浅析纳米材料在生物医学领域的应用方向与特性,磁性纳米粒子在生物医学领域有哪些应用
浅析纳米材料在生物医学领域的应用方向与特性
纳米技术在生物医学领域的哪些应用对推动医学发展起到了重要作用。疾病诊断、预防和治疗的实际需求为纳米技术获得更先进的药物输送系统和早期检测诊断技术提出了期望，如早期诊断和早期预警、代谢产物中生物标志物的发现以及痕量或微量或瞬时样本量的检测技术。
纳米材料在生物医学领域的应用？
血液中红细胞的大小是6000-9000纳米，而纳米粒子只有几纳米大小，实际上比红细胞小得多，所以它可以在血液中自由移动。 如果将各种治疗纳米粒子注射到人体的各个部位，可以检查病理变化并进行治疗。其效果优于传统注射剂。请根据这个内容写:生物工程也叫生物技术或生物技术。 基于生物学和工程学原理，针对生物材料和生物的特定功能，定向形成具有特定特征的新生物品种。 生物工程是在分子生物学和细胞生物学的基础上于20世纪70年代早期发展起来的。纳米科学技术已经成为国际研发热潮。世界各国都将纳米科学技术的发展视为国家科技发展战略目标的一部分，并在纳米科学和材料的研发上投入巨资。 纳米材料是纳米技术的重要组成部分，越来越受到各国的重视。 国家(地区)制定了相应的发展战略和计划。用于诊断、治疗以及器官修复和再生的材料具有延长患者寿命和提高其生活质量的功能。它们是材料科学、化学、生命科学和医学的交叉发展领域。 生物医学:是一门融合医学、生命科学和生物学的理论和方法而发展起来的前沿交叉学科。其基本任务是应用生物学和复杂自然计算基础工程的高级应用来控制本草科机械的研究前景。如果目前能够进行研究，因为研究局限于细胞水平，复合物可以控制细胞合成各种药物或改造能够清除油污细菌或检测射线细菌的机械，干细胞的发育可以得到控制，任何身体组织甚至器官末端复合物都可以带来新的、更神奇的、更害怕的材料。
磁性纳米粒子在生物医学领域有哪些应用
纳米技术在生物医学领域的哪些应用对推动医学发展起到了重要作用。疾病诊断、预防和治疗的实际需求为纳米技术获得更先进的药物输送系统和早期检测诊断技术提出了期望，如早期诊断和早期预警、代谢产物中生物标志物的发现以及痕量或微量或瞬时样本量的检测技术。
纳米材料在生物医学领域的应用？
浅析纳米材料在生物医学领域的应用方向与特性范文
摘要:纳米材料诞生于20世纪80年代末。作为一项新技术，它正在迅速崛起。纳米材料逐渐跨越许多学科，具有巨大的应用价值，并已初步应用于一些领域。纳米材料作为纳米技术的重要组成部分，也引起了各个领域研究者的关注。摘要:主要介绍了纳米材料的一些基本概念和特性，重点介绍了石墨烯、碳纳米管、碳点和碳纳米角在生物医学领域的应用方向和特点，并提出了纳米材料的一些热点和可能的新生长点。
关键词:纳米材料；石墨烯；碳纳米管；碳点；碳纳米角；
前言
纳米材料是晶体或无定形的，结构单位尺寸小于100纳米。下面描述的纳米材料都有三个共同的结构特征:1 .纳米尺度的结构单元或特征尺寸在纳米量级(1-100纳米)；2.有大量的界面或自由表面；3.纳米单元之间有强或弱的相互作用。由于这种结构的特殊性，纳米材料具有一些独特的效应，包括小尺寸效应、表面效应和界面效应等。，从而显示出许多优异的性能和全新的功能。1984年，GIeiter首次通过惰性气体蒸发原位加热法成功制备出表面洁净的纳米块体材料，并系统研究了各种物理性能。从那时起，已经有数百种人工纳米材料通过各种方法制备。人们正在广泛探索新的纳米材料。石墨烯、碳纳米管、碳点和碳纳米角已经迅速成为生物医学领域的新星。
