tvt体育在搜索引擎中键入“纳米”一词，搜索结果中出现频次最高的相关词汇有“纳米机器人”“纳米贴片”“黄金纳米微粒”等等。细看不难发现，这些热点均属于一个共同的范畴“纳米生物技术”。

　　当前，针对纳米生物领域的研究，俨然已经成为纳米应用研究中最为炙手可热的方向之一。全球各个国家的研究人员都在这一领域内“策马奔腾”。

　　英国偏重于生物纳米技术的产业化，如建立纳米纤维生产平台，设计纳米工厂等；中国较重视碳纳米材料的生物应用及具有免疫应答的生物医用材料开发；澳大利亚则偏重于对人体仿生纳米器件的研究；印度希望利用纳米粒子开发抗虫害植物品种。俄罗斯、德国、韩国及欧盟国家均把纳米植入材料作为重要的研究方向；美国、俄罗斯、澳大利亚、日本及印度等国则把纳米药物的靶向输送列为重点支持方向。

　　如果把纳米生物研究比作一个“大蛋糕”，那么纳米药物、纳米检测、仿生纳米孔、生物安全四大方向，就如同蛋糕上最诱人的4颗草莓，吸引了无数研究人员的目光。

　　近年来，纳米科技被越来越多地应用于医药临床阶段，而经临床实践证实，根据纳米材料对肿瘤细胞和肿瘤组织靶向性的特性设计出的纳米药物，确实能够明显改善肿瘤治疗。

　　肿瘤光热治疗技术作为一种新型的治疗策略，已经在肿瘤治疗方面引起了高度关注。早期的光热治疗主要通过高热量直接破坏和消除肿瘤细胞，但近年来很多研究者发现这些纳米材料产生的热，除了具有直接杀伤肿瘤细胞的作用外，还可通过抑制肿瘤转移、克服化疗耐药等发挥抗肿瘤的作用。

　　目前聚集目光最多的光热材料仍是金纳米材料，研究主要围绕金纳米棒、金纳米笼等金纳米材料的肿瘤光热治疗，以及光声成像光控释放光热治疗化疗等纳米金多手段、多功能的诊疗一体化研究展开。

　　比如，2008年，美国佐治亚理工学院的El-Sayed MA团队就利用金纳米棒对小鼠鳞状上皮细胞癌进行了等离激元光热治疗；2012年，我国国家纳米科学中心的陈春英和吴晓春团队则创新性地将介孔二氧化硅包被的金纳米棒用于肿瘤的成像、化疗和热疗。

　　而其他知名机构包括美国德克萨斯大学安德森癌症中心、美国华盛顿大学以及我国的东华大学、苏州大学、哈尔滨工程大学和南京大学等，也都在这一领域有所建树。

　　如果说药剂学的“终极奥义”是寻找合适的载体系统，那么纳米科技的横空出世则为载体系统的开发带来了新的活力。近年来，纳米药物载体与药物递送方向的研究同样得到了迅猛的发展。

　　目前用于药物载体的纳米材料主要包括纳米脂质体、聚合物胶束、纳米囊和纳米球、纳米磁性颗粒、介孔二氧化硅纳米粒等。不得不提的是，氧化石墨烯因具有良好的生物相容性和巨大的比表面，而具有超高的载药率。

　　2008年，美国斯坦福大学教授戴宏杰团队率先报道了利用氧化石墨烯作为难溶性含芳香结构抗癌药物的载体，其具有良好的水溶性，可用于难溶性药物的增溶，并可有效杀伤肿瘤细胞。

　　而介孔二氧化硅因多孔性、比表面积大、便于修饰性、毒性低等特点也得到广泛应用，具有极大的发展前景tvt体育。目前这一方向上的主要研究团队包括美国加州大学洛杉矶分校的Zink Jeffrey I.和Nel Andre E.团队、美国西北大学的Stoddart J. Fraser团队、中科院理化所唐芳琼团队、芬兰埃博学术大学Sahlgren Cecilia团队、美国新泽西州立大学Minko Tamara团队、美国爱荷华州立大学Vivero-Escoto Juan L.团队、福州大学杨黄浩团队以及新加坡南洋理工大学Zhang Quan和Zhao Yanli团队等等。

　　应用高灵敏度和选择性的生物分析方法去检测疾病相关分子是纳米生物医学的一个重要研究方向。纳米生物技术将工程、化学和分子生物学等学科融于一体，并为生物分子的检测提供了新的工具。

　　纳米材料是纳米技术发展的重要基础，纳米材料具有独特的尺寸依赖性化学或物理性质，包括催化性、电化学性质、电子转移、磁性、光学性质以及热力学等性质。这些尺寸依赖性质，使得它们在生物分析和生物传感器等应用方面具有重要作用，如可以检测金属离子、小分子、蛋白质和核酸生物标志物等等。

