随着我国社会经济发展的脚步逐渐加快,工业生产与各个领域的实际生产过程中所造成的大气污染也越来越严重。据有关部门统计,近年来,我国空气中的NOX、CO、SO2都处于严重超标的状态,对我国社会发展造成了巨大的影响,严重危害着人们的身体健康,对我国环境也造成了巨大的危害。随着纳米技术与纳米材料的不断完善与创新,这一先进技术在我国各个领域的实际应用过程中为我国带来了全新的发展前景与企业运营理念,帮助我国多个领域实现了生产技术与产品质量的革新,对我国起到了极大地经济促进作用。针对我国日益严重的大气污染问题,在环境污染治理的过程中,通过对纳米技术与纳米材料的有效利用,可以有效改善我国大气污染的现状,为我国环境治理提供全新的途径。在纳米技术与纳米材料实际应用于大气污染治理的过程中,可分为空气净化及噪声、电磁辐射的控制。空气净化又分为脱硫催化剂净化、汽车尾气净化及室内空气净化三个部分,其中脱硫催化剂是我国工业生产中的一种燃料催化剂,可以在燃料燃烧的过程中极大降低污染物的排放,是我国纳米技术的衍生物。经有关部门检测,在车辆、飞机等主机正常运作时,所产生的噪声极易对人体造成干扰与危害,严重影响人们的生活质量与身体健康。同时,有关频电磁场在实际运转的过程中,与强烈辐射区域具有同等效果,都会对人体健康造成严重的影响。因此针对这些问题利用纳米材料与纳米技术进行治理的过程中,可以通过开发纳米剂对机器设备进行充分,有效改善设备运转时的噪声污染,并且在TiO2的表面添加含有纳米材料的静电屏蔽装置,有效降低设备运转过程中的电磁辐射,为人们的工作与健康提供有效保障。
2纳米技术及纳米材料实际应用于水污染治理
水资源污染是我国社会发展过程中突出的环境污染问题,对我国经济发展造成了严重的影响。针对我国传统的水处理方法,采用纳米技术与纳米材料进行水污染治理可以有效改善我国水处理效率较低的情况,对我国纳米技术的发展与环境污染的治理起到了促进作用。无机污染废水是我国主要的水污染问题之一,这些污染物对人体具有极大的危害性,严重者会导致人体患上肝癌与局部肿瘤,属于重点防治问题。针对水中的重金属与无机离子,常规的治理方式往往无法保证污染处理的质量,对我国水污染治理造成一定的影响。在纳米技术实际应用的过程中,可以通过光催化技术及氧化技术,将水中的金属离子及无机离子进行有效的转化与清除,实现无机污水治理的效用。全新的纳米技术更可以将污水中的贵重金属完全提炼出来,达到变废为宝的作用,对我国环境污染与经济发展起到一定的促进作用。有机废水是我国污水治理过程中较为突出的问题,在应用纳米材料及纳米技术进行防治的过程中,可以利用纳米TiO2光催化技术对有机废水进行合理性的降解,使废水中的高浓度有机物得到净化,由于这一技术在实际应用过程中需要相应高频光系统来维持运作,因此,在利用纳米TiO2光催化技术进行有机污水处理的过程中,还可以使用大功率的苯灯电源,利用经济适用的太阳辐射电源来为纳米TiO2光催化技术提供高频光能,以此保证有机废水得到有效地降解与净化,改善我国有机废水污染问题。同时,还可以利用纳米TiO2对农药污染进行源头处治理,利用纳米TiO2的光催化活性对农药废水进行永久性降解,解决农药废水的污染问题。
3结束语
1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义,世界各国(地区)纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器,相继制定了发展战略和计划,以指导和推进本国纳米科技的发展。目前,世界上已有50多个国家制定了部级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划,但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
(1)发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机,美国早在2000年就率先制定了部级的纳米技术计划(NNI),其宗旨是整合联邦各机构的力量,加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月,美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》,这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划,从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域,并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源(人才、资金、设备)的落实。之后,日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针,积极推进从基础性到实用性的研发,同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域,有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略,目前,已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施:增加研发投入,形成势头;加强研发基础设施;从质和量方面扩大人才资源;重视工业创新,将知识转化为产品和服务;考虑社会因素,趋利避险。另外,包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
(2)新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响,韩国、中国台湾等新兴工业化经济体,为了保持竞争优势,也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》,2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》,随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域,以提升前沿技术和基础技术的水平;到2010年10年计划结束时,韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平,进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始,相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》,这些计划以人才和核心设施建设为基础,以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标,意在引领台湾知识经济的发展,建立产业竞争优势。
(3)发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头,也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》,并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图,确定中国在目前和中长期的研发任务,以便在国家层面上进行指导与协调,集中力量、发挥优势,争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术,南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略,可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度,加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮,现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家,都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金,而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称,在过去10年里,世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明,全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内,联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元,2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是,根据《21世纪纳米技术研究开发法》,在2005~2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元,而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究,近年来纳米科技投入迅速增长,从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元,而2004年还将增长20%。
在欧洲,根据第六个框架计划,欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元,有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计,欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国,甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右;另外,地方政府也将支出2.4亿~3.6亿美元。中国台湾计划从2002~2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元,每年稳中有增,平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元,而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言,欧盟25国为2.4欧元,美国为3.7欧元,日本为6.2欧元。按照计划,美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元,日本2004年增加到8欧元,因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是:欧盟为0.01%,美国为0.01%,日本为0.02%。
