【正文】 料 。 人工 nHAP/Col復(fù)合材料的制備在一定程度上模擬了天然的礦化過(guò)程 ,稱為生物仿生的制備方法 。 彎曲測(cè)試表明：納米陶瓷 /PLA復(fù)合材料的彎曲模量比起單純的 PLA普遍高出 1～ 2個(gè)數(shù)量級(jí) （ 表 71） 。 3 納米 HAP 160177。 70 980177。 10 250177。 60 納米氧化鋁 630177。 130 3520177。 40 590177。 80 納米二氧化鈦 200177。 90 1960177。 20 500177。 30 表 71 陶瓷 /PLA復(fù)合材料的彎曲模量 基于碳納米管的納米生物材料 碳納米管 （ Carbon Nanotube） ， 是一種具有特殊結(jié)構(gòu) (徑向尺為納米量級(jí) ， 軸向尺寸為微米量級(jí) ， 管子兩端基本上都封口 )的新型納米材料 。 圖 75 碳納米管 碳納米管具有巨大的比表面積 ,許多有機(jī) (包括生物分子 )或無(wú)機(jī)分子可以共價(jià)或非共價(jià)地結(jié)合于碳納米管的表面 , 對(duì)碳納米管進(jìn)行表面修飾或功能化。 以表面活性劑 Triton潤(rùn)濕 單壁碳納米管 （ SWNT） 后 ， 可以大大增加 SWNT對(duì)聚乙二醇 (對(duì)蛋白質(zhì)有阻止效應(yīng) )的吸收 ，從而有效阻止抗生物素蛋白鏈霉素 (streptavidin)在碳管表面的非特異吸附 ， 如圖 76所示 ， 未處理的 SWNT周圍吸附 了大量抗生物素蛋白鏈霉 素 ， 而經(jīng) Triton和 PEG修 飾后 SWNT不再吸附抗生 物素蛋白鏈霉素 圖 76 SWNT在抗生物素蛋白鏈霉素溶液中的 AFM照片 （ a中 SWNT未經(jīng)處理； b中 SWNT經(jīng) Triton和 PEG修飾；兩幅圖大小均為 1μm） 磁性納米生物復(fù)合材料 磁性納米材料具有良好的磁導(dǎo)向性 、 較好的生物相容性 、生物降解性和活性能基團(tuán)等特點(diǎn) , 它可結(jié)合各種功能分子 ,如酶 、 抗體 、 細(xì)胞 、 DNA或 RNA等 ,因而在靶向藥物 、 控制釋放 、 酶的固定化 、 免疫測(cè)定 、 DNA和細(xì)胞的分離與分類等領(lǐng)域可望有廣泛的應(yīng)用 。 采用磁性分離技術(shù)不僅可用于細(xì)胞的分離 ， 還可用于蛋白的提純及核酸 、 DNA等生物分子的分離等方面 。 磁性納米粒子解決了 神經(jīng)干細(xì)胞在活體內(nèi)示蹤 這一難題 。 這種標(biāo)記物可以標(biāo)記哺乳類動(dòng)物細(xì)胞 ,包括人類的神經(jīng)干細(xì)胞和間質(zhì)干細(xì)胞 , 磁性氧化鐵納米粒子通過(guò)非特異性膜表面吸收過(guò)程進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) ,標(biāo)記細(xì)胞的增殖 、 分化能力不受影響 。 納米組織工程支架材料 組織工程是運(yùn)用工程科學(xué)與生命科學(xué)的基本原理和方法 ，研究與開(kāi)發(fā)生物體替代物來(lái)恢復(fù) 、 維持和改進(jìn)組織功能的一個(gè)學(xué)科 。 組織工程支架材料的主要作用有三個(gè)： ① 提供一個(gè)有利于細(xì)胞黏附 、 增殖 、 分化及生長(zhǎng)的三維支架式外環(huán)境 ,并能為細(xì)胞提供結(jié)合位點(diǎn) ,誘發(fā)生物反應(yīng) ,誘導(dǎo)基因的正常表達(dá)和細(xì)胞的正常生長(zhǎng) ,起到傳遞 “ 生物信號(hào) ” 的作用 。 ③ 具有一定力學(xué)性能 ,具有一定形貌 、 結(jié)構(gòu)和尺寸的三維支架材料能夠傳遞應(yīng)力且能精確控制再生組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)和尺寸 , 引導(dǎo)組織按預(yù)定形態(tài)生長(zhǎng) 。 納米纖維組織工程支架 具有三維納米纖維結(jié)構(gòu)的支架能最大限度地模仿天然細(xì)胞外基質(zhì) （ ECM） 的結(jié)構(gòu) ,進(jìn)而具備生物功能 ,實(shí)現(xiàn)與肌體組織的完全整合 。 