纳米技术在医学上的应用.ppt

纳米技米技术在医学上的在医学上的应用用成员：刘春亮，戴慧平，曾俊 主讲人：刘春亮 前言 纳米米医医学学是是在在分分子子水水平平上上，利利用用分分子子工工具具和和人人体体的的分分子子知知识，所所从从事事的的诊断断、医医疗、预防防疾疾病病、防防止止外外伤、止止痛痛、保保健健和和改改善善健健康康状状况况等等科科学学技技术。换句句话讲，人人们将将从从分分子子水水平平上上认识自自己己，创造造并并利利用用纳米米装装置置和和纳米米结构来防病治病，改善人构来防病治病，改善人类的整个生命系的整个生命系统。我们都知道，目前的医疗技术尚无法达到分子修复的水平。而纳米医学则是在分子水平上，利用分子工具和人体的分子知识，创造并利用纳米装置和纳米结构来防病治病，改善人类的整个生命系统。例如：修复畸变的基因、扼杀刚刚萌芽的癌细胞、捕捉侵入人体的细菌和病毒等等，最终实现纳米医学，使人类拥有持续的健康。一、在一、在诊断方面的断方面的应用用 1 1、遗传病病诊断断 纳米技术有助诊断胎儿是否有遗传缺陷。妇女怀孕8个星期时，血液中开始出现少量胎儿细胞。利用具有纳米级大小孔洞的半透膜或特殊的合成纳米管等，可把胎儿细胞分离出来进行诊断。不需要进行羊水穿刺。目前美国已将此项技术应用于临床诊断中。2 2、病理学、病理学诊断断 肿瘤诊断最可靠的手段是建立在组织细胞水平上的病理学方法，但存在着良恶性及细胞来源判断不准确的问题。利用原子力原子力显微微镜(atomic force microscope，AFM)可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常纳米级结构改变，以解决肿瘤诊断的难题。目前，已有多种原子力显微镜问世，AFM克服了STM(Scanning Tunneling Microscope)只适用于具导电性样品的不足之处。3 3、影像学、影像学诊断断（1 1）纳米粒子在影像学米粒子在影像学诊断中断中应用用 将将纳米米氧氧化化铁造造影影剂静静脉脉注注射射以以后后，氧氧化化铁颗粒粒被被血血液液带到到身身体体的的各各部部位位，只只是是在在肝肝脏和和脾脾脏被被网网状状内内皮皮细胞胞吸吸收收。肝肝脏内内的的网网状状内内皮皮细胞胞是是由由枯枯否否细胞胞的的巨巨噬噬细胞胞构构成成，它它可可以以吞吞噬噬氧氧化化铁颗粒粒；而而恶性性肿瘤瘤细胞胞仅含含有有极极少少量量的的枯枯死死细胞胞没没有有大大量量吸吸收收氧氧化化铁的的作用。作用。纳米米氧氧化化铁造造影影剂就就是是利利用用正正常常细胞胞和和恶性性肿瘤瘤细胞胞之之间的的这种种功功能能差差异异别，显示示出出其其对这些些病病灶灶诊断断的的特特异异性性纳米米氧氧化化铁在在正正常常细胞胞和和肿瘤瘤细胞胞的的数数量量不不同同，会会造造成成信信号号强度度的的差差别，这种种差差别在在核核磁磁共共振振图像像中中，由由于于正正常常组织吸吸收收纳米米氧氧化化铁表表现为暗暗的的低低信信号号，而而病病灶灶不不吸吸收收纳米米氧氧化化铁表表现为亮亮的的高高信信号号。这样，病病灶灶与与正正常常组织在在核核磁磁共共振振图像像上上会会有有较大大的的对比。比。(2)(2)光学相干光学相干层析析术(OCT)(OCT)一种新型的一种新型的纳米影像学米影像学诊断工具断工具 OCT OCT的分辨率可达的分辨率可达1 1个微米个微米级，较CTCT和核磁共振的精密度高出和核磁共振的精密度高出上千倍。它能每秒上千倍。它能每秒20002000次完成生物体内活次完成生物体内活细胞的胞的动态成像，成像，观察活察活细胞的胞的动态，发现单个个细胞病胞病变，且不会像，且不会像X X光、光、CTCT、磁共、磁共振那振那样杀死活死活细胞。胞。4.4.