　　总的来说，当前纳米生物和医学检测领域的研究主要围绕纳米探针技术以及纳米生物传感器展开。

　　由于纳米探针具有影像信号强度大、靶向效果好、代谢动力学可控等显著的优点，使得近年来基于贵金属纳米材料（金、银等纳米颗粒）、量子点、上转换荧光纳米颗粒的荧光纳米探针迅速发展，成为纳米生物医学检测领域的前沿热点。

　　其中，在贵金属纳米簇纳米探针研究方向上，高被引论文主要研究以核苷酸作为保护模板合成荧光银纳米簇探针，并将其用于核苷酸、汞离子及蛋白等的生物检测tvt体育。比如中科院长春应用化学所的汪尔康院士团队、美国佐治亚理工学院Dickson Robert M.团队以及美国阿拉莫斯国家实验室Martinez Jennifer S.团队都在该研究方向有突出表现。

　　而在量子点纳米探针研究方向上，既有美国海军实验室生物分子科学工程中心Mattoussi Hedi、Medintz Igor L.团队对量子点共振能量转移的研究，也有美国斯坦福大学戴宏杰团队和中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌团队对于Ag2S量子点应用于近红外影像的研究。而福州大学池毓务团队主要聚焦功能化碳量子点研究，南开大学严秀平团队则将目光锁定ZnS量子点研究。

　　在纳米探针之外的纳米生物传感器研究方面，美国斯坦福大学鲍哲南团队、美国加州大学伯克利分校Javey Ali团队、韩国首尔大学Pang Changhyun团队以及中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽团队等主要研究用于电子皮肤压力传感的生物传感器，而美国西北太平洋国家实验室林跃河团队、美国康涅狄格大学Rusling James F团队、中国西南大学袁若团队、清华大学李景虹团队以及南京大学朱俊杰团队等主要研究免疫生物传感器。

　　纳米技术与传统的检测方法具备的微型化分析、实时多重分析、低样品量和试剂的消耗、高灵敏度以及分析速度快等优势，使得基于纳米粒子的分析甚至有可能超越现在占主导地位的技术。这值得人们拭目以待。

　　20世纪90年代，科学家提出了将单链DNA拉过蛋白孔，检测碱基穿过时电导的微小改变，进而实现了纳米孔DNA测序的设想。

　　进入21世纪后，越来越多的科研人员开始投身于该领域研究，让纳米孔测序成为现实，其研究成果也逐步开始向商业实用方向迈进。目前开发的纳米孔类型主要包括生物纳米孔和固态纳米孔等，测序主要包括核酸测序和蛋白质分析等。

　　其中，生物纳米孔是利用天然生物学通道，如-溶血素结构和耻垢分支杆菌孔蛋白A（MspA）等。

　　在这一方向上，牛津纳米孔技术公司Bayley Hagan团队率先开发了可商业化的-溶血素生物纳米孔。2009年，该公司发表名为《单分子纳米孔DNA连续碱基测序》的论文，实现了碱基连续测定，准确度平均达到99.8％。此后，牛津纳米孔技术公司再接再厉，推出了商业化的纳米孔测序仪MinION和GridION。

　　这样一来，基于纳米孔的单分子DNA读取技术就不再需要光学检测和同步的试剂洗脱过程，相比更早的测序技术，这一第四代测序技术也有着更快的数据读取速度和更大的应用潜能。

　　2010年，美国华盛顿大学的Jens Gundlach首次证明MspA可用于DNA测序，并与阿拉巴马大学微生物学家Michael Niederweis合作证明MspA孔隙结合“棘轮系统”便可读取短DNA序列。2012年，该团队又一次利用MspA和噬菌体Phi29聚合酶相结合，实现单核苷酸的分辨率和DNA易位控制，进而推动了长期以来生物纳米孔遇到的两个主要障碍的解决。同年，美国加州大学圣克鲁兹分校Mark Akeson团队也利用MspA和Phi29聚合酶相结合，使DNA正向和反向棘轮以每秒2.5~40个核苷酸的速度通过纳米孔，实现实时单核苷酸分辨率的检测。

　　由于生物纳米孔在稳定性、持久性等方面仍存在不足，难以满足持续的大规模测序的需求。于是，随着微加工技术的不断进步，固态纳米孔应运而生。

　　人工制备的固态纳米孔具有孔径稳定、物化性能良好、低成本、高读长、易集成等优点，被认为是下一代纳米孔技术。其材料主要是石墨烯、氮化硅、硅、金属氧化物等。

　　石墨烯在检测DNA上具有非常出色的潜力。2010年，哈佛大学Jene Golovchenko团队和美国麻省理工学院的研究人员在著名期刊《自然》上发表论文，证实石墨烯可以制成人工膜材料进行DNA测序，从而指引了石墨烯纳米孔DNA检测的方向tvt体育。之后，Jene Golovchenko团队更制备了与DNA分子的直径紧密匹配的石墨烯纳米孔，发现其对DNA具有非常好的灵敏度和分辨率。

