纳米生物材
纳米生物材篇一：纳米生物医学材料的应用
纳米生物医学材料的应用
摘要：纳米材料和纳米技术是八十年代以来兴起的一个崭新的领域,随着研究的深入和技术的发展,纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透,显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在生物医学领域中的研究进展和应用。
关键字：纳米材料；生物医学；进展；应用
1. 前言
纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1~100nm),(2)有大量的界面或自由表面,(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,包括小尺寸效应和表面或界面效应等,因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,已在许多领域展示出广阔的应用前景,引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。
“纳米材料”的概念是80年代初形成的。1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。1987年美国和西德同时报道,成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。从那时以来,用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种。人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景,取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点,是当前国际上的前沿研究课题之一[1]。
2. 纳米陶瓷材料
纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于 100nm量级的水平[2]。纳米微粒所具有的小尺寸效应、表面与界面效应使纳米陶瓷呈现出与传统陶瓷显著不同的独特性能。纳米陶瓷已成为当前材料科学、凝聚态物理研究的前沿热点领域,是纳米科学技术的重要组成部分[3]。 陶瓷是一种多晶材料,它是由晶粒和晶界所组成的烧结体。由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和微小裂纹。决定陶瓷性能的主要因素是组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响,使材料的强度、韧性和超塑性大大
提高。
常规陶瓷由于气孔、缺陷的影响,存在着低温脆性的缺点,它的弹性模量远高于人骨,力学相容性欠佳,容易发生断裂破坏,强度和韧性都还不能满足临床上的高要求,使它的应用受到一定的限制。例如普通陶瓷只有在1 000℃以上,应变速率小于10-4/s时,才会发生塑性变形。而纳米陶瓷由于晶粒很小,使材料中的内在气孔或缺陷尺寸大大减少,材料不易造成穿晶断裂,有利于提高材料的断裂韧性;而晶粒的细化又同时使晶界数量大大增加,有助于晶粒间的滑移,使纳米陶瓷表现出独特的超塑性。许多纳米陶瓷在室温下或较低温度下就可以发生塑性变形。例如:纳米TiO2(8nm)陶瓷和CaF2陶瓷在180℃下,在外力作用下呈正弦形塑性弯曲。即使是带裂纹的TiO2纳米陶瓷也能经受一定程度的弯曲而裂纹不扩散。但在同样条件下,粗晶材料则呈现脆性断裂。纳米陶瓷的超塑性是其最引入注目的成果。
传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医学材料,在临床上已有多方面应用,主要用于制造人工骨、人工足关节、肘关节、肩关节、骨螺钉、人工齿,以及牙种植体、耳听骨修复体等等。此外还用作负重的骨杆、锥体人工骨、修补移植海绵骨的充填材料、不受负重影响的人工海绵骨及兼有移植骨作用的髓内固定材料等。纳米陶瓷的问世,将使陶瓷材料在强度、硬度、韧性和超塑性上都得到提高,因此,在人工器官制造、临床应用等方面纳米陶瓷材料将比传统陶瓷有更广泛的应用并具有极大的发展前景[1]。
