發(fā)布日期：2018-05-15
“別看它身材小，但作用卻大得很！”納米家族如今可謂“人丁興旺”，為生命科學(xué)家提供了源源不斷的靈感和廣闊的創(chuàng)造空間，更成為生物醫(yī)學(xué)高速發(fā)展的“助推器”。
“就像螢火蟲(chóng)一樣，很微小很有力量……”吉克雋逸在《愛(ài)情發(fā)的光》里的這句歌詞，或許是納米生物技術(shù)當(dāng)下最好的寫(xiě)照。
自1857年法拉第首次觀察到納米金溶膠的尺寸和顏色之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以來(lái)，納米已經(jīng)過(guò)161年的時(shí)光，如今，在生命科學(xué)家們的“妙手施法”下，渺小如塵埃、肉眼觀察不到的納米生物產(chǎn)品，在精準(zhǔn)醫(yī)療的新時(shí)代，或?qū)?dān)當(dāng)起人類(lèi)對(duì)抗腫瘤等疑難病癥的“急先鋒”。
在跨學(xué)科融合中衍生
“想要了解納米材料與技術(shù)，首先要搞清楚‘納米’是什么。”5月11日，天津大學(xué)健康科學(xué)平臺(tái)（生科院和藥學(xué)院）副院長(zhǎng)、教授和博士生導(dǎo)師常津見(jiàn)到科技日?qǐng)?bào)記者時(shí)，第一句話就這樣說(shuō)。身為中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)納米醫(yī)學(xué)與工程分會(huì)候任主委、天津市微納生物材料與檢療技術(shù)工程中心主任，常津多年來(lái)主要從事納米生物材料和技術(shù)在腫瘤、老年癡呆等重大疾病診療方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。前不久，他和團(tuán)隊(duì)通過(guò)添加稀土材料釓，開(kāi)發(fā)出新型納米顆粒，借助PET光學(xué)成像技術(shù)，順利實(shí)現(xiàn)了靶向藥物可視化引導(dǎo)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)控制蛋白的多靶點(diǎn)亞細(xì)胞定位和癌癥治療，相關(guān)5篇研究成果在納米技術(shù)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》上接連發(fā)表。
近二十年來(lái)，對(duì)于大小范圍在1納米到幾納米的材料，研究人員在設(shè)計(jì)和制造方面進(jìn)行了廣泛的研究，這項(xiàng)全球性研究工作通常被稱(chēng)為納米科學(xué)或納米技術(shù)，含有納米材料的成品數(shù)量正在快速增長(zhǎng)。隨手抓起桌上一支筆，常津比劃著介紹說(shuō)，1納米是1米的十億分之一，大約相當(dāng)于1根頭發(fā)的八萬(wàn)分之一。“別看它身材小，但作用卻大得很！”因?yàn)榧{米正好介于以原子、分子為代表的微觀世界和以人類(lèi)活動(dòng)空間為代表的宏觀世界的中間地帶，而且納米材料還帶有“特異功能”，具有奇異的化學(xué)物理特性，它構(gòu)建起一個(gè)神奇而宏大的新世界。
納米技術(shù)就是利用納米材料的奇妙性能，制造具有特定功能的零部件和產(chǎn)品的技術(shù)。例如，有些納米材料十分結(jié)實(shí)，強(qiáng)度比普通金屬高十幾倍，同時(shí)彈性又堪比橡膠，人們幻想有一天能使用這樣的納米鋼材制造出汽車(chē)、飛機(jī)或輪船，使它們的重量減少到原來(lái)的1/10；而有的納米材料輕而柔軟，又非常強(qiáng)韌，密度是鋼的1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的l00倍，做防彈背心再好不過(guò)；還有的納米材料可以吸收太陽(yáng)光中的光能，直接作為電源使用。
進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著交叉學(xué)科研究的漸漸興起，納米技術(shù)基于其材料獨(dú)特的尺寸效應(yīng)和卓越的光電磁性能，得以迅猛發(fā)展。納米技術(shù)和生物技術(shù)也慢慢在跨學(xué)科的研究中不斷進(jìn)行交織和融合，慢慢衍生出一個(gè)發(fā)展非常迅速的交叉學(xué)科——納米生物技術(shù)。
未來(lái)10年將進(jìn)入快速爆發(fā)期
納米家族如今可謂“人丁興旺”，也為生命科學(xué)家提供了源源不斷的靈感和廣闊的創(chuàng)造空間，更成為生物醫(yī)學(xué)高速發(fā)展的“助推器”。目前，納米生物技術(shù)已有效推動(dòng)了世界范圍醫(yī)學(xué)生物產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)，并促進(jìn)和支持醫(yī)學(xué)生物技術(shù)行業(yè)成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)，特別是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的核心要素。
2017年，伍德羅—威爾遜國(guó)際學(xué)者中心出版了納米技術(shù)消費(fèi)品詳細(xì)目錄在線數(shù)據(jù)庫(kù)，其中列出了1600多種基于納米技術(shù)的市場(chǎng)消費(fèi)品。尤其在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，納米技術(shù)取得了重大突破。在美國(guó)，如今早已有了治療白血病、黑色素瘤的納米藥物，其中黑色素瘤的納米藥物，可以讓患者生存期延長(zhǎng)到5年；前不久，我國(guó)國(guó)家納米科學(xué)中心研發(fā)出一款超分子自組裝的DNA納米機(jī)器人，用于定點(diǎn)封堵腫瘤血管……
