納米材料研究現(xiàn)狀及在生物醫(yī)學中應用

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摘要：納米技術及材料作為一個比較新興的領域開始于上世紀的八十年代，隨著技術的發(fā)展與深入，出現(xiàn)了納米材料和其他學科不斷滲透與交叉的現(xiàn)象。其巨大的應用價值正日趨得以顯現(xiàn)，而且已經實現(xiàn)了向諸多領域的成功拓展。本文就納米材料相關概念與特點進行了分析，在此基礎上對陶瓷、納米碳及高分子材料等在生物醫(yī)學領域中的實踐應用進行研究。

關鍵詞：納米碳；材料；生物醫(yī)學；應用實踐；研究

納米材料是一種結構比較奇特的晶體，其單元尺寸低于100nm。幾乎全部材料都呈現(xiàn)來三方面的基本特性，一是納米尺度特征或者結構單元其維度為1至100nm之間，二是自由表面或者界面的數(shù)量較大，三是納米不同單元間具有或弱或強的作用。

1納米材料研究情況概述

因為結構所凸顯的特殊屬性，致使這種材料本身凸顯了極特殊的效應。這其中囊括了界面、表現(xiàn)效應以及小尺寸效應，從性能上看與以往的微米材料差異是很明顯的。在功能上與性能上與以往的材料都有著明顯的區(qū)別，在諸多領域應用的前景都十分廣闊。納米材料的研究和應用已經在世界范圍內引起廣泛的關注，早在上世紀的八十年代，通過惰性氣體蒸發(fā)原位的方式對清潔表面納米材料進行了成功的制備，同時對相關的物性進行了系統(tǒng)的分析和研究。上世紀的九十年代初德國等國家對清潔界面陶瓷二氧化鈦進行了成功的制備。自這時起，以不同的方式對納米材料進行制備種類不斷增多。人類對于新型的納米材料探索的進程不斷加快，并且研究的觸角已經深入到譜學特性、微觀層面、材料屬性及應用前景等，不僅在理論上實現(xiàn)了突破，而且在實踐上也取得了顯著的成效。作為凝聚態(tài)領域及材料科學領域中的研究熱點，納米材料這一研究課題已經成為當今世界最具前沿性質的課題之一。納米材料本身的研究及其在不同領域中的應用已經成為一種發(fā)展趨勢，而其在生物醫(yī)學方面的運用則處于剛剛起步階段。但是，其發(fā)展的進程較快。在人類對納米材料本身進行研究的不斷深入，可以預見在不久的將來這項研究會在醫(yī)學領域中獲得更加廣闊的應用空間。

2納米材料在生物醫(yī)學領域的應用分析

2.1納米陶瓷材料的應用

納米陶瓷作為一種較為先進的材料，最先發(fā)展于上世紀的八十年代。這種新型的陶瓷材料的組成為納米級顯微結構，其缺陷及氣孔的尺寸、晶界寬度與晶粒尺寸都在100nm量級。納米陶瓷與以往的陶瓷相比性能更加獨特，這一特性的形成緣于納米微粒界面及表面效應，也緣于其所具有的小尺寸。納米陶瓷已經成籽現(xiàn)代科技關注的重點，而且更是凝聚態(tài)物理與材料科學研究的前沿地帶。作為一種多晶材料，陶瓷由晶界與晶粒所組成，是一種燒結體。因其工藝較為特殊，所以要想避免小型裂隙與氣孔的存在極為困難。對陶瓷性能起決定性的因素是其顯微結構與相關組成，主要包括裂紋、孔隙、晶界及晶粒等的組成情形。氧化物陶瓷作為極重要的醫(yī)學材料，已經很廣泛地應用于臨床醫(yī)學實踐。其主要應用于耳聽骨修復、牙種植體、骨螺釘及肘關節(jié)等方面的制造上。納米陶瓷一經問世便使其在超塑性、硬度及強度等方面的性能獲得了顯著的提升。所以，其在制造人工器官方面以及在臨床醫(yī)學領域中的應用前景將極其廣闊。

