納米科技在醫療上有哪些應用？
2014/12/22 早上更新
貼一張我們PPT經典的圖片（用到天荒地老啊），和一款經典的無機納米藥物！（多圖小心）
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納米生物醫學研究僧來拋個轉。
來談談應用於體內的納米藥物吧，一是納米顆粒載葯，比如阿黴素白蛋白，二是納米顆粒直接作為藥物，比如磁性納米顆粒的熱療，三是既載葯又作為藥物。多功能納米顆粒特異靶向到病變部位，這已經是一副非常美好的畫面了。
還是先拋出背景和困難吧！
納米材料在體內應用最大的限制就是納米毒性問題，這個問題太龐大，我能力有限，暫且閣下。拋開這問題，納米藥物在體內輸送的過程可謂是困難重重。首先納米材料要有極好的水溶性，才能在血液中循環，不被白蛋白作為異物清除掉；其次不同的納米顆粒代謝途徑是不同的，30nm（具體數據可能不準）及一下的通過腎臟代謝，30至500nm可能通過肝脾代謝，再往上就是肺代謝了，所以靶向不同器官的納米藥物粒徑要求是極其嚴格的，假如要通過血腦屏障的話那要求就更加嚴格了。但是幾乎所有進入體內的納米藥物都必須具有極好的水溶性，並且能夠達到體內長循環，否則還來不及在腫瘤部位累積就已經被代謝掉了。
談三個我們實驗室最近在做的方向吧，主要是設計腫瘤診斷和治療的。
一、超小順磁性納米顆粒用於核磁共振造影。
我們導師已經在鐵磁性納米材料上摸爬打滾將近20年了，磁性納米顆粒研究可謂是爐火純青了，我們實驗室已經可以製備出5到10nm的四氧化三鐵納米顆粒，表面接上PEG，相當於穿上一層水衣，增強它的水溶性。注射到體內可以累積到肝腫瘤，可以改變水質子的自旋從而達到增強造影的效果。腫瘤治療講究的是早發現早治療的，可以躲避肝的枯否細胞吞噬累積到腫瘤部位，這是一件很了不起的事情。
二、順磁性納米顆粒腫瘤熱療。
超順磁性納米顆粒在交變磁場下可以發熱，而腫瘤細胞比正常細胞耐熱性要差，所以可以用於腫瘤熱療。這是一位博士師兄的課題，他製備出來的磁性納米顆粒的飽和磁化強度已經達到業界頂尖水平，可是腫瘤部位累積量太低了，即使接上靶向性抗體，累積量也十分有限，腫瘤熱療對於小鼠來說還是有效的，不過還是十分有限，只能抑制其生長。著看起來是瓶頸，但也是突破口，一旦病變部位藥物累計量提高了，即使是10%的提高，也是很有效的。
三、納米顆粒用於體外診斷。
這個應該是納米材料比較容易走通的道路之一。簡單來說就是利用納米顆粒接上抗體，抗體再捕獲目標分子，比如癌細胞啊，病變的標誌物啊什麼的，然後再通過特殊的設備讀取納米顆粒的信號。現在已經有許多類似的產品上市了，比如膠體金的試紙條，磁珠試劑盒等。
總結：我們其實都是苦逼的納米生物醫藥從業者，既不是生物也不是材料，未來就業實在堪憂。但是這總是未來發展的一小步，而且總有人要邁出這一小步，我十分敬佩我的導師，一直堅持不懈的努力。
進來俗務纏身，實在答非所云，還望題主見諒！
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圖一、納米顆粒腫瘤累積的原理。主要是基於EPR效應the enhanced permeability and retention (EPR) effect(增強的腫瘤滲透和滯留效應）如下圖：
一般來說，實體瘤生長過快，導致新生血管的表皮細胞間隙要比正常血管的要大達到100nm，而腫瘤內部缺乏淋巴系統。從圖中我們可以看到，大的納米顆粒一旦進入血液就會被血液中蛋白質識別從而被清除掉，因此納米藥物的大小非常重要。100nm以下的納米顆粒可以有效地滯留在實體腫瘤內部，而且表面一定要是親水的，才能帶到長時間的血液循環，提高累積量。以上這就是納米藥物帶來的新的希望。但是被動靶向累積效果還是有限，因此人們又考慮在納米顆粒表面接上靶向性分子，特異性靶向到腫瘤部位，比如葡萄糖，抗體。所以尋找新的腫瘤靶點也是一項非常有意義的工作。
