·技术与方法·
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
生物技术通报
2016, 32(1):49-57
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
（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.
nanomedicine；nanopharmaceuticals；nanodiagnosticsKey words: nanobiotechnology；
YANG Hui1 DING Liang1 YUE Zhi-lian2
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］
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
［2］
药物/基因传递载体，研究合理的输送和靶向给药。
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
，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
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：[email protected]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：[email protected]
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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
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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
16］
期［15，。如罗氏公司生产的PEGasys（Peginterferon
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
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
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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。聚合纳米粒子作为药物载成，尺寸约130 nm［28］
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。常用于难溶性药好，体内滞留时间长等优点［29，30］
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］
。模仿材料支架在组织工程中起着重要作用［35］
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。
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，而且已显示出巨大的潜在应用换的迫切需求［32-34］价值。
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
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研究了各种各样的超微量生物分子检测的信号放大。丁良等［51］利用纳米晶体中阳离子交换方法［49，50］
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。
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。而粒径小于20 nm的热，用于癌症的靶向热疗［56］
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
［59］［60］
的富集、固定化酶的回收与重复等。 Yan 课题组
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。（PEG-Feng等［52］利用聚乙二醇-葡萄糖-金纳米粒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
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］。
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。
量子点是以2.2.2 量子点（半导体纳米晶体）
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
［55］
利用反相微乳液技术，子的超灵敏检测。李朝辉等
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
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虽然功能化的磁性纳米材料已经有了广泛的应
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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］。
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
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
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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
［1］ Barkam S, Saraf S, Seal S. Fabricated micro-nano devices for in vivo
and in vitro biomedical applications［J］. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol, 2013（6）：544-568.
［2］ Liu Y, Lou C, Yang H, et al. Silica nanoparticles as promising
drug/gene delivery carriers and fluorescent nano-probes：recent advances［J］. Curr Cancer Drug Targets, 2011, 11（2）：156-163.
［3］ Yan JK, Ma HL, Chen X, et al. Self-aggregated nanoparticles of
carboxylic curdlan-deoxycholic acid conjugates as a carrier of doxorubicin［J］. Int J Biol Macromol, 2015, 72：333-340. ［4］Bian C, Lin H, Zhang F, et al. Synthesis of magnetic, macro/
mesoporous bioactive glasses based on coral skeleton for bone tissue engineering［J］. IET Nanobiotechnol, 2014, 8（4）：275-281. ［5］ Hadinoto K, Yang Y. Continuous and sustainable granulation
of nanopharmaceuticals by spray coagulation encapsulation in alginate［J］. Int J Pharm, 2014, 473（1-2）：644-652.
［6］ 张磊, 平其能, 郭健新, 等. 口服胰岛素纳米脂质体的制备及
其降血糖作用［J］. 中国药科大学学报, 2001, 32（1）：25-29. ［7］ Suzuki R, Utoguchi N, Kawamura K, et al. Development of effective
antigen delivery carrier to dendritic cells via Fc receptor in cancer immunotherapy［J］. Yakugaku Zasshi, 2007, 127（2）：301-306. ［8］ 杨时成, 朱家壁, 梁秉文, 等. 喜树碱固体脂质纳米粒的研
究［J］. 药学学报, 1999, 34（2）：146-150.
［9］ Vivès E, Schmidt J, Pèlegrin A. Cell-penetrating and cell-targeting
peptides in drug delivery［J］. Biochimica et Biophysica Acta （BBA）- Reviews on Cancer, 2008, 1786（2）：126-138. ［10］ Charoenphol P, Bermudez H. Design and application of
multifunctional DNA nanocarriers for therapeutic delivery［J］. Acta Biomater, 2014, 10（4）：1683-1691.
［11］ Li J, Fan C, Pei H, et al. Smart drug delivery nanocarriers with self-assembled DNA nanostructures［J］. Adv Mater, 2013, 25（32）：4386-4396.
［12］查刘生, 高海峰, 杨武利, 等. 聚合物纳米粒子用于给药载
体［J］. 高分子通报, 2002（3）：24-32.
