公共課6-納米與醫(yī)療課件

公共課6納米與醫(yī)療(1)幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！環(huán)境中對(duì)安康威脅SARS禽流感豬流感三聚氰胺農(nóng)藥污染重金屬污染納米技術(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預(yù)防：安康的第一步最廉價(jià)，最簡(jiǎn)單的第一步預(yù)防重于治療社會(huì)化的系統(tǒng)急需自動(dòng)化，詳細(xì)化，無干擾化社會(huì)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(jì)傳染病地圖急病自動(dòng)呼叫小區(qū)安康檢查按小時(shí)的終身血壓脈搏記錄，疾病預(yù)測(cè)體內(nèi)實(shí)時(shí)安康監(jiān)測(cè)芯片一般多用于電子計(jì)算機(jī)或機(jī)器人的設(shè)計(jì)，但科學(xué)家正研發(fā)以納米技術(shù)為根底的芯片作為界面來進(jìn)展生物檢測(cè)。納米生物芯片是一門融會(huì)分子生物學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等多學(xué)科穿插的產(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(jī)電技術(shù)進(jìn)展人體呼吸、心跳、血液等感應(yīng)及檢測(cè)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(cè)資料傳輸至遠(yuǎn)端的手機(jī)或電腦資料平臺(tái)上，一旦病人心跳不正常或血液出現(xiàn)異常而有危險(xiǎn)時(shí)，便可以提早診斷并提出預(yù)警。納米生物芯片用途檢測(cè)放在身上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)芯片血液檢查，體液檢查使用唾液檢測(cè)代替血液其他檢測(cè)〔ABC核生化檢測(cè)〕工程及試驗(yàn)DNA測(cè)序，基因修改

優(yōu)點(diǎn)用量小，損傷小〔以唾液代替血液〕自動(dòng)化，快速方便廉價(jià)可同時(shí)作多項(xiàng)檢測(cè)結(jié)論：可大規(guī)模普及診斷：治療的前提無損診斷望聞問切超聲波，磁共振，X射線驗(yàn)血驗(yàn)?zāi)蜓蛩衅中g(shù)切開疾病診療以糖尿病患者為例，進(jìn)展血糖檢查需經(jīng)常扎針，而抽血更是許多病患必做的檢驗(yàn)工程。裝置了納米芯片后，即可發(fā)揮檢測(cè)、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(yuǎn)端進(jìn)展診斷，提供適宜的居家照顧。此外，納米芯片亦能針對(duì)心臟病的發(fā)病危險(xiǎn)指標(biāo)解讀病人的生理反響，直接擷取檢測(cè)標(biāo)的并進(jìn)展分析。這種納米芯片的研制目前仍在試驗(yàn)階段，有望在不久的將來應(yīng)用在臨床檢測(cè)上。

亦有科學(xué)家研制可對(duì)血液行病毒檢測(cè)的納米芯片，幾分鐘即可獲得檢驗(yàn)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。微量探測(cè)的技術(shù)1：特異性結(jié)合DNA互補(bǔ)抗體結(jié)合化學(xué)結(jié)合〔獨(dú)特的代謝產(chǎn)物〕2:富集3：顯示〔信號(hào)放大〕沉淀變色熒光納米診斷技術(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(cè)，便能診斷出很多早期疾病；如應(yīng)用分子雷達(dá)光學(xué)相干層析術(shù)(opticalcoherencetomography，OCT)這種先進(jìn)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(dòng)態(tài)成像2000次，以此來觀察活細(xì)胞的動(dòng)態(tài)。在發(fā)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞病變的同時(shí)不傷及正常細(xì)胞，其分辨率可達(dá)1微米級(jí)，精細(xì)度較計(jì)算機(jī)X射線斷層成像(CT)或核磁共振高上千倍；而運(yùn)用超順磁性氧化鐵納米粒子脂質(zhì)體，那么可以診斷直徑3毫米以下的肝腫瘤。

利用納米級(jí)熒光微粒接上抗體，就能進(jìn)展免疫學(xué)的間接凝集試驗(yàn)。如只需0.5克金便可制備10000毫升納米金溶膠，研制成的金溶膠妊娠試劑，可驗(yàn)孕10000人次，其診斷快速而可靠。研究組在2021年3月11日于納米科技在線報(bào)導(dǎo)了他們的新發(fā)現(xiàn)〔一個(gè)金/硅基于異質(zhì)構(gòu)造納米棒技術(shù)的沙門氏菌探測(cè)傳感器〕研究組中來自喬治亞大學(xué)傳染病系的RalphA.Tripp博士通過雙折射薄膜界面的方法而構(gòu)造一個(gè)硅/金的異質(zhì)構(gòu)造的納米棒列陣薄膜，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(duì)所探測(cè)捕獲沙門氏菌具有更強(qiáng)的熒光著色性。

左圖：用異質(zhì)構(gòu)造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(qiáng)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，比方灰色，濃密的拉伸裝微粒和藍(lán)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(shí)間才可以得到食物中病原菌的陽性結(jié)果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8個(gè)星期時(shí)，血液中開場(chǎng)出現(xiàn)少量胎兒細(xì)胞。利用具有納米級(jí)大小孔洞的半透膜或特殊的合成納米管等，可把胎兒細(xì)胞別離出來進(jìn)展診斷，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(jiǎn)便平安。目前美國已將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷中。其他應(yīng)用：用來別離病毒〔抑制聚集成團(tuán)的問題〕用來別離不同的細(xì)胞〔正常和癌細(xì)胞〕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(diǎn)：直接成像，不做復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)糖尿病

