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纳米的“前生今世”——纳米毒理学最新著作推荐!

赛医学 2019-01-23

纳米材料和纳米技术对于现代社会来说并不陌生。很多纳米技术的概念和利用其开发的产品正在不断争夺着人们的视线,对纳米技术的投入也是各国政府的首要关注点之一,纳米技术不仅成为新的技术高地,还承载了人们巨大的希望。然而,纳米材料和纳米技术其实并不完全是现代和人为的产物,纳米材料也并非完全是近现代才出现的。例如,烟雾和墨就是超细颗粒的代表,其特殊的性质也早在古代就为人类所发现。同时,自然界也会产生自然的纳米颗粒,但针对纳米颗粒真正大范围的观察和研究从20 世纪80 年代才逐步展开,随着观测技术的进步,人类开始对微观世界进行观察和改造。微观世界的改造和结构效应的积累是物质宏观性质的基础,自然界很多材料都是因为其在微观结构上的不同而导致宏观性质的差异。例如,蝴蝶的翅膀之所以能够借光产生衍射而显示出多种颜色,正是由于其翅膀上存在纳米尺度的微细结构;贝壳中的层状纳米结构导致其最终的坚硬性质。因此,对传统材料的改造需求,以及新的纳米材料在光、电、磁、表面性质和微小体积上展现的全新特性,使得人类又一次向操控微观世界迈步。

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1959 年,诺贝尔奖得主、物理学家理查德·费曼发表了题为“There’s plenty of room at the bottom”的演讲,他预言人类对于微观世界的改造将引领下一个科技时代的到来,微机械、纳米机器人将是带动人类进步的重要工具。在当时的条件下,这是非常激进的想法。如今,经过近几十年的基础研究,纳米技术已经开始逐步进入商业应用,其领域主要包括电子、化妆品、汽车、运动产品和医疗等行业,而主要原材料多为银、碳、锌、硅、钛和金等。纳米技术在生物医药领域的应用也被较早地提出,如1965 年首次提出脂质体的概念;1994 年提出长循环脂质体载药体系的概念;1998 年又提出利用量子点偶联技术指示肿瘤存在部位的概念。这些技术的运用和发展拓展了传统技术所不能达到的新高度。2015 年,纳米技术相关的产品对世界经济的贡献超过10000 亿美元,超过200 万工人受雇于纳米工业,另外有600 万工人从事纳米技术相关的支持性工作。2004 年世界工程纳米材料的产量在2000 吨左右,预计在2020 年会增加到58000 吨。

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纳米技术伴随着人类对于微观世界的可知性和观测工具的不断发展而受到广泛的关注,同促进人类进步的其他事物一样,这一新兴领域最初以神秘而令人兴奋的面孔出现在我们面前。科学家设想在微观世界中,可以制造微米或纳米级别的“机器”来服务人类和帮助人类社会进步。在经济社会发达的今天,这一概念和技术产品已经成为全球热点并被迅速商品化、经济化,仅仅十几年的发展,纳米商品就遍布人们生活的各个角落。

作为全新的材料,纳米材料的另一主要应用在于,未来微电子器件会使现有的电脑、电视、卫星、机器人等所需的制造体积变得越来越小。例如,北京大学利用单壁碳纳米管做成了世界上最细、性能最好的扫描探针,获得了精美的热解石墨的原子形貌;利用单壁短管作为场电子显微镜(PEM)的电子发射源,拍摄到了过去认为不可能获得的超微原子像。复旦大学已经研制出50nm 的新材料,居国际领先地位,这些材料将用于制造电子器件中的极板、存储器和导线。1999 年,美国乔治亚理工学院电子显微镜实验室主任王中林等发明了电子秤。电子秤的发明打开了纳米科学与技术新的研究领域,对生物学和医学研究来说,它可以测量单个病毒或生物大分子的质量,从而提供了通过质量判别病毒种类的新方法,以及寻找可用作细胞内温度测量探针的纳米材料的新途径。

纳米材料的特殊性质之一就是其极小的尺寸,这种尺寸使得其与细胞相比仍具有较小的体积。这种体积优势使得利用纳米材料制备针对组织、细胞和细胞器的装置成为可能。进入21 世纪以来,纳米医药在肿瘤、心血管病、传染病等重大疾病的诊治方面展现出广阔的应用前景,短短几年就成为各国政府的“宠儿”。

