姜建功

（伊犁師范大學(xué)電子與工程學(xué)院，新疆 伊寧 835000）

納米技術(shù)是一種在納米尺度下控制和操縱物質(zhì)的技術(shù)，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。納米技術(shù)的應(yīng)用可以幫助人們更好地理解和治療疾病，同時(shí)提高生物醫(yī)學(xué)工程的應(yīng)用效率和效果。生物醫(yī)學(xué)工程作為將現(xiàn)代生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)相互結(jié)合的綜合性學(xué)科，其涵蓋了各個(gè)領(lǐng)域，因此納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，越來越多的從業(yè)人員和專家學(xué)者認(rèn)識(shí)到了納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，不斷對(duì)納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用方式進(jìn)行研究。

1 納米技術(shù)基本情況概述

納米技術(shù)是一種研究結(jié)構(gòu)尺寸在1 納米至100 納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。納米技術(shù)是一門交叉性較強(qiáng)的學(xué)科，包括納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)等，這些學(xué)科彼此獨(dú)立，但是也相互滲透。在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，納米生物學(xué)和納米藥學(xué)的應(yīng)用最廣泛，例如：在云母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA 的粒子、在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗(yàn)、磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜、DNA 的精細(xì)結(jié)構(gòu)等。由此可見，生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域應(yīng)用納米技術(shù)，既能夠更好地幫助人們了解和治療疾病，同時(shí)也能有效提升生物醫(yī)學(xué)的治療效果和預(yù)后效果，為了進(jìn)一步促進(jìn)納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的作用，有必要對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

2 納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

由于納米技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品，因此其在實(shí)際應(yīng)用過程中展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì)。

2.1 納米技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療

傳統(tǒng)的藥物治療方式和輸送系統(tǒng)存在許多的缺點(diǎn)，一方面藥物很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療，這導(dǎo)致藥物需要一定的時(shí)間才能產(chǎn)生藥效，并且也會(huì)在一定程度上降低藥物的效果，患者的病痛難以在第一時(shí)間得到緩解；另一方面也會(huì)對(duì)患者的非病變區(qū)域產(chǎn)生一定的影響，甚至對(duì)藥物的代謝以及患者的生理情況產(chǎn)生影響。而應(yīng)用納米技術(shù)可以制造出精度高、具有特異性的藥物載體，將藥物精確地輸送到需要治療的位置，既能夠減少藥物對(duì)其他組織的損傷，也能在一定程度上提升藥物效果。納米技術(shù)可以通過納米粒子、納米管、納米針等制備精度高的藥物載體，使藥物可以針對(duì)特定病變區(qū)域進(jìn)行精確的輸送，減少藥物對(duì)其他組織的損傷，同時(shí)提高藥物的療效[1]。

2.2 納米技術(shù)能夠有效提高診斷效率

目前，生物醫(yī)學(xué)在診斷方面的工作效率和準(zhǔn)確度并不能完全達(dá)到預(yù)期的，這主要是因?yàn)樵\斷工具、診斷方式等都不能滿足實(shí)際需要，限制了生物醫(yī)學(xué)的實(shí)際工作效果。通過應(yīng)用納米技術(shù)制造出具備較高靈敏度的診斷工具，例如納米傳感器和納米探針等，其可以檢測(cè)出病理標(biāo)志物的微量水平，從而可以在早期發(fā)現(xiàn)疾病，對(duì)治療具有極大的意義[2]。

2.3 納米技術(shù)能夠有效改善材料性能

生物醫(yī)學(xué)工程使用的材料需要具備許多特殊的性能，如生物相容性、耐腐蝕性、可降解性等。而傳統(tǒng)的材料或多或少都會(huì)存在一定的不足之處，可以通過納米技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行納米處理，改善材料的性能，增強(qiáng)材料的生物相容性、降低材料的毒性和副作用、提高材料的可降解性，從而提高材料的應(yīng)用價(jià)值和效率。

2.4 納米技術(shù)能夠提升組織的再生能力

在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，人體組織再生能力對(duì)于治療效果有著直接的影響，納米技術(shù)能夠顯著提升這個(gè)能力，可以通過納米技術(shù)制造納米材料來促進(jìn)組織再生。納米材料可以被用作生物醫(yī)學(xué)工程的人工支架材料，通過納米處理技術(shù)將其表面進(jìn)行處理，可以增強(qiáng)細(xì)胞的黏附能力和增殖能力，促進(jìn)組織再生。此外，納米材料還可以通過對(duì)細(xì)胞的控制來控制細(xì)胞的增殖、分化和遷移，從而促進(jìn)組織再生[3]。

