納米金剛石簡介

納米金剛石TEM照片及溶液

       納米金剛石指的是粒徑在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，例如高硬度、高耐腐蝕性、高熱導(dǎo)率、低摩擦系數(shù)、低表面粗糙度、大的比表面積、生物相容性、高的表面活性等。物質(zhì)進(jìn)入納米尺度后表現(xiàn)出了一些宏觀物質(zhì)不具備或在宏觀物質(zhì)中可忽略的物理效應(yīng)，如表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等。納米金剛石顆粒的合成方法主要有靜壓合成、金剛石單晶粉磨、爆轟法三種，都已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

       之前小編曾給大家講過納米金剛石的應(yīng)用價(jià)值，可點(diǎn)擊藍(lán)字，再次閱讀。今天小編重點(diǎn)給大家講述納米金剛石在生物醫(yī)用領(lǐng)域，尤其是生物醫(yī)藥中的應(yīng)用。

       納米金剛石是一種具有生物相容性、低毒性、熒光效應(yīng)等特性的納米惰性材料，近年來逐步在藥物載體材料、生物成像工具、熒光探針材料以及量子探針等生物醫(yī)藥領(lǐng)域突顯出其愈來愈重要的作用。已有研究報(bào)道，納米金剛石能夠和DNA、阿霉素、酶、胰島素、細(xì)胞色素C、生長激素和抗原等通過共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵的方式結(jié)合，作為一種潛在生物成像工具、熒光探針材料、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)工具而發(fā)揮作用，以下是具體介紹。

       蛋白質(zhì)的分離與純化

       納米金剛石有較大的比表面積，表面覆蓋著羧基、內(nèi)酯、羥基、酮和烷基等多種化學(xué)基團(tuán)，對(duì)蛋白質(zhì)有著很高的親和力，因而可用于蛋白質(zhì)的分離和純化。

       細(xì)胞標(biāo)記與生物成像

       熒光細(xì)胞標(biāo)記物在生命科學(xué)領(lǐng)域扮演著重要的角色，但許多可用的標(biāo)記物在物理、光學(xué)以及毒性方面都存在著一定的缺陷。納米金剛石作為一種新型的碳納米材料，具有化學(xué)惰性、有熒光但無光致漂白、無毒性的優(yōu)勢，可用于細(xì)胞標(biāo)記與生物成像。

       實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示納米金剛石在細(xì)胞標(biāo)記與生物成像的研究方面具有很重要的應(yīng)用價(jià)值，它可以用于癌細(xì)胞與干細(xì)胞的標(biāo)記與追蹤，也可以作為與細(xì)菌或細(xì)胞相互作用的熒光探針，同時(shí)，在細(xì)胞水平上，它還可以作為生物成像的載體將生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，而且可以用于體內(nèi)的生物成像。

       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(xì)胞等) 作為識(shí)別元件，將生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成定量的物理化學(xué)信號(hào)，從而能夠進(jìn)行生命物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)檢測和監(jiān)控的裝置。隨著納米金剛石應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，許多研究人員發(fā)現(xiàn)了它在生物傳感方面的應(yīng)用價(jià)值。葡萄糖生物傳感器能夠簡單迅速的進(jìn)行疾病診斷，對(duì)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(xué)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(yù)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(zhuǎn)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(fù)電位的葡萄糖。

       基因傳輸與治療

       基因傳輸與治療的目的，是引入外源基因以補(bǔ)充缺陷基因或?yàn)轶w內(nèi)提供更多的生物功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，納米金剛石可成為一種快速的、可擴(kuò)展的、廣泛適用的基因傳輸工具。

       藥物傳輸與治療

       納米技術(shù)為藥物的傳輸提供了新的方式和途徑，納米金剛石可以與藥物以共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵的方式結(jié)合，作為藥物傳輸工具將藥物轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞或靶器官而發(fā)揮作用。

       轉(zhuǎn)鐵蛋白與熒光納米金剛石共價(jià)結(jié)合后能通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，其攝取機(jī)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(xì)胞攝取與藥物傳輸?shù)墓ぞ?。除了受體介導(dǎo)的機(jī)制外，胰島素以非共價(jià)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(jié)果顯示，納米金剛石不僅能夠作為有效的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，而且其轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制也比較明確。因此，可以進(jìn)一步拓展其作為載體在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

