超硬材料網(wǎng)

重磅！近日，中國新冠疫苗最新消息：目前國藥集團新冠疫苗已經(jīng)在北京和武漢開放預約接種，預約者將在約 2 周后收到通知，并到指定地點注射。

這則消息無疑是為黯淡的2020年添上一抹興奮的色彩！令人難忘的2020年只剩下不到四分之一了，苦日子似乎就要熬出頭了。在這一年里，一種直徑不超過140納米的新冠狀病毒，幾乎讓全球70億人活在小心翼翼中。
       目前，在新冠襲擾下的2020年，全球疫情持續(xù)升溫，印度、美國均累計確診700萬+！人們對于生命認知與感悟加強，對健康與醫(yī)療技術的要求不斷提高。新冠疫苗等藥物研發(fā)以及穩(wěn)定性、安全性的研究成為全球研究重點！尤其是納米醫(yī)學！
       納米醫(yī)學的出現(xiàn)發(fā)展至今，儼然成為現(xiàn)代醫(yī)療的一個重要發(fā)展方向。目前，隨著納米材料和納米技術的發(fā)展以及人類對于生命系統(tǒng)和生命過程的認知不斷深入，納米技術與生物醫(yī)藥領域的融合交叉研究，對于疾病的預防、診斷和治療等生物醫(yī)學的發(fā)展起到重大推動作用，展現(xiàn)出其廣闊的應用前景。
       目前，納米技術已經(jīng)成功地用于各種疾病的檢測與治療，美國FDA也已經(jīng)批準了超過60種含有納米材料的藥品申請。在醫(yī)療領域，“早發(fā)現(xiàn)，早治療”已經(jīng)成為一個醫(yī)學常識，但傳統(tǒng)檢測技術的檢測精度和準確度都難以達到“早發(fā)現(xiàn)”的目的。因此，在檢測和診斷疾病方面，眾多醫(yī)療創(chuàng)新公司也逐步將目光轉向納米技術。
       近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些納米結構在“空載”的狀態(tài)下，即能依靠自身的生物學效應產(chǎn)生一定的療效。納米金剛石具有優(yōu)良的藥物遞送能力和較好的生物相容性，但通常被視為一種不具備生物活性的納米載體。

       納米金剛石，指粒徑在1~100nm的金剛石晶粒存在形態(tài)，其兼有金剛石、納米材料的特性，一種具有生物相容性、低毒性、熒光效應等特性的納米惰性材料。這主要依托于其大的比表面積，：納米金剛石的比表面可以達到200～420 m2/g，從而具有很強的表面活性，可吸附大量雜質(zhì)原子或基團。通過傅立葉紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，納米金剛石表面吸附有－OH、－COOH、－C－O－C－、－C＝O等官能團。隨著使用氧化劑的不同，還含有氯酸根、硫酸根和含氮官能團等。

近年來，科學家們也積極地利用納米金剛石顆粒獨特的惰性、生物相容性和根據(jù)需求很容易實現(xiàn)功能工程化設計的特性于醫(yī)藥領域中，包括載藥、標記、蛋白質(zhì)分離、抗癌治療、殺菌等方面 ，在生物醫(yī)藥領域突顯出其愈來愈重要的作用。已有研究報道，納米金剛石能夠和DNA、阿霉素、酶、胰島素、細胞色素C、生長激素和抗原等通過共價鍵或非共價鍵的方式結合，作為一種潛在生物成像工具、熒光探針材料、藥物轉運工具而發(fā)揮作用，以下是具體介紹。

