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纳米生物材料的研究进展

摘要：纳米生物材料是指具有纳米量级的超微粒构成的固体物质。纳米颗粒具有

稳定的物理化学性质，较高的物理强度，较好扩散和渗透能力、吸附能力和化学

活性，以及良好生物降解性等特点。使得纳米生物材料在医学领域得到了广泛的

应用。纳米生物材料包括了组织工程与再生医学材料、高性能生物诊断纳米材料、

生物相容性界面材料、智能纳米药物基因传递材料。然而，那么纳米生物材料作

为人体外来物，必然或多或少地会引起人体的各种不适症状，甚至是对人体存在

着毒性。对纳米生物材料安全性进行评价的深入研究已经成为当务之急。

关键词：纳米生物材料特点分类安全性毒性

1.前言

纳米科技是20世纪80年代末,90年代初发展起来的前沿、交叉新兴学科领域的新技术。

所谓“纳米技术”是指量度范围在1-100nm内的物质或结构的制造技术，即纳米级的材料。

设计、制造、测量和控制技术。其最终目标是，人们将按照自己的意愿直接操纵单个原子、

分子或原子团、分子团(小于10nm)，制造具有特定功能的产品。纳米材料，又称纳米粒，

由于其微小的尺寸，是它们具有了一些独特的效应，表现出特殊的光学、热学、力学和磁学

等特性。[1]

正是如此，纳米材料不仅在传统材料领域得到广泛的应用和发展，在生物医学领域更是

一枝独秀。纳米材料在本世纪很可能成为生物医用材料的核心材料，这是因为生物体的骨

骼、牙齿、肌腱等都发现有纳米结构存在；贝壳、甲虫壳、珊瑚等天然材料具有特异的力学

性能，据分析，它们是由某种有机粘合剂连接的有序排列的纳米碳酸钙颗粒构成的。从仿

生的观点来看，纳米生物医用材料是重要的发展方向。[2]纳米微粒的尺寸一般比生物体内

的细胞小得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径，利用纳米生物技术操纵生物大

分子，被认为有可能引发第二次生物学的革命。[3]

2.纳米生物材料

2.1纳米生物材料的特点

纳米生物材料是指具有纳米量级的超微粒构成的固体物质。纳米颗粒具有稳定的物理化

学性质，较高的物理强度，较好扩散和渗透能力、吸附能力和化学活性，以及良好生物降解

性等特点。[4]

2.1.1纳米生物材料的粒径较小

与传统物质相比，具有较高的表面活性，所以纳米颗粒容易透过血脑屏障、皮肤进入体

内，进入血液循环系统，通过血液循环到达人体其他器官和部位。与普通颗粒相比纳米颗粒

更易于从肺部转移至其他器官。

纳米生物材料的超微性展现了人体对颗粒性物质的吸收过程和它能引起的生物学影响。

皮肤是人类阻挡外源性物质的重要屏障系统，它能有效地阻止宏观颗粒物经皮肤进入体内。

而纳米粒子会随着呼吸进入气管和肺部。对于纳米粒子来说，即使在宏观状态时脂/水分配

系数小，也完全有可能通过简单扩散或以渗透形式经过肺血屏障和皮肤进入体内。

2.1.2纳米生物材料的吸附能力和化学活性

纳米材料的另一个显著特点是比表面积大，粒子表面的原子数多，周围缺少相邻原子，

存在许多空键，故具有很强的吸附能力和很高的化学活性。[6]与传统材料相比，纳米材料

与人体发生相互作用的机率将极大的增加。

2.1.3纳米生物材料的核酸保护作用

众所周知，寡核苷酸在体内可被核酸酶迅速降解。纳米脂质体和纳米粒可以通过表面电

荷吸附作用或通过包裹在脂质体或纳米粒中负载核酸分子。通过纳米载体的负载，无论是吸

附在表面，还是包埋在载体中都显著提高了核酸分子对核酸酶的抵抗性，在基因传递过程中

起到保护核酸分子的作用。[7]

2.1.4缓释、控释性基因传递

纳米材料载体在体内的循环时间受粒径大小影响。传统的脂质体经静脉注射后，大部分

被机体网状内皮细胞系统迅速摄取，限制其靶向其他部位。纳米脂质体与纳米粒在踢被的循

环时间就可明显延长。不同的纳米材料有不同的降解速率。组织细胞摄取了纳米粒子后，通

过高分子材料的逐渐降解，达到纳米生物材料的根本目的，也就是医学上的治疗。[8]

2.2纳米生物材料分类

纳米生物材料从功能上区分，其中包括了组织工程与再生医学材料、高性能生物诊断纳

米材料、生物相容性界面材料、智能纳米药物基因传递材料。在21世纪很可能会成为生物

医药材料的核心材料，这是因为生物体中存在大量精细的纳米结构。[9]

2.2.1组织工程与再生医学材料

在多学科交叉基础上的组织工程与再生医学为重建或修复组织与器官提供有效手段的

同时，也面临在生命体内应用的巨大挑战。细胞、支架与信息传导体系是组织工程不可或缺

的组成部分，支架为重建组织与器件提供必要空间与支