編輯概述:

在過去的十年中，納米技術作為技術進化的創新工具被應用於許多不同的科學領域。納米技術是一個技術領域，它彙集了物理學家、化學家、數學家、生物學家、醫生和工程師等眾多科學家的密切合作，以擴展跨越傳統學科邊界的研究思路。納米技術的願景聚焦於各種社會目標，如改善對自然的理解、提高生產力、改善衛生保健和提高可持續發展和人類潛力的極限[1]。納米技術可以被定義為通過控製納米材料的尺寸和形狀，強調設計、表征、生產和應用具有獨特物理、化學和生物特性的結構、器件和係統的技術。相反，納米科學指的是在原子和分子水平上對現象和物質操縱的研究，其中記錄了與大塊材料相比的物質性質的顯著差異。納米技術在生命科學中的定位導致了納米醫學的發展，納米醫學被認為是包含在納米技術和納米科學中的一個子學科。

這種進化導致了新材料和設備的出現，顯著提高了生活質量，提供了靶向治療和創新療法，最終目標是未來使用納米機器人的手術性能。因此，納米醫學和生物納米技術因其廣闊的醫學應用前景和迄今為止在有限的體內試驗和試驗中觀察到的副作用減少而受到極大關注。然而，為了完全批準納米醫療材料、設備和納米機器人，並確保未來的福祉使用，仍需付出大量努力。盡管如此，許多法律和倫理委員會正在處理工程納米材料在生命科學中的安全性和適用性問題，並不斷為納米材料的表征和測試設置新的邊界。

在過去的幾十年裏，不同種類的納米材料被合成用於生物醫學應用。研究最廣泛的一類材料是氧化物納米顆粒，最重要的是超順磁性氧化鐵納米顆粒，它們已被用於細胞分離，作為成像造影劑和診斷工具，用於靶向藥物傳遞和基因轉染，熱療和許多其他應用。另一類是金納米顆粒，主要用於癌症部位的成像應用。最近，科學家開發了介孔二氧化矽納米顆粒，由於形成的孔洞所獲得的優勢，可以用作藥物、蛋白質和/或核苷酸載體[2-4]。此外，已經開展了聚合物基軟納米顆粒的合成研究，即樹狀大分子和/或嵌段共聚物，用於DNA、蛋白質和多肽的傳遞[5-8]。除了球形顆粒外，人們還注意到用於DNA和藥物傳遞的其他形狀顆粒，如納米棒[9]和納米管[10]。最近，研究表明碳納米管可以用於癌症治療的藥物傳遞係統[11]，以及成像、活細胞DNA傳遞和組織工程應用[12]。然而，如前所述，為了評估納米材料的毒性效應，最重要的是評估其在真實條件下的實驗效率，對納米材料體外和體內活性的評估研究有限[13,14]。

科學家們現在正在設計和合成具有複雜工程表麵特征的納米材料，它們可以由不同的刺激(如pH值、熱、光、聲音、機械或磁力)從外部或內部觸發。因此，這些納米材料可以在已經廣泛應用的診斷方法中實現對惡性組織的靶向、漸進式藥物或基因釋放，甚至作為增強工具。首次對新材料在流動中的釋放和藥代動力學行為進行了研究，並用合適的數學方程對實驗結果進行了模擬，以評價其在生物體內的實際運動。這些模擬模型在動脈粥樣硬化等情況下非常有趣，狹窄可以阻止智能納米顆粒的流動，並最終靶向輸送。如今，科學家們除了合成用於藥物輸送和/或診斷應用的納米顆粒外，還專注於開發冠狀動脈藥物洗脫支架上的智能塗層，以促進狹窄局部區域的藥物釋放，或避免細胞和蛋白質在支架上的吸收，從而最終導致支架失效[15-18]。

其他為疾病診斷提供低成本選擇的材料是已開發的微流體和納米電子設備。所有這些設備都能在短時間內提供準確的結果，對治療有顯著幫助。然而，未來將取決於智能設備或補丁的發展，這些設備將實現對人類健康的監測，存儲信息，並在必要時提供治療。此外，納米醫學除了納米材料和納米設備外，還包括在納米外科和組織工程方麵進行的研究。納米外科是指用納米技術取代傳統的外科手術器械，以達到個體活細胞或細胞器水平上的最佳效果。因此，納米級技術，如原子力顯微鏡(AFM)，配備了由單一碳納米管結構或飛秒激光器製造的納米針或尖端，可以實現局部治療，也限製了對周圍健康細胞或組織的損傷。從同樣的角度來看，激光可以幫助基因或細胞治療，甚至在組織工程應用中誘導細胞分化。此外，納米技術還有助於開發合適的設備和技術，這些設備和技術可以提供有關組織和活細胞惡性或非惡性狀態的有用信息。

各種已經使用的納米技術可以進一步改進，在未來可以作為診斷工具，以識別惡性和非惡性組織，或活細胞與周圍環境的相互作用。納米生物力學是一種用於理解活細胞和生物分子基本行為的技術。通過對活細胞力學特性的納米級研究，評估了細胞與周圍結構以及與其他細胞的力學相互作用。這被認為是至關重要的，特別是在嚐試開發新的組織工程和再生醫學策略時。例如，測量蛋白質對細胞施加的納米級力可能使我們對各種疾病有新的認識，如骨關節炎[21]、癌症和瘧疾[22]，這些疾病都是由於細胞彈性和粘附變化引起的。細胞在與周圍細胞外基質或與生物材料(支架、塗層和體塊材料)相互作用時，受到很大的影響，可能影響活組織中的機械信號轉導過程[23-25]。因此，納米生物力學需要醫生、生物學家、工程師、物理學家和數學家的同等貢獻，以評估所有的生物過程，改進儀器和評估實驗結果。從單細胞分析中獲得的所有信息將有助於從生物學角度理解疾病的發生和發展，開發改進的診斷工具和改進或開發創新的治療方法。

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引用:Costas A. Charitidis(2015)納米技術及其在生命科學中的應用。Int J Nanomed Nanosurg, Volume1.1: http://dx.doi.org/10.16966/ 2470-3206.e101

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出版的曆史:

收到日期:2014年12月23日。

接受日期:2015年1月5日。

發表日期:2015年1月15日。