現在市場上現在用的大多數都是化療藥物的脂質體或蛋白質畸形，也就是把紫杉醇、阿黴素等結合在白蛋白或者是脂質體內，再接上靶向性抗體，從而加強其腫瘤特異性。這種做法主要是白蛋白和脂質體納米劑型沒有無機金屬納米顆粒的納米毒性問題，有沒有效那要看具體腫瘤形式了。下面介紹一個經典的無機金屬納米顆粒作為藥物的例子，以及用磁微球分離生物分子的產品。
德國magforce http://www.magforce.de/ 用於神經膠質瘤熱療的產品，國內還沒有相關介紹和視頻，大家想看視頻請移步http://www.magforce.de/en/home.html，視頻做得非常傳神，我來逐幀分解。
先這是一個磁性納米顆粒，
然後給他穿上柔性的水化層，增強水溶性；
接下來直接注射到腫瘤部位；
我們可以看到腫瘤細胞就這麼浸潤在藍色的納米顆粒的海洋中；
我們可以看到腫瘤細胞就這麼浸潤在藍色的納米顆粒的海洋中；
通過添加交變磁場，納米顆粒震動加熱，便可以達到熱消融的效果；
腫瘤細胞便死了。
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再次說明，我本身是做磁性微球的，對於各種納米藥物也只是停留在了解的地步，腫瘤每一個效應單獨拿出來都可以作為一個大問題，做好了都可以發在nature，science，cell，cancer什麼的了。至於我老闆是誰，知道的自然已經知道了，我也不說了，畢竟就像我們老闆說的，自己做得東西實在是有限，尚不足為外人道。但是，我想，總得有人知道我們到底在做什麼，我們的未來目標是什麼，儘管現在很多工作看起來都是很花俏的東西，但起碼也是在進步。我自己水品有限，希望能夠帶來這種認識上的隔閡。
至此，結束，希望大家共勉！
簡單說就是五大塊，載葯，成像，檢測，器件，組織工程。
載葯主要目的是為了增加藥物給藥量，改善生物利用度，增加靶向效果，降低毒副作用。
成像主要是為了發展新型的成像技術，以及造影劑的改進與開發。
檢測主要是為了簡化現有的操作，簡化診斷標識，提高靈敏度和可信度，提供新的檢測手段。
器件主要目的是為了開發嵌入式或者植入式的器件，微型化並提高集成度，以及納米機器人的開發。不過這部分比較新，還沒見到比較突破性的成果，現有的水平主要還是在體外做一些檢測方面的工作，作為智能硬體來開發的也僅僅是一小部分。
組織工程是過去生物材料領域的老本行，現在材料的和生物的都扎進去了，創傷修復，新的植入體材料的開發，以及植入體的表面修飾，做得都比較好。另外就是人工器官的開發，以及引入3D列印之後可能做到的完整的體外器官重構，這個現在雖然是概念，但是可以想見已經有不少人在做了。
納米材料很容易做到功能的集成化以及微型化，具體一點說的話，其實就是把過去不可控，不可見的階段，變得盡量可控，並可視化。葯還是原來的葯，只不過如同內褲外穿就變身超人，換裝Cos之後就會使用魔法一樣，療效更好了。用納米載體進行藥物輸運算其中一個應用。
一般是將載體材料做成多孔結構，然後將藥物裝在孔徑中進入生物體，然後利用生物體內的一些刺激將孔徑打開釋放或者讓載體材料分解釋放出包裹的藥物。
在多孔納米粒子孔徑開口裝上「納米閥門」和一些靶向基團，實現定向運輸到病變的組織細胞，利用病變區域的刺激（如pH值偏低），或外界刺激（光，磁，電等）將閥門打開，釋放藥物。
非專業人士。
圖片來源：Mesoporous silica nanoparticles in biomedical applications-
Chemical Society Reviews
(RSC Publishing)
我來說說另一個側面的東西吧。納米技術在醫療上的應用是現在很火的一個研究領域，我做的是無機二氧化硅，主要是用作載葯、成像、控制釋放及靶向，就是 @成楚暘 提到的這個。現在大部分的論文都說這個東西好，怎麼Multifunction，但是回歸到最基本的問題這個納米粒子對活體的傷害到底有多大，卻是大家都不願意觸碰的問題，我覺得假如真的要在以後利用這個東西，現在的研究重點應該著重在生物相容性方便，可現在很多科研都是為了新穎而新穎，當然其中也包括我。