1. 藥物載體材料

納米技術為藥物的傳輸提供了新的方式和途徑，納米金剛石的晶體表面有許多官能團，能和藥物以共價鍵或非共價鍵的方式結合，把藥物運輸?shù)桨屑毎衅鞴賮戆l(fā)揮藥性。
       ①轉鐵蛋白與熒光納米金剛石共價結合后能通過受體介導的內(nèi)吞作用進入細胞，其攝取機制是一種溫度、能量、網(wǎng)格蛋白依賴的途徑，從而納米金剛石可作為一種特殊的細胞攝取與藥物傳輸?shù)墓ぞ摺３耸荏w介導的機制外，胰島素以非共價的方式吸附到納米金剛石表面，可作為一種pH依賴的蛋白質(zhì)傳輸工具，其中胰島素的釋放是可調(diào)的，并保留著原有活性。研究結果顯示，納米金剛石不僅能夠作為有效的轉運載體，而且其轉運機制也比較明確。因此，可以進一步拓展其作為載體在生物醫(yī)學領域中的應用。
       ②納米金剛石用于吸附溶菌酶時，能形成抗菌活性更高且具有非入侵性的溶菌酶復合物；
       ③用于治療白血病的柔紅霉素結合到納米金剛石表面時，納米金剛石能把藥物運到癌細胞內(nèi)而不被泵出，且納米金剛石由于其非侵入性的大小和獨特的表面特性，可以很容易地釋放，而不堵塞血管。
       2. 細胞標記

       熒光細胞標記物在生命科學領域扮演著重要的角色，但許多可用的標記物在物理、光學以及毒性方面都存在著一定的缺陷。納米金剛石化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應，且無毒無光致漂白劑，但是可發(fā)熒光。這使納米金剛石比其他熒光標記物更適合用于細胞標記。CHAO等將溶菌酶-納米金剛石復合物與大腸桿菌相互作用，其不僅表現(xiàn)出較高的抗菌活性，而且可以檢測到納米金剛石的拉曼信號。

       3. 蛋白質(zhì)分離與純化

       納米金剛石有較大的比表面積，且表面附有羧基、內(nèi)脂、羥基、酮和烷基等親和蛋白質(zhì)的化學基團，因而納米金剛石可用于蛋白質(zhì)的分離。其優(yōu)勢在于可簡化提純蛋白質(zhì)過程、縮短分離時間、不使用特殊色譜設備等，方便科研工作人員的研究工作。

       4. 抗癌治療

       納米金剛石表面具有多種化學基團，它們可用于腫瘤成像和治療，并已成為癌癥治療的重點方向。一些研究表明，抗癌藥物與納米金剛石連接后能夠減少毒副作用，提高靶向性，并表現(xiàn)出較強的抗癌活性。如紫杉醇與表面修飾的納米金剛石共價連接以后，其抗癌活性比單獨紫杉醇的抗癌活性要高。10-羥基喜樹堿與納米金剛石結合，形成10-羥基喜樹堿–納米金剛石復合物，對Hela細胞的體外毒性比單10-羥基喜樹堿強。

       5. 對免疫系統(tǒng)的作用

       納米金剛石與納米鉑的混合材料( DPV576-C)在體外作用于樹突狀細胞后，可增加CD83和CD86的表達，上調(diào)樹突狀細胞分泌的細胞因子IL-6、TNF和IL-10 的水平，提高CD4+T 細胞生長的能力。在體內(nèi)DPV576-C 作用于C57BL /6 小鼠后，與未處理的C57BL /6 小鼠相比，能夠增加CD4+和CD8+ T細胞和它們的激活標記物CD25 和CD69 的百分比，增強NK 細胞的活力，而且沒有組織病理學上的毒副作用。因此，該混合材料可用于提高癌癥治療過程中的免疫應答反應以及治療病人的免疫功能障礙。

       6. 生物傳感

       生物傳感器是一種利用生物物質(zhì)(如酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜、微生物、細胞等) 作為識別元件，將生化反應轉變成定量的物理化學信號，從而能夠進行生命物質(zhì)和化學物質(zhì)檢測和監(jiān)控的裝置。隨著納米金剛石應用范圍的擴大，許多研究人員發(fā)現(xiàn)了它在生物傳感方面的應用價值。葡萄糖生物傳感器能夠簡單迅速的進行疾病診斷，對治療糖尿病有重要意義。非摻雜的納米金剛石修飾的金電極可作為一種電化學的葡萄糖傳感器。在這一研究中，納米金剛石粒子包裹在金電極的表面，然后將葡萄糖氧化酶固定在納米金剛石表面，納米金剛石預先修飾電極的陽極，不僅能夠提高電子在納米金剛石芯片中轉移的速率，而且能夠顯著的改善溶解氧的減少。這一發(fā)現(xiàn)可以通過監(jiān)測氧減少的電流變化來檢測負電位的葡萄糖。
       納米金剛石在癌癥診斷以及抗癌藥物傳輸方面意義深遠重大，在生物醫(yī)藥領域等諸多方面顯示出卓越的應用價值。
       但納米金剛石具有極大的比表面積，處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，很容易發(fā)生團聚，形成二次顆粒，使粒子粒徑變大，最終在使用時不能發(fā)揮出其所具有的特有功能。因此，納米金剛石應用必須要解決其在介質(zhì)中的分散性及穩(wěn)定性問題。目前納米金剛石表面改性方法主要有表面包覆改性、表面化學改性、機械力化學改性等方法。

