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​碳纳米资料在生物医学范畴的运用与瞻望

时间:2019-05-26来源:申博太阳城浏览次数:

纳米资料是指物资构造在三维空间至少有一维处于纳米规范,或由纳米构造单元组成的且具有特别性子的资料。碳纳米管是一种新型纳米资料,由碳原子SP2杂化组成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。依据管壁层数的差异,一样平常可以或许分为单壁碳纳米管,双壁碳纳米管和多壁碳纳米管[1]。研讨注解,碳纳米管不只具有相称高的强度和韧性,还具有优秀的电学、磁学以及吸取等性能,在生物医学范畴具有普遍的运用远景。

1.碳纳米资料在生物医学范畴的运用


1.1构造工程


1.1.1骨构造工程


碳纳米管用作骨构造工程支架[2],不克不及举行生物降解,它就像一个惰性框架,细胞可以或许在碳纳米管外面生长滋生并组成新的活性物资,再转变成一般的功用性的骨构造。碳纳米管与其他高份子化合物举行复合组成复合支架资料在现在骨构造工程的研讨中运用较多。多项研讨注解,藻酸盐/SWC-NT支架是可用于构造工程的有前程的生物资料。除此之外,纳米纤维构造的复合资料为细胞生长供应了最好的支架,申明纳米纤维复合物在构造修复和再生方面具有很大的运用潜力。


1.1.2神经构造工程


碳纳米管奇特的性子也引起了人们对其在神经构造学[2]范畴的研讨兴致。赵文等经由历程接纳副神经缺损的动物模型证实,碳纳米管加强型复合资料可以或许有用地重修神经缺损的大鼠斜方肌的活动性能,术后再生神经电生理与构造学目标检测结果与自体神经移植资料相称,部分目标结果以至凌驾自体神经移植。这些研讨注解,碳纳米管加强型复合资料是桥接修复周围神经的抱负资料。


但是,纳米管的纤维性子使人对它作为神经假体的平安性发生质疑。为此研讨人员改变了纳米管的外面,如许它就可以或许转变成墨水情势,轻易神经的衔接。这类墨水可以或许发生很薄的纯碳纳米管薄膜。该项研讨用的神经元是从试验鼠的海马体中取得的,然后它被存放在碳纳米管薄膜里。经由一段时代体温温度下的造就,科学家对细胞的传导性和与碳纳米管表皮的相容性举行测试。研讨人员证实,碳纳米管不会滋扰组成神经元细胞膜的脂质尤其是胆固醇的身分,因而它被认为是异常平安的。


1.2药物/基因载体


1.2.1药物载体


碳纳米管奇特的中空构造和纳米管径,为包容药物或生物特异性份子供应了有益的空间。无论是将药物吸附到管内,照样键合到外面,都能抵达较高的载药物量,同时碳纳米管可以或许穿过细胞膜,逾越生物体内的多种生物屏蔽,抵达种种器官,末了进入到细胞内部。


碳纳米管的引入可以或许有用地下降药物的开释速度,进步缓释结果,且不会额外埠增添药物载体的细胞毒性。Liu等分解了可以或许作为抗癌药物紫杉醇载体的聚乙二醇润饰的碳纳米管,结果注解,与紫杉醇比拟,碳纳米管载药进步了药物的穿透性及在血液循环中的停留时候,对肿瘤的生长起到了很好的抑止作用,但对一般细胞不发生毒副作用[3]。


1.2.2基因载体


基因医治的实行,起首须要适宜的基因载体[3],以珍爱DNA不被核酸酶降解。因而,寻觅适宜的基因载体是现在基因医治研讨的重要偏向。现阶段,碳纳米管在基因转染方面取得了很大的胜利。


​北京理工孙克宁团队制备出钠离子电池负极材料硫氮共掺杂介孔中空碳球

近日,北京理工大学化学与化工学院孙克宁团队在高倍率、长循环钠离子电池负极研究方面取得新的研究进展。通过构建介孔中空结构并采用杂原子调控碳层间距,获得了具有较高倍率性能及循环稳定性的碳负极材料。该研究成果以《Heteroatom-Dop

