14:25 2017年12月12日
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    纳米革命:量子点保障了医学突破

    纳米革命:量子点保障了医学突破

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    无法想象没有纳米技术的现代医学。科学家不断地寻找和研发新材料及其使用方法。纳米粒子——量子点的大小比人类头发的万分之一还要小,它保障了在诊断学和药理学里的科学突破。国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院积极研究在生物医学领域使用量子点的可能性。

    量子点(也被称为人工原子)——是半导体晶体,尺寸非常的小,电子运动在三维空间受到限制。这就像装在盒子里的球,它只能在盒子里移动。术语“量子”在这种情况下的意思是,这个点的不同的特性,比如光学的和电的,它们根据点的大小而变化。

    量子点在20世纪50年代就已出现,但在相当长的一段时间里一直是物理学家被动的研究对象。然后化学家通过设定尺寸和控制其物理和化学性质,学会了合成量子点。但在生物和医学上,量子点仅是在找到使其溶于水和生物液体的方式后,以及控制其尺寸(即在形成过程中设定物理性质)的方式后才开始被使用的。

    在医学上经常使用胶体量子点——是使用化学高温合成的方式获取纳米晶体。在加热环境下,包括两相位或更多相位状态下,注射必要的化学试剂。结果产生快速的化学反应,形成了固相晶核。这就是晶体量子点的原理。粒子继续生长,并且它们的大小被准确的控制到10%。适用于医学的量子点的平均尺寸在2.55纳米。尺寸决定了光学特性:外照射时小的纳米晶体呈紫色,而大的呈红色。

    大多数纳米粒子导入人体的主要障碍是它们对活细胞的毒性,并且不仅是其成分中有的各种化学元素。这里说的是纳米毒性。纳米颗粒非常小,类似于生物分子的大小。我们自己的蛋白质附着到纳米晶体上,并且“反面”翻转过来,这导致免疫系统出现强烈反应,它竭力消除“异己”蛋白质。

    纳米颗粒可以成为形成纤维状(原纤维)和绞合成球状蛋白质的中心,这些蛋白质类似患有阿尔茨海默病形成的和能阻碍神经脉冲传输的斑块。人们用各种办法通过纳米晶体与蛋白质的“吸引力”作斗争。例如,在国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院力求使颗粒表面尽可能“不吸引”蛋白质附着,并且使它们不能够聚结到一起。同时,大小应保持在规定的范围内(2.55纳米),以便使晶体能以接近100%的概率从体内排出。

    很可能,无法完全消除纳米材料的毒性。但它们在医学上的使用前景将由它们在诊断和治疗上带来的优缺点的平衡来决定。很明显,抗肿瘤药物对人体的健康造成很严重的危险,但否则肿瘤就无法消除!因此纳米生物技术人员的任务是极小化有毒物质对健康细胞和机体的影响。只好冒一定的风险,为了最终能获得更多的拯救人类生命和健康的机会。国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院纳米与生物工程实验室主任、法国兰斯香槟阿登大学教授伊戈尔·纳比耶夫对俄罗斯卫星通讯社说道

    目前国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院正在拟订制造包括装有药物的微胶囊剂的载体项目,在胶囊壁上注入含磁性和银的纳米颗粒,以及具有放射性的荧光量子点。有了这样的量子点囊剂将发光,将能够记录它们的位置,而颗粒还能借助磁铁进行控制,由此使整个胶囊移动到肿瘤的位置。借助交变磁场或超声波,可以对其加热并在它们到达目标时打开。

    值得一提的是,量子点不会徘徊”在研究阶段:人们在纳米晶体的基础上积极研制适合实际应用的仪器。国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院正在制造一整套能同时检测到更多病原体的设备。这些设备仅根据一个空气样本便能够确定各种感染。计划在20192020年生产这样仪器的试点系列。

     

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