激光激光单原子分子探原子分子探测术 具具有有超超高高灵灵敏敏性性激激光光单原原子子分分子子探探测术,可可在在含含有有10001000亿亿(10(101919)个个原原子子或或分分子子的的1cm1cm3 3气气态物物质中中，在在单个个原原子子分分子子层次次上上准准确确获取取其其中中一一个个。它它可可通通过人人的的唾唾液液、血血液液、粪便便以以及及呼呼出出的的气气体体,及及时发现人人体体中中哪哪怕怕只只有有亿万万分分之之一一的的各各种种致致病病或或带病病游离分子。游离分子。5 5.微小探微小探针技技术 利利用用纳米米级微微小小探探针技技术,可可向向人人体体内内植植入入传感感器器 ，根根据据不不同同的的诊断断和和监测目目的的，可可定定位位于于体体内内的的不不同同部部位位，也也可可随随血血液液在体内运行，随在体内运行，随时将体内的各种生物信息反将体内的各种生物信息反馈于体外于体外记录装置。装置。6.6.癌症的早期癌症的早期诊断断 中中国国医医科科大大学学第第二二临床床学学院院把把纳米米级微微粒粒应用用于于医医学学研研究究,完完成成了了超超顺磁磁性性氧氧化化铁超超微微颗粒粒脂脂质体体的的研研究究。运运用用这项研研究究成成果果,可可以以发现直直径径3 3毫毫米米以以下下的的肝肝肿瘤瘤。这对肝肝癌癌的的早早期期诊断断、早期治早期治疗有着十分重要的意有着十分重要的意义。二、在治二、在治疗方面的方面的应用用1、纳米化增加药物吸收度 增大药物的表面积促进溶解。药物大分子就能穿透组织间隙，也可以通过人体最小的毛细血管。而且分布面极广。应用于中药制剂。药物的物理活性、靶向性比普通中药大大提高。2、纳米医用材料u纳米氧化镐；目前广泛使用的人工心脏瓣膜，是由钛金属与不锈钢合金所构成，但在移植入人体后仍有损坏的可能性。结晶纳米氧化镐是一种具有高度抗生物损耗的替代材料。纳米银粉：银在纳米状态下的杀菌能力产生了质的飞跃。只需用极少量的纳米银即可产生强力的杀菌作用。纳米骨材料：把它植入体内填充各类型的骨缺损，其网状结构可生长出很多新生的骨细胞，所有填充的纳米骨材料，最后会降解消失，骨缺损部能完全被新生骨取代。具有具有纳纳米米级别级别的天然骨分的天然骨分级结级结构和天然骨的多孔构和天然骨的多孔结结构构智能药物；美国正在设计一种纳米智能炸弹，它可以识别出癌细胞的化学特征。这种智能炸弹很小，仅有20纳米左右，能够进入并摧毁单个的癌细胞人工人工红血球血球 纳米医学不仅具有消除体内坏因素的功能，而且还有增强人体功能的能力。我们知道，脑细胞缺氧6至10分钟即出现坏死，内脏器官缺氧后也会呈现衰竭。设想一种装备超小型纳米泵的人造红血球，携氧量是天然红血球的200倍以上。当人的心脏因意外，突然停止跳动的时候，医生可以马上将大量的人造红血球注入人体，随即提供生命赖以生存的氧，以维持整个机体的正常生理活动。它可以应用于贫血症的局部治疗、人工呼吸、肺功能丧失和体育运动需要的额外耗氧等。随着转子的转动，气体分子与转子上的结合位点结合再释放到血浆中。纳米米药物物输运运 纳米微粒药物输送技术也是重要发展方向之一。目前，有半数以上的新药存在溶解和吸收的问题。863计划项目“纳米药物制剂的生物效应研究”，当药物颗粒缩小时，药物与胃肠道液体的有效接触面积将增加，药物的溶解速率随药物颗粒尺度的缩小而提高。利用纳米晶体技术将药物颗粒转变成稳定的纳米粒子，提高溶解性和难溶性药物的药效率。同时，纳米药物制剂的赋形剂在胃肠道中起表面活性剂的作用，也提高了纳米药 物颗粒的溶解率。一旦，不溶性药 物转变成稳定的纳米颗粒，就适合 于口服或者注射了。捕捕获病毒的病毒的纳米陷阱米陷阱 密西根大学的Donald Tomalia等已经用树形聚合物发展了能够捕获病毒的纳米陷阱。