2004年,Pantarotto等初次报导了碳纳米管转染β-gal基因的例子,发明带正电荷的胺基化多壁碳纳米管转染率高。随后,掀起了碳纳米管在基因转染方面的研讨。Zhang等将TERT基因用SWCNTs作载体注射到荷瘤鼠体内,肿瘤的生长也得到了很好的抑止。


1.3生物成像


生物体在近红外区基本不发生荧光,因为SWNTs奇特的构造,不须要经由历程荧光基团对其润饰就可以发生较猛烈的荧光,且具有较高的抗猝灭和抗光漂白等性能。因而,科研人员研讨了碳纳米管在成像方面[4]的运用。


据报导,SWCNTs进入细胞后,其自身带有的拉曼光谱旌旗灯号及荧光旌旗灯号能在细胞一般破裂增殖及分化历程当中保存达3个月,应用这一特机可以或许使其作为生物符号物临时跟踪视察。


1.4生物传感器


现在,生物传感器[5]重要有酶生物传感器、免疫传感器和DNA生物传感器。碳纳米管用来润饰电极,可以或许下降化学物资的氧化复原电位,碳纳米管大的比外面积有益于生物份子的流动化,增进生物活性中心与电极外面的电子传递,因而,碳纳米管在生物传感器方面具有潜伏的运用。


朱路等以化学气相堆积法直接分解的碳纳米管无纺布作为电极资料,接纳简朴的包埋法[6],经由历程葡萄糖氧化酶和聚乙烯醇的水溶液流动葡萄糖氧化酶制备生物传感器。结果显现传感器的相应电流随葡萄糖浓度的增添呈线性转变,线性局限为2.5-30.0mmol/L,检出限为2.5mmol/L,相应时候10s,经硝酸处置惩罚可进一步进步传感器的相应电流。上述试验注解,基于碳纳米管无纺布的葡萄糖氧化酶生物传感器可完成对葡萄糖的有用检测[7]。

2.碳纳米管的生物平安评价


碳纳米管具有奇特的理化性子,在电子、情况和纳米医药等范畴的运用潜力伟大,而随之带来的潜伏情况与康健伤害也愈来愈遭到存眷。碳纳米管与细胞的相互作用始于物理打仗,随后被细胞摄取、外排或许降解,这些生物历程决议了碳纳米管现实的细胞内袒露量,因而对碳纳米管后续的毒性/生物效应[8]至关重要。周全深切相识这个庞杂历程当中涉及到的份子机制及后续生物效应,有益于展现和调控碳纳米管的生物活性,增进碳纳米管手艺的可持续生长。


孟洁等制备出碳纳米管/PU复合资料[9],对其资料部分植入要领对复合资料的生物相容性举行评价。结果发明复合资料无显着细胞毒性,并表现出比PU资料更好的抗溶血性能、动态凝血性能、抑止血小板黏附性能以及构造相容性。证实碳纳米管/PU复合资料具有优秀的生物相容性,可以或许作为制备构造工程细胞生长支架、人工血管、药物载体资料等。


但也有研讨发明,羧基化的碳纳米管[10]经由历程Smad卵白依靠的BMP旌旗灯号通路,抑止骨髓基质细胞增殖与成骨分化。Zhang等研讨了单壁、双壁、多壁碳纳米管关于原代成骨细胞(OBs)增殖、成骨及成脂分化的影响,发明均匀长度为5—15μm的碳纳米管均抑止了OBs的增殖及成脂分化[11],而且这类抑止作用显现时候和剂量依靠性。

3.瞻望


纳米医药的生长取决于有远景的和新鲜的纳米资料,而其限定就是毒理学和药理学特征。到现在为止,毒理学和药理学研讨注解,与粗的未功用化的CNT比拟,功用化的CNT可以或许开发为纳米药物。功用化后的CNT[12]的水溶性、生物相容性加强,使其经由历程肾脏的渗出加速,并减少了构造堆积。CNT的开发为用于纳米药物用于诊断和医治的时机之门已被翻开,对其医治结果的系统研讨已在预料之中。


但现在关于碳纳米管的平安性评价机制[13]和规范还很不完善,另有很多尚待处理的题目。这须要化学、生物学、医学、物理、计算机等各个学科的研讨人员通力合作,齐心协力来完成这项义务。跟着研讨的不断深切,碳纳米管将极大地造福于人类。


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