目前, 对于具有良好力学性能和生物相容性、生物活性的种植体的需求越来越大, 由于生物陶瓷材料存在强韧性的局限性, 大规模临床应用还面临挑战。随着纳米技术和纳米材料研究的深入, 纳米生物陶瓷材料的优势将逐步显现, 其强度、韧性、硬度以及生物相容性都有显著提高, 随着生物医用材料研究的不断完善,纳米生物陶瓷材料终将为人类再塑健康人体[4]。
经过近几年的发展 ，纳米生物陶瓷材料研究已取得了可喜的成绩，但从整体来分析，此领域尚处于起步阶段，许多基础理论和实践应用还有待于进一步研究。如纳米生物陶瓷材料制备技术的研究——如何降低成本使其成为一种平民化的医用材料；新型纳米生物陶瓷材料的开发和利用；如何尽快使功能性纳米生物陶瓷材料从展望变为现实，从实验室走向临床；大力推进分子纳米技术的发展，早日实现在分子水平上构建器械和装置，用于维护人体健康等，这些工作还有待于材料工作者和医学工作者的竭诚合作和共同努力才能够实现[5]。
3. 纳米碳材料
纳米碳材料由碳元素组成的碳纳米材料统称为纳米碳材料。在纳米碳材料群中主要包括纳米碳管、气相生长碳纤维、类金刚石碳等;纳米碳管、纳米碳纤维通常是以过渡金属 Fe、Co、Ni 及其合金为催化剂，以低碳烃化合物为碳源，以氢气为载气，在 873～1473K 的温度下生成的，其中的超微型气相生长碳纤
维又称为碳晶须,具有超常的物化特性，被认为是超强纤维。由它作为增强剂所制成的碳纤维增强复合材料，可以显著改善材料的力学、热学及光、电等性能,在催化剂载体、储能材料、电极材料、高效吸附剂、分离剂、结构增强材料等许多领域有着广阔的应用前景[6]。
纳米碳纤维除了具有微米级碳纤维的低密度、高比模量、比强度、高导电性之外,还具有缺陷数量极少、比表面积大、结构致密等特点,这些超常特性和良好的生物相容性,使它在医学领域中有广泛的应用前景,包括使人工器官、人工骨、人工齿、人工肌腱在强度、硬度、韧性等多方面的性能显著提高;此外,利用纳米碳材料的高效吸附特性,还可以将它用于血液的净化系统,清除某些特定的病毒或成份。
纳米碳材料是目前碳领域中崭新的高功能、高性能材料,也是一个新的研究生长点。对它的应用开发正处于起步阶段，在生物医学领域中，纳米碳材料有重要的应用潜能。
4. 纳米高分子材料
纳米高分子材料也可以称为高分子纳米微粒或高分子超微粒，主要通过微乳液聚合的方法得到。这种超微粒子具有巨大的比表面积，出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,已引起了广泛的注意。
聚合物微粒尺寸减小到纳米量级后,高分子的特性发生了很大的变化,主要表现在表面效应和体积效应两方面。表面效应是指超细微粒的表面原子数与总原子数之比随着粒径变小而急剧增大,表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同,因缺少相邻原子而呈现不饱和状态,具有很大的活性,它的表面能大大增加,易与其它原子相结合而稳定下来。体积效应是由于超微粒包含的原子数减少而使带电能级间歇加大,物质的一些物理性质因为能级间歇的不连续而发生异常。这两种效应具体反映在纳米高分子材料上,表现为比表面积激增,粒子上的官能团密度和选择性吸附能力变大,达到吸附平衡的时间大大缩短,粒子的胶体稳定性显著提高。这些特性为它们在生物医学领域中的应用创造了有利条件。目前，纳米高分子材料的应用已涉及免疫分析、药物控制释放载体、及介入性
纳米级骨修复材料具有传统材料无可比拟的生物学性能，已在组织工程和生物材料研究中显示出广阔的应用前景，将不同生物材料复合加工，研制出类似人骨的材料，将是今后骨修复材料的研究重点。当前用于骨科临床的纳米产品不多，其性能、微观结构和生物学效应尚有待系统研究。我们相信随着纳米技术、组织工程技术和生物技术的发展与综合，必将研制出新一代性能优异的纳米骨材料，为治愈骨缺损和骨折提供最佳的选择[8]。
5. 纳米复合材料
纳米复合材料包括三种形式，即由两种以上纳米尺寸的粒子进行复合或两种