       表面包覆改性

       表面包覆改性是表面改性劑在顆粒表面吸附形成一定厚度的穩(wěn)定的吸附層，從而產(chǎn)生位阻效應，形成很強的排斥力；一是通過增大顆粒表面電位的絕對值，從而增加顆粒間的相互排斥作用；二是通過增強介質(zhì)對它的潤濕性，從而增強顆粒間的表面溶劑化膜作用力，增大排斥力，使顆粒間再團聚十分困難。
       表面包覆改性方法通常要配合超聲波法進行，雖然工藝簡單，可操作性強，但是納米金剛石在介質(zhì)中的分散均勻性還不太好，團聚體尺寸比較大，穩(wěn)定分散的時間也比較短，而且不同的改性劑品種、用量和用法，對改性效果和改性后產(chǎn)品的應用性能也有很大影響。

       表面化學改性

       表面化學改性是通過顆粒表面與表面改性劑發(fā)生一定的化學反應或吸附來實現(xiàn)的。在納米金剛石表面在納米金剛石表面接枝上不同的官能團來達到改性目的。此種方法相較于表面包覆改性方法效果會更明顯，納米金剛石團聚尺寸明顯下降，在溶液中的穩(wěn)定分散時間持續(xù)也比較長，但是此種方法只適用于初始原料平均粒徑比較細的納米級金剛石。
       機械力化學改性

       機械化學改性是指通過超微粉碎及其他強烈機械力作用來對粉體表面進行激活，在一定程度上改變顆粒表面的晶體結構、化學吸附和反應活性，促使顆粒與其他物質(zhì)發(fā)生反應或相互附著，達到表面改性目的的改性方法。
       納米金剛石在癌癥診斷以及抗癌藥物傳輸方面意義深遠重大，將會是未來發(fā)展的一個重要方向。但目前大多數(shù)產(chǎn)品還處于研發(fā)與臨床試驗階段。如何進一步將納米金剛石更大程度發(fā)揮金剛石的優(yōu)異特性？如何解決納米金剛石團聚問題？如何提高納米金剛石與不同藥物結合的穩(wěn)定性？如何對不同藥物表現(xiàn)出的親疏性、藥物在輸送過程中釋放的可調(diào)性等？

       2020年11月17-20日，第五屆國際碳材料暨產(chǎn)業(yè)展覽會金剛石創(chuàng)新應用論壇，中科院理化技術研究所只金芳研究員將重點討論納米金剛石的表面改性及在生物醫(yī)藥領域的應用，就納米金剛石的功能化修飾，分散以及在醫(yī)藥領域的應用及其毒性問題進行深入探討，邀您共同挖掘納米金剛石未來應用前景！

       只金芳研究員（博士生導師），1984年畢業(yè)于南開大學，1987年南開大學碩士學位。1995年獲日本東京大學工學部博士學位。1995年至1999年，日本NOK 先端技術研究所任研究員。2000年至2003年任日本JST研究員。2005年至2006年12月日本早稻田大學客座研究員。2003年作為中國科學院理化技術研究所國外引進人才回國。

       長期從事金剛石薄膜電極材料，納米金剛石材料等的利用研究。發(fā)表120余篇學術論文，授權專利30余項。先后主持和承擔科技部國際合作重大項目，國家自然科學基金，北京市自然科學基金重大項目；中科院國際合作等項目。現(xiàn)任任中國感光學會理事，中國光催化專業(yè)委員會秘書長，常務副主任。

中國超硬材料網(wǎng)

劉小雨 ：13837111415（微信同號）

李君瑤 ：15713673960（微信同號）