纳米材料研究现状及在生物医学中应用

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摘要：纳米技术及材料作为一个比较新兴的领域开始于上世纪的八十年代，随着技术的发展与深入，出现了纳米材料和其他学科不断渗透与交叉的现象。其巨大的应用价值正日趋得以显现，而且已经实现了向诸多领域的成功拓展。本文就纳米材料相关概念与特点进行了分析，在此基础上对陶瓷、纳米碳及高分子材料等在生物医学领域中的实践应用进行研究。

关键词：纳米碳；材料；生物医学；应用实践；研究

纳米材料是一种结构比较奇特的晶体，其单元尺寸低于100nm。几乎全部材料都呈现来三方面的基本特性，一是纳米尺度特征或者结构单元其维度为1至100nm之间，二是自由表面或者界面的数量较大，三是纳米不同单元间具有或弱或强的作用。

1纳米材料研究情况概述

因为结构所凸显的特殊属性，致使这种材料本身凸显了极特殊的效应。这其中囊括了界面、表现效应以及小尺寸效应，从性能上看与以往的微米材料差异是很明显的。在功能上与性能上与以往的材料都有着明显的区别，在诸多领域应用的前景都十分广阔。纳米材料的研究和应用已经在世界范围内引起广泛的关注，早在上世纪的八十年代，通过惰性气体蒸发原位的方式对清洁表面纳米材料进行了成功的制备，同时对相关的物性进行了系统的分析和研究。上世纪的九十年代初德国等国家对清洁界面陶瓷二氧化钛进行了成功的制备。自这时起，以不同的方式对纳米材料进行制备种类不断增多。人类对于新型的纳米材料探索的进程不断加快，并且研究的触角已经深入到谱学特性、微观层面、材料属性及应用前景等，不仅在理论上实现了突破，而且在实践上也取得了显著的成效。作为凝聚态领域及材料科学领域中的研究热点，纳米材料这一研究课题已经成为当今世界最具前沿性质的课题之一。纳米材料本身的研究及其在不同领域中的应用已经成为一种发展趋势，而其在生物医学方面的运用则处于刚刚起步阶段。但是，其发展的进程较快。在人类对纳米材料本身进行研究的不断深入，可以预见在不久的将来这项研究会在医学领域中获得更加广阔的应用空间。

2纳米材料在生物医学领域的应用分析

2.1纳米陶瓷材料的应用

纳米陶瓷作为一种较为先进的材料，最先发展于上世纪的八十年代。这种新型的陶瓷材料的组成为纳米级显微结构，其缺陷及气孔的尺寸、晶界宽度与晶粒尺寸都在100nm量级。纳米陶瓷与以往的陶瓷相比性能更加独特，这一特性的形成缘于纳米微粒界面及表面效应，也缘于其所具有的小尺寸。纳米陶瓷已经成籽现代科技关注的重点，而且更是凝聚态物理与材料科学研究的前沿地带。作为一种多晶材料，陶瓷由晶界与晶粒所组成，是一种烧结体。因其工艺较为特殊，所以要想避免小型裂隙与气孔的存在极为困难。对陶瓷性能起决定性的因素是其显微结构与相关组成，主要包括裂纹、孔隙、晶界及晶粒等的组成情形。氧化物陶瓷作为极重要的医学材料，已经很广泛地应用于临床医学实践。其主要应用于耳听骨修复、牙种植体、骨螺钉及肘关节等方面的制造上。纳米陶瓷一经问世便使其在超塑性、硬度及强度等方面的性能获得了显著的提升。所以，其在制造人工器官方面以及在临床医学领域中的应用前景将极其广阔。

