纳米医学的奥秘

纳米医学的奥秘

健康是现代人的追求，而医学又与人体健康息息相关。那么，纳米医学不同于传统医学的是什么呢?

我们知道人体是由多种器官组成的，如大脑、心脏、肝、脾、胃、肠、肺、骨骼、肌肉和皮肤等;器官又是由各种细胞组成的，细胞是器官的组织单元，细胞的组合作用才显示出器官的功能。那么细胞又是由什么组成的呢?按现在的认识，细胞的主要成分是各种各样的蛋白质、核酸、脂类和其他生物分子，可以统称为生物分子，它的种类有数十万种。生物分子是构成人体的基本成分，它们各自具有独特的生物活性，正是它们不同的生物活性决定了它们在人体内的分工和作用。由于人体是由分子构成的，所有的疾病包括衰老本身就都可归因于人体内分子的变化。当人体内的分子机器，如合成蛋白质的核糖体、DNA复制所需的酶等，出现故障或工作失常时，就会导致细胞死亡或异常。从分子的微观角度来看，目前的医疗技术尚无法达到分子修复的水平。纳米医学正是要弥补这个不足，它可以在分子水平上，利用一系列微小的工具从事诊断、医疗、预防疾病、防止外伤、止痛、保健和改善健康状况等工作。而且当前某些难以治疗的疾病利用纳米医学技术将能得到很好的治疗。

有了纳米技术，人们将从分子水平上认识自己，创造并利用纳米装置和纳米结构来防病治病，改善人类的整个生命系统。

首先需要认识生命的分子基础，然后从科学认识发展到工程技术，设计制造大量具有令人难以置信奇特功效的纳米装置，这些微小的纳米装置的几何尺度仅有头发丝的千分之一左右，是由一个个分子装配起来的，能够发挥类似于组织和器官的功能，并且能更准确和更有效地发挥作用。它们可以在人体的各处畅游，甚至出入细胞，在人体的微观世界里完成特殊使命。例如:修复畸变的基因、扼杀刚刚萌芽的癌细胞、捕捉侵入人体的细菌和病毒，并在它们致病前就消灭它们;探测机体内化学或生物化学成分的变化，适时地释放药物和人体所需的微量物质，及时改善人的健康状况。未来的纳米医学将是强大的，它又会是令人惊讶的小，因为在其中发挥作用的药物和医疗装置都是肉眼所无法看到的。最终实现纳米医学，将使人类拥有持续的健康。

需要提醒的是，如果现在就跑到大夫那儿去要纳米处方，大夫会被你弄得莫名其妙。上面所谈的纳米医学景观尚处于设计和萌芽阶段，还有很多的未知领域需要去探索。例如:这些纳米装置该由什么制成?它们是否可以被人体接受并发挥预期的作用?科学家们正在全力以赴地把纳米医学的科学想法变成医学现实。

一定有人会问:纳米医学是不是科学幻想?它离我们到底有多远?还要等多久才能看到医学上的实现?事实上，它已经逐步进入我们的生活，并获得蓬勃发展。下面让我们看一看这一领域已经取得的科学进展。

纳米技术找到瞌睡虫

人困了就要睡觉，但睡觉是什么因素在起作用呢?人们身上有没有“瞌睡虫”呢?

近年来，由于电脑、示踪原子、电子显微镜等先进技术的使用，“瞌睡虫”似乎已被发现了。科学家们曾做过一种实验，使一只山羊累得筋疲力尽，不让它睡觉，然后取其一些脑髓液，再注入猫、狗或人体中，仅百万分之一克，就能使受试者沉睡几个小时，利用精密的分析方法，得知组成这种睡眠素的成分是二种睡眠肽，被称为S因子，也就是人们常说的“瞌睡虫”。另一种实验方法，则把目标选在冬眠动物上。先用人工条件使黄鼠进入冬眠，抽取其血液，注入到活蹦乱跳的田鼠体中，田鼠也马上进入冬眠。科学家深入研究，发现冬眠动物血液中存在三种奇异的微小颗粒，具有诱发动物冬眠的作用。

有趣的是，科学家通过应用生物纳米技术已经找到了好几种不同结构的睡眠素，它们在睡眠过程中能起不同的作用，有的能催眠，有的能延长睡眠的时间，有的能使睡眠更加深沉。

目前科学家正加紧研究睡眠素结构，以便找到人工合成的方法。一旦揭开其中奥秘，不仅可以使无数失眠病人解除痛苦，还给医生找到一种新疗法:手术后给病人注射微量睡眠素，使病人熟睡几天或几周，一觉醒来，伤口已愈合。利用睡眠素，宇航员在漫长的宇宙航行中沉睡几个月甚至更长时间，使人类飞向茫茫宇宙成为现实。

我们平常吃药要么口服，要么打针，都不太舒服。有没有方法不用打针吃药呢?要想治病，药还是得“吃”。可是如果把药物的颗粒变成了纳米尺寸，那么就可以不用嘴来吃了，而是让我们的皮肤来“吃”，也就是让皮肤来吸收药物。如果把纳米药物做成膏药贴在患处，药物可以通过皮肤直接被吸收，而无须针管注射，少去了注射的感染。

按目前的认识，有半数以上的新药存在溶解和吸收的问题。由于药物颗粒缩小后，药物与胃肠道液体的有效接触面积将增加，药物的溶解速率随药物颗粒尺度的缩小而提高。药物的吸收又受其溶解率的限制，因此，缩小药物的颗粒尺度成为提高药物利用率的可行方法。一些原本不易被人体吸收的药物如果变成纳米药物;如把维生素等做成纳米粉或纳米粉的悬浮液则极易被人体吸收。

