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盘点金刚石在医用领域的应用:手术刀、药物载体、抗癌治疗…
2018月06月27日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:788
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金刚石,它的坚硬和耐磨性广为人们所知,作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。但由于它还具有稳定性好、生物相容性好等优点,符合用于组织切除的手术刀具对材料的指标要求,因此在医用刀具中的应用也深受欢迎。

人造金刚石

 

除此之外,随着科学家对纳米金刚石生物学性能的研究,发现纳米金刚石具有良好的生物相容性、低毒性和具有荧光但无光致漂白等优良特性,使得它在生物医药领域的应用得到了许多科学家的广泛关注。

 

一、医用刀具

按金刚石种类,可分为天然金刚石和人造单晶金刚石,前者用于手术刀具的刀片材料,后者用于刀片涂层。


金刚石刀具在手术过程中对手术部位的挤压、撕拉损伤小,伤口边缘整齐、易愈合,目前主要用于眼科、神经外科、骨科及口腔科,以及生物组织切片等。

 

二、医用材料

人体植入物是近年来医用领域中一个热门方向,但为满足人体生理和力学环境,植入物材料首先要具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、生物相容性甚至再生性能。根据植入组织的不同,植入材料的选择也有所不同,其中金刚石材料在口腔、骨科等领域有着被看好的前景。

 

1、口腔科

当临床应用的口腔材料为树脂材料、钴铬合金和纯钛时,虽具有一定的耐磨、耐腐蚀性及生物相容性,但不够理想。纳米非晶金刚石兼有金刚石与纳米材料的特性,如高硬度、高耐腐蚀性、高表面活性、高透明度、高耐磨性等,以及良好的生物相容性,是更为理想的口腔材料。


孙延等在PMMA树脂和纯钛复合材料上,用带过滤的阴极真空等离子电弧镀膜技术镀上纳米金刚石膜,发现金刚膜与材料结合良好,镀上纳米金刚石膜后的材料在细胞培养和动物实验中表现出了良好的生物相容性,且更耐磨。

PMMA树脂和纯钛复合材料镀膜前后细胞生长情况

 

2、骨科

纳米金刚石可用于人造关节的涂层材料。传统医疗植入物多使用钴、铬、镍,然而部分患者对这些金属过敏,或产生排斥反应。金刚石涂层具有良好的生物相容性,不会引起人体的排斥反应,且具有抗菌特性可以抑制细菌的滋生。

多种人造关节

 

三、医药领域的应用

随着纳米技术的持续进步,科学家们开始积极地利用纳米金刚石颗粒独特的惰性、生物相容性和根据需求很容易实现功能工程化设计的特性于医药领域中,包括载药、标记、蛋白质分离、抗癌治疗、杀菌等方面。

 

1、药物载体材料

纳米金刚石的晶体表面有许多官能团,能和药物以共价键或非共价键的方式结合,把药物运输到靶细胞、靶器官来发挥药性。


如:

纳米金刚石表面能吸附胰岛素,并保持胰岛素活性并调节释放,达到最佳治疗效果;

纳米金刚石用于吸附溶菌酶时,能形成抗菌活性更高且具有非入侵性的溶菌酶复合物;

用于治疗白血病的柔红霉素结合到纳米金刚石表面时,纳米金刚石能把药物运到癌细胞内而不被泵出,且纳米金刚石由于其非侵入性的大小和独特的表面特性,可以很容易地释放,而不堵塞血管。 


2、细胞标记

纳米金刚石化学性质稳定,不易与其他物质发生反应,且无毒无光致漂白剂,但是可发荧光。这使纳米金刚石比其他荧光标记物更适合用于细胞标记。


CHAO等将溶菌酶-纳米金刚石复合物与大肠杆菌相互作用,其不仅表现出较高的抗菌活性,而且可以检测到纳米金刚石的拉曼信号。

 

 

3、蛋白质分离

纳米金刚石有较大的比表面积,且表面附有羧基、内脂、羟基、酮和烷基等亲和蛋白质的化学基团,因而纳米金刚石可用于蛋白质的分离。其优势在于可简化提纯蛋白质过程、缩短分离时间、不使用特殊色谱设备等,方便科研工作人员的研究工作。

 

4、抗癌治疗

纳米金刚石表面具有多种化学基团,它们可用于肿瘤成像和治疗,并已成为癌症治疗的重点方向。科学家们发现紫杉醇与纳米金刚石结合,抗癌活性比单紫杉醇高;10-羟基喜树碱与纳米金刚石结合,形成10-羟基喜树碱–纳米金刚石复合物,对Hela细胞的体外毒性比单10-羟基喜树碱强。

 

参考资料

1.罗珊,胡小月,王成勇,郑李娟,赵丹娜,金刚石在医疗领域的应用。


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