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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2016, 32(1):49-57
纳米技术是 20 世纪 80 年代发展起来的一门覆
盖面极广、多学科交叉的高新技术。当物质到达纳
米尺寸后，其性能就会发生突变，出现特殊性能，
如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量
子隧道效应等。近些年，与生物相关的纳米生物技
术发展极为迅速，成为国际生物技术领域的前沿和
热点，在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产
业化前景，特别是纳米药物载体，纳米医用材料、
纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器
械等［1］，将导致诊断和治疗手段的新发展［2］。本
文对纳米医疗技术及纳米诊断技术两方面的最新进
展进行了总结，对纳米生物技术未来的发展前景做
出了展望，以期为纳米材料研究和医务工作者提供
借鉴。
1 纳米医疗
纳米技术的研究重点之一就是开发安全有效的
药物 / 基因传递载体，研究合理的输送和靶向给药［2］。
目前国际上纳米生物技术在临床上的研究范围涉及
纳米药物包括纳米给药系统［3］、纳米生物材料［4］、
纳米生物相容性器官等领域。
1.1 纳米药物
纳米药物通常是指以合成 / 天然材料为载体，
将药物通过各种物理或者化学方法引入的体系，也
可以是直接将原料药物加工制成的纳米药物晶体。
前者又称为纳米给药体系，是本文关注的重点。根
据结构和组成不同，纳米药物可以分为纳米粒、纳
收稿日期 ：2015-05-22
作者简介 ：杨慧，女，讲师，研究方向 ：分析化学 ；E-mail ：lhz000701@163.com
通讯作者 ：岳志莲，女，高级研究员，研究方向 ：生物材料、药物输送、组织工程和再生医学 ；E-mail ：zyue@uow.edu.au
纳米生物技术在医学中的应用
杨慧1  丁良1 岳志莲2
（1. 河北大学基础医学院，保定 071000 ；2. Intelligent Polymer Research Institute，University of Wollongong，Wollongong，
NSW 2522，Australia）
摘 要 ： 近年来纳米材料和纳米生物技术在临床治疗及临床诊断方面的应用越来越广泛，纳米药物、纳米医用材料、纳米
芯片技术、体外诊断试剂逐渐开发并取得了重要进展。主要从纳米医疗和纳米诊断这两方面对纳米材料和纳米生物技术的现状及
其发展前景进行了阐述。
关键词 ： 纳米生物技术 ；纳米医疗 ；纳米药物 ；纳米诊断
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.01.009
The Application of Nanobiotechnology in Medicine
YANG Hui1 DING Liang1 YUE Zhi-lian2
（1. School of Basic Medicine，Hebei University，Baoding 071000 ；2. Intelligent Polymer Research Institute，University of Wollongong，
Wollongong NSW 2522，Australia）
Abstract: In recent years, nanomaterials and nanobiotechnology have been growingly applied in the clinical treatment and diagnosis,
and the development of nanopharmaceuticals, nanomedicial materials, nanochip technology for diagnosis in vitro, have been going on gradually
and progressing significantly. This paper discusses the status and developing prospects of nanomaterials and nanobiotechnology mainly from two
aspects of nanomedicine and nanodiagnostics.