2.2納米碳材料的應用

當前納米碳管已經成為惹人注目的新型材料，這主要是由于該項材料在半導體、機械與導電等方面凸顯了獨特的性能。從強度上看，納米碳管較鋼要高過百倍，而且在硬度與彈性方面都比較突出。這種突出的特性使它在許多領域都獲得了極其廣泛的應用空間。運用納米碳管于隧道顯微鏡掃描方面，可以使通常狀態(tài)下的STM針尖所難以解決的問題解決起來變得相對容易一些。作為一種碳氫聚合物的類金剛石碳能夠憑借著離子束與離子體等技術在物體的表面形成一定的沉積，使之出現(xiàn)一層薄膜。通過修飾而造就的金剛石涂層其結構為納米結構，其生物相融性比較突出。特別是在血液方面的相融性能，更是惹人注目。就血液所凸顯的相融性問題，這是材料領域內的一相極其關鍵性的問題。幾乎全部合成材料，當其與血液進行接觸時，都會在相當大的程度上出現(xiàn)凝血現(xiàn)象。通過研究還發(fā)現(xiàn)，與其他方面的材料比較，金剛石碳的表面對蛋白都具有較強的吸附能力。類金剛石碳薄膜在心血管的臨床治療方面應用價值較廣，有專業(yè)人士分析認為，在不遠的將來對于醫(yī)用機器人而言，其外表的薄膜也將會使用這種材料。就納米碳材料而言，這是當前碳領域內性能高、功能強的新型材料，同時也是研究開發(fā)的新起點。從當前的實際情況看，它的研究與開發(fā)僅僅處于起步階段。應該講在整個生物醫(yī)學領域內，其應用的潛能十分巨大。

2.3納米高分子材料的應用

對于納米高分子粒子來講，可以通過在醫(yī)學領域里的應用，完成對某些疑難病癥的診療與救治。這種粒子在直徑上要較紅血球小一些，而且能夠保證在血液內的運動自由狀態(tài)。所以，將這種于身體并無害處的粒子注入人體當中，可以使之在病癥檢查與治療中發(fā)揮作用。通過對動物實驗證明，把載有地塞米松的納米粒子以動脈注射的方式輸入血管中，能夠使動脈狹窄得到控制。而乳酸納米粒子載有抗生藥物可以使冠狀動脈的再狹窄得到有效預防。另外，一些納米高分子載有抗癌與抗生物質，可以憑借動脈用藥的方式注入體內，就能夠完成對某些特定器官的專門治療。一些納米球載有藥物，可通過將其制成乳液完成腸內外注冊，也可實現(xiàn)皮層以下部位的注射。納米粒子的直徑比較小，自由表面相對較大，因此膠體穩(wěn)定性較強，吸附性能較高，而且能夠在最短的時間內實現(xiàn)吸附平衡。所以，這種粒子能夠實現(xiàn)對生物物質進行吸附方面的分離功能。對納米顆?？梢詫⑵鋲罕∵M而形成過濾器，因為實施的是納米孔徑過濾，所以在醫(yī)學上可以作為血清的消毒之用。通過半胺基、羥基、羧基等的引入，就可以通過氫鍵、靜電等作用使相關生物大分子彼此間發(fā)生作用，致使沉降作用直接影響到大分子的分離。

2.4納米復合材料的應用

最近一些年里，組織工程作為一種嶄新的領域，吸引了許多學者對其進行關注。在以工程化對器官及組織進行培養(yǎng)的過程里，支架材料作為極關鍵的因素，主要用作細胞生長與種植。而能不能使所植的細胞在增殖與活性方面保持下去，這是對這種材料進行應用需要考慮的前提條件。在替換與修復硬組織過程中，納米復合材料所具有的優(yōu)越性能不斷得到顯現(xiàn)。以兩親化合物及肽分子借助PH誘導，并能過自組裝的形式可以獲取與細胞外基質支架。這種支架呈現(xiàn)出纖維狀，通過對礦化羥基磷灰石進行引導，進而促進納米復合材料的形成。通過不斷研究還發(fā)現(xiàn)，此種納米材料的微觀形態(tài)和自然骨內的相關結構具有驚人的一致性。通過對齒科材料進行研究還發(fā)現(xiàn)，以縮聚及水解的方式可以得到一種較為特殊的納米復合材料。這種特殊的復合物和當前的齒科材料比較，其耐磨性表現(xiàn)得十分突出。關于對納米復合材料的研發(fā)是近年才出現(xiàn)的事情，此項研究是整個納米材料研發(fā)的一個重要分支。隨著研究日趨深入，這種復合材料的重要性會不斷得到顯現(xiàn)，其必然會在諸多醫(yī)學領域獲得更加廣泛的應用。

3結語

納米材料作為一種新型材料，它的發(fā)展始于上世紀的八十年代。其所具有的獨特性能緣于其自身所具有的獨特結構，盡管當前在納米材料的性能、結構及制備方面進行了深入的研究，但是對許多領域的探索依然存在著大量的空白，因此還需要加大研究與開發(fā)的力度。納米材料的出現(xiàn)已經凸顯了極強的優(yōu)異性能，其在生物醫(yī)學領域的應用前景必然會更加寬廣。

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作者：張啟俊 單位：韓山師范學院化學與環(huán)境工程學院