［13］ Duncan R. Development of HPMA copolymer-anticancer
conjugates：Clinical experience and lessons learnt［J］. Advanced Drug Delivery Reviews, 2009, 61：1131-1148.
［14］ Duncan R. The dawning era of polymer therapeutics［J］. Nat Rev
Drug Discov, 2003, 2（5）：347-360.
［15］Vicent MJ, Duncan R. Polymer conjugates：nanosized medicines
for treating cancer［J］. Trends Biotechnol, 2006, 24（1）：39-47.
［16］Barbey R, Lavanant L, Paripovic D. Polymer brushes via
surface-initiated controlled radical polymerization：synthesis, characterization, properties, and applications［J］. Chem Rev, 2009, 109（11）：5437-5527.
［17］Bailon P, Palleroni A, Schaffer CA, Spence CL. Rational design
of a potent, long-lasting form of interferon：a 40 kDa branched polyethylene glycol-conjugated interferon alpha-2a for the treatment of hepatitis C［J］. Bioconjuagte Chem, 2001（2）：195-202.
［18］Shu Y, Pi F, Sharma A, et al. Stable RNA nanoparticles as potential
new generation drugs for cancer therapy［J］. Adv Drug Deliv Rev, 2014, 66：74-89.
［19］Guo P, Grimes S, Anderson D. A defined system for in vitro
packaging of DNA-gp3 of the Bacillus subtilis bacteriophage phi29［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 1986：83：3505.
［20］Guo P, Erickson S, Anderson D. A small viral RNA is required for
in vitro packaging of bacteriophage phi29 DNA［J］. Science, 1987, 236：690.
［21］Guo P, Zhang C, Chen C, et al. Inter-RNA interaction of phage
phi29 pRNA to form a hexameric complex for viral DNA transportation［J］. Mol Cell, 1998（2）：149-155.
［22］Hendrix RW. Bacteriophage DNA packaging：RNA gears in a
DNA transport machine［J］. Cell, 1998（94）：147-150.
［23］ Rychahou P, Haque F, Shu Y, et al. Delivery of RNA nanoparticles
into colorectal cancer metastases following systemic administration ［J］. ACS Nano, 2015, 9（2）：1108-1116.
［24］ Jasinski DL, Khisamutdinov EF, Lyubchenko YL, et al. Physicoch-emically tunable polyfunctionalized RNA square architecture with fluorogenic and ribozymatic properties［J］. ACS Nano, 2014, 8（8）：7620-7629.
［25］ Shu D, Shu Y, Haque F, et al. Thermodynamically stable RNA
three-way junction for constructing multifunctional nanoparticles for delivery of therapeutics［J］. Nature Nanotechnology, 2011, 6（10）：658-667.
56
生物技术通报 Biotechnology Bulletin
Interfaces 2014, 6（22）：20137-20143.
2016,Vol.32,No.1
［26］Laing BM, Guo PD, Bergstrom E. Optimized method for the
synthesis and purification of adenosine-folic acid conjugates for use as transcription initiators in the preparation of modified RNA［J］. Methods, 2011, 54（2）：260-266.
［27］Haque F, Shu D, Shu Y, et al. Ultrastable synergistic tetravalent
RNA nanoparticles for targeting to cancers［J］. Nano Today, 2012, 7（4）：245-257.
［28］Wang M, Thanou M. Targeting nanoparticles to cancer［J］.
Pharmacological Research, 2010, 62：90-99.
［29］Yokoyama M. Polymeric micelles as a new drug carrier system and
their required considerations for clinical trials［J］. Expert Opin Drug Deliv, 2010, 7（2）：145-158.
［30］李文渊, 童丽, 热增才旦. 纳米胶束作为药物载体的研究进
展［J］. 中国执业药师, 2009, 6（12）：36-39.
［31］ Park K. Facing the truth about nanotechnology in drug delivery［J］.
ACS Nano, 2013, 7（9）：7442-7447.
［32］ Tang W, Jia S, Jia Y, et al. Research on medical application of
bacterial cellulose as nano-biomaterials［J］. Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi, 2014, 31（4）：927-929.