Key words: nanobiotechnology ；nanomedicine ；nanopharmaceuticals ；nanodiagnostics
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.150
米球、纳米囊、纳米脂质体和聚合物胶束等。不同
于大部分常规药物，纳米药物的生物活性与载体的
化学结构和物理性能密切相关。 一方面，可以通过
研发各种化学和工艺方法提高载体的性能以提高纳
米药物的疗效 ；另一方面，利用这一特性，结合纳
米尺寸固有表面效应和小尺寸效应，赋予纳米药物
许多常规药物不具备的优点。
增加药物的稳定性，提高生物利用度。纳米药
物可以解决口服易水解药物的给药途径，使原本只
能注射的药物可以直接口服而不破坏疗效，提高了
药物的生物利用率［5］。蛋白质、多肽及疫苗这类大
分子药物，口服后易被胃酸破坏，且在肠道中很容
易发生蛋白水解，故难以透过肠壁被机体吸收，现
在多采用注射给药，但这常常使病人产生不适，且
费用高昂。张磊等［6］采用逆向蒸发 - 超声法制备了
胰岛素纳米脂质体，将胰岛素以脂质体作载体给药
促进胰岛素小肠吸收，对胰岛素活性有一定的保护
作用。
可以实现靶向和定位释药，减少药物的毒副
作用。纳米药物在癌症的治疗中具有巨大的应用前
景。正常组织中的微血管内皮间隙致密、结构完整，
纳米药物不易透过血管壁，而实体瘤组织中血管丰
富、血管壁间隙较宽、结构完整性差，淋巴回流缺
失，造成纳米药物滞留在肿瘤内。这种现象被称作
实体瘤组织的高通透性和滞留效应，简称 EPR 效应。
EPR 效应促进了纳米药物对肿瘤组织的被动靶向性，
从而增加药效并减少系统副作用。迄今为止，大部
分用于临床研究并且取得明显效果的纳米药物是基
于 EPR 效应。纳米药物的最终目的是实现主动靶向
治疗（生物导弹）。现在研究的热点是利用抗体 - 抗
原和配体 - 受体结合的特异性来修饰纳米药物。 阿
霉素作为一种常用抗肿瘤药物因其较大的心脏毒性
和骨髓抑制作用而使其应用受到限制。为减轻这种
毒副作用，Suzuki 等［7］用抗转铁蛋白受体（TER）
单抗与脂质体偶联，制备出可靶向富含 TER 细胞的
免疫脂质体包裹阿霉素。结果表明，这种脂质体能
促进阿霉素进入人白血病 K562 细胞内，大大提高
阿霉素对 K562 细胞的作用。
控制释放给药，延长药物在体内的循环时间。
控制释放给药系统（CRDDS）是指通过物理、化学
等方法改变制剂结构，使药物在预定时间内主动按
某一速度从制剂中恒速释放于作用器官或特定靶组
织，并使药物浓度较长时间维持在有效浓度内的一
类制剂。药物控释可以延长药物在体内的半衰期，
解决因药物半衰期短而需每天重复多次给药的麻
烦 ；纳米药物要实现延长体内的循环时间，可通过
表面修饰来改变微粒的表面性质，以达到长循环的
效果 ：一般而言，增大纳米粒的表面亲水性、采用
非离子表面活性剂、增大表面吸附层厚度等方法可
延长纳米粒在体内的循环时间。比如采用热融分散
技术制备的喜树碱固体脂质纳米粒因其表面吸附有
Poloxamer188 表面活性剂，使其亲水性增加，在血
液循环中滞留时间延长，喜树碱脂质纳米粒在体内
的半衰期显著长于游离药物溶液［8］。
可穿过生物屏障。机体有许多天然的生物屏障
保护着机体不受损害，但这些屏障的存在也给一些
病变的治疗带来困难。许多药物，尤其是 RNA 和
DNA 的遗传药物，往往是带电荷的分子，可以被细
胞膜所阻断，这就需要一种特殊纳米颗粒来运输这
些特殊的药物至细胞核或细胞器中发挥作用，比如
细胞穿透肽修饰过的纳米药物［9］。
基因药物输送的媒介。纳米基因载体在安全性、
基因保护和靶向性修饰上具有优势［10］。纳米颗粒基
因载体是一种非病毒载体，将 DNA、RNA 等基因治
疗分子包裹在载体之中或键合吸附在其表面。载体
表面可以用特异性的靶向分子修饰来提高靶向性，
进而实现安全有效的靶向性基因治疗。自组装 DNA
纳米结构智能药物输送载体已成为一种具有精确结
构的纳米生物材料。目前研究热点是开发智能的通