由此可見，納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在各個(gè)方面，其顯著提升了生物醫(yī)學(xué)工作的工作效率和工作水平，同時(shí)也促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)工程整體的發(fā)展，使其能夠更好地滿足現(xiàn)實(shí)的需要。

3 納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用方式

生物醫(yī)學(xué)工程在我國現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中的作用是巨大的，而要想推動(dòng)我國生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，必須要認(rèn)識(shí)到納米技術(shù)的優(yōu)越性，善于利用納米技術(shù)來推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)研究的開展。目前，納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用情況如下。

3.1 納米粒子藥物輸送

納米粒子是一種納米級(jí)別的藥物輸送系統(tǒng)。通過納米粒子的制備，可以將藥物準(zhǔn)確地輸送到需要治療的位置。納米粒子的制備方法有很多種，如聚合物納米粒子、脂質(zhì)納米粒子、金屬納米粒子等。在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，納米粒子藥物輸送系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，可以用于治療腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。

與傳統(tǒng)的藥物輸送方式相比，納米粒子藥物輸送的優(yōu)點(diǎn)有很多：

第一，米粒子可以保護(hù)藥物，防止藥物在體內(nèi)過早分解或被代謝，從而提高藥物的生物利用度，減少藥物劑量，降低藥物毒性和副作用。

第二，納米粒子可以穩(wěn)定藥物，防止藥物在體內(nèi)受到破壞和降解，從而增加藥物的穩(wěn)定性，延長藥物的作用時(shí)間。

第三，許多藥物在水中溶解度較低，納米粒子可以增加藥物的溶解度，從而增加藥物的生物利用度。

第四，納米粒子可以通過調(diào)整其大小、形狀、表面性質(zhì)等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)針對(duì)性輸送，從而提高藥物在病變組織中的濃度，減少藥物對(duì)正常組織的傷害。

第五，納米粒子可以通過被病變組織吞噬或者通過增加血管通透性而集聚在病變組織中，從而增加藥物在病變組織中的濃度，提高治療效果[4]。

總的來說，納米粒子藥物輸送系統(tǒng)具有藥物生物利用度高、穩(wěn)定性好、溶解度高、針對(duì)性強(qiáng)、治療效果好等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有前景的藥物輸送系統(tǒng)。

3.2 生物傳感

生物傳感是指利用生物學(xué)的原理和方法進(jìn)行檢測(cè)、診斷和治療的一種技術(shù)。納米傳感器是一種新型的生物傳感器，可以檢測(cè)出病理標(biāo)志物的微量水平，從而實(shí)現(xiàn)疾病的早期診斷和治療。納米傳感器可以通過改變其表面化學(xué)性質(zhì)或物理性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的特異性識(shí)別，通過檢測(cè)生物分子的特定性和定量分析，從而正確判斷疾病情況[5]。此外，納米傳感器還可以用于監(jiān)測(cè)藥物的代謝和分布情況，從而對(duì)藥物的療效進(jìn)行評(píng)估。

生物傳感的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，生物傳感器具有較高的靈敏度，能夠有效利用自身的高度特異性的生物識(shí)別元素與靶分子進(jìn)行特異性結(jié)合，從而使傳感器對(duì)目標(biāo)分子具有高度靈敏性和特異性；其次，生物傳感器具有可逆性和再生性，生物傳感器對(duì)于某些生物識(shí)別元素具有可逆性和再生性。這意味著在分子結(jié)合發(fā)生后，識(shí)別元素可以被再次釋放，這使得傳感器可以被重復(fù)使用，從而節(jié)約成本；再次，生物傳感器具備高度選擇性，生物傳感器可以依據(jù)生物分子間的互作用，僅僅對(duì)特定的目標(biāo)分子產(chǎn)生反應(yīng)。這樣可以避免傳統(tǒng)傳感器因?yàn)殡s質(zhì)而產(chǎn)生誤報(bào)；從次生物傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)檢測(cè)，生物傳感器可以根據(jù)其原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)，可以將多個(gè)生物識(shí)別元素組合在一起，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)檢測(cè)；最后，生物傳感器能夠用于檢測(cè)生物體內(nèi)環(huán)境，例如檢測(cè)生物體內(nèi)的離子、代謝物、荷爾蒙、微生物等，有助于了解疾病的發(fā)展、研究新藥物的作用機(jī)理等[6]。