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作 者 简 介

梅兴国 中国人民解放军军事医学科学院教授(文职一级)。湖北科技学院特聘教授。先后担任华中理工大学生物工程系主任,华中科技大学生命科学院副院长,军事医学科学院药剂学教研室主任、六所制剂室主任。曾兼任中国创新制剂产业联盟理事长、中国中医药研究促进会中药制剂专业委员会副主任委员、世界中医药学会联合会给药系统专业委员会副会长;湖北省发展战略咨询委员会委员、中国科学院生化工程国家重点实验室学术委员会委员、复旦大学智能化递药教育部及全军重点实验室学术委员会委员、扬子江创新制剂国家重点实验室学术委员会委员;先后担任北京医药集团创新制剂中心首席科学家、北京振东药物研究院院长、湖北真奥医药研究院院长。

长期从事生物医学工程与新型药物递送系统研究,在新型给药系统研发方面积累了丰富经验。在纳米脂质体、靶向长循环脂质体、长效缓释微球、口服缓释制剂、渗透泵控释制剂、自动注射给药系统、黏膜给药系统和经皮给药系统等方面开展了系统的基础研究及应用开发,解决了一系列的关键技术问题,建立了靶向微载体药物递送系统、口服缓控释制剂、自助给药、黏膜及经皮给药等一系列独具特色的药物递送新技术、新剂型的研发平台。

致力于新药研发合作与产品转化,与国内外多家企业建立了良好的合作关系,多项创新制剂技术实现应用转化,其中3种热敏靶向脂质体技术转让给美国Celsion公司,实现了创新制剂实验室研究与产业化终端的无缝对接,形成创新制剂成果应用高效“转化平台”。

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目 录

第 1 章 生物医药纳米技术的困境、挑战与发展趋势 … 1

第1节 纳米材料和纳米技术 … 2

第2节 纳米的“前生今世”——纳米技术的发展 … 3

第3节 生物医药领域的纳米技术 … 4

第4节 用于生物医药领域的纳米材料 … 18

第5节 纳米技术应用仍有巨大上升空间 … 22

第6节 纳米技术和纳米材料的工艺特性 … 23

第7节 生物医药纳米材料的问题 … 24

第8节 纳米技术转化医学面临的问题与困难 … 24

第9节 纳米材料的毒理学效应 … 26

第10节 纳米材料体内吸收、分布、代谢、排泄检测和毒理学研究方法亟待建立 …34

第11节 生物医药纳米技术产业化的困境 … 35

第12节 结语 … 39

参考文献 … 39

第 2 章 分子演绎铸就生命结构,分子间相互作用承载生命功能 … 44

第1节 生命系统:分子的建筑 … 45

第2节 生物系统的运转:分子的相互作用 … 50

第3节 自净系统与体系维稳 … 65

参考文献 … 66

第 3 章 分子与纳米颗粒 … 68

第1节 分子和纳米颗粒(物理学角度) … 68

第2节 分子和纳米颗粒在溶剂中的运动规律 … 77

第3节 分子和纳米颗粒在生物体内的行为特点 … 80

参考文献 … 95

第 4 章 纳米毒性与物理损伤 … 101

第1节 纳米粒子与生物系统的相互作用 … 102

第2节 尺寸效应与表面效应 … 112

第3节 非生物降解性纳米材料的体内宿命 … 117

第4节 纳米毒性源于物理损伤 … 119

参考文献 … 130

第 5 章 尿酸盐纳晶引起的物理损伤 … 132

第1节 MSU纳晶的制备与表征 … 133

第2节 细胞水平MSU纳晶的毒性研究 … 136

参考文献 … 145

第 6 章 生物医药纳米材料安全分类系统 … 146

第1节 纳米材料生物安全分类系统 … 147

第2节 生物相容性 … 151

第3节 生物可降解性 … 155

第4节 生物医药领域常用纳米载体材料的分类 … 160

第5节 结语 … 166

参考文献 … 167

第 7 章 生物医药纳米载体安全性设计与应用 … 170

第1节 生物医药纳米载体安全性设计基本原则 … 170

第2节 生物医药纳米载体安全性设计思路 … 171

第3节 生物医药纳米载体的安全性设计 … 172

第4节 纳米颗粒生物相容性的提升 … 179

第5节 生物医药纳米载体的应用 … 190

参考文献 … 193

第 8 章 生物医药纳米材料质量控制与安全评价基础 … 197

第1节 生物医药纳米材料的质量控制 … 197

第2节 生物医药纳米材料的安全评价 … 200

第3节 纳米材料的安全性和质量控制 … 206

第4节 结语 … 207

参考文献 … 207

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