用载体和靶向药物［11］。加强纳米基因载体在体内的
转染效率，是其在临床应用上的突破点。
1.1.1 纳米药物的类型 由于篇幅限制，本文下面
着重介绍聚合物纳米药物。迄今为止，用于纳米药
物输送的载体主要是聚合物［12］。因为聚合物主要有
以下优点 ：分子量大，由于 EPR 效应，作为载体能
使药物在病灶部位停留较长时间，延长疗效。可通
过调节聚合物物理化学性能和自身降解而达到缓释
或控释药物的目的。易功能化，可把一些具有靶向
作用或控释功能的组分键合在聚合物粒子表面。 可
调控的生物降解性，避免药物释放后聚合物载体材
2016,32(1) 51杨慧等：纳米生物技术在医学中的应用
料在人体器官聚积，产生毒副作用。
1.1.1.1 聚合物键合药物。聚合物键合药物又称为
聚合物前药，它们的生物活性取决于键合的小分子
药物是否能够在病变区被及时释放出来。传统的小
分子化疗药物在给药过程中遇到许多问题，如在水
中溶解性和稳定性较差、体内迅速清除、毒副作用
大等。聚合物键合药物采用化学桥联稳定药物分子，
将小分子药物以可降解的化学键键合到聚合物骨架
上，可以有效避免纳米颗粒在体内循环过程中不必
要的药物泄露，而通过不同的化学键的选择，特别
是那些对病变局部环境敏感的化学键，如 pH 和酶
敏感化学键，可以实现在肿瘤组织或肿瘤细胞内的
可控释放，这使得其相对于通过物理相互作用包载
型的纳米药物更加具有优势。常见的聚合物骨架包
括聚乙二醇（PEG）、聚谷氨酸（PGA）、聚 N-（2-
羟丙基）甲基丙烯酰胺（HPMA）。Duncan 等［13］研
发了一系列 HPMA 抗肿瘤键合药物，目前正在进行
临床 I、II 期研究。化疗药物是以 Gly-Phe-Leu-Gly
键合到聚合物骨架上。通过细胞内溶酶体的酶解作
用，键合的抗肿瘤药物可以被有效地释放出来，达
到了细胞内给药的要求。再如将 galactose 键合到
聚合物骨架上可以有效地增加这些纳米药物的肝靶
向性［14］。
1.1.1.2 聚合物 - 蛋白质结合体。聚乙二醇和多糖
经常用于制备蛋白质高分子共价结合体。获 FDA 批
准可在临床上使用的聚合物 - 蛋白质结合体大多数
是由聚乙二醇制备的（PEGylation）。PEGylation 可
增加蛋白质的水溶性和稳定性，又可降低其相应的
免疫原和抗原性，从而延长药物在体内的循环半衰
期［15，16］。如罗氏公司生产的 PEGasys®（Peginterferon
Alfa-2a）可以使干扰素在血清中的半衰期提高 50-70
倍［17］。高分子蛋白质结合体的制备方法有 ：带有功
能基团的高分子链与蛋白质活性部位直接连接 ；将
与蛋白质具有特异结合作用的分子首先与高分子以
共价键结合，而后实现高分子与蛋白质的特异性结
合。目前关注的热点之一是对于具有治疗作用的蛋
白质和催化功能的酶等生物特异性蛋白质，与高分
子结合后如何保持其生物功能的问题。
1.1.1.3 RNA 纳米颗粒 ：在药物开发史上，化学药
物和蛋白质药物已出现，RNA 药物或以 RNA 为目
标的药物将是药物开发的第三个里程碑。RNA 是由
腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶
（C）构成的一种核糖核酸高分子 . 与 Watson-Crick
的 DNA 碱基配对（A-T，G-C）的双螺旋链的结构
不同，RNA 的二级结构里经常出现一些非传统的碱
基配对如环环相互作用。通过底端向上的“自组装”
技术，包括模板法和非模板法，RNA 分子可以构建
种类繁多的和具有生物功能的纳米结构。RNA 纳米
治疗剂的独特之处在于，其支架、配体和治疗剂都
是由 RNA 组成，由于其均匀的纳米级尺寸、良好的
生物相容性、低毒性和目标特异性，使其有利于在
活的机体内应用而不会在正常器官内积累［18］，为癌
症的治疗提供了参考意见。
Guo 等［19］于 1986 年构建 phi29 DNA 组装马达，
是至今所能构建最强大的生物马达。1987 年，Guo
等［20］ 报 道 了 phi29 噬 菌 体 中 由 pRNA（Packaging