另外,据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称,很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元,占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元,占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元,占17%。由于投资的快速增长,纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言,美国虽具有一定的优势,但现在尚无确定的赢家和输家。
(1)在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果,2000—2002年,共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引(SCI)》收录。纳米研究论文数量逐年增长,且增长幅度较大,2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文,美国以较大的优势领先于其他国家,3年累计论文数超过10000篇,几乎占全部论文产出的30%。日本(12.76%)、德国(11.28%)、中国(10.64%)和法国(7.89%)位居其后,它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇,是纳米研究最活跃的国家,也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出,2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点,到2002年已经超过德国,位居世界第三位,与日本接近。
在上述5国之后,英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多,各国3年累计论文总数都超过了1000篇,且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外,如果欧盟各国作为一个整体,其论文量则超过36%,高于美国的29.46%。
(2)在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计:美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国(1454项),其次是日本(368项)和德国(118项)。由于专利数据来源美国专利商标局,所以美国的专利数量非常多,所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多,所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大,在论文数最多的20个国家和地区中,专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明,很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力,但比较侧重于基础研究,而实用化能力较弱。
(3)就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用,目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面,纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断,而且,已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年,美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》,目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合,实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标;利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门,这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用,还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果,未来5~10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点,纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究,期望突破传统的极限,让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒,并按照一定规则排列这些颗粒,使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面,目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大,某些方面处于世界领先水平,但尚未脱离基础和应用研究阶段,距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上,日本最重视的是应用研究,尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外,日本开发出多种不同结构的纳米材料,如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上,日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法,同时积极开发新的制造技术,特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1/10,两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高,并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置,能应用于纳米领域,在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路,是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地,如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机,解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过,这些研究大都处于探索阶段,成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力,特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多,主要以金属和无机非金属纳米材料为主,约占80%,高分子和化学合成材料也是一个重要方面,而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前,纳米技术产业化尚处于初期阶段,但展示了巨大的商业前景。据统计:2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元,2010年将达到14400亿美元。为此,各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化,都在加紧采取措施,促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为,美国大公司自身的纳米技术基础研究不足,导致美国在该领域的开发应用缺乏动力,因此,尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心,希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”,以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项:一是进行纳米技术基础研究;二是与大企业合作,使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面,其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破,并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大,其目的是共享信息,促进联系,加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合,不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”,以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程;东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所,试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
欧盟于2003年建立纳米技术工业平台,推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出:建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战,把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域,生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品,同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。
【关键词】纳米技术;中药制剂;中药现代化
【Abstract】TointroducethedefinitionandcharacteristicofnanometerChinesedrugs,andthedevelopmentofnanometerChinesedrugspharmaceutics.ProblemsandprospectsofnanometerChinesedrugspharmaceuticswerediscussed.
