| 纳米技术在生物医药领域应用前景广阔 |
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| 佚名 科技之光 2001-11-10 |
今后，纳米技术将提高生物医学研究工具的水平――比如，制造新型标签，用于发现新药或寻找在不同状态下活跃基因的实验。此外，纳米仪器还可用在快速检查诊断和基因测试中，如决定某人患不同疾病的可能性，或找出某种癌症的突变基因。研究人中也把它们用作非扩散性造像的改进对照剂，以及用作药物释放赋形剂。
纳米技术究竟是怎样完成这些工作的呢？答案取决于各人的定义。所有的生物学都可以说是纳米技术的一种形式。说到底，即使最复杂的生物也是由微小的细胞组成的，而细胞又是由纳米大小的物质构造而成：蛋白质、脂质、核酸和其它复杂的生物分子。但依照传统，“纳米技术”通常是指由半导体、金属、塑料、玻璃等材料中人工制成的结构。一小部分纳米规格的无机结构――如微型晶体,已经用于对照剂等商业用途。
纳米磁力晶体
对于此类无机晶体的作用，大自然中就存在着生物状态下的最好阐释：微小的趋磁性细菌。这种微生物寄生在水中或水底的污泥中，只在水或沉积物的某一个深度繁殖。高于这个位置，氧气过多会令它们无法承受；低于这个位置，氧气又过于稀少。从这个水平游离的细菌必须游回来，因此它像同类微生物一样，靠一条类似鞭子的尾巴来前进。然而在重力对它几乎不起作用的情况下，有浮力的细胞是怎样辨别上下的呢？
答案是，这种细菌内部有约20个磁力晶体组成的链，每个晶体直径在35到120纳米之间。这些晶体共同组成了一个微型的罗盘。因为地球磁场在大部分地方都是倾斜的，趋磁性细菌就根据磁场上下游动到达它的目的地。
有着相似构造的人工磁力晶体，不久就可以通过新的途径用于生物医学的研究。伯克利加州大学以及德国的一个研究小组正在进行磁纳米分子的研究，用以探测特殊的生物结构，例如能导致疾病的微生物。
现代电子世界中有许多能发射光的物质。比如说，CD唱机就是通过固态的激光二极管发出的光来读取碟片，激光二极管是由无机半导体材料制成的。想象一下从这种材料上取下微乎其微的一小片，就像一个蛋白质分子的大小。这就是一个半导体纳米晶体，或者用行话来说是“量子点”。就像纳米晶体一样，这些微小的点也将对生物医学研究大有用途。
五颜六色的组合
与传统的染色分子相比，半导体纳米晶体有许多优点。小的无机晶体能承受更多励磁循环和光散发，而一般的有机分子承受力小且容易分解。所以，无机晶体的稳定性使研究人员能在更长时间内观察细胞和组织中的活动。不过半导体纳米晶体最大的好处其实很简单――它们的色彩更丰富。
生物体系是非常复杂的，经常需要同时观察几种成分。这种观测相当困难，因为每种有机体染色都需要一种不同波长的光。不过量子点可以用不同大小和颜色的晶体来标注各种不同的生物分子。而且由于这些晶体可由一种光源提供能量，可以同时对它们进行监测。
这项研究正在积极进行中，不过量子点的用处还远远不止这些。想象一个含有很多量子点的胶珠。这种胶珠可以有大量不同的标签（可能会有数十亿个），每个标签都附在不同基因序列组成的DNA分子上。
有了这些胶珠，技术人员可以很容易地将基因材料样本与已知DNA序列进行比较，还可以找出哪些基因在特定细胞或组织中较为活跃。
医疗前景广阔
另一种令人感兴趣的材料，是由研究人员发明的纳米壳。纳米壳是一种极小的金质外层的玻璃珠。它可以吸收几乎所有波长的光，靠近红外线区的纳米壳吸收的光波能够穿透几厘米的组织。将纳米壳注入肌体后，可从外部用强烈的红外线加热。因此，只要将纳米壳附着在由感热聚合物制成的胶囊上，就可以在特定时间用纳米壳传送药物分子。在纳米壳受热使其变形时，胶囊就会释放其中的药物。
纳米壳还可用于癌症治疗，方法是将其金质涂层贴在特定的束缚肿瘤细胞的抗体上。从理论上讲，将纳米壳充分加热就能杀死癌细胞，而周围的组织并不受损伤。
更令人兴奋的前景是，医生用纳米块组成更大的结构，从而模拟生物自然进程。这种材料将来可能用于修复受损的组织。这些大胆的设想正在研究中，不过已有一家公司开始利用这一构想：制造供骨骼生长的框架。
未来还会有多少奇迹出现呢？虽然要实现这些构想的途径还不清楚，但清醒的纳米技术专家已开始了一些真正雄心勃勃的计划。全国纳米技术计划的“宏伟挑战”之一是，找到在癌肿瘤还是少量小细胞时就能探测发现它的方法。研究人员还希望，最终能找到通过人工构架来引导培植细胞的生长甚至不同类型的细胞生长的方法，从而使骨骼、软骨、皮肤甚至更复杂的器官再生。用这种方法进行心脏、肾脏和肝脏的移植可能不会像科幻小说中描写的那样，但想到这些医疗手段在不太远的将来可能变成现实，还是让人兴奋不已。
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