金剛石為碳的同元素異形體，俗稱“金剛鉆”，也就是我們常說(shuō)的鉆石，它是一種由純碳組成的礦物，屬原子晶體，金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)。納米金剛石就是粒徑在1nm~100nm范圍內(nèi)的金剛石，是碳納米家族中的一個(gè)新的重要成員。

       納米金剛石具有硬度大、光學(xué)透明性、熱傳導(dǎo)性、電絕緣性、耐高壓和抗風(fēng)化等物理特性，這些獨(dú)特的性質(zhì)使得它在涂料、潤(rùn)滑油、聚合物添加劑、電子器件、傳感器和電化學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

金剛石醫(yī)學(xué)應(yīng)用：肺癌組織的磁成像

       研究近年來(lái)，隨著科學(xué)家對(duì)納米金剛石生物學(xué)性能的研究，發(fā)現(xiàn)納米金剛石具有良好的生物相容性、低毒性和具有熒光但無(wú)光致漂白等特性。納米金剛石的這些優(yōu)良生物學(xué)特性、化學(xué)惰性以及它表面基因的可修飾性，使得它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用得到了許多科學(xué)家的廣泛關(guān)注，并且取得了突破性進(jìn)展。

一、醫(yī)用刀具

       用于組織切除的手術(shù)刀具對(duì)材料的硬度、耐磨性、穩(wěn)定性與生物相容性等指標(biāo)要求很高。金剛石材料不僅能滿足相關(guān)要求，而且以其制備的刀具在手術(shù)過(guò)程中對(duì)手術(shù)部位的擠壓、撕拉損傷小，傷口邊緣整齊、易愈合。目前，金剛石手術(shù)刀具主要用于眼科、神經(jīng)外科、骨科及口腔科，以及生物組織切片等。

牙科金剛石手術(shù)刀具

       二、醫(yī)用材料

       由于疾病、外傷或者自然衰老等原因，人體組織器官可能遭到損傷或者缺失。為代替這部分組織，人們研究用其他材料做成植入物植入人體，其中，植入物的材料至關(guān)重要：為滿足人體生理和力學(xué)環(huán)境，植入物材料要具有良好的耐磨性、抗腐蝕性、生物相容性甚至再生性能。根據(jù)植入組織的不同，植入材料的選擇也有所不同，包括樹(shù)脂材料、鈷、鉻、鎳、鈦等金屬或合金材料、不銹鋼以及金剛石材料等。

血管支架

       盡管鈦可為醫(yī)療級(jí)別和患者特定的植入物提供快速、準(zhǔn)確和可靠的材料，但我們的身體有時(shí)會(huì)拒絕使用此材料。這是由于鈦上的化合物，阻止組織和骨有效地與生物醫(yī)學(xué)植入物相互作用。人造金剛石為這個(gè)問(wèn)題提供了一個(gè)物美價(jià)廉的解決方案。

人工關(guān)節(jié)

       我們的身體很容易接受金剛石，并將其作為復(fù)雜材料界面的平臺(tái)。除了骨科外，金剛石還被用于包覆心血管支架–幫助保持心臟動(dòng)脈暢通的導(dǎo)管–以及仿生學(xué)和假肢。

       三、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。與傳統(tǒng)的色譜方法分離純化蛋白質(zhì)相比，用納米金剛石分離純化蛋白質(zhì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了純化蛋白質(zhì)的過(guò)程；將分離蛋白質(zhì)的時(shí)間減少到了30-40min；消除了使用特殊的色譜設(shè)備的必要性；使制備高純度、高產(chǎn)量的apoobelin與熒光素酶成為可能。

蛋白質(zhì)的分離與純化

       四、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、化學(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(wú)光致漂白、無(wú)毒性的優(yōu)勢(shì)。

免疫磁標(biāo)記細(xì)胞磁成像研究

       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，而且可用于體內(nèi)的生物成像。

       五、生物傳感

       生物傳感器是一種利用生物物質(zhì)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(cè)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。

       細(xì)胞級(jí)生物傳感器

       葡萄糖生物傳感器能夠簡(jiǎn)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。當(dāng)納米金剛石具有體積微小、無(wú)毒性、弱堿性，利用核磁共振的原理，納米金剛石可作為一種優(yōu)于量子點(diǎn)的量子探針材料探測(cè)生命過(guò)程。

       六、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。例如800 Da聚乙烯亞胺修飾的納米金剛石ND-PEI800，DNA可通過(guò)氫鍵或靜電作用固定在ND-PEI800上，然后被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞。與其他基因轉(zhuǎn)運(yùn)載體相比，ND-PEI800對(duì)熒光素酶質(zhì)粒和綠色熒光蛋白質(zhì)質(zhì)粒都表現(xiàn)出了較高的轉(zhuǎn)運(yùn)效率以及較低的毒性。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。

       七、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。例如轉(zhuǎn)鐵蛋白與熒光納米金剛石共價(jià)結(jié)合后能通過(guò)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)絡(luò)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?/p>

       八、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)，供多種癌癥診斷與治療藥物以共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵的方式結(jié)合，據(jù)此去設(shè)計(jì)和開(kāi)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。

      九、細(xì)胞測(cè)溫

       金剛石晶體內(nèi)的單原子雜質(zhì)(通常被一個(gè)氮原子或一個(gè)空位所代替)對(duì)于溫度變化非常敏感，這樣的溫度波動(dòng)對(duì)于保持量子比特來(lái)說(shuō)可能是一種技術(shù)障礙，而將之用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的生物體溫度測(cè)量卻十分有用?；诩{米金剛石粒子的高精度溫度差測(cè)量技術(shù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以幫助醫(yī)生們區(qū)別人體內(nèi)的致癌細(xì)胞并及時(shí)作出醫(yī)療診斷。

       納米金剛石表面具有很多的功能基團(tuán)，隨著對(duì)這些基團(tuán)修飾及處理方法的改進(jìn)，可以得到人們所希望的表面特征，從而使其應(yīng)用價(jià)值得到更好的體現(xiàn)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V、更好的應(yīng)用前景。