生物醫(yī)學納米技術

1、生物醫(yī)學納米技術生物醫(yī)學納米技術第四講：生物醫(yī)學納米技術生物醫(yī)學納米技術生物醫(yī)學納米技術BTITComputer(H/W, S/W)SemiconductorMEMSTelecommunicationInternetAudio/Visual displayGenomicsMolecular BiologyCell TechnologyTissue EngineeringNano-materialNano-structureNano-processingNano-machine BioinformaticsBiosensorBiochipsBioelectronicsBiocomputerNan

2、o-computerNano-motorNano-sensorNano-BiosensorNano-BiologyNano-MedicinePOCTotal AnalysisTechnology二十一世紀的三大關鍵技術二十一世紀的三大關鍵技術豐富多彩的納米材料豐富多彩的納米材料納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（1-1-100nm100nm）或由它們作為基本單元構成的材料）或由它們作為基本單元構成的材料核殼結(jié)構磁性熒光納米棒Fe3O4TiO2AuAuAuFe3O4Fe2O3/SiO2Fe2O3/CdTe/AlgCdTe QDs

3、Fe3O4/PLANano-Bio-Tech Group物理學家物理學家- -光刻技術光刻技術化學家化學家- -自組裝自組裝bpyCdSbpySCd/22納米加工與制納米加工與制備備紫外燈激發(fā)下不同尺寸量子點顯示出不同的顏色（從藍到紅），發(fā)光波長分別位紫外燈激發(fā)下不同尺寸量子點顯示出不同的顏色（從藍到紅），發(fā)光波長分別位于于443, 473, 481, 500, 518, 543, 565, 587, 610, 和和655 nm。Current Opinion in Biotechnology 2002, 13:4046CdSe半導體量子點熒光半導體量子點熒光不同尺寸和形狀的銀納米粒子具有不同

4、的光學性質(zhì)不同尺寸和形狀的銀納米粒子具有不同的光學性質(zhì)Fe3O4磁性納米顆粒磁性納米顆粒Fe3O4的晶體結(jié)構尖晶石結(jié)構 Fe3+A Fe3+,Fe2+B O4 4 B生物相容性生物相容性納米生物醫(yī)學納米生物醫(yī)學關注生命關注生命納米生物醫(yī)學納米生物醫(yī)學/技術：技術：一方面，是利用納米技術（包括納米材料）研究生命體的特征，發(fā)現(xiàn)新的生命現(xiàn)象和規(guī)律，為人類健康和疾病診斷與治療提供新的理論和方法；另一方面，模擬生命體精細的調(diào)節(jié)機制，通過仿生研究制備新型納米材料和建立新的納米技術。納米技術與生物學、醫(yī)學的交叉與融合。納米技術與生物學、醫(yī)學的交叉與融合。同時，納米生物學、納米醫(yī)學又是納米科學與技術的重要研究

5、領域。同時，納米生物學、納米醫(yī)學又是納米科學與技術的重要研究領域。生生物物技技術術納納米米技技術術納米生物技術腫瘤：能否象慢性病一樣治療？腫瘤：能否象慢性病一樣治療？ 靶向靶向 “A Vision Not a Dream!” by using nanotechnology, A v. Eschenbach, NCI早期診斷和靶向治療早期診斷和靶向治療破壞腫瘤生長破壞腫瘤生長隱形-超小-長循環(huán)-靶向Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 6042 6108表面：表面：Nano-Bio Bridge-Targeting/Sensing Function納米探針納米探針=納米

6、顆粒納米顆粒+靶向分子靶向分子信號組件信號組件+識別組件識別組件1999 年美國哈佛大學Weissleder 等人提出分子影像學的概念,即應用影像學方法,對活體狀態(tài)下體內(nèi)分子的生物化學過程進行定性和定量研究。美國分子影像學會( The Society for Molecular Imaging)：分子影像是利用影像學的手段來無創(chuàng)傷地研究活體條件下生物細胞內(nèi)的正?；虿±頎顟B(tài)下的分子過程.。分子影像學分子影像學 第194 次香山科學會議“分子影像學”研討會于2002 年10 月30 日至11 月1 日在杭州召開。 分子影像學是醫(yī)學影像技術和分子生物學相互交叉滲透而產(chǎn)生的新學科。分子影像技術是利用現(xiàn)