［33］Huang D, Zuo Y, Li J, et al. Bioactive composite gradient coatings
of nano-hydroxyapatite /polyamide66 fabricated on polyamide66 substrates［J］. J R Soc Interface, 2012, 9（72）：1450-1457.
［34］ Li J, Zuo Y, Man Y, et al. Fabrication and biocompatibility of an
antimicrobial composite membrane with an asymmetric porous structure［J］. J Biomater Sci Polym Ed, 2012, 23（1-4）：81-96.
［35］ Saracino GA, Cigognini D, Silva D, et al. Nanomaterials design and
tests for neural tissue engineering［J］. Chem Soc Rev, 2012, 42 （1）：225-262.
［36］ Lim EH, Sardinha JP, Myers S. Nanotechnology biomimetic
cartilage regenerative scaffolds［J］. Arch Plast Surg, 2014, 41（3）：231-240.
［37］嵇伟平, 韩培, 赵常利, 等. 钛合金表面纳米结构对成骨细胞
黏附的促进作用［J］. 科学通报, 2008, 5（1）：83-88.
［38］Huang Y, Zhou G, Zheng L, et al. Micro-/nano-sized hydroxyapatite
directs differentiation of rat bone marrow derived mesenchymal stem cells towards an osteoblast lineage［J］. Nanoscale, 2012, 4（7）：2484-2490.
［39］Liu J, Lu CY, Zhou H, et al. Flexible gold electrode array for
multiplexed immunoelectrochemical measurement of three protein biomarkers for prostate cancer［J］. ACS Appl Mater
［40］ Ren X, Yan T, Zhang Y, et al. Nanosheet Au/Co3O4-based ultrase-nsitive nonenzymatic immunosensor for melanoma adhesion mole-cule antigen［J］. Biosens Bioelectron, 2014, 58：345-350.
［41］ Mangge H, Almer G, Stelzer I, et al. Laboratory medicine for
molecular imaging of atherosclerosis［J］. Clin Chim Acta, 2014, 437：19-24.
［42］ Chu M, Li H, Wu Q, et al. Pluronic-encapsulated natural chlorophyll
nanocomposites for in vivo cancer imaging and photothermal/photo-dynamic therapies［J］. Biomaterials, 2014, 35（29）：8357-8373.
［43］ Alharbi KK, Al-Sheikh YA. Role and implications of nanodiagno-stics in the changing trends of clinical diagnosis［J］. Saudi J Biol Sci, 2014, 21（2）：109-117.
［44］ Jain KK. Nanodiagnostics：application of nanotechnology in
molecular diagnostics［J］. Expert Rev Mol Diagn, 2003, 3（2）：153-161.
［45］Sahab ZJ, Semaan SM, Sang QX, et al. Methodology and
applications of disease biomarker identification in human serum［J］. Biomark. Insights, 2007（2）：21-43.
［46］Hachuda S, Otsuka S, Kita S, et al. Selective detection of sub-atto-molar Streptavidin in 10（13）-fold impure sample using photonic crystal nanolaser sensors［J］. Opt Express, 2013, 21（10）：12815-12821.
［47］Wagner MK, Li F, Li JJ, et al. Use of quantum dots in the develop-ment of assays for cancer bionarkes［J］. Analytical and Bioanal-ytical Chemistry, 2010, 397（8）：3213-3224.
［48］Huang Y, Li H, GaoT, et al. A sensitive method for protein assays
using a peptide-based nano-label：human glypican-3 detection for hepatocellular carcinomas diagnosis［J］. Analyst, 2014, 139（15）：3744-3747.
［49］Qian Y, Wang C, Gao F. Ultrasensitive electrochemical detection
of DNA based on Zn2+ assistant DNA recycling followed with hybridization chain reaction dual amplification［J］. Biosens Bioelectron, 2015, 63：425-431.
［50］ He Y, Chen D, Li M, et al. Rolling circle amplification combined
with gold nanoparticles-tag for ultra sensitive and specific quantifi- cation of DNA by inductively coupled plasma mass spectrometry ［J］. Biosens Bioelectron, 2014, 58：209-213.