       癌癥診斷與治療

       納米粒表面能夠提供各種各樣的化學(xué)基團(tuán)，供多種癌癥診斷與化療藥物以共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵的方式結(jié)合，據(jù)此去設(shè)計(jì)和開發(fā)具有多功能化學(xué)基團(tuán)的納米粒并用于腫瘤同步成像與治療，已經(jīng)成為目前癌癥藥物研究的主要目標(biāo)。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(qiáng)的抗癌活性。如紫杉醇與表面修飾的納米金剛石共價(jià)連接以后，其抗癌活性比單獨(dú)紫杉醇的抗癌活性要高。

       對(duì)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(xì)胞后，可增加CD83和CD86的表達(dá)，上調(diào)樹突狀細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子IL-6、TNF和IL-10 的水平，提高CD4+T 細(xì)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(xì)胞和它們的激活標(biāo)記物CD25 和CD69 的百分比，增強(qiáng)NK 細(xì)胞的活力，而且沒有組織病理學(xué)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(yīng)答反應(yīng)以及治療病人的免疫功能障礙。

       小編以為，納米金剛石在癌癥診斷以及抗癌藥物傳輸方面意義深遠(yuǎn)重大，將會(huì)是未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前大陸地區(qū)從事納米金剛石生物藥用的團(tuán)隊(duì)較少，臨床試驗(yàn)也相對(duì)落后于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。在此給大家介紹一位世界級(jí)的專家學(xué)者——俄羅斯外籍院士，臺(tái)灣東華大學(xué)鄭嘉良教授。

鄭嘉良教授

       個(gè)人簡介：

       鄭嘉良教授現(xiàn)為臺(tái)灣東華大學(xué)物理系教授，同時(shí)也是俄羅斯A. M. Prokhorov Academy of Engineering Science 的外籍院士(Foreign Member, 2016-)。他曾擔(dān)任東華大學(xué)物理系主任、通識(shí)中心主任、藝術(shù)中心主任、共同教育委員會(huì)主任委員(院長級(jí))、副校長(2012-2016) 等職務(wù)。他于1993年獲得美國University of Oregon物理博士學(xué)位，1994-1997年在美國柏克萊加州大學(xué)化學(xué)系及臺(tái)灣中央研究院原子與分子科學(xué)研究所李遠(yuǎn)哲(1986諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任博士后研究，1997年進(jìn)入臺(tái)灣師范大學(xué)物理系任助理教授，1998年轉(zhuǎn)往東華大學(xué)。最近十年他的研究專注于奈米鉆石在生物醫(yī)學(xué)方面的研究，尤其在癌癥細(xì)胞的早期偵測及抗癌藥物的傳遞，使用的方法以非侵入性的光譜、顯微影像方法為主。他所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)是世界上最早利用納米鉆石作為生物標(biāo)定的團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也是利用納米鉆石作為藥物傳遞的先驅(qū)團(tuán)隊(duì)之一。

       目前他是Scientific Reports的編輯委員(Editorial Board member, 2017-)，Journal of Raman Spectroscopy (Editorial Advisory Board Member, 2017-)，并曾擔(dān)任臺(tái)灣科技部學(xué)門審議委員(2007-2010)。他目前也擔(dān)任幾個(gè)鉆石研究國際會(huì)議的委員: Program Committee Member, International Conference on Diamond and Carbon Materials (2010- )；Program committee member, Hasselt Diamond Workshop (2018- )；International Steering Committee Member, International Conference on Raman Spectroscopy (2012- )。

       鄭教授在納米金剛石生物藥用方面造詣深厚，第三屆碳材料大會(huì)已邀請(qǐng)鄭教授出席并擔(dān)任大會(huì)共同主席，鄭教授將會(huì)在環(huán)保工程及生物醫(yī)用論壇講述主旨報(bào)告，相信很快我們就可以看到鄭教授的精彩內(nèi)容分享！

       附金剛石在環(huán)保工程和生物醫(yī)用中的部分報(bào)告