與其它納米材料相同 ， 納米纖維支架材料也存在尺寸效應(yīng)和表面 (界面 )效應(yīng) ,這兩個(gè)特性使納米支架材料更能有效地誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)和組織再生 ,因而在性能上與具有相同組成的微米級(jí)支架材料存在非常顯著的差異 。 目前 ， 靜電紡已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在組織工程研究的各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)調(diào)節(jié)加工參數(shù)，電紡納米纖維的孔隙率可達(dá) 90%左右，能夠滿足細(xì)胞生長(zhǎng)對(duì)材料孔隙率的要求，由納米纖維層層堆積而成的結(jié)構(gòu)也確保了支架具有良好的孔道連通性。 這些都為細(xì)胞的生存提供了良好的微環(huán)境 ， 有利于細(xì)胞的粘附 、 分化 、 增殖和分泌 ECM； ④ 通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾图庸?shù) ， 可以獲得降解率可控的納米纖維支架 ， 并能對(duì)材料表面進(jìn)行理化修飾 ， 提高支架的生物相容性； ⑤ 通過(guò)調(diào)節(jié)溶液濃度 、 紡絲參數(shù)等可以很好控制支架的厚度 、三維結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能 。 靜電紡絲所獲得的纖維支架其纖維直徑都在幾十到幾百納米的超納米尺度 ,遠(yuǎn)未達(dá)到細(xì)胞能感知的極限納米尺度 (10nm)。 ? 細(xì)菌纖維素 細(xì)菌纖維素 （ Bacterial cellulose, BC） 植物纖維素相似 ，都是由吡喃型葡萄糖單體 （ βD葡萄糖 ） 通過(guò) β1,4糖苷鍵連接而形成的一種無(wú)分支 、 大分子直鏈聚合物 ， 直鏈之間彼此平行 ， 不呈螺旋構(gòu)象 ， 無(wú)分支結(jié)構(gòu) 。此外 ,細(xì)菌纖維素有很強(qiáng)的持水能力 ,良好的生物可降解性 ,具有作為生物醫(yī)用材料最適宜的微孔徑 ,其分布量大 ,而且含有豐富的納米孔隙 ,這些特點(diǎn)賦予材料以較好的滲透性 ,適于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 、 生物因子擴(kuò)散及血管的長(zhǎng)入等 。 經(jīng)過(guò)修飾的 BC更接 近于天然軟骨中的葡萄胺 聚糖 ， 使得 軟骨細(xì)胞能夠 粘附在 BC材料上 （ 圖 77） 。 合成生物材料具有良好的力學(xué)強(qiáng)度和可控的降解速率 ， 但是大部分合成材料都缺乏細(xì)胞識(shí)別的位點(diǎn) ， 不能支持細(xì)胞在材料表面的粘附 、 增殖 、 分化以及細(xì)胞外基質(zhì)的分泌 。 納米磷灰石 /膠原 /聚乳酸復(fù)合物 （ nHPA/Col/PLA） 是一類在組成成分和微觀等級(jí)結(jié)構(gòu)上與天然骨十分相似的納米復(fù)合物（ 圖 78） ,是骨組織工程良好的支架材料 ， 在 大段骨缺損有很好的臨床應(yīng)用前景 。 展望 ?隨著納米材料和納米技術(shù)在生物材料研究領(lǐng)域的不斷發(fā)展 ，不同學(xué)科間的交叉和融合趨勢(shì)也越來(lái)越明顯 ， 目前已經(jīng)成為整個(gè)生物醫(yī)用材料研究的熱點(diǎn) ， 不斷有新材料和新技術(shù)涌現(xiàn)出來(lái)， 例如：生物芯片材料 、 納米生物仿生材料 、 生物納米馬達(dá) 、蛋白質(zhì)微接觸印刷 、 DNA模版電子器件以及納米生物傳感器等等 。 除了 SEM、 STM與 ATM外 ， 還出現(xiàn)了如超低溫電鏡 、 質(zhì)譜儀 能量濾過(guò)透射電鏡 、 納米水平蝕刻技術(shù) 、 熒光反射顯微鏡 、 激光捕獲單分子技術(shù) 、 飛秒動(dòng)力 X衍射 、 optical tweezer等 。 ? 總之，生物納米材料科學(xué)通過(guò)探索生命科學(xué)與材料科學(xué)交叉領(lǐng)域的根本原理，在納米尺度的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)構(gòu)建出具有目標(biāo)功能的納米材料和納米器件，目前已經(jīng)展示出激動(dòng)人心的前景。 習(xí)題 1. 簡(jiǎn)述納米材料的制備方法有哪些？ 2. 舉例說(shuō)明納米材料在靶向藥物載體中的應(yīng)用。