ribonucleic acid，pRNA）驱动的纳米马达。该纳米
马达的功能是包裹 DNA 并将 DNA 运送到病毒衣壳
中，ATP 为这种 RNA 马达提供能量。随后，（Guo）
的研究团队证明 pRNA 分子可以经过改造构建成二
聚体、三聚体和六聚体的纳米颗粒，从而开创了
RNA 纳米技术［21，22］。利用此技术，该团队研发了
一系列多功能 RNA 纳米治疗剂，可用于靶向治疗肿
瘤，且不会损伤正常组织。例如，Rychahou 等［23］
构建了一种衍生自噬菌体 phi29 与其复制的 DNA 包
装成新的噬菌体有关的马达 RNA（packaging RNA）
的编码 DNA 所形成的三通道交叉的多功能纳米颗
粒，他们用这种 DNA 结构做成的纳米颗粒去攻击
已经发生结肠癌细胞转移小鼠模型，结果表明这
种多功能纳米颗粒可以治疗结肠癌细胞转移［23-26］。
Haque 等利用重新改变结构的 RNA 片段携带多达 4
个治疗和诊断模块构建出了超稳定的 X 形 RNA 纳
米颗粒。这些 RNA 纳米颗粒可纳入沉默基因的小干
扰 RNA，调控基因表达的 micro-RNA，靶向癌细胞
的核酸适体，或是能够催化化学反应的核酶［27］。
1.1.1.4 固体聚合物纳米粒子。其制备方法包括单
体聚合成聚合物纳米粒子和聚合物后分散自组装形
成固体纳米粒子。常见聚合物载体有聚氰基丙烯酸
烷酯、聚乳酸、聚（乳酸 - 乙醇酸），以及天然大分
子如壳聚糖和白蛋白等。药物通过物理吸附或化学
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.152
键合方法引入载体。Abraxane® 是第一个获 FDA 批
准的聚合纳米粒子药物，用于乳腺癌、肺癌和胰腺
癌的治疗，由白蛋白纳米粒子和键合的 paclitaxel 组
成，尺寸约 130 nm［28］。聚合纳米粒子作为药物载
体除需具备生物相容性和生物降解性之外，单分散
性要好。将纳米粒子表面接枝 PEG 可有效增强分散
性和在体内的循环稳定性。此外，研发多功能纳米
粒子以便提高靶向性也是当今研究的一个热点。
1.1.1.5 聚合物纳米胶束。常见小分子表面活性剂
形成的胶束稳定性较差，不适于药物运输。而聚合
物纳米胶束，具有载药量高、载药范围广、稳定性
好，体内滞留时间长等优点［29，30］。常用于难溶性药
物、大分子药物及基因治疗药物的载体，还可实现
靶向给药，具有广泛的应用前景。聚合物纳米胶束
通常是由具有亲水部分和疏水部分的两亲嵌段共聚
物在水中自组装形成的纳米级大小的核 - 壳型胶束，
尺寸大约 20-100 nm。其中亲水部分多由 PEG 组成，
疏水部分多由聚乳酸、聚环氧丙烷、聚氨基酸组成。
目前至少有 6 种聚合物纳米胶束抗肿瘤药物进行临
床研究。
纳米药物是具有巨大发展前景的新型药物，其
在医药领域的发展必将引起疾病诊断和治疗的革命。
目前，纳米医药技术的基础理论及纳米药物的制备
工艺等还很不完善。基础理论方面，人们对纳米药
物在体内的行为，包括组织分布、药代动力学和药效，
以及它们与载体的化学结构和物理性能之间的相互
关系，都缺乏深入和系统的研究 ；从制备工艺来讲，
制备工艺要求操作方便、成本低、易于工业化放大
生产，产品性能要稳定。因此，纳米技术在医药领
域中的研究还需做大量的工作。其未来发展方向是
增强载药量、提高靶向作用及控释能力、降低超敏
反应［31］。
1.2 纳米生物医用材料
纳米生物医用材料是纳米材料与生物医用材料
的交叉，在人类康复工程中发挥重要作用。纳米生
物医用材料将解决临床对伤口敷料、人造皮肤、人
造血管和组织工程支架、高性能组织修复、器官替
换的迫切需求［32-34］，而且已显示出巨大的潜在应用
价值。
材料支架在组织工程中起着重要作用［35］。模仿
天然的细胞外基质结构而制成的纳米纤维生物可降
解材料已开始应用于组织工程的修复和再生。由于
软骨再生能力有限，软骨组织工程领域的发展具有
重要意义，特别是在治疗老龄化社会日益流行的大