中國正研制對(duì)糖尿病人呼氣中的丙酮?dú)怏w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(huì)立刻發(fā)出警報(bào)，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(cè)系統(tǒng)亦正在研制中，它能夠植入皮下，監(jiān)測(cè)血糖水平，在必要時(shí)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)。遺傳工程及試驗(yàn)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(gè)人類基因片段，可用來開發(fā)新藥、改進(jìn)疾病診斷和治療方法。假設(shè)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(cuò)誤，并迅速利用納米技術(shù)進(jìn)展修正，使各種遺傳性疾病或缺陷得以改善。納米治療藥物手術(shù)植入材料納米藥物在藥學(xué)方面，將常規(guī)治療藥物納米化，可大大增加藥物顆粒的外表積，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(qiáng)藥物的靶向性。

近年美國創(chuàng)造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，提高藥物療效。

給藥方式

假設(shè)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。假設(shè)把納米藥物制成膏藥貼在患處，那么有可能通過皮膚直接吸收而無需注射。以纖維構(gòu)造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。優(yōu)點(diǎn)定向給藥緩釋給藥腦血屏障穿透方式：脂質(zhì)體磷脂膜藥物包覆毫微針頭皮膚貼納米給藥方式①增加藥物的吸收

NP高度分散、外表積大，具有特殊的外表性能增加藥物在吸收部位的接觸時(shí)間和接觸面積加之NP對(duì)藥物具有明顯的保護(hù)作用(多肽)②控制藥物的釋放

可以使藥物具有不同的釋藥速度?！簿忈尅炒判砸龑?dǎo)，溫度引導(dǎo)〔癌癥〕，抗體引導(dǎo)，酸堿度，光敏③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(jìn)入骨髓組織。NP經(jīng)抗體介導(dǎo)、配體介導(dǎo)或磁場(chǎng)介導(dǎo)等，可主動(dòng)靶向靶組織。④改變藥物的膜轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)制

NP可以增加藥物對(duì)生物膜的透過性，如增加藥物對(duì)血腦屏障和細(xì)胞膜的同透性等，有利于藥物對(duì)一些特殊部位的治療。納米醫(yī)療器件

眾所周知，每個(gè)人都是從一個(gè)受精卵來到這個(gè)世界，以30億對(duì)堿基作為生命的藍(lán)本，決定著細(xì)胞乃至生命的根底。細(xì)胞、基因組、蛋白質(zhì)組、細(xì)菌、病毒等均屬納米級(jí)尺寸，它們?nèi)钤谝粋€(gè)超微世界里。事實(shí)上，人體就如同一所微型工廠，要對(duì)其深入了解并進(jìn)展改造，假設(shè)能利用與其相當(dāng)大小的器件，定能取得更好的效果。科學(xué)家們?cè)O(shè)想納米醫(yī)療器件和藥物可以暢游于人體各處，甚至進(jìn)出細(xì)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(yùn)用納米傳感器進(jìn)入體內(nèi)監(jiān)測(cè)生物或化學(xué)變化，適時(shí)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。醫(yī)用納米機(jī)械或納米微型機(jī)器人可潛入人體的血管和器官，進(jìn)展檢查和治療，使原來需要進(jìn)展大型切開的手術(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(jī)器甚至可以進(jìn)入毛細(xì)血管以及器官的細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)展治療和處理。這類機(jī)器可以將對(duì)人體的傷害減小到最低程度。含有納米計(jì)算機(jī)的、可人機(jī)對(duì)話的、有自身復(fù)雜能力的納米機(jī)器人一旦制成，能在一秒鐘內(nèi)完成數(shù)十億個(gè)操作動(dòng)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(gè)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(jī)械可以隨時(shí)被更換或修理。微型機(jī)械開展的頂峰，或許是可以自己增殖繁衍的納米機(jī)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)。想象圖：去除血管脂肪沉積納米醫(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)狀構(gòu)造可生長出很多新生的骨細(xì)胞，所有充填的納米骨材料最后會(huì)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(jìn)展精細(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，腎臟生物中的納米復(fù)合構(gòu)造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)胞活性能局部或全部被溶解或吸收，并與骨置而形成結(jié)實(shí)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。即把該生物材料植如人體內(nèi)不會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒副作用，機(jī)體也不會(huì)對(duì)材料有排斥反響即材料不會(huì)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(qiáng)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。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(shí)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(huì)對(duì)安康組織造成損害。另有體外實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(chǎng)封閉，通過可變磁場(chǎng)將鐵氧體納米粒子加熱到45～47℃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。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，假設(shè)用它來包裹抗癌藥物，可望制成克癌“導(dǎo)彈〞。亦有科學(xué)家用磁性納米顆粒成功別離了動(dòng)物的癌細(xì)胞和正常細(xì)胞，并已在治療人骨髓癌的臨床實(shí)驗(yàn)中初見成效。此外，用納米藥物來阻斷血管“餓死〞癌細(xì)胞的研究亦在進(jìn)展中。使用和金納米粒子結(jié)合的DNA制作的反轉(zhuǎn)義藥物心血管疾病

醫(yī)學(xué)界所廣泛使用的人工心臟瓣膜，目前是由鈦金屬與不銹鋼合金所構(gòu)成，但在移植入人體后仍有損壞的可能性。結(jié)晶納米氧化鋯是一種具有高度抗生物損耗的可能替代材料。另一方面，美國現(xiàn)在已能制備出包含幾百、幾千個(gè)原子的顆粒，長度只有幾十