重磅！近日，中國新冠疫苗最新消息：目前國藥集團(tuán)新冠疫苗已經(jīng)在北京和武漢開放預(yù)約接種，預(yù)約者將在約 2 周后收到通知，并到指定地點(diǎn)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(jì)確診700萬+！人們對于生命認(rèn)知與感悟加強(qiáng)，對健康與醫(yī)療技術(shù)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(diǎn)！尤其是納米醫(yī)學(xué)！
       納米醫(yī)學(xué)的出現(xiàn)發(fā)展至今，儼然成為現(xiàn)代醫(yī)療的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前，隨著納米材料和納米技術(shù)的發(fā)展以及人類對于生命系統(tǒng)和生命過程的認(rèn)知不斷深入，納米技術(shù)與生物醫(yī)藥領(lǐng)域的融合交叉研究，對于疾病的預(yù)防、診斷和治療等生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展起到重大推動(dòng)作用，展現(xiàn)出其廣闊的應(yīng)用前景。
       目前，納米技術(shù)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(zhǔn)了超過60種含有納米材料的藥品申請。在醫(yī)療領(lǐng)域，“早發(fā)現(xiàn)，早治療”已經(jīng)成為一個(gè)醫(yī)學(xué)常識(shí)，但傳統(tǒng)檢測技術(shù)的檢測精度和準(zhǔn)確度都難以達(dá)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(zhuǎn)向納米技術(shù)。
       近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些納米結(jié)構(gòu)在“空載”的狀態(tài)下，即能依靠自身的生物學(xué)效應(yīng)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(yīng)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(dá)到200～420 m2/g，從而具有很強(qiáng)的表面活性，可吸附大量雜質(zhì)原子或基團(tuán)。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(tuán)。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(tuán)等。

近年來，科學(xué)家們也積極地利用納米金剛石顆粒獨(dú)特的惰性、生物相容性和根據(jù)需求很容易實(shí)現(xiàn)功能工程化設(shè)計(jì)的特性于醫(yī)藥領(lǐng)域中，包括載藥、標(biāo)記、蛋白質(zhì)分離、抗癌治療、殺菌等方面 ，在生物醫(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。

1. 藥物載體材料

納米技術(shù)為藥物的傳輸提供了新的方式和途徑，納米金剛石的晶體表面有許多官能團(tuán)，能和藥物以共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵的方式結(jié)合，把藥物運(yùn)輸?shù)桨屑?xì)胞、靶器官來發(fā)揮藥性。
       ①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)墓ぞ摺３耸荏w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。
       ②納米金剛石用于吸附溶菌酶時(shí)，能形成抗菌活性更高且具有非入侵性的溶菌酶復(fù)合物；
       ③用于治療白血病的柔紅霉素結(jié)合到納米金剛石表面時(shí)，納米金剛石能把藥物運(yùn)到癌細(xì)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(dú)特的表面特性，可以很容易地釋放，而不堵塞血管。
       2. 細(xì)胞標(biāo)記

       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。納米金剛石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，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(biāo)記物更適合用于細(xì)胞標(biāo)記。CHAO等將溶菌酶-納米金剛石復(fù)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(xué)基團(tuán)，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(shí)間、不使用特殊色譜設(shè)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(xué)基團(tuán)，它們可用于腫瘤成像和治療，并已成為癌癥治療的重點(diǎn)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(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。10-羥基喜樹堿與納米金剛石結(jié)合，形成10-羥基喜樹堿–納米金剛石復(fù)合物，對Hela細(xì)胞的體外毒性比單10-羥基喜樹堿強(qiáng)。

       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(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。

       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(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，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。
       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，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域等諸多方面顯示出卓越的應(yīng)用價(jià)值。
       但納米金剛石具有極大的比表面積，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，很容易發(fā)生團(tuán)聚，形成二次顆粒，使粒子粒徑變大，最終在使用時(shí)不能發(fā)揮出其所具有的特有功能。因此，納米金剛石應(yīng)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(xué)改性、機(jī)械力化學(xué)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(yīng)，形成很強(qiáng)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(qiáng)介質(zhì)對它的潤濕性，從而增強(qiáng)顆粒間的表面溶劑化膜作用力，增大排斥力，使顆粒間再團(tuán)聚十分困難。
       表面包覆改性方法通常要配合超聲波法進(jìn)行，雖然工藝簡單，可操作性強(qiáng)，但是納米金剛石在介質(zhì)中的分散均勻性還不太好，團(tuán)聚體尺寸比較大，穩(wěn)定分散的時(shí)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(yīng)用性能也有很大影響。

       表面化學(xué)改性

       表面化學(xué)改性是通過顆粒表面與表面改性劑發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)或吸附來實(shí)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(tuán)來達(dá)到改性目的。此種方法相較于表面包覆改性方法效果會(huì)更明顯，納米金剛石團(tuán)聚尺寸明顯下降，在溶液中的穩(wěn)定分散時(shí)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(xì)的納米級金剛石。
       機(jī)械力化學(xué)改性

       機(jī)械化學(xué)改性是指通過超微粉碎及其他強(qiáng)烈機(jī)械力作用來對粉體表面進(jìn)行激活，在一定程度上改變顆粒表面的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)吸附和反應(yīng)活性，促使顆粒與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或相互附著，達(dá)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(yuǎn)重大，將會(huì)是未來發(fā)展的一個(gè)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(yàn)階段。如何進(jìn)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(tuán)聚問題？如何提高納米金剛石與不同藥物結(jié)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(huì)金剛石創(chuàng)新應(yīng)用論壇，中科院理化技術(shù)研究所只金芳研究員將重點(diǎn)討論納米金剛石的表面改性及在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，就納米金剛石的功能化修飾，分散以及在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用及其毒性問題進(jìn)行深入探討，邀您共同挖掘納米金剛石未來應(yīng)用前景！

       只金芳研究員（博士生導(dǎo)師），1984年畢業(yè)于南開大學(xué)，1987年南開大學(xué)碩士學(xué)位。1995年獲日本東京大學(xué)工學(xué)部博士學(xué)位。1995年至1999年，日本NOK 先端技術(shù)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(xué)客座研究員。2003年作為中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所國外引進(jìn)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(xué)術(shù)論文，授權(quán)專利30余項(xiàng)。先后主持和承擔(dān)科技部國際合作重大項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金，北京市自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目；中科院國際合作等項(xiàng)目。現(xiàn)任任中國感光學(xué)會(huì)理事，中國光催化專業(yè)委員會(huì)秘書長，常務(wù)副主任。

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