奈米生医材料

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1、奈米生醫材料徐善慧中興大學化工系教授組織工程與幹細胞研究中心1.奈米生技與生醫奈米生技範圍奈米生技根據美國國家科學基金會(NSF)所做的市場預估：2015年全球奈米科技產業的產值將達1兆美元，其中18%是奈米生技。奈米生技之產品市場潛力無窮。奈米生技DNA工程與分子組裝生物的分子組件式樣形成分子拓印奈米顆粒或奈米管等的生技應用表面奈米生技AFM應用奈米生醫奈米顆粒或奈米管等的生技應用(Abioticnanoparticlesandnanotubes)表面奈米生技(Surface-directednanobiotech)AFM應用DNA工程與分子組裝傳統

2、基因工程：加強DNA在細胞中表現的程度或使基因產品達到最佳效果等奈米生技中的DNA工程：應用DNA製作出特殊的構造、形狀、或是一些二級及三級排列的結構Differentpurposes!!原理固定鹼基配對原則(即adenine(A)與thymine(T)配對，guanine(G)與cytosine(C)配對)人工合成單純的十字形分枝狀的DNA分子，有固定的交點，且一端仍具有黏著性(stickyends)，藉此特性可將數個同類分子進一步連接形成較複雜的結構，如柱狀多面體及網狀式元件DNA工程Ref:Seeman不同的造型Ref:Seeman分子拓印(Mo

3、lecularimprintingtemplates)Ref:工研院林進益2.奈米材料的藥物應用奈米藥物之優點抗癌作用新奈米材料作為藥物奈米中藥藥物控釋系統的優點分離作用-只取出特定作用或抑制特定作用的發生。增效作用-使效果更為顯著，期待可擴大運用於藥物用量的消減。安全性-因副作用而不能使用的化合物重新當作用藥。使用性-減輕醫療人員及患者的負擔，在時間上更有餘裕。經濟性-可以延長藥品的使用期限，可能減輕醫療費用。奈米藥物的定義與分類藥劑學中將奈米粒分成奈米載體與奈米藥物，其尺寸界定於1~1000nm之間。奈米載體係指溶解或分散有藥物的各種奈米粒，而奈米

4、藥物則是指直接將原料藥物加工成奈米粒。理想的奈米粒需具有(a)具有較高的載藥量>30%。具有較高的包封率>80%。(b)製備與方法簡便，容易放大工業化生產。(c)載體材料可生物降解，無毒性。(d)具有適當粒徑與粒形。(e)具有較長的體內循環時間。奈米藥物的優勢可進入毛細血管，在血液循環系統自由流動，還可穿過細胞，被組織與細胞以胞飲的方式吸收，提高生體利用率。比表面積高，水溶性差的藥物在奈米載體中的溶解度相對增強，克服無法通過常規方法製劑的難題。經特殊加工後可製成靶像定位系統，如磁性載藥奈米微粒。可降低藥物劑量減輕副作用。延長藥物的體內半衰期，藉由控制聚

5、合物在體內的降解速度，能使半衰期短的藥物維持一定水平，可改善療效及降低副作用，減少患者服藥次數。可消除特殊生物屏障對藥物作用的限制，如血腦屏障，血眼屏障及細胞生物膜屏障等，奈米載體微粒可穿過這些屏障部位進行治療。奈米粒子包覆藥物粒徑小於100nm的聚合物製備而成。可分成儲存型(reservoir)的方法是用高分子膜將藥物包覆，利用藥物透過性控制滲透量。及單塊型(monolithic)則將藥物分散於高分子或無機物基質中，以控制藥物的擴散。藥物的特定目標化藥物特定目標化，是將藥物有效率的運送到發炎的部位或是癌細胞等目標處，以使藥效得以發揮。強制標的是利用標

6、的官能基與細胞受器的結合，如抗體-抗原間的專一性，而達到標的作用，此種方式具有高度專一性與選擇性，已用於癌細胞的特定目標藥物之研發。自然標的是利用藥物所鍵結上的高分子在循環系統中的自然分布累積，達到標的效果。例如利用癌細胞的EPR效應使得高分子藥物在腫瘤處有較多累積。癌細胞的EPR效應1986年，日本熊本大學前田浩教授提倡EPR效果(EnhancedPermeationandRetentioneffect)(EPR效應)。EPR效應，即是癌細胞會分泌比正常細胞多的vascularpermeabilityfactor，造成腫瘤組織附近血管比起正常的血管物

7、質滲透性高，因此分子體積大的高分子化合物更能滲透、經過癌組織。加上癌細胞破壞淋巴系統，造成高分子化合物停留在腫瘤組織附近時間較長的現象。毛細血管床的過濾作用奈米微粒的大小影響藥物的生體可用率。脾靜脈竇中內皮細胞的間隙為200~500nm，因此長效型微粒最好不要超過200nm大小。而腎臟腎小球中內皮細胞的間隙在40~60nm間，過小的微粒會被過濾出。因此，要使奈米載體在血液循環中流通時間增加，必須控制載體大小的範圍。Newnanomaterial:樹枝狀分子的合成Backin1979,DonaldTomaliadiscoveredhowtomakesyn

8、theticmoleculesbranchoutliketrees樹枝狀分子結構與性質具有精確