［51］ 丁良, 杨慧, 席亚楠, 等. 非荧光硫化锌纳米簇的信号放大效
2016,32(1)
杨慧等：纳米生物技术在医学中的应用
应用于生物分子的检测［J］. 分析化学, 2014, 42（6）：799-804.
［52］ Feng G, Kong B, Xing J, et al. Enhancing multimodality functional
and molecular imaging using glucose-coated gold nanoparticles［J］. Clin Radiol, 2014, 69（11）：1105-1111.
［53］ Liu Y, Yao Q, Zhang X, et al. Development of gold nanoparticle-sheathed glass capillary nanoelectrodes for sensitive detection of cerebral dopamine［J］. Biosens Bioelectron, 2015, 63：262-268.
［54］ Kempen PJ, Kircher MF, de la Zerda A, et al. A correlative optical
microscopy and scanning electron microscopy approach to locating nanoparticles in brain tumors［J］. Micron, 2015, 68：70-76.
［55］ 李朝辉, 王柯敏, 谭蔚泓, 等. 硅壳包被的核壳型量子点荧光
纳米颗粒的制备及其在细胞识别中的应用［J］. 科学通报, 2005, 50（13）：1318-1322.
［56］ Matsumine A, Takegami K, Asanuma K, et al. A novel hyperthermia
treatment for bone metastases using magnetic materials［J］. Int J Clin Oncol, 2011, 16（2）：101-108.
［57］Mintorovitch J, Shamsi K. Eovist injection and resovist injection：
two new liver-specific contrast agents for MRI［J］. Oncology, 2000, 14（63）：37-40.
［58］Schneck NA, Lowenthal M, Phinney K, et al. Current trends
in magnetic particle enrichment for mass spectrometry-based analysis of cardiovascular protein biomarkers［J］. Nanomedicine（Lond）, 2015, 10（3）：433-446.
［59］汤艳, 楚林疋, 孙宁, 等. 氧化铁磁性纳米颗粒在磁分离中的
研究进展［J］. 科学通报, 2013, 58（24）：2377-2384.
［60］Gao LZ, Perrett S, Yan XY, et al. Intrinsic peroxidase-like activity
of ferromagnetic nanoparticles［J］. Nat Nanotech, 2007, 2：577-583.
［61］Mousavi MZ, Chen HY, Hou HS, et al. Label-free detection of
rare cell in human blood using gold nano slit surface plasmon resonance［J］. Biosensors（Basel）, 2015, 5（1）：98-117.
［62］鲍小凡, 刘冉, 刘静. 面向细胞分离的微流控技术［J］. 中国
生物医学工程学报, 2013, 32（2）：226-238.
［63］Li M, Cushing SK, Zhang J, et al. Three-dimensional hierarchical
plasmonic nano-architecture enhanced surface-enhanced Raman scattering immunosensor for cancer biomarker detection in blood plasma［J］. ACS Nano, 2013, 7（6）：4967-4976.
［64］Dixit CK, Kaushik A. Nano-structured arrays for multiplex analyses
and Lab-on-a-Chip applications［J］. Biochem Biophys Res Commun, 2012, 419（2）：316-320.
［65］Ali MA, Solanki PR, Patel MK, et al. A highly efficient
microfluidic nano biochip based on nanostructured nickel oxide［J］. Nanoscale, 2013, 5（7）：2883-2891.
［66］ Torelli E, Marini M, Palmano S, et al. A DNA origami nanorobot
controlled by nucleic acid hybridization［J］. Small, 2014, 10（14）：2918-2926.
［67］Zhang D, Hua T, Xiao F, e al. Phytotoxicity and bioaccumulation
of ZnO nanoparticles in Schoenoplectus tabernaemontani［J］. Chemosphere, 2015, 120：211-219.
［68］Elsabahy M, Wooley KL. Cytokines as biomarkers of nanoparticle
immunotoxicity［J］. Chem Soc Rev, 2013, 42（12）：5552-5576.
［69］Rosenblum D, Peer D. Omics-based nanomedicine：the future of
personalized oncology［J］. Cancer Lett, 2014, 352（1）：126-136.