有啊，前幾天剛去上海參加一個比賽，見識到了一位醫學本科生，發現納米氧化亞銅可以特異性的殺死腫瘤細胞，特別是對於現在很難治療的黑色素瘤。原理大概是，納米銅離子可以通過黑色素瘤表面的特異性受體進入腫瘤細胞，然後富集在線粒體周圍，破壞線粒體，從而殺傷腫瘤細胞。雖然只是在實驗室里的結果，但我相信不久的將來，納米技術在腫瘤治療方面會有很大進步的。
ps.另外特佩服這位醫學生，簡直就是榜樣啊！
納米醫學領域大都很扯，現在領域裡發的文章歪風難擋，好多paper根本不瞄準醫學問題和臨床需求進行研製，個個都是為做新而做，才不管什麼真正效果，今天你做個納米花，明天我要做個納米球，後天他得做個納米雞蛋，納米鎚子，納米毛線。。。。怪不得近年中科院開始對這領域進行打壓，原本很多一區的納米材料期刊都統統被打為二區三區雜誌，就得嚴打，整天灌水灌水，也沒見幾個真正做出點兒治療疾病的真東西。有幾人做的paper經得起醫學應用的考驗？本人涉獵納米，有感而發，不喜勿噴
做biosensor或者microfludics這些應用都是最火的。現在protein-based biosensor有很多不同的器件。我在做的就是nanowire-based biosensor，其他的也有用cantilever beam,graphene或者其他材料的，最大的優點就是可以整合到CMOS加工工藝里成本低廉，而且更加sensitive
納米貼片啊！納米貼片將傳統的水疫苗變成了干疫苗，就不再受溫度的限制，所以降低了成本。納米貼片使用非常簡單，往手臂上一按就完了，沒啥感覺，媽媽再也不怕我不敢打針了！目前納米貼片已經研發出來了，但是還在等待廣泛應用。
有興趣的同學可以去ted上搜索納米貼片 nanopatch，看得人老激動了(≧▽≦)/本文首發於微信公眾號「研之成理」(rationalscience),歡迎大家關注！
納米材料的生物醫學應用其實還挺神奇的，舉幾個例子：
1.
你能想像你平時合成的納米線被注射進大腦嗎？聽起來比特朗普當選美國總統還要不靠譜。但來自哈佛大學的納米材料界巨牛Charles M. Lieber課題組正在從事著這一研究。正所謂藝高人膽大，他們發現這些被聚合物包裹的金納米線在大腦里相當和諧。不僅如此，他們還可以用來治療帕金森症。
對於帕金森症，一種常用的治療方法是腦深部電刺激（DBS）手術（關於DBS請參見http://naowaike.baike.com/article-228563.html）。DBS手術需要向腦深度植入刺激電極。傳統的植入電極體積大，與細胞組織以及基元的相容性小，從而常會帶來腦損傷。Lierber教授發明的這種納米線腦基元有很好的兼容性而且柔韌性非常好（見下圖），可以將腦損傷降到最低。
通過特製針管將納米線注入腦部指定位置，外部連接電腦（如下圖）。產生脈衝即可對大腦基元進行刺激。
他們目前已經小鼠上進行了實驗，如下圖。穩定性測試發現，納米線和腦細胞的相容性很好，並且能夠實現穩定刺激。目前觀察時間已經超過一年。
下一步他們正在試圖運用於臨床。期待。。。
最後來瞻仰一下巨牛的研究筆記和思路：
更多詳細內容請參見Lieber教授主頁：http://cmliris.harvard.edu/
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2.
關於癌症研究的文章充斥著各大期刊
靶向治療、光動力學治療、基因診斷、RNA技術
但絕大多數都是紙上談兵，也就玩玩小白鼠就OVER！
（向無私奉獻的小白鼠們致敬）
圖1
但今天要介紹的主人公玩出了不一樣的境界。
他不僅能夠在各大牛B期刊灌水
還把自己的研究成果從實驗台帶到了臨床
或許你會說，哪個牛B教授不是有幾家公司
畢竟「才」與「財」，誰不想兼得。
圖2
但是，但是，但是（一般重要的都在但是）
他的公司去年賣出了
21000000000 美元。
給你兩分鐘，慢慢數零。
圖3
他的名字叫做：
Jonathan Sessler
圖4
（對，這就是本尊）
現為德州大學奧斯汀分校教授
先來看看他的學術成就：
發表過620多篇學術論文，
其中120多篇JACs，30十幾篇Angew.Chem.