关节骨关节炎方面［36］。嵇伟平等［37］采用塑性变形
和化学处理方法在 Ti6A14V 合金上制得一种新型多
孔纳米晶体，通过体外实验研究了成骨细胞在纳米
Ti6A14V 合金表面的黏附情况。结果表明，与普通
钛合金相比，纳米表面钛合金早期就能使成骨细胞
伪足伸展良好，促进成骨细胞紧密贴壁和早期融合，
与细胞黏附相关的 Integrin β1 的表达也高于普通钛
合金，为将纳米技术应用到人工关节等植入器械领
域提供了新的方向［37］。还可以将纳米骨材料［38］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。目前医
用纳米羟基磷灰石 / 聚酰胺 66 复合骨充填材料已投
入市场，对骨缺损的恢复具有较好的作用。
纳米技术与生物医学的结合，为医学界提供了
全新的思路，在医学领域的应用已取得一定成果。
但目前大多数研究还处于动物实验阶段，仍需大量
临床试验予以证实，纳米材料应用的生物安全性也
有待进一步提高。这就要求生物医学研究者与纳米
材料的研究人员合作需进一步加强，制造出更先进
的生物医用纳米材料。
2 纳米诊断学
纳米诊断学是纳米生物技术在分子诊断中的应
用，对于发展个性化治疗具有重要意义。目前纳米
生物技术在临床诊断方面的研究主要集中在纳米生
物传感器［39，40］和成像技术［41，42］、使用制造纳米机
器人在细胞水平上进行维修，生物标志物的提取及
测定等［43，44］领域，以疾病的早期诊断和提高疗效
为目标。
2.1 体外生物分子检测
超灵敏的生物分子检测方法可以服务于临床诊
断［45，46］。由于待测分子含量很少，因此，对方法的
检测灵敏度有很高要求。纳米材料特有的性质可以
极大地提高分子检测的灵敏度和简便性［47，48］，人们
2016,32(1) 53杨慧等：纳米生物技术在医学中的应用
研究了各种各样的超微量生物分子检测的信号放大
方法［49，50］。丁良等［51］利用纳米晶体中阳离子交换
反应释放的阳离子来诱导荧光染料，用于痕量生物
分子的检测，取得良好效果。实验表明基于 ZnS 纳
米簇的阳离子交换放大器的检测性能优于酶联免疫
吸附测定法（ELISA），检测限低 1 000 倍。标志着
利用便携式床旁检测设备检测生物标记物成为可能。
2.2 体内诊断
2.2.1 纳米金粒子 纳米金粒子是一种无毒且生物
相容性良好的纳米材料，合成方法简单、粒径可控，
表面化学性质活泼，容易修饰或吸附其他物质，而
且具有独特的光电性能，因此近年来国内外对纳
米金粒子在生物学领域的应用进行了广泛的研究。
Feng 等［52］利用聚乙二醇 - 葡萄糖 - 金纳米粒（PEG-
Glu-GNPs）作为成像探针做 CT 及 PET 扫描的造影
剂，注射纳米金粒子后的小鼠，使用高分辨率显微
CT 检查，测定灰度密度和 CT 测定微粒的排泄随时
间的衰减值。注射 PEG-Glu-GNPs 后肿瘤的轮廓很
容易与周围组织区别开来，这种复杂的探针可以实
现体内疾病的早期诊断，大大有助于癌症或癌转移
的早期发现。另外，开发体内神经递质参与脑化学
的监测是一项具有挑战性的工作，有助于进一步理
解生物分子在病理和生理上的作用。Liu 等［53］报道
了一种新型的封装有金纳米颗粒的玻璃毛细管来感
应大脑多巴胺，结果表明，全氟磺酸改进 Au/GCNE
可成功用于监测麻醉大鼠纹状体的多巴胺。Kempen
等［54］用光学显微镜和扫描电镜定位、观察金纳米
粒子聚集的脑肿瘤模型发现，纳米颗粒仅在含有脑
肿瘤细胞的区域内聚集，在正常脑组织周围没有
发现。
2.2.2 量 子 点（ 半 导 体 纳 米 晶 体 ） 量 子 点 是 以
CdSe 为核、CdS 或 ZnS 为壳的核 - 壳型纳米体，具
有优良的光谱性能。水溶性的量子点在生物化学等
研究领域显示了极其广阔的应用前景。它的细胞毒
性低，可用于活细胞及体内非同位素标记的生物分
子的超灵敏检测。李朝辉等［55］利用反相微乳液技术，
以 CdTe 量子点为核，SiO2 为壳，一步制备了表面
带有氨基和磷酸基团的核壳型量子点荧光纳米颗粒 .