（责任编辑 狄艳红）
·技术与方法·
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
生物技术通报
2016, 32(1):49-57
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
（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.
nanomedicine；nanopharmaceuticals；nanodiagnosticsKey words: nanobiotechnology；
YANG Hui1 DING Liang1 YUE Zhi-lian2
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］
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
［2］
药物/基因传递载体，研究合理的输送和靶向给药。
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
，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
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：[email protected]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：[email protected]
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin
2016,Vol.32,No.1
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
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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
16］
期［15，。如罗氏公司生产的PEGasys（Peginterferon
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
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
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin
2016,Vol.32,No.1
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。聚合纳米粒子作为药物载成，尺寸约130 nm［28］
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。常用于难溶性药好，体内滞留时间长等优点［29，30］
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］
。模仿材料支架在组织工程中起着重要作用［35］
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。
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，而且已显示出巨大的潜在应用换的迫切需求［32-34］价值。
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
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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。丁良等［51］利用纳米晶体中阳离子交换方法［49，50］
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。
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。而粒径小于20 nm的热，用于癌症的靶向热疗［56］
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
［59］［60］
的富集、固定化酶的回收与重复等。 Yan 课题组
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。（PEG-Feng等［52］利用聚乙二醇-葡萄糖-金纳米粒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
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］。
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。
量子点是以2.2.2 量子点（半导体纳米晶体）
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
［55］
利用反相微乳液技术，子的超灵敏检测。李朝辉等
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
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin
虽然功能化的磁性纳米材料已经有了广泛的应
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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］。
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
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
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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
［1］ Barkam S, Saraf S, Seal S. Fabricated micro-nano devices for in vivo
and in vitro biomedical applications［J］. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol, 2013（6）：544-568.
［2］ Liu Y, Lou C, Yang H, et al. Silica nanoparticles as promising
drug/gene delivery carriers and fluorescent nano-probes：recent advances［J］. Curr Cancer Drug Targets, 2011, 11（2）：156-163.
［3］ Yan JK, Ma HL, Chen X, et al. Self-aggregated nanoparticles of
carboxylic curdlan-deoxycholic acid conjugates as a carrier of doxorubicin［J］. Int J Biol Macromol, 2015, 72：333-340. ［4］Bian C, Lin H, Zhang F, et al. Synthesis of magnetic, macro/
mesoporous bioactive glasses based on coral skeleton for bone tissue engineering［J］. IET Nanobiotechnol, 2014, 8（4）：275-281. ［5］ Hadinoto K, Yang Y. Continuous and sustainable granulation
of nanopharmaceuticals by spray coagulation encapsulation in alginate［J］. Int J Pharm, 2014, 473（1-2）：644-652.
［6］ 张磊, 平其能, 郭健新, 等. 口服胰岛素纳米脂质体的制备及
其降血糖作用［J］. 中国药科大学学报, 2001, 32（1）：25-29. ［7］ Suzuki R, Utoguchi N, Kawamura K, et al. Development of effective
antigen delivery carrier to dendritic cells via Fc receptor in cancer immunotherapy［J］. Yakugaku Zasshi, 2007, 127（2）：301-306. ［8］ 杨时成, 朱家壁, 梁秉文, 等. 喜树碱固体脂质纳米粒的研
究［J］. 药学学报, 1999, 34（2）：146-150.
［9］ Vivès E, Schmidt J, Pèlegrin A. Cell-penetrating and cell-targeting
peptides in drug delivery［J］. Biochimica et Biophysica Acta （BBA）- Reviews on Cancer, 2008, 1786（2）：126-138. ［10］ Charoenphol P, Bermudez H. Design and application of
multifunctional DNA nanocarriers for therapeutic delivery［J］. Acta Biomater, 2014, 10（4）：1683-1691.
［11］ Li J, Fan C, Pei H, et al. Smart drug delivery nanocarriers with self-assembled DNA nanostructures［J］. Adv Mater, 2013, 25（32）：4386-4396.
［12］查刘生, 高海峰, 杨武利, 等. 聚合物纳米粒子用于给药载
体［J］. 高分子通报, 2002（3）：24-32.
