)胞一樣，作業(yè)中壞了的微型機械可以隨時被更換或修理。微型機械發(fā)展的頂峰，或許是可以自己增殖繁衍的納米機器人。別以為以上設(shè)想不可思議。納米科學(xué)家們相信這種愿望能夠?qū)崿F(xiàn)。 公共課6 納米與醫(yī)療28醫(yī)用納米機械或納米微型機器人可潛入人體的血管和器官，進行檢查想象圖：清除血管脂肪沉積公共課6 納米與醫(yī)療29想象圖：清除血管脂肪沉積公共課6 納米與醫(yī)療29納米醫(yī)用材料納米骨材料具有很好的生物兼容性和重塑性，把它植入體內(nèi)填充各類型的骨缺損，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可生長出很多新生的骨細(xì)胞，所有充填的納米

16、骨材料最后會降 解消失，骨缺損部能完全被新生骨取代。應(yīng)用納米技術(shù)還可以制出只有幾毫米的“人造手”，植入病人體內(nèi)，醫(yī)生在體外控制操作，進行精細(xì)的手術(shù)，此研究仍在模 型階段。 前景：納米制備的心臟瓣膜，眼角膜，肝臟，腎臟公共課6 納米與醫(yī)療30納米醫(yī)用材料納米骨材料具有很好的生物兼容性和重塑性，生物中的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)公共課6 納米與醫(yī)療31生物中的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)公共課6 納米與醫(yī)療31生物惰性材料和生物活性材料1）生物活性材料 是指生物環(huán)境中，材料通過細(xì)胞活性能部分或全部被溶解或吸收，并與骨置而形成牢固結(jié)合的生物材料。 羥基磷灰石 甲殼素2）生物惰性材料 是指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相容性好的生物材料。即把

17、該生物材料 植如人體內(nèi)不會對機體產(chǎn)生毒副作用，機體也不會對材料有排斥反應(yīng)即材料不會被組織吞噬，又不被排斥出體外，最后被人體組織包圍起來。納米Al2O3和ZrO2等即是生物惰性材料。納米Al2O3由于生物相容性好、耐磨損、強度高，韌性比常規(guī)材料高等特性，可用來制作人工關(guān)節(jié)、人工骨、人工齒根等。納米ZrO2也可以制作人工關(guān)節(jié)、人工齒根等。公共課6 納米與醫(yī)療32生物惰性材料和生物活性材料1）生物活性材料 是指生物環(huán)境中，在治療上的應(yīng)用舉例科學(xué)界與醫(yī)學(xué)界正合力研究應(yīng)用納米技術(shù)診治人類三大重癥：惡性腫瘤心血管疾病糖尿病并已初見成效 公共課6 納米與醫(yī)療33在治療上的應(yīng)用舉例科學(xué)界與醫(yī)學(xué)界正合力研究應(yīng)用

18、納米技惡性腫瘤把磁性納米粒子結(jié)合抗癌藥物注入人體內(nèi)作靶向治療，將大大提高腫瘤的藥物治療效果?？茖W(xué)家用金納米材料開發(fā)出一種內(nèi)含藥物的納米球，外面有二氧化 硅涂層，注射入人體后可發(fā)放“近紅外線”，從而識別癌細(xì)胞，并把光轉(zhuǎn)化為熱量直接殺死癌細(xì)胞，卻不會對健康組織造成損害。另有體外實驗證明，二氧化鈦納米粒子容易積聚和依附在細(xì)胞膜上，并能輕易通過吞噬進入細(xì)胞質(zhì)，藉著光線照射，可激發(fā)二氧化鈦納米粒子殺滅人體結(jié)腸癌細(xì) 胞。 最近德國將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入患鼠腫瘤部位， 使癌細(xì)胞完全被磁場封閉，通過可變磁場將鐵氧體納米粒子加熱到4547來殺死癌細(xì)胞。由于周圍的正常組織中不存在磁性微粒，故絲毫不受傷害。公共課6 納米與醫(yī)療34惡性腫瘤把磁性納米粒子結(jié)合抗癌藥物注入人體內(nèi)作靶向治還有一種超微顆粒乳劑載體，極易 和游散于人體內(nèi)的癌細(xì)胞融合，若用它來包裹抗癌藥物，可望制成克癌“導(dǎo)彈”。