孫本海 金仲品

【摘要】 納米技術(shù)（NT）則是近年來發(fā)展起來的一門很有前景的新興高科技學(xué)科。它是以長度在0.1～100nm空間尺度內(nèi)操縱原子和分子，進(jìn)行材料深加工，制造具有特定功能的產(chǎn)品、也可對(duì)某物質(zhì)進(jìn)行研究、掌握其原子和分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的學(xué)科。用途非常廣泛，就檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，已取得初步成果的有：在磁性納米粒方面有，生物活性物質(zhì)和異生質(zhì)分析與檢測以及生物活性物質(zhì)或細(xì)胞的富集等；在納米粒子方面有：可作為定量標(biāo)簽用于生物分析，作為信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)物等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，檢驗(yàn)技術(shù)也將隨著發(fā)展，兩者相關(guān)性極為密切。

【關(guān)鍵詞】 納米；檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)；納米技術(shù)；磁性納米粒；納米粒子

作者單位：256617 山東省濱州市結(jié)核病防治院（孫本海）； 濱州職業(yè)學(xué)院（金仲品）

納米是一種長度計(jì)量單位，又稱為毫微米（10^-9m）。納米技術(shù)（Nanoscale technology，NT）是一門在0.1～100nm空間尺度內(nèi)操縱原子和分子，對(duì)材料進(jìn)行加工，制造具有特定功能的產(chǎn)品、或?qū)δ澄镔|(zhì)進(jìn)行研究、掌握其原子和分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的嶄新高技術(shù)學(xué)科。NT領(lǐng)域不僅包括納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米制造學(xué)、納米生物學(xué)和納米顯微學(xué)、納米機(jī)械加工技術(shù)，而且是多學(xué)科交叉的橫斷學(xué)科［1］。NT產(chǎn)生的基礎(chǔ)是現(xiàn)代化學(xué)、物理學(xué)和先進(jìn)工程技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是與高技術(shù)緊密結(jié)合的一門新型科學(xué)技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)工程是現(xiàn)代生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)、工程學(xué)相結(jié)合而發(fā)展起來的邊緣學(xué)科，它與信息、材料、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)密切相關(guān)。Zhongguo［2］研究發(fā)現(xiàn)NT的發(fā)展正越來越成為世界各國科技界所關(guān)注的焦點(diǎn)，誰能在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先，誰就能占據(jù) 21 世紀(jì)科學(xué)的制高點(diǎn)。NT可以為生物醫(yī)學(xué)工程中的諸多方面提供堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)和強(qiáng)有力的技術(shù)保證。Song等［3］總結(jié)了快速發(fā)展的納米微粒和生物分子軛合物的制備方法，已逐漸將生物連接制備的納米粒子商品化，并對(duì)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1 磁性納米粒

Li等［4］認(rèn)為磁性納米粒（magnetic nanoparticle）已廣泛用于生物分子固定化的載體和有機(jī)固相合成，其中磁性材料主要有鐵、鈷、鎳等過渡金屬及其氧化物和混合材料等。磁性納米粒具有超順磁性，在外磁場作用下，固液相的分離非常簡單，不需離心、過濾等繁雜的操作，撤去磁場后沒有剩磁殘留，并在外磁場作用下可以定位。磁性納米?？赏ㄟ^共聚、表面改性賦予其表面多種反應(yīng)性功能基，可連接各種基團(tuán)或DNA片段而用于不同的檢測。

1.1 生物活性物質(zhì)和異生質(zhì)分析與檢測 生物活性物質(zhì)的檢測方法雖然很多，但以抗體為基礎(chǔ)的技術(shù)不多而且是最重要的。目前采用免疫分析加上磁性修飾已成功地用于檢測各種生物活性物質(zhì)和異生質(zhì)（如藥物、致癌物等）。在納米磁球表面固定上特異性抗體或抗原，并以熒光染料、放射性同位素、酶或化學(xué)發(fā)光物質(zhì)為基礎(chǔ)所產(chǎn)生的檢測，與傳統(tǒng)微量滴定板技術(shù)相比，具有更簡單、快速和靈敏的特點(diǎn)。Helden等［5］將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學(xué)發(fā)光免疫測定技術(shù)相結(jié)合的自動(dòng)檢測系統(tǒng)，已成功地用于血清中人免疫缺陷病毒1型和2型抗體的檢測。還創(chuàng)建了用于人胰島素檢測的全自動(dòng)夾心法免疫測定技術(shù)，其中亦用到抗體蛋白A納米磁性微粒復(fù)合物和堿性磷酸酶標(biāo)記二抗。

1.2 免疫磁性微球 檢測生物活性物質(zhì)或細(xì)胞的富集是在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中一項(xiàng)重要內(nèi)容，親和配體技術(shù)在分選和回收方面提供了強(qiáng)有力的工具。Taubert等［7］采用白細(xì)胞分化抗原單抗標(biāo)記的IMMS除去外周血中的白細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞的富集，隨后用免疫細(xì)胞化學(xué)方法檢測癌細(xì)胞。如果將寡核苷酸（dT）鏈交聯(lián)到納米磁性微粒上，即可用于真核細(xì)胞mRNA的分離純化。Nagy等［8］已用胎兒紅細(xì)胞抗原標(biāo)記的免疫磁性微球很容易將母體外周血中的極少量胎兒細(xì)胞富集，該方法簡便，并能通過進(jìn)一步熒光PCR檢測確定胎兒性別，進(jìn)行非創(chuàng)傷性產(chǎn)前診斷。對(duì)癌癥的早期診斷是醫(yī)學(xué)界極為關(guān)注的難題。從理論推測，利用免疫磁性微球進(jìn)行細(xì)胞分離技術(shù)可在早期癌癥患者血液中檢出癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的早期診斷。