该颗粒水溶性好，大小均匀，有效改善了 CdTe 量
子点的不稳定性，成功实现了对肝实质细胞的识别。
由于量子点技术有其独特的标记特点，它必将成为
今后生物分子检测的尖端技术，为 DNA 检测（DNA
芯片）、蛋白质检测（蛋白质芯片）和探索蛋白质 -
蛋白质之间（抗原 - 抗体、配体 - 受体、酶 - 底物）
反应原理提供更先进的方法。同时也将极大推动生
物显像技术和生物制药技术的迅猛发展，给疾病的
诊断和治疗带来巨大进步。
2.2.3 纳米磁性颗粒 较大尺度的磁性纳米颗粒呈
现铁磁性，在交变磁场的作用下可通过磁滞现象产
热，用于癌症的靶向热疗［56］。而粒径小于 20 nm 的
磁性纳米颗粒通常显现出超顺磁性，可被广泛应用
于临床诊断领域。目前在临床诊断方面较为成熟、
发展较快的应用主要包括 ：磁共振成像、生物分
离、细胞筛选等。（1）磁共振成像（MRI）作为一
项新的医学影像诊断技术，近年来发展十分迅速，
所提供的特有信息对诊断疾病具有很大的潜在优越
性。利用超顺磁性氧化铁磁性纳米颗粒在生物体组
织内的特异性分布，有助于提高该部位肿瘤与正常
组织的 MRI 对比度，因而作为造影增强剂被应用于
MRI，进行肿瘤及其他疾病的诊断［57］。（2）生物分
离。因磁性纳米颗粒具有易操控性、比表面积大等
优点，使功能化的磁性纳米颗粒的应用具有很大的
吸引力［58］。当前磁分离的研究涉及生物领域的多个
方面，如血液中金属离子的去除，蛋白质、核酸等
的富集、固定化酶的回收与重复等［59］。 Yan 课题组［60］
利用磁性氧化铁粒子作为载体固定蛋白酶 A，并利
用其能够与乙肝病毒表面抗原抗体发生特异性结合
的性质，达到测定乙肝病毒的目的。（3）细胞筛选。
当组织或血液中仅有微量癌细胞的时候，通过特定
的技术就可以精确地检测到，从而实现对疾病的早
期诊断和治疗，必将为病人获得宝贵的治疗时间，
提高治愈率。所以细胞筛选具有重要的意义。免疫
磁珠细胞筛选法可在几分钟内从复杂的细胞混合物
中分离出很高纯度的细胞。Mousavi 等［61］开发了一
种新型的与金纳米条结合的微流控芯片，利用高效
免疫磁珠法捕捉人血中极少量的细胞，可以达到简
单而有效的检测高纯度目标细胞的目的。可以预见，
在未来，更加精确的细胞筛选技术将是一个非常热
门的研究方向［62］。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.154
虽然功能化的磁性纳米材料已经有了广泛的应
用，但如何设计更简单的制备过程和更新颖的功能
化方式以使材料本身具有更好的分散性和使用寿命，
仍是研究者们探索的方向 .