還手握75篇美國專利。。。H-index高達88
圖
顯然，他是一個學霸。
但學霸之路充滿荊棘。
早在大學時代，他就常感到身體不適。
但是因為忙於實驗、考試，還要準備申請學校
所以沒時間去看醫生
（原來大牛也是這麼過來的）
圖6
幸好有個醫學出身的哥，發現他經常哼哼唧唧，
表現出很痛苦的樣子，就把他拖到醫院。
最終被確診為一種淋巴癌。
因為發現的早才得以活命。
（家裡有個學醫的真的很重要）
雖然如此，Sessler還是以優異的成績畢業
並順利進入Stanford讀博。
好景不長，博三的時候，癌症複發。
也正是這個時候，他結識了當時的主治醫師，
正是後來210億美元公司的共同創始人：
Dr.Richard A. Miller.
圖7
（好不容易找到這張照片，希望沒有錯。）
在Miller的精心治療之下，Sessler再次恢復健康。
恢復健康後，Sessler一直記得Miller的話：
「You are a Chemist, Find new Cancer drugs」
25年後，他們真的開發出了一種新的癌症藥物
「Texaphyrin」
並成立「Pharmacyclics」公司。
圖8
眾所周知，新葯的研發，投入大、失敗率高、且耗時長久。
在Sessler看來，研發過程雖然艱難，但同樣充滿樂趣。
學霸難以辦到的是找投資和「忽悠」投資人
正好，Miller是個能言善道、巧舌如簧的經商之才。
兩者的結合如當年的喬布斯與沃茲尼亞克。
（可見有一個好基友是多麼重要！）
至此，Sessler已經是成功的科學家和企業家。
不僅如此，Sessler語言天賦也驚人。
他精通英語、法語、德語、西班牙語，
還會一些日語和韓語。
（幸好他不會漢語）
作為癌症的倖存者和戰勝者，Sessler現在擁有
Lake House And Aston Martin sport cars
並繼續戰鬥在抗癌藥物開發的道路上
這是，大難不死、必有後福嗎？
不過這個福，是Sessler自己創在出來的。
有一個Nano particle納米顆粒，納米顆粒附上特定的官能團，可以附著在特定的細胞比如說癌細胞上，起到探測癌細胞的作用；據說如果加大激發光的能量的話，還可以直接殺死癌細胞。
從小到大，打針，就是檢驗一個人意志的時刻。
童年裡走過的最長的套路，莫過於每年都要打的疫苗。。。
關於打針，之前給大家介紹了個「神燈」——
照一照就看清血管，提高扎針的準確性。
用 Flex 靜脈顯像儀看清血管
但是顯像儀只能保證你不會多挨幾下，痛感無法避免的。
相信全世界的大人小孩都期待過：
什麼時候才能無痛扎針啊？
還真的有了~
今天丁少給大家安利一種無針頭、無痛的疫苗接種工具——
納米貼片 Nanopatch
2014 年，馬克·肯德爾教授登上 TED，在愛丁堡發表了納米貼片的演講，這個疫苗接種工具首次被普通大眾所熟知。
有趣的是，160 年前，在同一個地方，亞歷山大·伍德為他發明的針頭和注射器申請了第一項專利。
而馬克教授也有不凡的經商頭腦，他同時也是澳大利亞生物醫學公司 Vaxxas 的創始人。
Nanopatch 只有一平方厘米大小，表面卻有數千個微小的、塗有疫苗的突出物。
只要往皮膚上一貼一按，這些突起就會穿過角質層，將疫苗送到角質層下的免疫細胞里。
放大來看雖然有點恐怖，但是因為角質層沒有痛覺神經，所以不會產生一丁點的痛楚。
這下去打疫苗，也不用懷著英勇就義的悲壯心情了。
除了無痛，Nanopatch 還有不少優點。
安全又方便
據統計，每年有 130 萬人死於針刺造成的交叉感染（數據來自WHO）。
Nanopatch 的突出太短小了，深度到不了血管，也就不會沾染到血液。
因此減少了因誤刺而感染血液傳染病的可能。
由於使用方便，不需要專人操作，未來完全可以作為家庭藥箱里的必備品。
自己來上一針疫苗，也不用去醫院排老長的隊。
高效
現在打針要一管藥劑都紮下去，才能保證藥效。
而在 Nanopatch 的動物實驗中，研究人員就發現，用貼片的方法需要的疫苗很少，只需要傳統方法的1/100。