随着纳米技术在医药领域的应用研究和开发的深入，超细纳米技术将在医药领域发挥更重要的作用。运用纳米技术，还可以对传统的名贵中草药进行超细开发，同样服用贴药，纳米技术处理的中药可以最大限度地发挥药效。

人造胰脏

纳米生物技术的典型例子是德赛博士的人造胰脏。德赛博士在波士顿大学工作，她正在研制一种可以注入糖尿病患者体内的新药。目前病人必须注射胰岛素来控制病情，而胰岛素是在胰腺的胰岛细胞内生成的一种激素类蛋白质。德赛博士选择老鼠的胰岛细胞进行试验，这种细胞容易获得，但通常只在老鼠体内持续几分钟就被来自免疫系统的抗体破坏。这里就应用了纳米技术，虽然还相当粗糙。德赛博士将她的老鼠胰腺细胞装进布满纳米孔的膜中，这些纳米孔的直径只有7个纳米，是利用光刻技术获得的。这种技术也应用在计算机芯片上。当血液中的葡萄糖通过纳米孔渗透进来，胰岛细胞会相应地释放胰岛素，7个纳米的毛细孔足以让小分子的葡萄糖和胰岛素通过。但是相对较大的抗体分子却不能通过，因而不会毁坏胰岛细胞。

迄今为止这种技术还停留在老鼠试验阶段，被植入胶囊的糖尿病老鼠在没有注射胰岛素的情况下活了好几个星期。因此这种装置有可能成为一个成功的纳米医药发明。

纳米孔胶囊也能用做传送稳定剂量的药物，这种情况下毛细孔将担当十字形转门而不是看门者。由于比药物分子略大，这些细孔将控制药物分子的渗透率，从而保持细胞中的药量恒定，与胶囊内剩余的药量无关。德赛博士将这种胶囊比做一间带门的房子，门的宽度只能一次允许一人通过，房子里空余面积的多少更多地依赖于人们挤过房门有多快，而不是房间有多满。

人造红细胞

我们人类必须时时刻刻地呼吸，因为我们需要空气中的氧气。当我们奔跑的时候，往往会觉得很累，那是因为剧烈运动要消耗很多的氧气，而呼吸又不能马上补充这种消耗，因此造成了我们身体不能得到足够的氧气，氧气不够你就会觉得筋疲力尽。有没有可能让我们总是得到充足的氧气呢?那样我们每个人或许都能成为“跑不死”。科学家正试图利用纳米技术制造一种红细胞，它有望实现我们的愿望。

纳米医学不仅具有消除体内坏因素的功能，而且还有增强人体功能的能力。我们知道，脑细胞缺氧6～10分钟即出现坏死，内脏器官缺氧后也会呈现功能衰竭。设想一种装备超小型纳米泵的人造红血球，携氧量是天然红血球的200倍以上。当人的心脏因意外突然停止跳动的时候，医生可以马上将大量的人造红血球注入人体，随即提供生命赖以生存的氧，以维持整个机体的正常生理活动。美国的纳米技术专家初步设计了一种人造红血球，这个血球是个1微米大小的金刚石的氧气容器，内部有1000个大气压。它输送氧的能力是同等体积天然红细胞的236倍。

它可以应用于贫血症的局部治疗、人工呼吸、肺功能丧失和体育运动需要的额外耗氧等。

美国密歇根大学的科学家已经用树形聚合物发展了能够捕获病毒的纳米陷阱。体外实验表明纳米陷阱能够在流感病毒感染细胞之前就捕获它们，同样的方法期望用于捕获类似艾滋病病毒等更复杂的病毒。纳米陷阱使用的是超小分子，此分子能够在病毒进入细胞致病前即与病毒结合，使病毒丧失致病的能力。

通俗地讲，人体细胞表面装备着含有某些特定成分的“锁”，只准许持“钥匙”者进入。不幸的是，病毒竟然有“钥匙”。要是能把这个钥匙毁掉的话，病毒就无法攻击细胞了。密歇根大学的科学家正是采用这种想法，他们制造的纳米陷阱实际上也是一个“锁”，病毒携带的“钥匙”也可以插入这个锁，而且一旦插入，就无法拔出来，如此一来病毒的“钥匙”就作废了，无法再感染人体细胞了。

美国桑的亚国家实验室的发现实现了纳米技术爱好者的预言。正像所预想的那样，纳米技术可以在血流中进行巡航探测，及时地发现诸如病毒和细菌等的外来人侵者，并予以歼灭，从而消除传染性疾病。实验室的科研人员做了一个雏形装置，发挥芯片实验室的功能，它可以沿血流流动并跟踪镰刀状红细胞和感染了艾滋病病毒的细胞。

不久前美国密歇根大学生物纳米技术中心的一群科学家来到了美国陆军犹他州的德格伟试验场。他们此行的目的是为了演示“纳米炸弹”的威力。这些“纳米炸弹”当然不是什么庞然大物，而是分子大小的颗粒，其粗细约为针头的1/5000。但它能摧毁人类的众多微生物敌人，包括含有致命的生物病毒的炭疽的孢子。在试验中这种设备的成功率竟然高达100%。作为一种抵御炭疽攻击的潜在武器，它同样具有惊人的民用价值。例如，研究人员只要调整“炸弹”中溶剂、清洁剂和水的比例，就可以为炸弹提供生物编码指令，使它杀死引起流感与疱疹的病毒。密歇根大学的科研小组现正在研制对目标极具选择性的新型纳米炸弹，它们能够趁大肠杆菌、沙门氏菌或李氏病菌到达大肠之前进行攻击。