【Keywords】nanotechnology;Chinesedrugspharmaceutics;ModernizationofTraditionalChineseMedicine
纳米即十亿分之一米,相当于10个氢原子排成直线的长度。纳米技术(nanotechnology)是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化,以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性的技术体系[1]。纳米技术作为高新技术,可广泛应用于材料学、电子学、生物学、医药学、显微学等多个领域,并起着重要的作用。1998年,徐辉碧教授等[2]率先提出了“纳米中药”的概念,进行了卓有成效的探索。纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于100nm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。因纳米材料和纳米产品在性质上的奇特性和优越性,将增加药物吸收度,建立新的药物控释系统,改善药物的输送,替代病毒载体,催化药物化学反应和辅助设计药物等研究引入了微型、微观领域,为寻找和开发医药材料、合成理想药物提供了强有力的技术保证。运用纳米技术的药物克服了传统药物许多缺陷以及无法解决的问题。将纳米技术应用于中药领域是中药现代化发展的重要方向之一。
1纳米中药的特点
1.1原药纳米化后呈现新的药效或增强原有疗效中药被制成粒径0.1~100nm大小,其物理、化学、生物学特性可能发生深刻的变化,使活性增强和/或产生新的药效。如灵芝通过纳米级处理,可将孢子破壁,并采用超临界流体萃取技术萃取出灵芝孢子的脂质活性物质,从而增强抗肿瘤的功效。
1.2改善难溶性药物的口服吸收
在表面活性剂、水等存在下,直接将药物粉碎成纳米混悬剂,增加了药物溶解度,适于口服、注射等途径给药,以提高生物利用度。
1.3增加药物对血脑屏障或生物膜的穿透性
纳米粒能够穿透大粒子难以进入的器官组织、血脑屏障及生物膜。如阿霉素α聚氰基丙烯酸正丁酯纳米粒(NADM)可以改变阿霉素的体内分布特征,对肝、脾表现出明显的靶向性,而血、心、肺、肾中的药物分布则减少。
1.4靶向作用
徐碧辉教授等在研究中发现,一味普通的中药牛黄,加工到纳米级水平后,其理化性质和疗效会发生惊人的变化,甚至可以治疗某些疑难杂症,并具有极强的靶向作用。
1.5使药物达到缓释、控释
借助高分子纳米粒作载体等技术手段,可实现药物的缓释、控释。如雷公藤乙酸乙酯提取物固体纳米脂质粒有良好的缓释、控释功能。
2纳米中药的制备技术及其进展[3]
纳米中药的制备是研究纳米中药最基础的,也是最重要的问题。将纳米技术引入中药的研究,必须考虑中药组方的多样性、成分的复杂性,例如中药单味药可分为矿物质、植类药、动物药和菌物药等,中药的有效部位和有效成分又包括无机化合物和有机化合物、水溶性成分和脂溶性成分等,因此,针对不同的药物,在进行纳米化时必须采用不同的技术路线。此外,还必需考虑中药的剂型。纳米中药与中药新制剂关系十分密切,如何在中医理论的指导下进行纳米中药新制剂的研究,将中药制成高效、速效、长效、剂量小、低毒、服用方便的现代化制剂,也是进行中药纳米化所必须考虑的问题。纳米中药是针对中药的有效成分或有效部位进行纳米技术加工处理,开发中药的新功效。聚合物纳米粒可作为药物纳米粒子和药物纳米载体。药物纳米载体系指溶解或分散有药物的各种纳米粒,药物纳米载体包括纳米脂质体、固体脂质纳米粒以及纳米囊和纳米球。而对于不同类型的纳米中药,有不同的制备方法。
2.1药物纳米粒子的制备
药物纳米粒子的制备是针对组成中药方剂的单味药的有效部位或有效成分进行纳米技术加工处理。在进行纳米中药粒子的加工时,必须考虑中药处方的多样性、中药成份的复杂性。
纳米超微化技术[4],是改进某些药物的难溶性或保护某些药物的特殊活性,适用于不宜工业化提取的某些中药。如矿物药、贵重药、有毒中药、有效成分易受湿热破坏的药物、有效成分不明的药物。目前比较常用的是超微粉碎技术。所谓超微粉碎是指利用机械或流体动力的途径将物质颗粒粉碎至粒径小于10μm的过程。根据破坏物质分子间内聚力的方式不同,目前的超微粉碎设备可分为机械粉碎机、气流粉碎机、超声波粉碎机。