［13］ Duncan R. Development of HPMA copolymer-anticancer
conjugates：Clinical experience and lessons learnt［J］. Advanced Drug Delivery Reviews, 2009, 61：1131-1148.
［14］ Duncan R. The dawning era of polymer therapeutics［J］. Nat Rev
Drug Discov, 2003, 2（5）：347-360.
［15］Vicent MJ, Duncan R. Polymer conjugates：nanosized medicines
for treating cancer［J］. Trends Biotechnol, 2006, 24（1）：39-47.
［16］Barbey R, Lavanant L, Paripovic D. Polymer brushes via
surface-initiated controlled radical polymerization：synthesis, characterization, properties, and applications［J］. Chem Rev, 2009, 109（11）：5437-5527.
［17］Bailon P, Palleroni A, Schaffer CA, Spence CL. Rational design
of a potent, long-lasting form of interferon：a 40 kDa branched polyethylene glycol-conjugated interferon alpha-2a for the treatment of hepatitis C［J］. Bioconjuagte Chem, 2001（2）：195-202.
［18］Shu Y, Pi F, Sharma A, et al. Stable RNA nanoparticles as potential
new generation drugs for cancer therapy［J］. Adv Drug Deliv Rev, 2014, 66：74-89.
［19］Guo P, Grimes S, Anderson D. A defined system for in vitro
packaging of DNA-gp3 of the Bacillus subtilis bacteriophage phi29［J］. Proc Natl Acad Sci USA, 1986：83：3505.
［20］Guo P, Erickson S, Anderson D. A small viral RNA is required for
in vitro packaging of bacteriophage phi29 DNA［J］. Science, 1987, 236：690.
［21］Guo P, Zhang C, Chen C, et al. Inter-RNA interaction of phage
phi29 pRNA to form a hexameric complex for viral DNA transportation［J］. Mol Cell, 1998（2）：149-155.
［22］Hendrix RW. Bacteriophage DNA packaging：RNA gears in a
DNA transport machine［J］. Cell, 1998（94）：147-150.
［23］ Rychahou P, Haque F, Shu Y, et al. Delivery of RNA nanoparticles
into colorectal cancer metastases following systemic administration ［J］. ACS Nano, 2015, 9（2）：1108-1116.
［24］ Jasinski DL, Khisamutdinov EF, Lyubchenko YL, et al. Physicoch-emically tunable polyfunctionalized RNA square architecture with fluorogenic and ribozymatic properties［J］. ACS Nano, 2014, 8（8）：7620-7629.
［25］ Shu D, Shu Y, Haque F, et al. Thermodynamically stable RNA
three-way junction for constructing multifunctional nanoparticles for delivery of therapeutics［J］. Nature Nanotechnology, 2011, 6（10）：658-667.
56
生物技术通报 Biotechnology Bulletin
Interfaces 2014, 6（22）：20137-20143.
2016,Vol.32,No.1
［26］Laing BM, Guo PD, Bergstrom E. Optimized method for the
synthesis and purification of adenosine-folic acid conjugates for use as transcription initiators in the preparation of modified RNA［J］. Methods, 2011, 54（2）：260-266.
［27］Haque F, Shu D, Shu Y, et al. Ultrastable synergistic tetravalent
RNA nanoparticles for targeting to cancers［J］. Nano Today, 2012, 7（4）：245-257.
［28］Wang M, Thanou M. Targeting nanoparticles to cancer［J］.
Pharmacological Research, 2010, 62：90-99.
［29］Yokoyama M. Polymeric micelles as a new drug carrier system and
their required considerations for clinical trials［J］. Expert Opin Drug Deliv, 2010, 7（2）：145-158.
［30］李文渊, 童丽, 热增才旦. 纳米胶束作为药物载体的研究进
展［J］. 中国执业药师, 2009, 6（12）：36-39.
［31］ Park K. Facing the truth about nanotechnology in drug delivery［J］.
ACS Nano, 2013, 7（9）：7442-7447.
［32］ Tang W, Jia S, Jia Y, et al. Research on medical application of
bacterial cellulose as nano-biomaterials［J］. Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi, 2014, 31（4）：927-929.