体外实验表明纳米陷阱能够在流感病毒感染细胞之前就捕获它们，同样的方法期望用于捕获类似爱滋病病毒等更复杂的病毒。此纳米陷阱使用的是超小分子，此分子能够在病毒进入细胞致病前即与病毒结合，使病毒丧失致病的能力。通俗地讲，人体细胞表面装备着含硅铝酸成分的锁，只准许持钥匙者进入。不幸的是，病毒竟然有硅铝酸受体钥匙。Tomalia的方法是把能够与病毒结合的硅铝酸位点覆盖在陷阱细胞表面。当病毒结合到陷阱细胞表面，就无法再感染人体细胞了。陷阱细胞由外壳、内腔和核三部分组成。内腔可充填药物分子；将来有可能装上化疗药物，直接送到肿瘤上。研究者希望发展针对各种致病病毒的特殊陷阱细胞和用于医疗的陷阱细胞库。识别血液异常的生物芯片血液异常的生物芯片 美国圣地亚国家实验室做了一个雏形装置，发挥芯片实验室的功能，它可以沿血流流动并跟踪感染了爱滋病的细胞。血液细胞被导入一个发射激光的腔体表面，从而改变激光的形成。癌细胞会产生一种明亮的闪光；而健康细胞只发射一种标准波长的光，以此鉴别癌变。三、纳米制药技术1 1、纳米西米西药 纳米晶体技米晶体技术可将可将药物物颗粒粒转变成成稳定的定的纳米粒米粒子，同子，同时提高溶解性，以提高提高溶解性，以提高难溶性溶性药物的物的药效率。效率。加工中，不溶的加工中，不溶的药物是被物是被悬浮在含一般浮在含一般认为安全的安全的稳定定剂和和赋形形剂的的悬浮液中。浮液中。（1 1）将将不不易易被被人人体体吸吸收收的的药物物（如如雌雌二二醇醇）或或食食品品做做成成纳米米粉粉或或悬浮浮液液，就就变得得容容易易吸吸收收，提提高高了了药物物的的生物利用度。生物利用度。（2 2）把）把纳米米药物做成膏物做成膏药贴在患在患处，可通，可通过皮肤直接皮肤直接吸收而无吸收而无须注射。注射。医医药专家家认为，利用，利用纳米技米技术加工的加工的细粒粒药物物还适用于口服控适用于口服控释片、片、颊含片、干粉吸入含片、干粉吸入剂、鼻、鼻喷雾剂、舌面速溶片以及植人式制舌面速溶片以及植人式制剂和脂和脂质体等多种体等多种剂型。型。最近，美国科研人最近，美国科研人员利用利用“纳米米药物制物制剂”的的新工新工艺，将水溶性不佳或，将水溶性不佳或难溶溶药物的分子制成囊状物的分子制成囊状物或包在聚合物基物或包在聚合物基质中加工成中加工成纳米米颗粒，从而大大粒，从而大大提高某些提高某些药物的生物利用度。物的生物利用度。胰胰岛素素口口服服要要解解决决胃胃内内酸酸降降解解、胃胃肠内内酶水水解解、穿穿透透胃胃肠粘粘膜膜及及肝肝脏首首过作作用用四四个个问题。胰胰岛素素普普通通制制剂直直接接口口服服后后，吸吸收收只只有有1 1。而而采采用用纳米米技技术的胰的胰岛素口服素口服给药系系统成功地解决了成功地解决了这一一问题 2 2、纳米中米中药 科学科学证明，中明，中药的的药效取决于其所含有的有效活性成分，效取决于其所含有的有效活性成分，这样的有效成分主要存在于的有效成分主要存在于细胞内和胞内和细胞胞间质当中，植物当中，植物细胞胞的的细胞壁和胞壁和动物物细胞的胞的细胞膜成胞膜成为这些有效成分的保些有效成分的保护层。传统的加工方法无法破碎掉的加工方法无法破碎掉这些保些保护层，致使中，致使中药的的药效不能充效不能充分分发挥，造成原料的浪，造成原料的浪费。纳米生物技米生物技术为中中药的加工工的加工工艺提供了全新的技提供了全新的技术思路和解决方案。其指思路和解决方案。