2.2.4 纳米生物传感器 在癌症研究领域，利用纳
米技术制成的传感器可望使各种癌症的早期诊断成
为现实［63］。纳米传感器灵敏度很高，在进行血液检
测时，当传感器中预置的某种癌细胞抗体遇到相应
的抗原时，传感器中的电流会发生变化，通过这种
电流变化可以判断血液中癌细胞的种类和浓度。目
前越来越多的风险投资正在涌入这一领域，但这一
技术在实用中还有一些技术难题需要解决。今后可
能会有多种纳米传感器集成在一起被置入人体，以
用来早期检测各种疾病。
2.2.5 生物芯片 生物芯片是基因生物学与纳米技
术相结合的产物，不同于半导体芯片，它是在很小
的几何尺度的表面积上，装配一种或集成多种生物
活性分子，仅用微量生理或生物采样，即可同时检
测和研究不同的生物细胞、生物分子和 DNA 的特
性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动
的规律。具有集成、并行和快速检测的优点，生物
芯片技术已经成为 21 世纪生物医学工程的前沿科
技。基于纳米结构阵列的蛋白质芯片和微流控芯片
技术在诊断学和生物传感技术方面的应用具有巨大
的潜力［64］。Ali 等［65］制备的基于氧化镍纳米棒的
微流控生物芯片，采用电化学检测法来测定人体血
液中的总胆固醇浓度，线性范围为 1.5-10.3 mmol/L，
灵敏度高达 0.12 mA·mmol-1·cm-2。DNA 芯片技术
可以快速分析大量的基因信息，从而使生物医学工
作者可以研究并收集基因表达和变异信息，还可用
于监测不同的人体细胞和组织基因表达，以检测癌
症或其它疾病所对应的基因的变化。
2.2.6 纳米机器人 纳米技术与分子生物学的结合
将开创分子仿生学新领域。“纳米机器人”是根据分
子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳
米空间进行操作的“功能分子器件”。以色列科学家
研发出一种“胶囊相机”，将摄像头内置入比普通
感冒药稍大的胶囊内，以大约每秒 14 张照片的频率
拍摄消化道内的情况，并同时传回外置的图像接收
器，可进行人体消化道肿瘤监测。还可将纳米机器
人注入人体血管内，进行全身健康检查，疏通脑血
管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，用于动脉
粥样硬化的治疗 ；可吞噬病毒，杀死癌细胞 ；可将
纳米机器人以插入导管的方式引入到尿道或胆道里
内，直接到达结石所在的部位，并且直接把结石击碎，
进行肾结石、胆结石的治疗 ；还可进行人体器官的
修复工作、整容手术、从基因中除去有害的 DNA，
把正常的 DNA 安装在基因中，这样从根本上治愈遗
传缺陷或病毒，使机体正常运行。未来发展趋势是
当机器人医生发现可疑病变组织后，立即能伸出“手”
来取样进行活检。纳米机器人在体内的生物传感与
智能配送生物活化剂有很大潜力［66］。
3 纳米材料和纳米生物技术的安全性问题
随着纳米技术的迅速发展，不可避免地导致含
有纳米颗粒的工业废水的排放［67］，纳米材料的潜在
的免疫毒性机制所引起的不良反应还没有得到足够
的重视［68］。纳米颗粒可直接穿透人体皮肤引发多种
炎症 ；可穿透细胞膜，将异物带入细胞内部，对人
体脑组织、免疫与生殖系统等方面造成损害等。如
二氧化钛容易在饮用水中聚集，从而污染环境、影
响健康。接触二氧化钛纳米微粒后，人体肺部将可
能出现炎症。银纳米颗粒目前已被大量使用。研究
表明，即使它在环境中的聚集量很低，也会对水中
无脊椎动物造成伤害。碳纳米管是工业和实验所需
的材料，注射了碳纳米管的老鼠会产生动脉粥状化、
线粒体脱氧核糖核酸损伤等反应。当摄入量较大时，
对肌肉细胞也有毒性，会对人体健康有不利影响。
但尽管纳米生物技术的应用有一定安全性的问题，
它的应用也会越来越广泛，同时这也为纳米技术将
来的发展指明了方向——如何提高其安全性问题是
研究的目标之一。
4 发展前景
纳米生物技术具有很大的发展潜力，将对传统
医学产生深刻影响，为临床治疗及诊断技术研究提
供很大的创新机遇和市场前景。在临床上能够设计
出具有良好生物相容性、靶向性更好的纳米药物、
仿生材料和人造器官 ；设计集体内诊断和治疗为一
体的纳米微粒是其发展方向。在诊断学上设计灵敏
度更高、响应性更好的临床诊断试剂，将为疾病的
2016,32(1) 55杨慧等：纳米生物技术在医学中的应用
提前预防和治疗提供宝贵的依据。针对患者之间的
异质性，纳米临床医学和分子生物标记物相结合的
个性化医疗会确保很大的疗效和安全性［69］。
参 考 文 献
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（责任编辑 狄艳红）