　　在其他仿生纳米孔材料方面，德国慕尼黑工业大学、美国哥伦比亚大学的研究人员利用氮化硅修饰纳米孔；阿根廷拉普拉塔国立大学的研究人员利用聚（4-乙烯基吡啶）大分子构建块修饰固态纳米孔；瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员则将亚纳米厚度的单层或几层厚的剥离的二硫化钼（MoS2）固定在氮化硅纳米孔上，改善DNA的分析tvt体育。

　　同时，纳米孔的检测物范围也在不断扩大，从最初的DNA发展到覆盖RNA、蛋白质、金纳米颗粒和有毒分子等的分析。

　　如牛津大学Bayley Hagan团队、美国加州大学圣克鲁兹分校Mark Akeson团队等利用生物纳米孔开展蛋白检测tvt体育，将研究重点放在蛋白质解折叠和易位问题上；此外，美国宾夕法尼亚大学Drndic, M 和Wanunu, M团队利用薄的纳米孔快速检测小RNA分子；英国东英吉利大学利用牛津纳米孔技术公司开发的MinION纳米孔平台测序鉴定细菌抗生素抗性岛的位置和结构。

　　任何新技术都如同一把“双刃剑”，纳米科技也不例外。由于纳米材料具有超越常规材料的特殊性能，而且不能用常规方法和手段进行检测，所以潜在应用和风险都可能是巨大的。

　　对纳米材料或纳米科技潜在风险的报道最早出现在美国，彼时，美国科学家们发现C60可能造成对鱼脑的损伤。之后，2004 年3 月，在布鲁塞尔举行的17位专家组成的欧盟纳米科技风险会议，则标志着纳米科技的风险与危害已经引起了科技界的关注。

　　伴随着碳纳米管、介孔二氧化硅、石墨烯等纳米材料在医学检测、纳米药物递送、纳米治疗等方面开辟新的应用途径，关于其生物安全性、毒性的研究也逐渐引发越来越多的关注。当前，研究人员对于纳米安全性方面的研究主要聚焦于两个方向纳米材料对人体健康的风险研究，以及纳米材料的环境风险研究。

　　健康风险研究主要围绕肺毒性、皮肤毒性、细胞毒性、生物相容性等，关注的主要纳米物质包括碳纳米管、纳米锌、纳米银、石墨烯、介孔纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米金等；环境风险研究主要围绕环境释放、环境归趋、生态毒理学、生物降解、植物吸收等。

　　纳米银的毒性作用研究包括纳米银颗粒的细胞毒性、遗传毒性、发育毒性、炎症反应及毒性作用机制，纳米银在生物体内的分布动力学，纳米银对癌细胞系增殖和凋亡的影响等。

　　其中，新加坡国立大学Valiyaveettil S团队于2009年发表的论文《银纳米粒子对人体细胞的细胞毒性和遗传毒性》备受学界的推崇。此外，韩国环境及商品检测研究所、美国空军研究实验室、荷兰国家公共卫生和环境研究院等研究机构也均在这一领域有所贡献。

　　对于碳纳米管的安全性研究则包括单壁/多壁碳纳米管的生物相容性、体内分布循环、细胞内吞、慢性毒性、间皮损伤和致癌性、毒性的影响因素（如长度、尺寸依赖性）等。

　　2008年，英国爱丁堡大学Donaldson K团队研究发现，石棉状长碳纳米管可能导致小鼠产生一种以往由石棉引起的恶性间皮瘤，该论文被引用1329次。此外，美国斯坦福大学、麻省理工学院和美国国家职业安全卫生研究所、德国巴斯夫公司和拜耳公司、北京大学等也有高被引论文贡献。

　　介孔二氧化硅材料的生物安全性研究包括介孔二氧化硅纳米材料的生物相容性、生物分布、细胞毒性和溶血活性的影响因素（如尺寸、形状、表面效应）等，其中中科院理化所唐芳琼团队表现较为突出；另外，纳米金颗粒的体内分布研究主要集中在金纳米颗粒在生物体内的分布、累积及粒径和表面电荷等影响因素研究，主要研究机构包括德国环境健康研究中心等。

　　对于纳米材料释放进入环境的估算与环境影响评价研究包括纳米材料在环境多介质中的分布、在环境中的排放、归趋建模等，主要研究机构包括瑞士联邦材料科学与技术实验室等。

　　值得庆幸的是，目前的研究已经使全球各个国家的科技决策层认识到纳米安全研究应该和纳米科技的进步同时展开，纳米安全问题的讨论已在世界主要科技大国展开。无论如何，可以确定的是，纳米技术作为一项具有广泛应用前景的战略性前沿技术，未来在生物医药领域将会带给人类无穷的惊喜。■