1。氧化石墨烯
(1)氧化石墨烯的特性
石墨烯在生物医学领域的研究才刚刚开始两年。氧化石墨烯(或氧化石墨烯)被广泛使用。氧化石墨烯在石墨烯的基础上被进一步氧化。它的表面富含羟基、羧基、环氧基等官能团，被称为含氧活性基团。因此，氧化石墨烯具有良好的生物相容性、耐水性和高比表面积。环氧乙烷的表面活性羧基被酰胺化或酯化，是一种与各种有机小分子、聚合物和生物酰胺连接的生物活性分子。生物相容性和功能化也得到了相应的改善。此外，良好的溶液稳定性也是其独特的特性，对提高中药和化学合成药物的疗效具有重要作用。
(2)氧化石墨烯在生物医学中的应用
(1)氧化石墨烯用作生物载体材料。由于其突出的载药性能、优异的生物相容性、高载药率、靶向给药等优点。作为载体，它不仅能与脱氧核糖核酸、抗体、蛋白质等大分子结合，还能携带小分子。它在减少药物不良反应和提高药物稳定性方面发挥作用。作为一种传递载体，其特殊的结构使其具有一定的杀菌作用。氯霉素在水溶液中稳定性低，易水解。根据氯霉素与β-环糊精-GO分子之间的氢键，张燕文等人以β-环糊精-GO为氯霉素的载体，包封率达到115%。经过加速和长期稳定性实验两个实验，二醇含量测定为7.28%，低于市场上所含的10.13%处方，表明该药物载体系统可以提高药物的稳定性和氯霉素的生物利用度。此外，围棋本身具有抗菌活性。阿哈旺等人在做实验测定go的毒性时，不仅对革兰氏阳性菌，而且对革兰氏阴性菌，意外发现并证实了GO的活性。其机理是细菌的细胞膜与氧化石墨烯的尖锐边缘直接接触时被破坏，从而产生杀菌效果。因此，联合用药具有更好的抗菌效果。
(2)氧化石墨烯作为生物传感器。细菌分析、脱氧核糖核酸和蛋白质都可以通过氧化石墨烯生物装置或生物传感器进行检测。此外，与碳纳米管相比，石墨烯不仅成本低，而且具有大规模生产的优势，有望应用于生物传感器。
我们的研究小组使用堆积π-π和其他物理吸附方法来制造针头——荧光体(Fluo G)在蓝光激发下发出绿色荧光。同时，p H4.6~8.0时，荧光密度随着p H值的增加而增加。研究表明，与主动跨膜模式相比，氟代葡萄糖以自由扩散模式被细胞吸收。氧化石墨烯由于其良好的生物相容性和易于合成，有望在细胞成像领域得到广泛应用。
(3)氧化石墨烯在肿瘤治疗中的应用。光动力疗法是在一定波长激发光敏剂后，通过产生单线态氧来灭活肿瘤细胞。氧化石墨烯毒性低，生物相容性好。石墨烯衍生物具有吸收近红外区域光的能力。吸收能量后，肿瘤部位的温度升高，癌细胞被杀死。从而增强其在肿瘤光动力治疗中的应用。Hu等人合成了GO/Ti O2配合物，并研究了可见光的吸收和催化活性。在可见光下，二氧化钛的光动力活性低于二氧化钛/二氧化钛复合物，活性氧自由基较少。实验表明，随着细胞中活性氧自由基浓度的增加，去氧/二氧化钛复合物对宫颈癌Hela细胞的毒性作用增强。随着暴露时间的增加，氧化石墨烯/二氧化钛复合物能显著提高细胞中caspase-3的生物活性，加快细胞凋亡的速度。
2。纳米管
(1)纳米管的特性