机械粉碎法[5]是利用机械力的作用来实现粉碎目的。边可君等采用自主开发的温度可控(-30~-50℃)的惰性气氛高能球磨装置系统制备纳米石决明。将石决明置于配有深冷外套的惰性气氛球磨罐中,同时装入磨球,磨球与石决明粉比保持在15:1~5:1范围,控制高能球磨机的转速(200~400r/min)和时间(2~60h),获得了平均粒度不大于100nm的石决明粉末。
气流粉碎法[6]是以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作用为颗粒的载体。颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压、摩擦和剪切等作用,从而达到粉碎的目的。与普通机械冲击式超微粉碎机相比,气流粉碎产品粉碎更细,粒度分布范围更窄。同时气体在喷嘴处膨胀降温,粉碎过程中不会产生很大的热量。所以粉碎温升很低。这一特性对于低融点和热敏性物料的超微粉碎特别重要。世界上首项将纳米技术应用于中药加工领域的纳米级中药微胶囊生产技术,是通过对植物生理活性成分和有效部位进行提取。并用超音速干燥技术制成纳米级包囊。利用这项技术生产出的甘草粉体和绞股蓝粉体。经西安交通大学材料科学工程学院金属材料强度国家重点实验室和第四军医大学基础部药物化学研究室鉴定,均达到了纳米级。其中甘草微胶囊微粒平均粒径为19nm。这样的纳米粒可跨越血脑障碍,实现脑位靶向[6]。
中药纳米超微化技术既丰富了传统的炮制方法,又能为中药的生产和应用带来新的活力。纳米产品目前已成为中药行业新的经济增长点。将这项技术应用于中药行业可以开发具有更好疗效、更优品种的纳米中药新产品。这将对中药行业的发展带来深远的理论和现实意义。
2.2药物纳米载体的制备
药物纳米载体的制备主要是选择特殊的材料,它们应具备以下特征:性质稳定,不与药物产生化学反应,无毒,无刺激,生物相容性好,不影响人的正常生理活动,有适宜的药物释放速率,能与药物配伍,不影响药物的物理作用和含量测定;有一定的力学强度和可塑性(即易于形成具有一定强度的纳米粒,并能够完全包封药物或使药物较完全的进入到微球的骨架内);具有符合要求的黏度、亲水性、渗透性、溶解性等性质。这与所用药物的性质、给药方式有关[7]。近年来,可生物降解的高分子载体材料被认为是很有潜力的药物传递体系,因为它们性能多样,适应性广,且具有良好的药物控制性质,达到靶向部位的能力及经口服给药方式能够传递蛋白质、肽链、基因等药物的性能。常见的高分子材料有淀粉及其衍生物、明胶、海藻酸盐、蛋白类、聚酯类等。
对于纳米中药载体,目前常用的是纳米包复技术[8]。纳米包复化学药品和生物制品的技术在世界药学领域是最受关注的前沿技术之一。根据待包复的中药的性质不同,可选取不同的纳米包复技术,得到纳米中药。毛声俊等[9]采用3琥珀酸3O硬脂醇甘草次酸酯作为导向分子,采用乙醇注入法制备了甘草酸表面修饰脂质体,作为肝细胞主动靶向给药的载体。杨时成等[10]采用热分散技术将喜树碱制成poloxamer188包衣的固体脂质纳米粒混悬液。陈大兵等[11]用“乳化蒸发—低温固化”法制备紫杉醇长循环固体脂质纳米粒,延长了药物在体内的滞留时间。
此外,还有乳化聚合法[12]、高压乳匀法[13]、聚合物分散法等。制备成纳米微粒载体系统的中药多为单一有效成分,如抗肝癌或肝炎药物:蓖麻毒蛋白、猪苓多糖、斑蝥素、羟喜树碱、黄芪多糖等;抗感染药:小檗碱等;消化道疾病药:硫酸氢黄连素等;抗肿瘤药:秋水仙碱、高三尖杉酯碱、泰素等;心血管疾病药:银杏叶有效成分等;其它还有鹤草酚、苦杏仁苷等。也有将多种中药成分复合后制备纳米微粒载体系统的,如口服结肠靶向给药系统——通便通胶囊,其主药成分为3种极性相似的火麻仁油、郁李仁油和莱菔子油的混合油。还有将中药复合西药后制备纳米微粒载体系统的,如多相脂质体1393,其主要成分为氟脲嘧啶、人参多糖和油酸等;中药复方“散结化瘀冲剂”浸膏和5氟脲嘧啶(5FU)相结合后制备的磁性微球制剂也属此列。总之,不同的制备技术和工艺适合不同种类纳米中药的制备。
3问题与展望