以上厚薄的薄膜交替叠迭或纳米粒子和薄膜复合的复合材料。前者由于纳米尺寸的粒子具有很大的表面能，同时粒子之间的界面区已经大到超常的程度，所以使一些通常不易固溶、混溶的组份有可能在纳米尺度上复合，从而形成新型的复合材料，研究和开发无机/无机、有机/无机、有机/ 有机以及生物活性/非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的崭新途径。
目前应用较广的医用材料多由一些有机高分子制成,受高分子的固有性质所限,材料的机械性能不够理想。碳纳米管具有比重低、长径比高、并且可以重复弯曲、扭折而不破坏结构,因此是制备强度高、重量轻、性能好的复合材料的最佳承荷增强材料。很多研究表明,向高分子材料中加入碳纳米管可以显著改善原有聚合物的传导性、强度、弹性、韧性和耐久性等性质。已经涉及的高分子材料包括聚氨酯、环氧树脂、聚苯乙烯等。对聚氨酯/多壁碳纳米管复合膜[9]和聚苯乙烯/多壁碳纳米管复合膜[10]的机械拉伸实验均显示,当碳纳米管与基体间存在良好的界面结合时,聚合物中的碳纳米管可以增强聚合物抗张强度。研究还发现,对碳纳米管进行石墨化温度处理和进行功能化有助于增强碳纳米管与聚合物基体间的相互作用[10],对于碳纳米管相关的复合膜和复合纤维的机械性能都有改善作用。Webster等[9]发现,MWNT和聚氨酯形成的复合材料较之传统的医用聚氨酯具有更好的电导性和机械强度,适合制造应用于临床的在体设备,如可能作为检查神经组织功能恢复情况的探针和骨科应用的假体等。
6. 微乳液
微乳液是由油、水、表面活性剂和表面活性剂助剂构成的透明液体，是一类各向同性、粒径为纳米级的、热力学、动力学稳定的胶体分散体系。微乳液是热力学稳定体系，可以自发形成。微乳液小球的粒径小于 100nm，微乳液呈透明或微蓝色。微乳液结构的特殊性使它具有重要的应用前景。近年来，随着乳液聚合理论和技术研究的不断深入，新型材料制备及分离技术的不断发展，人们对微乳液的应用研究十分关注，不断开发它在各领域中的应用，其中一些研究成果已转入实用化。
7. 总结
纳米材料是80年代中期发展起来的新型材料,它所具有的独特结构使它显示出独特而优异的性能。尽管已对纳米材料的制备、结构与性能进行了大量的研究,但在基础理论及应用开发等方面还有大量的工作尚待进行[11]。
8. 展望
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域,尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用,临床医疗将变得节奏更快、效率更高,诊断、检查更准确,治疗更有效[12]
。
参考文献
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纳米生物材篇二：组织工程相关纳米生物材料
第11章 组织工程相关纳米生物材料
组织工程学（Tissue Engineering）一门多学科交叉的边缘学科，其研究涉及到细胞生物学、分子生物学、发育生物学、免疫学、临床医学、生物材料学、计算机科学等多个相关学科。它是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一个新的里程碑，标志着医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织和器官的新时代，人们试图通过组织工程学的研究，真正建造出替代人每一种组织甚至器官功能的生物性替代物。它的提出、建立和发展是对医学领域组织、器官缺损和功能障碍传统治疗方法和模式的一次革命，孕育着巨大的科学价值和广阔的临床应用前景，是21世纪生命科学研究领域的焦点之一，必将产生巨大的社会和经济效益【1－2】。
目前国内外对组织工程学研究极为重视，组织工程相关产品正逐步形成高附加值的高科技产业，有些产品已开始进入临床。如人工皮肤TransCyte、Apligraf、人工软骨CarticelTM等。其它领域如骨、膀胱、血管、角膜、神经、输尿管、肝、胰、心脏瓣膜、血细胞、食管、肠管等的研究也正处于积极的实验阶段。