［33］Huang D, Zuo Y, Li J, et al. Bioactive composite gradient coatings
of nano-hydroxyapatite /polyamide66 fabricated on polyamide66 substrates［J］. J R Soc Interface, 2012, 9（72）：1450-1457.
［34］ Li J, Zuo Y, Man Y, et al. Fabrication and biocompatibility of an
antimicrobial composite membrane with an asymmetric porous structure［J］. J Biomater Sci Polym Ed, 2012, 23（1-4）：81-96.
［35］ Saracino GA, Cigognini D, Silva D, et al. Nanomaterials design and
tests for neural tissue engineering［J］. Chem Soc Rev, 2012, 42 （1）：225-262.
［36］ Lim EH, Sardinha JP, Myers S. Nanotechnology biomimetic
cartilage regenerative scaffolds［J］. Arch Plast Surg, 2014, 41（3）：231-240.
［37］嵇伟平, 韩培, 赵常利, 等. 钛合金表面纳米结构对成骨细胞
黏附的促进作用［J］. 科学通报, 2008, 5（1）：83-88.
［38］Huang Y, Zhou G, Zheng L, et al. Micro-/nano-sized hydroxyapatite
directs differentiation of rat bone marrow derived mesenchymal stem cells towards an osteoblast lineage［J］. Nanoscale, 2012, 4（7）：2484-2490.
［39］Liu J, Lu CY, Zhou H, et al. Flexible gold electrode array for
multiplexed immunoelectrochemical measurement of three protein biomarkers for prostate cancer［J］. ACS Appl Mater
［40］ Ren X, Yan T, Zhang Y, et al. Nanosheet Au/Co3O4-based ultrase-nsitive nonenzymatic immunosensor for melanoma adhesion mole-cule antigen［J］. Biosens Bioelectron, 2014, 58：345-350.
［41］ Mangge H, Almer G, Stelzer I, et al. Laboratory medicine for
molecular imaging of atherosclerosis［J］. Clin Chim Acta, 2014, 437：19-24.
［42］ Chu M, Li H, Wu Q, et al. Pluronic-encapsulated natural chlorophyll
nanocomposites for in vivo cancer imaging and photothermal/photo-dynamic therapies［J］. Biomaterials, 2014, 35（29）：8357-8373.
［43］ Alharbi KK, Al-Sheikh YA. Role and implications of nanodiagno-stics in the changing trends of clinical diagnosis［J］. Saudi J Biol Sci, 2014, 21（2）：109-117.
［44］ Jain KK. Nanodiagnostics：application of nanotechnology in
molecular diagnostics［J］. Expert Rev Mol Diagn, 2003, 3（2）：153-161.
［45］Sahab ZJ, Semaan SM, Sang QX, et al. Methodology and
applications of disease biomarker identification in human serum［J］. Biomark. Insights, 2007（2）：21-43.
［46］Hachuda S, Otsuka S, Kita S, et al. Selective detection of sub-atto-molar Streptavidin in 10（13）-fold impure sample using photonic crystal nanolaser sensors［J］. Opt Express, 2013, 21（10）：12815-12821.
［47］Wagner MK, Li F, Li JJ, et al. Use of quantum dots in the develop-ment of assays for cancer bionarkes［J］. Analytical and Bioanal-ytical Chemistry, 2010, 397（8）：3213-3224.
［48］Huang Y, Li H, GaoT, et al. A sensitive method for protein assays
using a peptide-based nano-label：human glypican-3 detection for hepatocellular carcinomas diagnosis［J］. Analyst, 2014, 139（15）：3744-3747.
［49］Qian Y, Wang C, Gao F. Ultrasensitive electrochemical detection
of DNA based on Zn2+ assistant DNA recycling followed with hybridization chain reaction dual amplification［J］. Biosens Bioelectron, 2015, 63：425-431.
［50］ He Y, Chen D, Li M, et al. Rolling circle amplification combined
with gold nanoparticles-tag for ultra sensitive and specific quantifi- cation of DNA by inductively coupled plasma mass spectrometry ［J］. Biosens Bioelectron, 2014, 58：209-213.