1991年，日本NEC的李玛第一次发现了多壁碳纳米管(multi-wall carbon nano ),可视为单层或多层石墨片，以一定螺旋角缠绕在中心轴上，以及无缝碳纳米管。许多有机(包括生物)或无机分子以共价或非共价的方式结合到碳纳米管的表面，因为它具有大的比表面积，然后可以被表面修饰或官能化。碳纳米管的功能化可以分为两种类型:共价修饰和非共价键。在前者中，目标分子通过羧基和胺基之间的酯化反应或羧酸盐和铵盐之间的离子力连接到碳纳米管的表面。后者是附着在碳纳米管表面的其他分子的非共价吸附。这种方法的优点是可以保留碳纳米管表面的sp2杂化结构。碳纳米管表面的缺陷被氧化形成羧基。共价修饰的特异性比两种功能化的特异性更突出。
(2)纳米管在生物医学中的应用
(1)碳纳米管作为生物传感器。碳纳米管作为一种新型生物传感器，具有以下突出优点:传感器体积小，响应快，有效检测面积减小到合适的单个生物分子检测水平；传感器非常灵敏，因为几乎所有电流都通过传感器的检测位置。更重要的是，功能化碳纳米管具有特异性检测生物分子的能力。例如，人们已经利用SWNT独特的电学性质制造出纳米碳纳米管场效应晶体管，并且它具有半导体特性，例如(NT场效应晶体管)。Star等人发现，当施加电压时，在ntFET表面上的生物素分子与其配体链霉素结合前后，NT场效应晶体管中的电流会改变特性——原理可能是蛋白质分子和碳纳米管之间发生电荷转移。由于场效应晶体管的尺寸极小，对蛋白质分子高度敏感，在场效应晶体管中检测到大约一个数量级的10个蛋白质分子，进一步缩小了原始测试的结果。
(2)碳纳米管作为药物载体。碳纳米管作为药物载体材料具有以下优点:a .具有大共轭结构的类石墨表面可以负载蛋白质、脱氧核糖核酸、核糖核酸等含有苯环的药物，它们携带的药物含量也很高；b .跨膜能力强，药物能有效地装载到细胞中；(3)可以对管壁进行功能性修饰，附着羟基、氨基等高活性基团，然后通过共价反应将抗肿瘤药物分子和靶向分子嫁接到纳米管上，实现抗肿瘤药物分子的靶向转运，从而降低药物的全身毒副作用。管壁可被多个活性基团(如羟基和氨基)功能化，然后抗肿瘤分子和靶分子通过共价反应接枝到纳米管上，不仅实现了抗肿瘤药物分子的靶向转运，而且降低了药物的全身毒副作用。Wu等人在生物作用下破坏了羟基喜树碱与酶之间的酰胺键，药物从纳米管中分离出来。许多药物不溶于水，通过化学反应共价接枝到可溶性纳米管中，这不仅提高了药物的溶解度，而且降低了药物分子聚集引起的毒性。此外，环境对性刺激做出反应，释放药物。
3。碳点
(1)碳点的特征
碳点，Cdots)的粒径小于10纳米。2004年，当徐等人纯化碳纳米管时，他们意外发现了具有荧光性质的物质，并证实其主要成分是碳点，这引发了人们研究碳点的热潮。碳点具有独特的性质:a .目前合成的大多数荧光碳点在紫外区有很强的光吸收，也可以延伸到可见光区，一般位于270 ~ 320纳米；碳点具有宽而连续的激发光谱。与传统量子点一样，在单色光源的激发下可以获得不同发射波长的荧光，即“单一激发，多重发射”，这为实现生物分子多组分的同时检测提供了可能；c .高荧光稳定性和抗漂白性，甚至在连续激发光照射数小时后，荧光强度几乎没有降低；荧光强度的可调性可以根据溶液磷氢值的变化而改变，不同条件下合成的碳点对磷氢的响应也不同；它具有光电荷转移特性。Cdots因其良好的生物相容性和低毒性而被广泛应用于生物检测、基因传递、药物传递和生物成像。
(2)碳点在生物医学中的应用