尽管目前纳米技术的研究进展一日千里,纳米技术的飞速发展将有可能使中药的现代化迈上一个台阶,但是,目前纳米中药的研究尚处于基础阶段,纳米中药的制备技术也很不成熟,有许多问题仍需进一步研究。纳米粒制备时,载体材料多为生物降解性的合成高分子,在体内降解较慢,连续给药会产生蓄积,且降解产物有一定的毒性。另外有毒有机溶剂、表面活性剂的应用都给纳米控释系统的产业化带来了较大的困难。美国Rice大学生物和环境纳米技术中心(CBEN)主任VickiColvin认为至少有两点需要引起重视:“一是纳米材料微小,它们有可能进入人体中那些大颗粒所不能到达的区域,如健康细胞。二是对比普通材料纳米量级性质会有所改变”。也就是很有可能在粒径减小到一定程度时,原本可视为无毒或毒性不强的纳米材料开始出现毒性或毒性明显加强,例如改变纳米材料表面的电荷性质,改变纳米材料所处的物理化学环境,相同的纳米材料可能会出现不同的毒性,纳米材料在生物体内可能会出现特殊的代谢情况,并且可能会与某些特定部位的器官或者组织细胞进行作用进而使其带来某些特而且纳米化后中药有效成分和药效学的不确定性,将给药物质量的稳定可控留下隐患。另外纳米中药的范围应有所限制,当一种中药粉碎到了纳米级时,药效可能会发生改变,不能为获得纳米微粒而损坏了药物的有效成分。目前对中药的微观研究尚不深入,对其有效成分与非有效成分还认识不清,仓促对其纳米化处理有可能得不偿失。在目前这个时期,进行商品化的纳米中药生产为时尚早。而应该进行开发纳米中药的制备技术研究并建立一整套纳米药理、药效和毒理学的理论与系统评价方法。
【参考文献】
[1]Kreuker.NanoparticlesandMicroparticlesforDrugandVaccine[J].JAant,1996,189(pt3):503.
[2]张志琨,崔作林.纳米技术和纳米材料[M].北京:国防工业出版社,2004:44.
[3]魏红,李永国.纳米技术在生物医学工程领域的应用研究现状和发展趋势[J].国外医学生物工程分册,1999,22(6):340344.
[4]朱振峰,杨菁.药物纳米控释系统的最新研究进展[J].国外医学生物医学工程分册,2007,21(6):327327.
[5]SchofieldJP,CaskeyCT.NonviralApproachestoGeneTherapy[J].BrMerdBul,2005,51(10):56.
[6]YangS,ZhuJ,LuY,etal.BodyDistributionofCamptochecin,SolidIipidNanopartoclesafterOralAdministration[J].PharmRes,2005,16(5):751751.
[7]YangSC,LuLF,CaiY,etal.BodyDistributioninMiceofIntravenouslyinJectedCamptothecinSolidLipidNanoparticlesandTargetingEffect011brain[J].JControllledRelease,2006,59(2):299299.
[8]SuhH,JeongB,RathiR,etal.RegulationofSmoothMuscleCellProliferationUsingPaclitaxelLoadedPoly(ethyleneoxide)poly(1actide/glycol1de)nanospheres[J].JBiomedMaterRes,2007,42(2):331331.
[9]AllemannE,LerouxJC,GurnyR,etal.IilVitroExtentedreleasePropertiesofDrugloadPoly(DLlacticacid)NanoparticlesProducedbyaSaltingOUtProcedure[J].PharmRes,2007,10(12):1732.
[10]SchroderU,SabelBA.Nanoparticles.aDrugCarrierSystemtoPasstheBloodBrainBarrier.PermitCentralAnalgesicEffectsofi.v.DalarginInjections[J].BrainRes,2007,710(1):121121.
[11]孔令仪.中药创新研究与高新技术应用[M].北京:中国医药科技出版社,2006:780780.