但是，目前组织工程研究尚存在许多基本问题亟待解决，主要表现在：①生命现象的本质及活动规律，即各种细胞、组织和器官的基本结构及其与功能的关系；②如何调控种子细胞的特异性粘附、增殖、定向分化以使其获得良好的生物学活性，充分发挥其特定的功能；③生长因子等组织诱导因子的大规模制备及持续控制释放；④具有良好表面相容性、结构相容性、适当生物降解性和特定生物活性的仿生“智能”基质材料的研制，以引发人们所需的特异性、可控性生物反应等等【3－4】。
纳米科技给上述问题的解决带来了新的发展机遇。和它在生物医用材料领域中的意义与应用前景一样，纳米科技在组织工程学各领域的研究中也有重大的科学意义及广阔的应用前景，人们可以将纳米科技在其它领域的研究成果广泛地应用于组织工程学各相关领域【5-8】。组织工程学和纳米科技的有机结合，标志着组织工程学研究进入一个崭新的时代——纳米组织工程学时代。纳米组织工程学（Nano tissue engineering）就是将纳米科学与技术和组织工程学有机结合，从原子、分子水平认识细胞和组织的基本结构及其与功能的关系，阐明生命现象的本质及活动规律，并研制具有特定功能的仿生纳米装置和材料，为更好地恢复、维持或改善病损组织的功能奠定基础【1－4】。
纳米组织工程学的首要任务是利用纳米科学的原理和技术，从原子、分子水平进一步深入认识真核细胞基因组的结构及功能调控、基因产物如何构建成细胞结构、如何调节和行使细胞功能等，从而认识各种细胞、组织和器官的基本结构及其与功能的关系，阐明生命现象的本质及活动规律。然后从科学认识发展到工程技术，设计和制造出相应的纳米器件、纳米药物、纳米仿生“智能”基质材料，
如纳米细胞监测器、纳米细胞清扫器、纳米细胞修复器、纳米细胞等，以更好地调控种子细胞的特异性粘附、增殖、定向分化等生物学行为，使其获得良好的生物学活性，实现良好的功能替代。为最终解决目前组织工程学研究存在的基本问题提供强有力的技术支持【3-4】。
在组织工程学研究中，细胞外基质替代物即基质材料的研究是一个至关重要的方面，是目前限制其发展和临床应用的一个瓶颈。如何研制出具有良好表面相容性、结构相容性、适当生物降解性和特定生物活性的仿生“智能”基质材料，以引发人们所需的特异性、可控性生物反应，是目前组织工程学研究亟待解决的关键性基本问题之一【9－12】。
因此，大力研究和开发新一代组织工程相关纳米生物医用材料，是新世纪生物医用材料的重要发展方向，也是本章讨论的重点。以下就对组织工程相关纳米生物材料的制备及表面仿生修饰予以介绍。
11.1 纳米纤维支架材料的制备
除可注射性材料以外,大多数组织工程支架必须预先制成多孔支架。组织工程多孔基质材料应具有功能梯度结构，在三个尺度范围控制着细胞的生长发育过程。从制备方法上看, 解剖外形和尺寸（mm-cm）则取决于成型方法,而大孔尺寸(～102μm)、孔壁尺寸(～μm)、孔壁内微细结构(如微纤,微孔,50～500nm)取决于致孔方法。纳米材料制备技术可以对基质材料表面的纳米结构(nm)进行设计和加工。纳米材料中的维数概念与一般材料科学中的维数有所不同，纳米材料根据维数的不同分为三类：①零维材料指空间三维从尺度均为纳米尺度的材料，如纳米颗粒。②一维材料指空间尺度有两维处于纳米尺度的材料，如纳米棒。③二维材料指空间尺度有一维处于纳米尺度的材料，如超薄层。
从多孔支架的孔形态上看，主要有纤维、多孔海绵/泡沫、相连管状结构等三种,其中纤维支架是组织工程研究中最早采用的细胞外基质替代物之一。在典型的结缔组织中，结构蛋白纤维，如胶原纤维和弹性蛋白纤维的直径从几十纳米到几百纳米，这些纳米级蛋白纤维相互交缠，形成非编织状的网，为组织提供拉力和弹力。粘连蛋白，如纤维结合蛋白、层粘连蛋白为细胞的黏附提供特殊的结合位点。纳米纤维支架有较高的表面与体积比，它可以大大增加细胞的黏附，从而可以增加细胞的迁移，增殖及分化功能。因此，纳米纤维支架较传统的支架更有发展前途【13－15】，也是本章讨论的重点。
11.1.1 纳米纤维支架材料的制备
有三种方法合成这种纳米纤维支架材料：自组装技术，电子纺丝技术，相分离技术。
1 自组装技术
应用分子自组装技术，依靠分子间非共价键的键合作用制备超分子纳米材料。在材料表面通过非共价键形成自组装膜，吸附分子存在时，局部形成的无序单层可以自我再生，生成更完善的有序体系，具有较大的流动性和可变形性，赋予适宜细胞生长的材料表面拓扑结构。用自组装技术合成纳米级超分子结构，也可合成纳米纤维【15】。
