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俄羅斯外籍院士帶您從納米金剛石生物醫(yī)用看未來發(fā)展方向

發(fā)布日期：2018-10-25 來源:DT新材料

納米金剛石指的是粒徑在1~100nm的金剛石晶粒存在形態(tài)，其兼有金剛石、納米材料的特性，例如高硬度、高耐腐蝕性、高熱導率、低摩擦系數(shù)、低表面粗糙度、大的比表面積、生物相容性、高的表面活性等。物質(zhì)進入納米尺度后表現(xiàn)出了一些宏觀物質(zhì)不具備或在宏觀物質(zhì)中可忽略的物理效應(yīng)，如表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等。納米金剛石顆粒的合成方法主要有靜壓合成、金剛石單晶粉磨、爆轟法三種，都已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

之前小編曾給大家講過納米金剛石的應(yīng)用價值，可點擊藍字，再次閱讀。今天小編重點給大家講述納米金剛石在生物醫(yī)用領(lǐng)域，尤其是生物醫(yī)藥中的應(yīng)用。

納米金剛石是一種具有生物相容性、低毒性、熒光效應(yīng)等特性的納米惰性材料，近年來逐步在藥物載體材料、生物成像工具、熒光探針材料以及量子探針等生物醫(yī)藥領(lǐng)域突顯出其愈來愈重要的作用。已有研究報道，納米金剛石能夠和DNA、阿霉素、酶、胰島素、細胞色素C、生長激素和抗原等通過共價鍵或非共價鍵的方式結(jié)合，作為一種潛在生物成像工具、熒光探針材料、藥物轉(zhuǎn)運工具而發(fā)揮作用，以下是具體介紹。

蛋白質(zhì)的分離與純化

納米金剛石有較大的比表面積，表面覆蓋著羧基、內(nèi)酯、羥基、酮和烷基等多種化學基團，對蛋白質(zhì)有著很高的親和力，因而可用于蛋白質(zhì)的分離和純化。

細胞標記與生物成像

熒光細胞標記物在生命科學領(lǐng)域扮演著重要的角色，但許多可用的標記物在物理、光學以及毒性方面都存在著一定的缺陷。納米金剛石作為一種新型的碳納米材料，具有化學惰性、有熒光但無光致漂白、無毒性的優(yōu)勢，可用于細胞標記與生物成像。

實驗結(jié)果顯示納米金剛石在細胞標記與生物成像的研究方面具有很重要的應(yīng)用價值，它可以用于癌細胞與干細胞的標記與追蹤，也可以作為與細菌或細胞相互作用的熒光探針，同時，在細胞水平上，它還可以作為生物成像的載體將生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)發(fā)揮作用，而且可以用于體內(nèi)的生物成像。

生物傳感

生物傳感器是一種利用生物物質(zhì)(如酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜、微生物、細胞等) 作為識別元件，將生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成定量的物理化學信號，從而能夠進行生命物質(zhì)和化學物質(zhì)檢測和監(jiān)控的裝置。隨著納米金剛石應(yīng)用范圍的擴大，許多研究人員發(fā)現(xiàn)了它在生物傳感方面的應(yīng)用價值。葡萄糖生物傳感器能夠簡單迅速的進行疾病診斷，對治療糖尿病有重要意義。非摻雜的納米金剛石修飾的金電極可作為一種電化學的葡萄糖傳感器。在這一研究中，納米金剛石粒子包裹在金電極的表面，然后將葡萄糖氧化酶固定在納米金剛石表面，納米金剛石預先修飾電極的陽極，不僅能夠提高電子在納米金剛石芯片中轉(zhuǎn)移的速率，而且能夠顯著的改善溶解氧的減少。這一發(fā)現(xiàn)可以通過監(jiān)測氧減少的電流變化來檢測負電位的葡萄糖。

基因傳輸與治療

基因傳輸與治療的目的，是引入外源基因以補充缺陷基因或為體內(nèi)提供更多的生物功能。實驗結(jié)果顯示，納米金剛石可成為一種快速的、可擴展的、廣泛適用的基因傳輸工具。

藥物傳輸與治療

納米技術(shù)為藥物的傳輸提供了新的方式和途徑，納米金剛石可以與藥物以共價鍵或非共價鍵的方式結(jié)合，作為藥物傳輸工具將藥物轉(zhuǎn)運到靶細胞或靶器官而發(fā)揮作用。

轉(zhuǎn)鐵蛋白與熒光納米金剛石共價結(jié)合后能通過受體介導的內(nèi)吞作用進入細胞，其攝取機制是一種溫度、能量、網(wǎng)格蛋白依賴的途徑，從而納米金剛石可作為一種特殊的細胞攝取與藥物傳輸?shù)墓ぞ�。除了受體介導的機制外，胰島素以非共價的方式吸附到納米金剛石表面，可作為一種pH依賴的蛋白質(zhì)傳輸工具，其中胰島素的釋放是可調(diào)的，并保留著原有活性。研究結(jié)果顯示，納米金剛石不僅能夠作為有效的轉(zhuǎn)運載體，而且其轉(zhuǎn)運機制也比較明確。因此，可以進一步拓展其作為載體在生物醫(yī)學領(lǐng)域中的應(yīng)用。

癌癥診斷與治療

納米粒表面能夠提供各種各樣的化學基團，供多種癌癥診斷與化療藥物以共價鍵或非共價鍵的方式結(jié)合，據(jù)此去設(shè)計和開發(fā)具有多功能化學基團的納米粒并用于腫瘤同步成像與治療，已經(jīng)成為目前癌癥藥物研究的主要目標。一些研究表明，抗癌藥物與納米金剛石連接后能夠減少毒副作用，提高靶向性，并表現(xiàn)出較強的抗癌活性。如紫杉醇與表面修飾的納米金剛石共價連接以后，其抗癌活性比單獨紫杉醇的抗癌活性要高。

對免疫系統(tǒng)的作用

納米金剛石與納米鉑的混合材料( DPV576-C)在體外作用于樹突狀細胞后，可增加CD83和CD86的表達，上調(diào)樹突狀細胞分泌的細胞因子IL-6、TNF和IL-10 的水平，提高CD4+T 細胞生長的能力。在體內(nèi)DPV576-C 作用于C57BL /6 小鼠后，與未處理的C57BL /6 小鼠相比，能夠增加CD4+和CD8+ T細胞和它們的激活標記物CD25 和CD69 的百分比，增強NK 細胞的活力，而且沒有組織病理學上的毒副作用。因此，該混合材料可用于提高癌癥治療過程中的免疫應(yīng)答反應(yīng)以及治療病人的免疫功能障礙。