［51］ 丁良, 杨慧, 席亚楠, 等. 非荧光硫化锌纳米簇的信号放大效
2016,32(1)
杨慧等：纳米生物技术在医学中的应用
应用于生物分子的检测［J］. 分析化学, 2014, 42（6）：799-804.
［52］ Feng G, Kong B, Xing J, et al. Enhancing multimodality functional
and molecular imaging using glucose-coated gold nanoparticles［J］. Clin Radiol, 2014, 69（11）：1105-1111.
［53］ Liu Y, Yao Q, Zhang X, et al. Development of gold nanoparticle-sheathed glass capillary nanoelectrodes for sensitive detection of cerebral dopamine［J］. Biosens Bioelectron, 2015, 63：262-268.
［54］ Kempen PJ, Kircher MF, de la Zerda A, et al. A correlative optical
microscopy and scanning electron microscopy approach to locating nanoparticles in brain tumors［J］. Micron, 2015, 68：70-76.
［55］ 李朝辉, 王柯敏, 谭蔚泓, 等. 硅壳包被的核壳型量子点荧光
纳米颗粒的制备及其在细胞识别中的应用［J］. 科学通报, 2005, 50（13）：1318-1322.
［56］ Matsumine A, Takegami K, Asanuma K, et al. A novel hyperthermia
treatment for bone metastases using magnetic materials［J］. Int J Clin Oncol, 2011, 16（2）：101-108.
［57］Mintorovitch J, Shamsi K. Eovist injection and resovist injection：
two new liver-specific contrast agents for MRI［J］. Oncology, 2000, 14（63）：37-40.
［58］Schneck NA, Lowenthal M, Phinney K, et al. Current trends
in magnetic particle enrichment for mass spectrometry-based analysis of cardiovascular protein biomarkers［J］. Nanomedicine（Lond）, 2015, 10（3）：433-446.
［59］汤艳, 楚林疋, 孙宁, 等. 氧化铁磁性纳米颗粒在磁分离中的
研究进展［J］. 科学通报, 2013, 58（24）：2377-2384.
［60］Gao LZ, Perrett S, Yan XY, et al. Intrinsic peroxidase-like activity
of ferromagnetic nanoparticles［J］. Nat Nanotech, 2007, 2：577-583.
［61］Mousavi MZ, Chen HY, Hou HS, et al. Label-free detection of
rare cell in human blood using gold nano slit surface plasmon resonance［J］. Biosensors（Basel）, 2015, 5（1）：98-117.
［62］鲍小凡, 刘冉, 刘静. 面向细胞分离的微流控技术［J］. 中国
生物医学工程学报, 2013, 32（2）：226-238.
［63］Li M, Cushing SK, Zhang J, et al. Three-dimensional hierarchical
plasmonic nano-architecture enhanced surface-enhanced Raman scattering immunosensor for cancer biomarker detection in blood plasma［J］. ACS Nano, 2013, 7（6）：4967-4976.
［64］Dixit CK, Kaushik A. Nano-structured arrays for multiplex analyses
and Lab-on-a-Chip applications［J］. Biochem Biophys Res Commun, 2012, 419（2）：316-320.
［65］Ali MA, Solanki PR, Patel MK, et al. A highly efficient
microfluidic nano biochip based on nanostructured nickel oxide［J］. Nanoscale, 2013, 5（7）：2883-2891.
［66］ Torelli E, Marini M, Palmano S, et al. A DNA origami nanorobot
controlled by nucleic acid hybridization［J］. Small, 2014, 10（14）：2918-2926.
［67］Zhang D, Hua T, Xiao F, e al. Phytotoxicity and bioaccumulation
of ZnO nanoparticles in Schoenoplectus tabernaemontani［J］. Chemosphere, 2015, 120：211-219.
［68］Elsabahy M, Wooley KL. Cytokines as biomarkers of nanoparticle
immunotoxicity［J］. Chem Soc Rev, 2013, 42（12）：5552-5576.
［69］Rosenblum D, Peer D. Omics-based nanomedicine：the future of
personalized oncology［J］. Cancer Lett, 2014, 352（1）：126-136.
（责任编辑 狄艳红）