为了模拟形成天然骨的纳米结构, Stupp等【16－19】应用pH控制的自组装技术设计合成了一种两亲性多肽（PA）, 可以自组装生成纳米结构纤维支架。这种圆锥形的两亲性多肽主要包括5 个基本的化学结构特征: (1) 长的疏水烃基尾端; (2) 含有4个连续的半胱氨酸残基，通过氧化反应，半胱氨酸上的SH基团可与另外一条多肽链上SH自组装形成二硫键，从而使多肽链形成牢固的高级结构; (3) 含三个甘氨酸的交连部分，以提供亲水性的头基与坚硬的交联区域的结合; (4) 磷酸化的丝氨酸位点，这些位点带有大量负电荷，可以诱导钙离子沉积、成核生长并自组装而成纳米晶HA; (5) 含有细胞结合配体序列Arg－Gly－A sp（RGD），可促进种子细胞的黏附。其中，半胱氨酸，磷酸纤维化的丝氨酸以及RGD序列是PA肽链的特征性结构（图11－1）。
由于PAs有圆锥状结构和两性分子的特点，可以自组装形成圆柱状纳米纤维, 纳米纤维直径约为7.6nm，长度超过1μm（图11－2）。在结构方面，两亲性多肽链与纳米纤维垂直，疏水端包裹在长柱状结构内部，亲水端暴露在长柱状结构的表面。这与天然胶原基质有所不同，在天然胶原中其排列呈平行状。在pH=8时将二硫苏糖醇注入PAs，然后调整pH=4，酸化的PAs很快自组装交联固化而形成纳米纤维。这种离散型纳米纤维能通过氧化生成二硫键发生交联达到材料的自组装, 同时也能通过自由巯基的释放来控制自组装的可逆过程; 生成的纳米纤维可相互交织形成网状结构, 宏观呈凝胶状。研究表明, 提供足够量的酸性磷酸化丝氨酸和天门冬氨酸能促进初始HA 的成核, 将此凝胶浸入钙磷酸盐缓冲溶液中,表面充满带负电荷酸性氨基酸的纳米纤维可通过建立局部的过饱和离子环境促进自身矿化生成纳米HA晶体, 这些矿化的纳米纤维中Ca/P比率为1.67±0.08, 而且晶体学上的HA c 轴沿胶原纤维长轴定向排列, 类似与自然骨最基本的形态学结构。
图11-1两亲性多肽（PA）
图11-2两亲性多肽自组装形成圆柱状纳米纤维, 纳米纤维直径约为7.6nm。
胶原是一种三股螺旋超二级结构，它由三条左旋的多肽链组成。Fields 等用一种两亲性多肽（PA）分子去模拟这种结构。PA由a1(IV)1263-1277胶原序列Gly-Val-Gly-Asp-Lys-Asn-Pro-Gly-Trp-Pro-Gly-Ala-Pro（IV-HI）结合一个长链单或双羟基脂质（14－18）组成。胶原序列的头端组成了三维螺旋结构，而亲脂的尾部与疏水端相结合以诱发和稳定胶原序列头端的三维结构，并且因它的长度和分支不同而影响PA超分子结构的热稳定性。在生理条件下，（IV-HI）PAs可以自组装成三股螺旋状结构。在（IV-HI）PA中培养黑色素瘤细胞，以检测与细胞黏附，展开及信号传导有关的生物学特性。发现PA能明显诱导细胞黏附。细胞的展开在50％molar的（IV-HI）PA双分子层及（C18）2-Glu-C2-COOH3亲水分子面明显增加。这种三股螺旋构象的稳定性可以影响细胞的黏附及展开【20－21】。
在酸性分泌蛋白序列的基础上研发了嵌合体PA。特点是其富含半胱氨酸，即富含半胱氨酸酸性分泌蛋白（SPARC）。其能促进细胞增殖及血管发生。上皮细胞被用来检测SPARC PA的生物活性。SPARC PA自身能轻微地促进细胞的黏附和伸展，当它与C10－（a1(I)496-507）混合时，它可以明显地促进细胞黏附和展
开，其水平相当于I型胶原。
2 电子纺丝技术【22】
电子纺丝技术是通过在聚合体溶液/融液中加入电荷悬浮微粒而制成超细的纳米纤维。1934年Formhals首先申请了电子纺丝技术的专利。其原理是利用电流使得聚合体溶解/融化，再由收集器收集，聚合体溶液/融液要在收集器中固化，在收集器的顶端通过重力或机械泵产生悬浮微粒，用（10－20KV）的高电压产生足够的静电荷，当静电荷克服了微粒的表面张力后聚合体溶液/融液就喷出了。随着溶剂的蒸发，表面电荷密度增加，喷射流越来越细，纳米纤维雏形形成。在喷射物干燥的过程中，喷射物中静电荷的放射状力量远远大于喷射物中的内聚力，这些导致聚合物扩展或分解成直径相同的小的喷射物和电位电荷，这些小的喷射物最终在金属样本收集器上形成纳米纤维【23－24】。