2.2纳米碳材料的应用

当前纳米碳管已经成为惹人注目的新型材料，这主要是由于该项材料在半导体、机械与导电等方面凸显了独特的性能。从强度上看，纳米碳管较钢要高过百倍，而且在硬度与弹性方面都比较突出。这种突出的特性使它在许多领域都获得了极其广泛的应用空间。运用纳米碳管于隧道显微镜扫描方面，可以使通常状态下的STM针尖所难以解决的问题解决起来变得相对容易一些。作为一种碳氢聚合物的类金刚石碳能够凭借着离子束与离子体等技术在物体的表面形成一定的沉积，使之出现一层薄膜。通过修饰而造就的金刚石涂层其结构为纳米结构，其生物相融性比较突出。特别是在血液方面的相融性能，更是惹人注目。就血液所凸显的相融性问题，这是材料领域内的一相极其关键性的问题。几乎全部合成材料，当其与血液进行接触时，都会在相当大的程度上出现凝血现象。通过研究还发现，与其他方面的材料比较，金刚石碳的表面对蛋白都具有较强的吸附能力。类金刚石碳薄膜在心血管的临床治疗方面应用价值较广，有专业人士分析认为，在不远的将来对于医用机器人而言，其外表的薄膜也将会使用这种材料。就纳米碳材料而言，这是当前碳领域内性能高、功能强的新型材料，同时也是研究开发的新起点。从当前的实际情况看，它的研究与开发仅仅处于起步阶段。应该讲在整个生物医学领域内，其应用的潜能十分巨大。

2.3纳米高分子材料的应用

对于纳米高分子粒子来讲，可以通过在医学领域里的应用，完成对某些疑难病症的诊疗与救治。这种粒子在直径上要较红血球小一些，而且能够保证在血液内的运动自由状态。所以，将这种于身体并无害处的粒子注入人体当中，可以使之在病症检查与治疗中发挥作用。通过对动物实验证明，把载有地塞米松的纳米粒子以动脉注射的方式输入血管中，能够使动脉狭窄得到控制。而乳酸纳米粒子载有抗生药物可以使冠状动脉的再狭窄得到有效预防。另外，一些纳米高分子载有抗癌与抗生物质，可以凭借动脉用药的方式注入体内，就能够完成对某些特定器官的专门治疗。一些纳米球载有药物，可通过将其制成乳液完成肠内外注册，也可实现皮层以下部位的注射。纳米粒子的直径比较小，自由表面相对较大，因此胶体稳定性较强，吸附性能较高，而且能够在最短的时间内实现吸附平衡。所以，这种粒子能够实现对生物物质进行吸附方面的分离功能。对纳米颗粒可以将其压薄进而形成过滤器，因为实施的是纳米孔径过滤，所以在医学上可以作为血清的消毒之用。通过半胺基、羟基、羧基等的引入，就可以通过氢键、静电等作用使相关生物大分子彼此间发生作用，致使沉降作用直接影响到大分子的分离。

2.4纳米复合材料的应用

最近一些年里，组织工程作为一种崭新的领域，吸引了许多学者对其进行关注。在以工程化对器官及组织进行培养的过程里，支架材料作为极关键的因素，主要用作细胞生长与种植。而能不能使所植的细胞在增殖与活性方面保持下去，这是对这种材料进行应用需要考虑的前提条件。在替换与修复硬组织过程中，纳米复合材料所具有的优越性能不断得到显现。以两亲化合物及肽分子借助PH诱导，并能过自组装的形式可以获取与细胞外基质支架。这种支架呈现出纤维状，通过对矿化羟基磷灰石进行引导，进而促进纳米复合材料的形成。通过不断研究还发现，此种纳米材料的微观形态和自然骨内的相关结构具有惊人的一致性。通过对齿科材料进行研究还发现，以缩聚及水解的方式可以得到一种较为特殊的纳米复合材料。这种特殊的复合物和当前的齿科材料比较，其耐磨性表现得十分突出。关于对纳米复合材料的研发是近年才出现的事情，此项研究是整个纳米材料研发的一个重要分支。随着研究日趋深入，这种复合材料的重要性会不断得到显现，其必然会在诸多医学领域获得更加广泛的应用。

3结语

纳米材料作为一种新型材料，它的发展始于上世纪的八十年代。其所具有的独特性能缘于其自身所具有的独特结构，尽管当前在纳米材料的性能、结构及制备方面进行了深入的研究，但是对许多领域的探索依然存在着大量的空白，因此还需要加大研究与开发的力度。纳米材料的出现已经凸显了极强的优异性能，其在生物医学领域的应用前景必然会更加宽广。

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作者：张启俊 单位：韩山师范学院化学与环境工程学院