其指导思想是：用一种特殊的物思想是：用一种特殊的物理制理制备技技术，在常温条件下，将，在常温条件下，将鲜活的中活的中药原材料原材料进行行纳米米级（或（或亚微米微米级）的超微破碎，一方面将）的超微破碎，一方面将药材材本身的本身的细胞壁（膜）完全胞壁（膜）完全击破，使得破，使得细胞中最胞中最为重要重要的核酸物的核酸物质和其它有效活性成分充分溢出；另一方面和其它有效活性成分充分溢出；另一方面将有效成分的大分子物将有效成分的大分子物质破碎成能被人体直接吸收的破碎成能被人体直接吸收的小分子小分子颗粒粒悬浮在原生母液中，再采用特殊的保浮在原生母液中，再采用特殊的保鲜方方法将活性有效成分完好地保持在其本然的法将活性有效成分完好地保持在其本然的鲜活状活状态。该技技术的的应用可使中用可使中药加工呈加工呈现如下如下优势：提高吸收率提高吸收率 降低毒副作用降低毒副作用 增增强功效功效 改善改善剂型品型品质四、四、治疗肿瘤一、可治一、可治疗癌症的癌症的纳米粒子米粒子 武武汉理工大学李世理工大学李世谱教授教授经研究研究发现，某些，某些纳米米材料可材料可杀死癌死癌细胞，有效抑制胞，有效抑制肿瘤生瘤生长，而，而对正常正常细胞胞组织丝毫无毫无损。李世普教授成功研制出。李世普教授成功研制出羟基磷基磷灰石复合陶瓷。灰石复合陶瓷。羟基磷灰石是骨骼中的一种成分，基磷灰石是骨骼中的一种成分，与人体有良好的相容性，研究与人体有良好的相容性，研究发现，羟基磷灰石的基磷灰石的 纳米材料是米材料是对付癌付癌细胞的有效武器。委托北京医科胞的有效武器。委托北京医科大学等大学等权威机构做的威机构做的细胞生物学胞生物学试验表明，表明，纳米粒米粒子可以子可以杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤瘤细胞。年胞。年进行行动物物实验显示，向老鼠体内示，向老鼠体内肿瘤注射瘤注射羟基磷灰石基磷灰石纳米粒子溶胶米粒子溶胶,天后抑瘤率天后抑瘤率 .，外，外观上上肿块消失。消失。二、表面包复的磁性粒子在治二、表面包复的磁性粒子在治疗肿瘤上的瘤上的应用用1.1.利用磁性利用磁性纳米粒子用于癌病的米粒子用于癌病的诊断和治断和治疗 带有有磁磁性性的的纳米米FeFe2 2O O3 3微微粒粒是是发展展这种种技技术的的最最重重要要的的对象象。例例如如10-50nm10-50nm的的纳米米FeFe2 2O O3 3磁磁性性粒粒子子表表面面包包覆覆甲甲基基丙丙烯酸酸，尺尺寸寸为200nm,200nm,这种种超超细粒粒子子携携带蛋蛋白白、抗抗体体和和药物物可可以以用用于于癌癌病病的的诊断断和和治治疗。这种种局局部部治治疗效效果果好好，副副作作用用少少，成成为癌癌病的治病的治疗方向。方向。（1 1）靶向性治）靶向性治疗癌症癌症 将将磁磁性性纳米米颗粒粒与与药物物结合合,注注入入到到人人体体内内,在在外外磁磁场作作用用下下,药物物向向病病变部部位位集集中中,从从而而达达到到定定向向治治疗的目的的目的,将大大提高将大大提高肿瘤的瘤的药物治物治疗效果。效果。以以张阳阳德德教教授授为首首的的课题组，从从19951995年年开开展展了了“高高性性能能磁磁性性纳米米粒粒DNADNA阿阿霉霉素素治治疗肝肝癌癌”课题的的研研究究，他他们将肝将肝肿瘤移植到老鼠身上，瘤移植到老鼠身上，并并将将载带抗抗肿瘤瘤药物物阿阿霉霉素素的的纳米米微微囊囊注注射射到到老老鼠鼠体体内内，结果果发现，磁磁性性阿阿霉霉素素白白蛋蛋白白纳米米粒粒聚聚集集在在老老鼠鼠癌癌变位位置置。7 7天天后后，大大部部分分癌癌细胞胞被被抑抑制制，外外观上上肿块消消失失。此此实验证明明，纳米米微微囊囊对癌癌细胞胞具具有有高高度度的的靶靶向向性性，选择性性杀死死癌癌细胞胞，且且不不损伤正正常常细胞胞，对移植性移植性肿瘤瘤疗效好，在人体上效好，在人体上应能达到相能达到相应的效果。的效果。