在电子纺丝技术中寻找合适的溶剂相当困难。HFP是静电纤维缠绕技术中溶解蛋白质的常用溶剂。溶解丝蛋白用甲醇作溶剂。静电纤维缠绕技术中丝蛋白可以在水中与PEO混合，然后用甲醇洗涤，除去PEO。Huang等用基因工程的方法合成一条含多次重复的弹力蛋白多肽链，（Val-Pro-Gly-Val-Gly）4(Val-Pro-Gly-Lys-Gly)。这条多肽溶解在水中，在适当条件下用静电纤维缠绕
技术合成直径200－300nm的纳米纤维。Fang报道用小牛胸腺钠－DNA水溶液合
纳米生物材篇三：纳米生物医药的研究现状
纳米生物医药的研究现状
摘要:
纳米生物医药的迅速发展将极大地促进科学技术的重大发展和革新,引发信息技术、生物技术、生态环境技术等领域的技术革命和跨越式发展,并将可能带动下一次的工业革命。纳米生物技术一道促进新兴产业的发展,是未来高技术产业的制高点和国民经济的动力源泉。纳米生物材料作为人体内植入物和应用于组织工程将解决传统材料在临床应用的许多弊端。
关键词:生物纳米;纳米技术;靶向
Abstract:
The rapid development of nano bio medicine will greatly promote the major development and innovation of science and technology, and lead to the technological revolution and leap forward development of information technology, biotechnology, ecological environment technology and other fields, and will be able to drive the next industrial revolution. Nano bio technology to promote the development of new industries, is the high tech industry in the future and the commanding heights of the power source of the national economy. Nano biomaterials as implants in human body and the application of tissue engineering will solve many problems in clinical application. Key words: biological nanometer; nanometer technology; target
据世界卫生组织统计，每年世界上有1000万人患上癌症，而死于癌症的人数约600万，占全球死亡人数的12%(1]。我国每年新增癌症患者180万，死亡140万，平均每3分钟就有1.3人死于癌症，而且癌症的发病率呈急剧上升趋势。在过去不到20年的时间内，我国癌症发病率上升69%，死亡率增长了29.4%。因此，癌症严重威胁着人类的健康和生命安全。
目前，在癌症的治疗中细胞毒性药物起着举足轻重的作用。 自上世纪40年代细胞毒性药物就已经用于恶性肿瘤的治疗，在随后的五十年中肿瘤药物研制和开发都是集中在细胞毒性药物上，先后开发了葱环类，铂类等一系列强有效的化疗药物。但细胞毒性药物在临床应用中存在靶向性低，副作用大的缺点，此外水溶性较差，体内的不稳定性和剂量限制性毒性等也进一步影响了这些药物的应用。如紫杉类药物对于一些肿瘤具有很好的疗效，但是由于其极低的水溶性需要用聚氧乙基蓖麻油增溶，因此容易产生一系列的过敏反应从而限制了紫杉醇的临床应用。而铂类药物也同样由于副作用较大而影响了其在临床治疗中的使用。顺铂(Cisplatin, CDDP)作为第一代铂类药物，于1971年进入临床试验，1978年正式上市，至今已超过30年，是目前临床最常用的广谱抗肿瘤药物之一。它是一种细胞周期非特异性抗肿瘤药物，具有抗癌作用强、抗癌活性高、可与多种抗肿瘤药物配伍产生协同作用且无交叉耐药等特点，被美国、加拿大等国推荐用于治疗黑色素瘤、头颈部癌、非小细胞肺癌、肝癌、子宫颈癌等癌症化疗的首选药物。和许多其他的抗肿瘤药物一样，作为细胞毒性药物，
