纳米一词源出于希腊,意指“侏儒”,现作为微观世界里的长度单位,一纳米等于十亿分之一米,大约是三、四个碳原子的宽度。美国物理学家、两次诺贝尔奖得主费恩曼教授(R. Feynman)早在1950年代末就指出,人类若能控制物体微小规模上的排序,将可获得许多具有特殊性能的物质,这是对纳米技术最早的构想。纳米技术一词则始见于1974年,出自科学家谷口纪南(Norio Taniguchi)对精密机械加工的描述。
1982年扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM)的发明,使得纳米科技迅速发展。近年来,在STM基础上又发明了原子力显微镜(atomic force microscope,AFM),AFM克服了STM只适用于具导电性样品的不足之处,为纳米科技的发展开辟了康庄大道。纳米粒子是指尺寸在100纳米以下的超微颗粒,由纳米粒子组成的材料称为纳米材料;而纳米科技是直接运用单个原子或分子,通过使其重新排列组合,来产生新的物质或制造出具有特定功能的产物;真正的纳米技术必须具备两个条件,一是纳米尺寸,二是自然界里所没有的新物性。纳米材料的性能和结构特殊,使其具有小尺寸效应、表面效应、量子效应三大特性。纳米医学则是利用纳米技术和人体的分子知识和分子工具,进行诊断、医疗和保健,从而改善身体状况。预期纳米技术将给医学界带来一场深刻的革命。
纳米生物芯片
芯片一般多用于电子计算机或机器人的设计,但科学家正研发以纳米技术为基础的芯片作为界面来进行生物检测。纳米生物芯片是一门融会分子生物学、化学、医学、计算机、自动化等多学科交叉的产物。利用一颗米粒大小的纳米芯片,附着或植入人体皮肤表层,通过纳米机电技术进行人体呼吸、心跳、血液等感应及检测功能,甚至还可以通过无线传输等系统整合,将病人的监测资料传输至远端的手机或电脑资料平台上,一旦病人心跳不正常或血液出现异常而有危险时,便可以提早诊断并提出预警。
以糖尿病患者为例,进行血糖检查需经常扎针,而抽血更是许多病患必做的检验项目。装置了纳米芯片后,即可发挥检测、无线网路传输、医疗监控等功能,患者安坐家中便能让医生在远端进行诊断,提供合适的居家照顾。此外,纳米芯片亦能针对心脏病的发病危险指标解读病人的生理反应,直接撷取检测标的并进行分析。这种纳米芯片的研制目前仍在试验阶段,有望在不久的将来应用在临床检测上。
亦有科学家研制可对血液进行病毒检测的纳米芯片,几分钟即可获得检验结果。此外,通过纳米放大技术的可视化基因诊断芯片,将为肝炎临床诊断提供崭新的方法。
由于纳米技术可在微小尺度里重新排列遗传密码,纳米基因芯片结合纳米科技和基因工程技术,小小的纳米基因芯片能容纳上百万个人类基因片段,可用来开发新药、改进疾病诊断和治疗方法。若研制成功,人类可以利用纳米基因芯片查出自己遗传密码中的错误,并迅速利用纳米技术进行修正,使各种遗传性疾病或缺陷得以改善。
纳米药物
在药学方面,将常规治疗药物纳米化,可大大增加药物颗粒的表面积,使之与组织的接触面积增大,从而提高药效,并能减少用量及降低副作用。另外,纳米化药物容易透过血管和组织屏障,易被巨噬细胞吞噬,故亦能增强药物的靶向性。
近年美国发明了携带纳米药物的芯片,把它放入人体,可在外部加以导向,使药物集中到患处,提高药物疗效。
若将不易被人体吸收或难溶性的药物制成纳米粉粒或悬浮液,可使其变得容易吸收,提高了药物的利用度。若把纳米药物制成膏药贴在患处,则有可能通过皮肤直接吸收而无需注射。以纤维结构比较特殊的西洋参来说,其有效成分不易为人体充分吸收,经过纳米技术的超细粉末加工后,就有助解决吸收问题。通过纳米技术改造传统制剂加工工艺,可提高中药的疗效。如以纳米技术开发的雷公藤新剂型,有助解决其毒性问题。