“納米生物技術(shù)目前正處于取得重大突破的前夜。未來(lái)10年，它將進(jìn)入快速爆發(fā)期，前景不可估量！”常津說(shuō)，用于研究生命現(xiàn)象的納米技術(shù)，主要利用分子層次（納米級(jí)）的有機(jī)或無(wú)機(jī)物操控技術(shù)，來(lái)解決生物學(xué)遇到的難題。“其目的并不只是將產(chǎn)品微小化，同時(shí)也希望通過(guò)控制分子的行為，達(dá)到控制組織與細(xì)胞的目的，并有效掌握控制納米材料或復(fù)合物本身的多變性，以及與生物系統(tǒng)之間的交互反應(yīng)。”
納米技術(shù)將使醫(yī)學(xué)診斷、檢測(cè)技術(shù)向微型、微觀、微量、微創(chuàng)及快速、動(dòng)態(tài)、智能化方向發(fā)展；使藥物生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)低成本、高效率、自動(dòng)化、大規(guī)模，而納米藥物進(jìn)入人體后，將實(shí)現(xiàn)器官靶向化作用；納米機(jī)器人可自血管注入人體，以溶解在血液中的葡萄糖和氧氣為能量，這些分子機(jī)器人還可按醫(yī)生編制好的程序?qū)嵤┙】禉z查、疏通血栓、清除心血管的脂肪沉積物、吞噬細(xì)菌、殺死癌細(xì)胞、監(jiān)視體內(nèi)病變等；納米生物傳感器將用于監(jiān)測(cè)、收集、播送體內(nèi)細(xì)胞的健康狀況和病變信息……“納米生物技術(shù)給傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)帶來(lái)的將是革命性變化。”展望未來(lái)納米生物技術(shù)應(yīng)用，常津教授略顯興奮。
納米技術(shù)的突飛猛進(jìn)，對(duì)醫(yī)療和健康產(chǎn)業(yè)的影響日趨顯著，在藥物輸送、生物材料、造影、活性植入等醫(yī)療應(yīng)用中大顯身手。在常津看來(lái)，今后幾年，國(guó)內(nèi)納米生物技術(shù)將在微納米芯片檢測(cè)、藥物靶向治療、微納米醫(yī)用機(jī)器人等三個(gè)臨床醫(yī)療領(lǐng)域方向?qū)崿F(xiàn)“更大用武之地”。此外，納米技術(shù)還將為新藥研發(fā)帶來(lái)革命性變化，例如用傳統(tǒng)方法尋找抗腫瘤藥物非常費(fèi)時(shí)，而運(yùn)用納米技術(shù)可以一天同時(shí)篩選100萬(wàn)種藥物，大大縮短新藥研發(fā)周期。
缺乏動(dòng)物模型和臨床經(jīng)驗(yàn)是最大短板
由于意識(shí)到納米生物技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值，許多國(guó)家都快速擴(kuò)大本國(guó)的相關(guān)技術(shù)研發(fā)立項(xiàng)和投入。從世界范圍看，目前美國(guó)、俄羅斯、日本和德國(guó)的研發(fā)投入居于世界前列，自2001年以來(lái)，美國(guó)國(guó)家納米科技計(jì)劃（NNI）累計(jì)受資助金額約240億美元，僅2017年預(yù)算額就超過(guò)14億美元。
“2015年，我國(guó)在納米技術(shù)研究總體投入超過(guò)了10億美元。”采訪中常津告訴記者，目前，我國(guó)在納米生物技術(shù)研究方面已處于第一方陣，部分研究領(lǐng)域和成果開(kāi)始領(lǐng)跑世界。“我國(guó)納米科技領(lǐng)域申請(qǐng)或授權(quán)的發(fā)明專(zhuān)利數(shù)量顯著增長(zhǎng)，目前已躍居世界第二。從2009年開(kāi)始，我國(guó)納米科技的SCI論文數(shù)量就已超過(guò)美國(guó)，躍居世界第一位，同時(shí)，論文的質(zhì)量也大幅提高，被引用次數(shù)躍居世界第二位。”
此外，在納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面，我國(guó)已在國(guó)際上占有一席之地，國(guó)內(nèi)陸續(xù)頒布了一批國(guó)家納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，初步形成了納米標(biāo)準(zhǔn)化體系。在醫(yī)療領(lǐng)域，國(guó)家層面布局如今正不斷取得突破。今年2月，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃納米科技重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)胃癌早期篩查與全病程監(jiān)測(cè)的納米技術(shù)及轉(zhuǎn)化研究項(xiàng)目啟動(dòng)，將致力于研發(fā)超敏感、特異的胃癌標(biāo)志物納米檢測(cè)新技術(shù)方法。
“缺乏生物學(xué)和醫(yī)學(xué)背景，是未來(lái)納米生物技術(shù)研究面臨的最大挑戰(zhàn)。”采訪中記者了解到，雖然我國(guó)納米生物技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，但也有專(zhuān)家指出，目前中國(guó)從事納米生物技術(shù)研究的科學(xué)家大多擁有化學(xué)或材料科學(xué)背景，動(dòng)物模型和臨床醫(yī)學(xué)研究的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)有限，這樣的短板也應(yīng)當(dāng)引起重視。（本報(bào)記者 孫玉松）
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