(1)在生物传感器中。荧光碳点可用于检测体内各种生化物质成分的动态变化过程，具有性能好、操作简单、灵敏度高、背景干扰小的特点。例如，用含硼荧光碳点检测葡萄糖，检测水平不仅能达到实际检测标准，而且具有干扰小的优点。Cu2+体内平衡的改变会导致神经退行性疾病，并且在病理和生理条件下细胞中Cu2+的浓度是不同的。因此，监测Cu2+的浓度非常重要。学者们可以通过构建cqd-tpea，荧光碳点来监测细胞内铜离子，具有很高的特异性和稳定性。
鉴于Cu2+对碳荧光猝灭的影响，研究人员用它来检测细胞中的Cu2+。朱等人制备了声发射-TPEA-碳点镉硒锌硫，并通过检测Cu2+的荧光比值确定了铜在细胞中的位置。碳点还原氧化石墨(Cdots RGO)可用于乙酰胆碱检测:乙酰胆碱能被乙酰胆碱酯酶转化为胆碱，胆碱能在胆碱氧化酶的催化下产生H2O2。定量检测乙酰胆碱的检出限为30 pmol/l。
此外，碳点银银、金形成Cdots，可用于检测生物活性物质，H2O2和葡萄糖的比色检测限分别为0.18和1.6。摩尔.用金纳米粒子和谷胱甘肽的组合检测谷胱甘肽的荧光，达到50摩尔/升的检测限。本实验采用中和热法合成碳点。葡萄糖被用作碳源作为原料。邻羟基和硼酸的加入弥补了未结合的葡萄糖，实现了糖蛋白的检测。
碳点也可以用来构建化学生物传感器。邵等人利用Cdots-TPEA电化学响应实现了小鼠脑内cun的示踪扫描，李等人利用微波法合成了石墨烯纳米点，并基于cd2+与羧基官能团螯合的特性构建了检测cd2+的电化学发光检测器，检测限为13mol/L..
(2)碳点用于基因转移。癌细胞可以被碳点识别，碳点是通过酰胺缩合反应制备的，并被叶酸修饰。这种识别方法为细胞筛选和诊断提供了新的思路。带正电荷的碳表面被PEI修饰，带负电荷的脱氧核糖核酸可以被吸附。Liu等人评估了碳点的传输能力。碳点对脱氧核糖核酸的转运能力与带正电荷的PEI-25K相似，但质粒脱氧核糖核酸的分布可以通过碳点的荧光来追踪。研究结果为研究其生理功能提供了依据。用碳点脱氧核糖核酸复合物转染细胞3小时，在激光405、488和543纳米的照射下分别产生蓝光、绿光和红光，表明碳点的多色荧光特性在转运过程中没有消失。
(3)碳点用于体内成像。斑马鱼具有很强的渗透性，可以促进荧光成像。该小组研究了不同物种碳点的荧光成像，并在斑马鱼眼睛和卵黄囊中发现了一些主要的碳点沉积物。斑马鱼碳点的荧光可以维持60小时，有助于观察斑马鱼的胚胎发育。聚乙二醇碳点和锌硫掺杂的CZS点聚乙二醇碳点成功用于小鼠成像，获得绿色和红色荧光成像结果。皮下注射以上第161页聚乙二醇修饰的碳点可以转移到淋巴结，到达淋巴组织和器官，实现荧光成像。发现碳点的转移速率比纳米点慢。Tao等人利用455~704nm激光照射实现小鼠体内成像。
4。碳纳米角
(1)碳纳米角的特性
由于碳纳米管的特殊结构，其制备工艺独特。它在催化剂载体、燃料电池、清洁能源技术和药物输送系统等地方引起了广泛关注。氯化萘的制备工艺如下:石墨棒在充氩条件下用二氧化碳燃烧。然而，在这个过程中，不需要添加催化剂就能成功。在570-580℃下，制备的氯化萘和O2混合燃烧15分钟后，可在氯化萘锥体内形成直径为0.5-1.5纳米的微孔。氧化过程中的温度决定了氯化萘的孔隙率和表面积。在这些微孔中，有含氧官能团，如羧基，它们可以通过共价键与其他分子连接。从而实现氯化萘表面的化学改性。在1200℃氢气条件下，含氧官能团被有缺陷的碳氧化物纳米角去除，得到的碳纳米角顶部敞开。它类似于截头单壁碳纳米管，但是碳纳米管的一端是封闭的圆锥。同时，在CN中有一个很大的范德瓦尔斯力(Van der Waals force)，它是由聚集体形成的，聚集体结构是球形的。
