编辑概述:

在过去的十年中，纳米技术已被用于许多不同的科学领域，作为技术发展的创新工具。纳米技术是一个让物理学家、化学家、数学家、生物学家、医生和工程师等许多科学家密切合作的技术领域，目的是扩大研究思路，跨越传统学科的边界。纳米技术的远景聚焦于各种社会目标，如改善对自然的理解、提高生产力、改善卫生保健和提高可持续发展和人类潜力的极限。纳米技术可以定义为通过控制纳米材料的大小和形状，着重于设计、表征、生产和应用具有独特物理、化学和生物特性的结构、器件和系统的技术。相反，纳米科学是指在原子和分子水平上研究现象和对物质的操纵，与散装材料相比，物质的性质有显著差异。摘要纳米技术在生命科学中的发展方向导致了纳米医学的发展，纳米医学被认为是包含在纳米技术和纳米科学中的一个分支学科。

这种进化带来了新的材料和设备，显著提高生活质量，提供靶向治疗和创新疗法，最终瞄准未来使用纳米机器人的手术性能。因此，由于纳米技术在医学上的广阔应用前景，以及到目前为止在有限的体内和试验试验中观察到的副作用的减少，纳米医学和生物纳米技术引起了极大的关注。然而，要完全批准纳米医疗材料、设备和纳米机器人，并确保未来的福祉使用，仍有很多工作要做。然而，许多法律和伦理委员会正在处理工程纳米材料在生命科学中的安全性和适用性问题，并不断为纳米材料的表征和测试设定新的界限。

在过去的几十年中，人们合成了各种各样的纳米材料用于生物医学。研究最广泛的一类材料是氧化物纳米颗粒，最重要的是超顺磁性氧化铁纳米颗粒，它们被用于细胞分离，作为成像对比剂和诊断工具，用于靶向药物输送和治疗d基因转染、热疗和许多其他应用。另一类是金纳米颗粒，主要用于癌症部位的成像应用。最近，科学家开发了介孔二氧化硅纳米颗粒，可用于药物、蛋白质和/或核苷酸载体[2-4]此外，还进行了合成聚合物基软纳米颗粒的研究，即树状大分子和/或嵌段共聚物，用于输送DNA、蛋白质和肽[5-8]。除了球形颗粒外，人们还注意到了用于输送DNA和药物的其他形状颗粒，如纳米棒[9]和纳米管[10]。最近，有研究表明，碳纳米管可用于癌症治疗的药物输送系统[11]，以及成像、活细胞中的DNA传递和组织工程应用[12]。然而，如前所述，在评估纳米材料的体外和体内活性方面进行了有限的研究，以评估其毒性效应，最重要的是评估其在真实条件实验中的效率[13,14]。

科学家们现在正在设计和合成具有复杂工程表面特征的纳米材料，这些材料可以由pH值、热、光、声、机械力或磁力等不同刺激从外部或内部触发。因此，这些纳米材料可以靶向恶性组织，逐步药物或基因释放，甚至在已经广泛使用的诊断方法中作为增强工具。本文首先对这些新材料的释放和在流动中的药代动力学行为进行了研究，并用合适的数学方程对实验结果进行了模拟，以评价它们在生物体内的实际运动。这些模拟模型在动脉粥样硬化等情况下非常有趣，因为狭窄会阻止血流，最终导致智能纳米颗粒的靶向输送。如今，科学家们除了合成纳米粒子用于药物递送和/或诊断应用之外，还专注于开发用于冠状动脉药物洗脱支架的智能涂层，以促进狭窄局部区域的药物释放，或者避免细胞和蛋白质被支架吸收，最终导致支架失效[15-18]。

其他为疾病诊断提供低成本选择的材料是已经开发的微流控和纳米电子设备[19]。所有这些设备都能在短时间内提供准确的结果，对治疗有很大帮助。然而，未来将取决于智能设备或贴片的开发，这些设备或贴片将使人类的健康监测、存储信息并在必要时提供治疗。此外，除了纳米医学材料和设备外，纳米医学还包括纳米外科手术和组织工程方面的研究。纳米手术是用纳米技术取代传统的手术器械，以达到单个活细胞或细胞器水平的最佳效果。因此，纳米级技术，如配备由单个碳纳米管结构制造的纳米针或尖端的原子力显微镜(AFM)或飞秒激光，可以实现局部治疗，也限制对周围健康细胞或组织造成的损害。同样，激光可以帮助基因或细胞治疗，甚至在组织工程应用中诱导细胞分化。此外，纳米技术还有助于开发合适的设备和技术，这些设备和技术可以提供关于组织和活细胞的恶性或非恶性状态的有用信息。

各种已经使用的纳米技术还可以进一步改进，未来可以用作诊断工具，以识别恶性和非恶性组织，或活细胞与周围环境的相互作用。纳米生物力学是一种用于理解活细胞和生物分子基本行为的技术。通过对活细胞力学性质的纳米级研究，评估了细胞与周围结构以及与其他细胞的力学相互作用。这被认为是至关重要的，特别是当试图开发新的组织工程和再生医学策略时。例如，测量蛋白质在细胞上施加的纳米尺度的力，可能为各种疾病提供新的理解，如骨关节炎[21]，癌症和疟疾[22]，由于细胞弹性和粘附改变。细胞在与周围的细胞外基质或生物材料(支架、涂层和块体材料)相互作用时受到很大影响，可能会影响活组织中的机械信号转导过程[23-25]。因此，纳米生物力学需要医生、生物学家、工程师、物理学家和数学家的同等贡献，以评估所有的生物过程，改进仪器和评估实验结果。从单细胞分析中获得的所有信息将有助于对疾病开始和进展的生物学理解、改进诊断工具的开发以及改进或发展创新的治疗方法。

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引用:Costas A. Charitidis(2015)纳米技术及其在生命科学中的应用。Int J Nanomed Nanosurg, Volume1.1: http://dx.doi.org/10.16966/ 2470-3206.e101

版权:©2015 Charitidis CA。这是一篇开放获取的文章，在知识共享署名许可协议的条款下发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。

出版历史：

收到日期:2014年12月23日。

接受日期:1月5日,2015年。

发表日期:2015年1月15日。