納米技術與檢驗醫學相關性的研究概況

孫本海 金仲品

【摘要】 納米技術（NT）則是近年來發展起來的一門很有前景的新興高科技學科。它是以長度在0.1～100nm空間尺度內操縱原子和分子，進行材料深加工，制造具有特定功能的產品、也可對某物質進行研究、掌握其原子和分子的運動規律和特性的學科。用途非常廣泛，就檢驗醫學領域，已取得初步成果的有：在磁性納米粒方面有，生物活性物質和異生質分析與檢測以及生物活性物質或細胞的富集等；在納米粒子方面有：可作為定量標簽用于生物分析，作為信號的轉導物等。隨著納米技術的發展，檢驗技術也將隨著發展，兩者相關性極為密切。

【關鍵詞】 納米；檢驗醫學；納米技術；磁性納米粒；納米粒子

作者單位：256617 山東省濱州市結核病防治院（孫本海）； 濱州職業學院（金仲品）

納米是一種長度計量單位，又稱為毫微米（10^-9m）。納米技術（Nanoscale technology，NT）是一門在0.1～100nm空間尺度內操縱原子和分子，對材料進行加工，制造具有特定功能的產品、或對某物質進行研究、掌握其原子和分子的運動規律和特性的嶄新高技術學科。NT領域不僅包括納米材料學、納米電子學、納米制造學、納米生物學和納米顯微學、納米機械加工技術，而且是多學科交叉的橫斷學科［1］。NT產生的基礎是現代化學、物理學和先進工程技術相結合的產物，是與高技術緊密結合的一門新型科學技術。生物醫學工程是現代生命科學和醫學、工程學相結合而發展起來的邊緣學科，它與信息、材料、電子技術、計算機科學密切相關。Zhongguo［2］研究發現NT的發展正越來越成為世界各國科技界所關注的焦點，誰能在這一領域取得領先，誰就能占據 21 世紀科學的制高點。NT可以為生物醫學工程中的諸多方面提供堅實的物質基礎和強有力的技術保證。Song等［3］總結了快速發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，并對檢驗醫學產生深遠影響。

1 磁性納米粒

Li等［4］認為磁性納米粒（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。磁性納米粒可通過共聚、表面改性賦予其表面多種反應性功能基，可連接各種基團或DNA片段而用于不同的檢測。

1.1 生物活性物質和異生質分析與檢測 生物活性物質的檢測方法雖然很多，但以抗體為基礎的技術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和異生質（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、酶或化學發光物質為基礎所產生的檢測，與傳統微量滴定板技術相比，具有更簡單、快速和靈敏的特點。Helden等［5］將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學發光免疫測定技術相結合的自動檢測系統，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。還創建了用于人胰島素檢測的全自動夾心法免疫測定技術，其中亦用到抗體蛋白A納米磁性微粒復合物和堿性磷酸酶標記二抗。

1.2 免疫磁性微球 檢測生物活性物質或細胞的富集是在檢驗醫學中一項重要內容，親和配體技術在分選和回收方面提供了強有力的工具。Taubert等［7］采用白細胞分化抗原單抗標記的IMMS除去外周血中的白細胞，從而實現癌細胞的富集，隨后用免疫細胞化學方法檢測癌細胞。如果將寡核苷酸（dT）鏈交聯到納米磁性微粒上，即可用于真核細胞mRNA的分離純化。Nagy等［8］已用胎兒紅細胞抗原標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胞富集，該方法簡便，并能通過進一步熒光PCR檢測確定胎兒性別，進行非創傷性產前診斷。對癌癥的早期診斷是醫學界極為關注的難題。從理論推測，利用免疫磁性微球進行細胞分離技術可在早期癌癥患者血液中檢出癌細胞，實現對腫瘤的早期診斷。

2 納米粒子

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

2.1 納米粒子作定量標簽用于生物分析 與傳統的有機熒光染料或放射性元素的標記相比，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。納米粒子的主要兩個領域是：金屬納米粒子和量子點（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、電化學、顯微學和質譜等多種檢測途徑。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序列的檢測，在此系統中先將膠體金標記的dT探針與被測DNA序列雜交，使目標序列帶上膠體金標記鏈。Leary等［10］將納米金屬粒子標記到dT探針上，與樣品中的目標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序列。Huang等［11］則將電感耦合等離子體質譜測定法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICPMS）和夾心免疫測定法相結合建立了一種新的免疫檢測方法。在這個系統中，他們將膠體金標記的羊抗兔抗體作為ICPMS的分析物間接檢測兔抗人IgG。這個系統還可通過在分析物上標記不同無機納米粒，而達到同時檢測不同物質的目的。

2.1.2 量子點 利用量子的限制作用，賦予納米粒子獨特的光學和電子的特性，也稱為半導體納米微晶體。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和光學局限性而具有多種特性，如根據QD的大小，可產生多種顏色，在同一激發波長下，不同長短直徑的QD可發出不同顏色的激發光，利用這一特點，可同時檢測多種指標的要求，這是傳統染料分子根本無法實現的；QD的熒光時間較普通熒光分子延長數千倍，并便于長期追蹤和保存結果。QD技術可用于檢測活細胞里多種蛋白質活動［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，再針對不同的QD給予不同的蛋白質抗體，制備出具有蛋白質專一性的一批QD。

2.2 納米粒子作信號的轉導物 納米粒子（Nanoparticles，NPs）在檢驗診斷中作為信號轉導物，可免去標記生物樣品的需要，就可顯示出巨大的發展空間。由于免去樣品制備的步驟，使檢驗技術變得更簡便和價廉。在這個系統中，納米粒子對生物復合物的干擾作用或納米粒子之間相對位置的改變都可成為一種檢測信號。Hirsch等［12］根據以上原理建立了一種其他金屬納米粒子信號轉導的應用，包括金納米粒子介導的熒光淬滅，凝集反應檢測血液中的免疫球蛋白方法。2006年Li等［4］這個系統中開發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，當這種傳感器與樣品中的目標分子雜交后，引起傳感器構像的改變，導致淬滅的熒光分子復原。再則，由于此系統熒光背景極低，與傳統的有機淬滅物相比，該類傳感器具有獨特的結構和光學特性。

3 小結

作為一門新興學科的NT近年來被應用于醫學領域剛剛開始，基本處于探索階段，就已顯示出將推動檢驗技術的進步與發展潛能。從含有納米微粒的各種實驗方法來看，納米微粒在檢驗醫學中的應用價值與現有技術相比，它的特異性、靈敏度和速度等性能都有了極大提高。隨著NT的發展，在不久的將來一定會有更多的新納米材料出現，并被應用于新的檢驗醫學的檢測方法中，檢驗醫學將出現劃時代的進展。

參考文獻

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