(2 2)原位原位“灼灼烧”或或“爆炸爆炸”治治疗癌症癌症 研研究究人人员将将极极其其细小小的的氧氧化化铁纳米米颗粒粒，注注入入患患者者的的癌癌瘤瘤里里，然然后后将将患患者者置置于于可可变的的磁磁场中中，使使患患者者癌癌瘤瘤里里的的氧氧化化铁纳米米颗粒粒升升温温到到45454747摄氏氏度度，这温温度度足足以以烧毁癌癌瘤瘤细胞胞，而而周周围健健康康组织不不会会受受到到伤害害。有有科科学学家家设计了了一一种种“聪明明”的的炸炸弹，它它通通过认读癌癌细胞胞的的化化学学“签字字”，把把癌癌细胞胞做做为靶靶细胞胞，该炮炮弹小小到到约2020纳米，能米，能进入入单个个细胞并把它炸得片甲不留。胞并把它炸得片甲不留。2.2.利用磁性利用磁性纳米粒子分离癌米粒子分离癌细胞胞 例例如如采采用用约50nm50nm的的纳米米FeFe2 2O O3 3粒粒子子，包包覆覆聚聚苯苯乙乙烯后后，成成功功用用于于小小鼠鼠骨骨髓髓液液中中癌癌细胞胞的的分分离离。首首先先从从羊羊身身上上取取出出抗抗小小鼠鼠FcFc抗抗体体（免免疫疫球球蛋蛋白白），然然后后与与上上述述磁磁性性粒粒子子的的包包覆覆物物相相结合合。将将小小鼠鼠带有有正正常常细胞胞和和癌癌细胞胞的的骨骨髓髓液液取取出出，加加入入小小鼠鼠杂种种产生生的的抗抗神神经母母细胞胞癌癌单克克隆隆抗抗体体，此此抗抗体体只只与与骨骨髓髓中中的的癌癌细胞胞结合合。最最后后将将带抗抗体体和和包包覆覆层的的磁磁性性粒粒子子放放入骨髓液中，它只与携入骨髓液中，它只与携带抗体的癌抗体的癌细胞相胞相结合。合。利利用用磁磁分分离离装装置置很很容容易易将将细胞胞从从骨骨髓髓中中分分离离出出来来，分分离离率率达达99.9%99.9%以上。以上。伦敦敦的的儿儿科科医医院院、挪挪威威工工业大大学学和和美美国国喷气气推推进研研究究所所利利用用这种种技技术成成功功地地进行行了了人人体体骨骨髓髓液液细胞胞的的分分离离来来治治疗癌癌病患者。病患者。五、生五、生物兼容物质 生生物物兼兼容容物物质的的开开发，是是纳米米材材料料在在医医学学领域域中中的的另另一一个个重重要要应用用。因因植植入入物物的的不不兼兼容容性性会会引引起起炎炎症症反反应或或排排斥斥反反应，而而纳米米物物质所所展展现的的非凡的物理特性正好能解决非凡的物理特性正好能解决这一一难题。19941994年年，英英国国BonfieldBonfield成成功功地地合合成成了了模模拟骨骨骼骼亚结构构的的纳米米物物质，该物物质可可取取代代目目前前骨骨科科常常用用的合金材料。它的主要成分是的合金材料。它的主要成分是经与聚乙与聚乙烯混合混合压 缩后后的的羟基基磷磷灰灰石石网网（骨骨骼骼的的主主要要成成分分），其其物物理理特特性性正正好好符符合合理理想想的的骨骨骼骼替替代代物物的的模模数数匹匹配配（Modulus Modulus matchingmatching，例例如如具具有有与与骨骨骼骼相相似似的的强度度和和密密度度指指数数），不不易易骨骨折折，且且与与正正常常骨骨组织连接接紧密密，显示示了了明明显的的正正畸畸应用用优势。其其他他可可望望应用用于于临床床的的纳米米物物质有有人人工工关关节面面和和关关节腔腔、美美容容植植入物、口腔正畸物等。入物、口腔正畸物等。谢谢欣欣赏！后面内容直接删除就行资料可以编辑修改使用资料可以编辑修改使用资料仅供参考，实际情况实际分析主要经营：课件设计，文档制作，网络软件设计、图文设计制作、发布广告等秉着以优质的服务对待每一位客户，做到让客户满意！致力于数据挖掘，合同简历、论文写作、PPT设计、计划书、策划案、学习课件、各类模板等方方面面，打造全网一站式需求感感谢您的您的观看和下看和下载The user can demonstrate on a projector or computer,or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field