3.3 組織工程

組織工程是指利用生物學(xué)、材料學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科的原理和方法，制造替代性組織或器官的一種技術(shù)。納米技術(shù)在組織工程中的應(yīng)用主要是制備納米材料支架，它可以提供細(xì)胞黏附、增殖和分化所需的物理和化學(xué)環(huán)境，促進(jìn)組織再生。此外，納米支架還可以通過調(diào)節(jié)其物理和化學(xué)性質(zhì)來控制細(xì)胞的增殖、分化和遷移，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)組織的精細(xì)控制[7]。

納米技術(shù)基礎(chǔ)上的組織工程有著十分顯著的優(yōu)勢(shì)，其主要體現(xiàn)在以下六個(gè)方面：

第一，組織工程可以利用生物材料和干細(xì)胞等技術(shù)，修復(fù)受損組織。這種技術(shù)可以在一定程度上減輕傳統(tǒng)手術(shù)帶來的創(chuàng)傷，恢復(fù)受損組織的功能。

第二，在組織工程技術(shù)中，使用患者自身的細(xì)胞或干細(xì)胞進(jìn)行治療，從而避免了傳統(tǒng)手術(shù)中的組織排異反應(yīng)的發(fā)生。

第三，組織工程可以構(gòu)建與患者自身組織相似的組織結(jié)構(gòu)，從而提高了手術(shù)的成功率。

第四，組織工程可以在受損組織中加入生物活性物質(zhì)，如細(xì)胞因子和生長因子等，從而促進(jìn)組織的再生和修復(fù)。

第五，組織工程可以根據(jù)患者的特殊需要和生理狀態(tài)，個(gè)性化定制治療方案，提高治療效果。

第六，隨著組織工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以通過人工構(gòu)建組織和器官來滿足供不應(yīng)求的情況[8]。

3.4 診斷

納米技術(shù)在診斷領(lǐng)域的應(yīng)用主要是制備納米探針。納米探針是一種用于檢測(cè)生物分子的微型傳感器，可以通過改變顏色、發(fā)光或磁性等特性來檢測(cè)生物分子的存在。利用納米探針可以實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病早期的檢測(cè)和診斷，并且納米探針還可以用于藥物研發(fā)和藥物代謝的監(jiān)測(cè)[9]。

相比較于傳統(tǒng)的診斷技術(shù)，納米診斷技術(shù)通過對(duì)納米材料和生物分子進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)疾病的快速、準(zhǔn)確的診斷，其優(yōu)點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，納米材料具有大比表面積和尺寸效應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，能夠提高診斷的靈敏度。

第二，納米材料可以通過調(diào)整其表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物分子的結(jié)合方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物分子的高特異性識(shí)別和檢測(cè)，從而避免了傳統(tǒng)診斷技術(shù)中的假陽性和假陰性的情況。

第三，納米診斷技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出患者血液、尿液或唾液中的生物標(biāo)志物，從而實(shí)現(xiàn)快速、高效的診斷。

第四，納米診斷技術(shù)通常采用非侵入性的檢測(cè)方法，如口腔、尿液、血液等生物標(biāo)本的檢測(cè)，避免了傳統(tǒng)手段對(duì)患者的傷害和不適。

第五，納米診斷技術(shù)可以根據(jù)患者的個(gè)性化需要和生理狀態(tài)，選擇不同的納米材料和生物分子，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的醫(yī)療診斷。

第六，納米診斷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的生理指標(biāo)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)病情變化和處理需要。

總而言之，納米診斷技術(shù)的高靈敏度、高特異性、快速和高效、非侵入性、個(gè)性化醫(yī)療以及可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)成為未來醫(yī)學(xué)診斷的主要手段之一[10]。

綜上所述，納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果都十分可觀，顯著提升了生物醫(yī)學(xué)的工作水平，促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)工程整體的發(fā)展?？梢灶A(yù)見的是，生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域?qū){米技術(shù)的研究力度和應(yīng)用范圍將會(huì)越來越高，實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的長久穩(wěn)定發(fā)展。

4 總結(jié)

納米技術(shù)是一種快速發(fā)展的技術(shù)，在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過納米技術(shù)可以制備具有特殊性能的納米材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子和組織的精細(xì)控制，提高生物醫(yī)學(xué)工程的應(yīng)用效率和安全性。在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，納米技術(shù)的主要應(yīng)用包括藥物輸送、生物傳感、組織工程和診斷等方面。納米技術(shù)的應(yīng)用使得生物醫(yī)學(xué)工程具有了更廣泛的應(yīng)用前景，可以為人類健康事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。