同時他們發現，人體的皮膚上充滿一類叫朗格漢斯的免疫細胞，能在幾秒到幾分鐘內產生保護性免疫反應，比肌肉注射起效快多了。
易運輸
傳統疫苗比較嬌貴，需要冷藏才能保證藥效。
所以，非洲有一半的地方用不上疫苗，溫度一時沒達到要求，疫苗失效了。
不知道大家還記不記得 2016 年震驚全國的疫苗販賣案——
沒有經過低溫儲存的疫苗流入 18 個省市，引起大範圍的恐慌，大批家長寧願帶著孩子去香港注射疫苗。
而 Nanopatch 貼片上覆蓋的是經過乾燥的疫苗，可以在攝氏 23 度保持長達一年的時間。
因此，運輸中的溫度要求放寬了許多。
而且，如此接地氣的 Nanopatch 製作起來也不難，它運用一種叫深反應離子刻蝕的技術製作。
這種技術在半導體行業里經常使用，製作成本低廉。
這樣一通算下來，大批量生產的話，每片貼片成本只要不到一美元。
這對第三國家的疾病預防來說，可是一件大好事啊。
名氣來了後，嗅覺靈敏的資本也就跟著來了。
Vaxxas 公司成功獲得兩輪共 4000 萬澳元（1.9 億人民幣）的融資，同時與著名跨國製藥公司默沙東達成合作，研發一系列適用於納米貼的疫苗。
傳統針頭與Nanopatch 突起物的大小比較
今年，Vaxxas 公司將與世衛組織聯合，在古巴進行脊髓灰質炎（小兒麻痹）疫苗的臨床試驗。
如果這種貼片能得到推廣，要我打多少針都不怕了，就是可惜了醫院的小姐姐。。。
我是機械專業的，強答一個
說一個我現在做的研究吧，類似於靶向治療，金和水吸收光的能力的差異是非常大的，金的納米顆粒（Gold Nano Particle， GNP）在水中如果收到飛秒激光照射，那麼GNP會吸收大量的能量在一瞬間（幾百皮秒內）受熱爆炸，而周圍的水卻不受激光影響。這個過程可以應用在去除病變組織上，病變組織會吸附這些GNP，然後通過激光照射使病變組織受到高溫加熱，進而達到治療的目的。
站在這裡提問一下，如何在三維內孔表面調控納米顆粒的布局？
谷歌 X Lab 又現黑科技：納米技術如何改變醫療？
司馬錯錯
即便在谷歌公司內部，谷歌 X Lab 一直都是神一樣的存在，在相繼推出了令人腦洞大開的 Google Glass 和 無人駕駛汽車之後，這一次，谷歌 X Lab 將視線放在了納米醫療技術上。
谷歌 X Research Lab 生命科學部門負責人 Adrew Conrad在華爾街日報直播會議上披露，谷歌正在研發一種能夠進入人體並進行特定疾病檢測的納米粒子，包括癌症、心臟病等。這些納米粒子提供的信息能夠被一個可穿戴設備收集，並且傳遞給專業醫療機構，從而實現對身體的實時監測。這咋一聽起來黑科技味兒十足，這個樣子怎麼好意思獻給國家！？然而不要忘了，納米粒子在醫療上已經有了實際的應用，醫療成像就是最廣泛的一個。
在接受媒體採訪時，Conrad表示，這些納米粒子具有經典的核殼結構，中間是具有超順磁性的氧化鐵粒子，能夠被可穿戴設備收集，而外殼上連接有特定的抗體或者蛋白質，能夠與特定的細胞結合。在經過一定的循環後，這些納米粒子將被會人體所代謝。「從目前的測試來看，這些粒子並沒有對人體造成副作用」，在談及安全性時，Conrad給出了令人寬慰的回答。
儘管這項研究在處於早期階段，但是谷歌已經研發出如何讓這些納米粒子鑒別腸道癌的方法，並且在進一步優化產品以便於提高精確性以及識別出其他疾病。這會是納米醫療的未來嗎？誰知道呢，谷歌向來大膽而不照常理出牌，無人駕駛汽車不也快成為現實了嗎？
對於我們口腔醫生來說，現在很多的補牙用的樹脂材料都是含有納米填充物，這樣使材料唷擁有更佳的強度。不知道這個算不算納米技術？
可以想像一下《超驗駭客》里場景，不行的話還有部美劇叫做《滅世》。
納米顆粒檢測與納米藥物載體，還有納米機器人什麼的吧。具體我也不是很了解，百度文庫上應該有很多文章介紹。例如，納米技術在生物醫學的應用(論文)_百度文庫
我來腦補一個，納米機器人拆解病毒和癌細胞，人類從此百病不侵，請摺疊我
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