顺铂在临床应用中存在靶向性低，副作用大的缺点，如顺铂在临床使用后有不同程度的毒性反应，主要为肾毒性，消化道毒性、骨髓抑制等，此外体内的不稳定性和剂量限制性毒性等也进一步影响了它的应用。因此如何减少细胞毒类药物的副作用同时能够增加其疗效成为抗肿瘤药物研发中的一个相当重要的问题。
为了解决这些缺点，科学家们正在致力于以载药纳米微粒为基础的药物传输系统的研究，关注的焦点集中在该系统的有效性和安全性。主要研究载药高分子纳米微粒的细胞毒性，如何提高载药纳米微球的靶向性，增加病灶部位的药物浓度以及降低药物的系统毒副作用。但是，纳米药物在有效性和安全性评价方面的技术性规范至今尚未建立。
1 纳米及其纳米医药的概述
纳米技术是指:“用纳米材料制造新型产品的科学技术。它是现代技术(合成技术、计算机技术、扫描隧道显微镜技术、微电子、核分析技术)和现代科技(化学、量子力学、混沌物理、介观物理学、分子生物学)综合的产物。”如今,纳米这一尖端科学技术,将会不断引发一系列的全新科学技术,例如纳米光学、纳米电子学、纳米机械与材料学等等。在新的世纪,纳米技术将陆续为人类带给更多超功能的生活用品与生产工具,将人类带向一个从未谋过面,高科技又完善的生活环境。
当前,关于纳米技术的研究进展来看,它存在着三个不同概念: 概念一:将纳米技术定位成微加工技术的极限;概念二:分子纳米技术,
即美国科学家德雷克斯勒于1986年《创造的机器》著作中的全新概念;概念三:以生物的角度为出发点。
纳米生物材料亦可应用于制造各类组织的支架如血管、气管、输尿管、韧带与肌腱),组织工程用支架材料,内固定件,骨组织缺损修复材料。卫生部纳米生物技术重点实验室与美国合作开发的具有自塑能力的可吸收注射型纳米骨浆,已在美国、中国等多个国家开展临床实验,疗效显著,该纳米骨浆具有高度生物相容性且无致热源性。
生部纳米生物技术重点实验室还与美国匹滋堡大学组织工程中心合作,已开始出骨组织工程纳米生物活性材料,该材料由氨基酸及其他无毒的生物活性物质构成(如:葡萄糖、甘油、胶原蛋白、聚二醇等),采用国际上称为“绿色化学”技术进行合成。并且材料中含有骨生长因子可促进新骨的生成及骨组织功能的恢复,从而缩短骨修复周期,增强再造骨的功能,提高再造骨的质量,而且可以修复大面积的骨缺损。同时在成骨过程中,纳米材料亦可作为填充物质和骨生长因子的载体起着桥梁的作用。伴随着新骨的生长,生物材料逐步降解,待新骨形成时,纳米材料将被组织安全吸收。该材料的下一步开发计划是使材料携带骨生长因子基因,纳米材料既作为填充物质,又是基因转染的载体。
2 作用机理
被动靶向：肿瘤组织的高通透性和滞留效应使得载物纳米微粒对肿瘤具有被动的靶向性或选择性的特征，系统在给药后在肿瘤组织中有较多的分布，称为肿瘤的被动靶向性。
主动靶向：通过周密的生物识别设计，用经过修饰的药物载体主动将药物特异性导向靶组织或靶细胞。纳米微球能够大幅度改变药物的组织分布和代谢，提高药效并降低系统毒副作用，并且由于尺寸小于肿瘤血管内皮细胞之间的缝隙，容易进入肿瘤细胞中，加强抗肿瘤效果。
3品种类别
（1）高分子纳米微粒
以具有良好生物相容性的聚电解质（壳聚糖、海藻酸、明胶等）为主要材料，在水相中制备，采用高分子单体对的方法，在天然高分子存在的水溶液中使单体聚合，与带相反电荷的天然大分子聚电解质通过静电作用，通过调节引发剂用量或反应物的浓度可以实现对纳米微球粒径的控制，从而形成尺寸可控，粒径均一的高分子复合纳米微球。
南京大学丁丹采用此法制备了GEL-PAA纳米微球，用毒性较低的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和2 , 2'-(乙烯二氧)双(乙胺)作为交联剂进行交联，用交联后的GEL-PAA纳米微球为载体负载顺铂。以肝癌细胞为例，通过实时近红外荧光造影技术，载铂GEL-PAA纳米微球可以大量累计到肿瘤部位，没有靶向到肿瘤部位的纳米微球可以轻易代谢出体外，毒副作用降低。
国外的Min等人用5β-胆烷酸改性的乙二醇修饰的壳聚糖制备得到包覆喜树碱的纳米药物载体，包覆药物的纳米载体尺寸为280—330nm。由于喜树碱不溶于水，因此其可通过与改性壳聚糖上疏水链