2 納米粒子

納米粒子表面積大而直徑很小，偶聯(lián)容量高，懸浮穩(wěn)定性較好，便于發(fā)生各種高效反應(yīng)，常用于各種不同的生物分析系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的生物制劑相比較，納米粒子作為一種試劑有很多優(yōu)越性。

2.1 納米粒子作定量標(biāo)簽用于生物分析 與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料或放射性元素的標(biāo)記相比，納米粒子作為生物分析不僅可以代替，而且克服了它們的缺點(diǎn)。納米粒子的主要兩個(gè)領(lǐng)域是：金屬納米粒子和量子點(diǎn)（quantum dot，QD）。

2.1.1 金屬納米粒子 金屬納米粒子可用于包括光學(xué)、電化學(xué)、顯微學(xué)和質(zhì)譜等多種檢測途徑。Rojas-Cha-pana等［9］將膠體金用于電子顯微鏡檢測，如用掃描隧道顯微鏡通過檢測DNA的表面密度而用于目標(biāo)序列的檢測，在此系統(tǒng)中先將膠體金標(biāo)記的dT探針與被測DNA序列雜交，使目標(biāo)序列帶上膠體金標(biāo)記鏈。Leary等［10］將納米金屬粒子標(biāo)記到dT探針上，與樣品中的目標(biāo)DNA序列雜交，然后在金屬納米粒子上沉析出銀，通過電勢測定法檢測目標(biāo)序列。Huang等［11］則將電感耦合等離子體質(zhì)譜測定法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICPMS）和夾心免疫測定法相結(jié)合建立了一種新的免疫檢測方法。在這個(gè)系統(tǒng)中，他們將膠體金標(biāo)記的羊抗兔抗體作為ICPMS的分析物間接檢測兔抗人IgG。這個(gè)系統(tǒng)還可通過在分析物上標(biāo)記不同無機(jī)納米粒，而達(dá)到同時(shí)檢測不同物質(zhì)的目的。

2.1.2 量子點(diǎn) 利用量子的限制作用，賦予納米粒子獨(dú)特的光學(xué)和電子的特性，也稱為半導(dǎo)體納米微晶體。這是一種最新的熒光材料，QD能夠克服熒光分子重要的化學(xué)和光學(xué)局限性而具有多種特性，如根據(jù)QD的大小，可產(chǎn)生多種顏色，在同一激發(fā)波長下，不同長短直徑的QD可發(fā)出不同顏色的激發(fā)光，利用這一特點(diǎn)，可同時(shí)檢測多種指標(biāo)的要求，這是傳統(tǒng)染料分子根本無法實(shí)現(xiàn)的；QD的熒光時(shí)間較普通熒光分子延長數(shù)千倍，并便于長期追蹤和保存結(jié)果。QD技術(shù)可用于檢測活細(xì)胞里多種蛋白質(zhì)活動(dòng)［11］。Leary等［9］在QD上包被一層迪羥基硫辛酸（di hydroxy lipoic acid，DHLA）后，則易與親和素連接，再針對(duì)不同的QD給予不同的蛋白質(zhì)抗體，制備出具有蛋白質(zhì)專一性的一批QD。

2.2 納米粒子作信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)物 納米粒子（Nanoparticles，NPs）在檢驗(yàn)診斷中作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物，可免去標(biāo)記生物樣品的需要，就可顯示出巨大的發(fā)展空間。由于免去樣品制備的步驟，使檢驗(yàn)技術(shù)變得更簡便和價(jià)廉。在這個(gè)系統(tǒng)中，納米粒子對(duì)生物復(fù)合物的干擾作用或納米粒子之間相對(duì)位置的改變都可成為一種檢測信號(hào)。Hirsch等［12］根據(jù)以上原理建立了一種其他金屬納米粒子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的應(yīng)用，包括金納米粒子介導(dǎo)的熒光淬滅，凝集反應(yīng)檢測血液中的免疫球蛋白方法。2006年Li等［4］這個(gè)系統(tǒng)中開發(fā)了一種新型生物傳感器，這種傳感器的核為直徑2.5nm的金微粒，外面包裹一層dT分子，該分子的一端為巰基，一端聯(lián)有熒光分子，由于納米金微粒是一種有效的能量受體，能夠作為熒光的淬滅物，當(dāng)這種傳感器與樣品中的目標(biāo)分子雜交后，引起傳感器構(gòu)像的改變，導(dǎo)致淬滅的熒光分子復(fù)原。再則，由于此系統(tǒng)熒光背景極低，與傳統(tǒng)的有機(jī)淬滅物相比，該類傳感器具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。

3 小結(jié)

作為一門新興學(xué)科的NT近年來被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域剛剛開始，基本處于探索階段，就已顯示出將推動(dòng)檢驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展?jié)撃?。從含有納米微粒的各種實(shí)驗(yàn)方法來看，納米微粒在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)有技術(shù)相比，它的特異性、靈敏度和速度等性能都有了極大提高。隨著NT的發(fā)展，在不久的將來一定會(huì)有更多的新納米材料出現(xiàn)，并被應(yīng)用于新的檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的檢測方法中，檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)將出現(xiàn)劃時(shí)代的進(jìn)展。

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