与碳纳米管相比，氯化萘具有吸附能力强的显著优势，在3.5兆帕的压力下可达到160cm3/cm3，并且具有自聚集性，氯化萘不自由。然而，它以自聚集的方式存在于次级聚集中。它是疏水的，不能溶解在水溶液中。
(2)单壁碳纳米角在生物医学中的应用
(1)单壁碳纳米角在肿瘤细胞中的应用。在倒置显微镜下，U251细胞用不同浓度的SWNHs处理并培养48h。U251细胞形态发生明显变化，呈现出严重的圆整趋势。U251细胞不能完全粘附在壁上，也不能显示扩散状态。U251细胞的细胞质收缩并显示空起泡和死亡。然而，未治疗对照组的U251细胞没有显示上述现象。细胞数量与SWNHs浓度成反比，表明SWNHs抑制细胞增殖过程，抑制作用呈剂量依赖性。当处理浓度为SWNHs40时，细胞数量最少，抑制效果最好。(2)药物递送系统中的单壁碳纳米角。碳纳米角具有独特的锥形结构，并且被氧化以在壁上形成碳纳米管。所产生微孔能有效装载和缓慢释放药物，并可巧妙用于构建独特的药物传递系统。该缓控释给药系统可以降低药物的毒性，同时保证药效。(3)单壁碳纳米角用于生物探测器。碳纳米角SWNHS可作为荧光检测平台构建生物检测器。凝血前，纤维蛋白原可转化为纤维蛋白，在生理和病理条件下发挥重要作用。2hu等人利用SWNHS作为检测凝血酶的有效检测平台，构建了一种新的炎症光适体检测器。该检测器的构建基于染料标记的凝血酶适体(Qye-TA)通过非共价键对SWNHs的吸附。在凝血酶的存在下，凝血酶将染料-TA转化为其四聚体构象，形成凝固的南-dlye-TA四聚体复合物。该化合物防止染料被SWNHS吸附，并抑制染料荧光猝灭。该检测器灵敏度高，选择性好，检测限低，可达100 pmol/l，随着该技术的发展，以碳纳米角为荧光检测平台的检测器被广泛应用于疾病检测和临床诊断。
5。结束语
纳米材料作为一种新型材料，在20世纪80年代中期发展迅速。由于其纳米结构，它显示出优异和独特的性能和新的功能。虽然研究者对纳米材料的制备、结构和功能做了大量的研究，但在生物医学领域的理论和实际应用方面仍有大量的工作要做。纳米材料的优异性能表明其在生物医学工程的许多领域具有广泛而诱人的应用前景。
参考
孔华，徐海燕。纳米材料的研究进展及其在生物医学基础医学中的应用[[]。2002年，2 (22)。
[2]比尔林格，吉iter，Kiein惠普，等.纳米晶体材料:一种具有气体样结构的纳米晶体结构的方法[J].物理学报，1984，102:365-369 .
[3]哈西瑞斯诉纳米生物材料:对现有科学技术和新方法的回顾[。《生物水科学杂志》，2006，17 (11) :1241-1268。
[4]马拉普尔，阿卜杜勒马利基，博兰德斯。共价功能化石墨烯片与生物相容性天然氨基酸[。应用冲浪科学，2014，307 (15) :533-542。
[5]张YW，徐军，方JL，等.功能性氧化石墨烯作为氯霉素纳米载体的研究[[]。中国抗生素杂志，2014，39 (9) :665-668。
[6]阿哈旺·奥，加德里.石墨烯和氧化石墨烯纳米壁对细菌的毒性[.ACS Nano，2010，4 (10) :5731-5736。