7、有的醫(yī)學影像技術(主要是PET、MRI 和光學CT) 對人體內(nèi)部特定的分子進行無損傷的實時成像。 目前,分子影像常用的探測方法有核探測方法、核磁共振方法和光學方法等。要實現(xiàn)分子成像技術最關鍵的是分子探針、信號放大和靈敏度探測儀器。分子影像技術是向人體輸入一種分子(分子探針) 與細胞內(nèi)分子(靶分子) 進行標記成像。由于分子探針的濃度只有納克或皮克量級,因而體內(nèi)成像信號放大和高靈敏度成像儀器的研制是分子影像技術發(fā)展的關鍵。單分子行為的直接、實時、動態(tài)觀察單分子行為的直接、實時、動態(tài)觀察熒光標記技術熒光標記技術激光共聚焦掃描顯微鏡實時觀察量子點標記的表皮生長因子（EGF）與其受體的結(jié)合（標尺為5微米

8、）。量子點沿細胞偽足運動Nature Biotech. 2004, 22(2) :198-203抗體引導靶向診斷腫瘤抗體引導靶向診斷腫瘤Fig. 3 Schematic of the principle of active targeting3.靶向納米顆粒靶向納米顆粒Particulate Drug納米藥物載體+藥物藥物本身納米化：納米中藥、維甲酸納米顆粒納米顆粒本身成為藥物：腫瘤熱療用磁性納米顆粒、金納米顆粒、富勒烯納米顆粒u紫杉醇白蛋白納米粒紫杉醇白蛋白納米粒u阿霉素脂質(zhì)體阿霉素脂質(zhì)體上市藥物上市藥物臨床應用臨床應用FDA批準藥物批準藥物磁靶向藥物治療腫瘤磁靶向藥物治療腫瘤Fig. 2

9、Schematic of the principle of magnetic drug targeting2.對照組紫杉醇紫杉醇+磁性納米粒紫杉醇+磁性納米粒+磁場可控磁性藥物載體可控磁性藥物載體時空可控給藥技術時空可控給藥技術1min24hrs72hrs144hrs磁感應腫瘤熱療磁感應腫瘤熱療 小鼠肝腫瘤動物模型治療實驗小鼠肝腫瘤動物模型治療實驗磁性納米顆磁性納米顆粒作為藥物粒作為藥物磁介導熱療的治療方式磁介導熱療的治療方式磁介導熱療的治療方式(a)動脈栓塞熱療，(b)直接注射熱療，(c)細胞內(nèi)熱療超選擇介入栓塞碘油磁液經(jīng)肝動脈栓塞磁致熱療治療肝癌的碘油磁液經(jīng)肝動脈栓塞磁致熱療治療肝癌的實驗

10、研究實驗研究經(jīng)動脈栓塞熱療（Arterial Embolization Hyperthermia AEH）通過超選擇介入導管技術將含有納米級磁性熱種子的拴塞劑選擇性灌注入腫瘤新生血管并栓塞，結(jié)合交變磁場磁致熱療，將有望解決深部腫瘤靶向性級溫度分布問題。 使用大型交變磁場進行兔子動脈栓塞磁致熱療試驗光纖測溫病理結(jié)果病理結(jié)果熱療兩周后腫瘤大片壞死明顯，鄰近正常肝組織結(jié)構清晰，形態(tài)正常。（HE， 40）正常組織（400） 壞死組織（400） 磁性納米顆粒磁性納米顆粒-臨床腫瘤熱療臨床腫瘤熱療FeFe3 3O O4 4RR Qiao, CH Yang and MY Gao J. Mater. Chem

11、., 2009, 19, 62746293磁性納米顆粒磁性納米顆粒-臨床臨床MRI造影造影AMAG Pharmaceuticals, Inc.FeFe3 3O O4 4磁性靶向載藥脂質(zhì)體磁性靶向載藥脂質(zhì)體多功能診治策略多功能診治策略靶向診療一體化靶向診療一體化多數(shù)生物醫(yī)學應用基于電磁場多數(shù)生物醫(yī)學應用基于電磁場- -納米納米顆粒顆粒- -生物體之間的相互作用生物體之間的相互作用非生命的物質(zhì)與生命的物質(zhì)在電磁場中的相互作用非生命的物質(zhì)與生命的物質(zhì)在電磁場中的相互作用疾病診治的新原理、疾病診治的新原理、新方法、新技術新方法、新技術納米生物納米生物電磁學電磁學Nano-Bio-eMagcs黑箱黑箱激光誘導金納米殼細胞熱療激光誘導金納米殼細胞熱療Technology in Cancer Research & Treatment，2004，3（1）：）：33-40金納米殼金納米殼Nanoplatforms-靶向診斷與治療NCI光動力學療法光動力學療法 Nano X-ray Technology二氧化鉿(HfO )是一種具有寬帶隙和高介電常數(shù)的陶瓷材料，具有抗放射性并高效產(chǎn)生光電子。 150年前，微米成為新的精度標準，并成為工年前，微米成為新的精度標準，并成為工業(yè)革命的技術基礎，最早和最好學會使用微米技業(yè)革命的技術基礎，最早和最好學會使用微米技術的國家