文/鄭州磨料磨具磨削研究所王光祖衛鳳午
材料是人類生存發展、徵服改造自然的物質基礎，是人類社會現代文明的重要支柱。現在的時代，既不是金屬材料時代，也不是高分子時代、新陶瓷時代、複合材料時代，而是依據科學技術的發展和社會的需要開發和應用新型材料的新時代，這就是納米材料的時代。
生物醫學材料是指具有特殊性能，用於人工器官、外科修復、理療康復、診斷、檢查、治療疾患等醫療、保健領域，而對人體組織、血液不致產生不良影響的材料。
納米金剛石（納米材料家族中的姣姣者）是指粒徑在l-100nm的金剛石晶粒存在形態，其兼有金剛石、納米材料的特性。
金剛石具有高硬度、高耐腐蝕性、高導熱率、低摩擦係數、低表面粗糙度、大的比表面積、高的表面活性等。
在生物醫學領域納米材料要具備殺死癌細胞，不傷正常細胞的奇特功效，必須具備兩個條件：一是納米粒子具備一定的超微尺度，在20-100nm之間，二是納米粒子呈現「均勻」分布，才具「藥效」。
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實驗發現,在Prime&BondNT黏結劑中加入納米金剛石後，其微拉伸強度和剪切強度均提高顯著。納米金剛石的小顆粒減少了較大顆粒填料之間的空間，增加填料間的延續性，增強抗張強度，而聚合收縮力減小；同時，金剛石表面具有極性基團與其本質有機成分中胺基酸側鏈的游離羥基、氨基、埃基發生化學作用；與無機成分中羥基磷灰石及樹脂基質極性基團發生分子間作用力；再加上納米金剛石的高硬度，可能是實驗中黏結強度提高的原因。
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阿黴素是一種常見的化療劑。直接注射進腫瘤處時，擔當藥物來治療腫瘤。加州大學科學院迪安何讓阿黴素分子附在納米金剛石表面，創造出一種化合物ND-DOX。
研究發現，腫瘤的ND-DOX一直保持穩定並超過單獨注射阿黴素，顯示出附著在納米金剛石上阿黴素進入到腫瘤中且保持時間更長。還發現ND-DOX能增加癌細胞的死亡，且減少神經膠質瘤細胞存活性。
研究第一次顯示出ND-DOX運輸有限量的阿黴素，分散在腫瘤外部。這一運輸方式減少了副作用，確保藥物在腫瘤處的時間更長，增加藥物殺死腫瘤的有效性，而不影響周邊的組織。
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金剛石中的雜質不僅有顏色，而且可以通過雜質使金剛石成為磁場和溫度領域的精確傳感器。如果納米金剛石內部的電子連貫性能夠保持足夠的長時間，我們不僅可以實現金剛石成為量子計算機的自旋載體材料之一，而旦金剛石也會成為揭示神經細胞秘密信息的完美裝置。
由於氮空位中心會隨著溫度的變化而發出螢光，使得納米療法或極小（大約二千分之一開氏度）溫度變化的測量，甚至在極小的空間（200nm範圍）和時間範圍內的測量都成為可能。我們都知道，整個積極代謝的細胞內的溫度環境是不—樣的，像線粒體和中心粒這樣的細胞活動和局部細胞的熱點區密切相關的，甚至神經元都有明顯的熱剖面峰值，其峰值熱量首先被細胞吸收，然後再釋放出來。而利用納米金剛石出現的問題是一旦放到細胞內，就要保持原樣不動。然後用其它方法已經解決了溫度測量的困難，比如基因編碼熱傳感器。但是如果這些新納米金剛石可以附在蛋白質上，那麼金剛石作為觀察和了解細胞秘密的完美工具就會實現。
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碳納米材料己廣泛應用於各領域的納米科技研究，構建納米藥物運輸系統是碳納米材料在生物領域的一個重要研究方向。
李靜等在NDs吸附多種分子的初期實驗中發現，其對大小的分子吸附的行為的差異較大，如細胞培養液中的蛋白類分子BSA在ND\s上吸附lh即達平衡，而較小的藥物分子HCPT至少需5h才能達到平衡。由此提出如下的NDs吸附模型：當NDs分散於培養基中，形成團聚，這些團聚物具有與外界相通，尺寸不均的納米通道或小孔，當小分子藥物（HCPT）與納米糰聚物接觸後，慢慢進入團聚體內部的孔道中，故HCPT在NDs上充分負載需較長時間，吸附量也相對較高；而BSA類的蛋白質分子因分子大不能進入孔色道，則更多的似被吸附在團聚物表面，故短時間內即達平衡。基於納米金剛石的團簇多孔特性，成功組裝具有多功能的納米金剛石複合藥物輸運系統，開創了納米金剛石藥物輸運的研製新途徑。
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人體內鐵含量對於一個人的健康至關重要，鐵缺乏會引起貧血，同時鐵含量過高也可顯現出炎症或者慢性疾病，例如，血色沉著病。對血液中鐵含量的檢測至關重要，目前對人體內鐵濃度的測量方法依靠出現的某些生物標示來判斷，但這些試驗不精確。德國烏爾姆大學研究人員已研發出來了一種新型檢測血液中鐵含量的方法，來測量鐵蛋白——一種負責儲存和運輸鐵的蛋白質。他們利用人造納米缺陷金剛石來工作，命名為氮缺位金剛石。由於鐵離子磁性和它們的強度，電子朝向外中進行旋轉能夠讓科學家探測出。更進一步來說，納米金剛石和鐵蛋白之間電子相互作用能夠會被蛋白質分子吸收（以及裡面的磁性鐵離子），最終，與實驗結果相比，實驗的理論模型得到的參考信息，讓科學家確定工作的準確性。該研究結果中的納米金剛石傳感器可能會變成一種普遍認可的工具，用於血液鐵濃度測量。
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血管手術中，納米金剛石微粒可以物理吸附血管生成因子，用作血管支架材料時能在手術後加速血管生長。MAGDALENA等實驗發現，含納米金剛石顆粒的血管支架的生物活性最好，且誘導性能最佳。
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再生醫學領域（利用幹細胞的再生能力來治療疾病），金剛石的雙重惰性使之成為合適的生物發展平臺。ANDREI等在刻蝕的晶片表面鍍納米金剛石，使其形成草莓形的空穴，可避免胚胎幹細胞受到外界的於擾。
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納米金剛石可用於人造關節塗層材料。傳統醫療植入物多使用鑽、餡、鐐，然而部分患者對這些金屬過敏，或產生排斥反應。金剛石塗層具有良好的生物相容性，不會引起人體的排斥反應；並且金剛石具有抗菌特性，可以抑制細菌的滋生。另外，與傳統金屬聚合體植入物相比，納米金剛石塗層入造關節磨損輕微，基本不形成碎屑。
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現在臨床應用的口腔材料大多為樹脂材料，鑽餡合金、純鈦，其具有一定的耐磨性，耐腐蝕性及生物相容性，但不夠理想。納米金剛石兼有金剛石與納米材料的特性，是更為理想的口腔材料。
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納米金剛石與嚓嗎洛爾結合併嵌入隱形眼鏡中，能確保藥物直接作用於眼部，更好地治療青光眼。
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螢光細胞標記物在生命科學領域扮演著重要角色，但許多可用的標記物在物理、光學以及毒性方面都存在著一定的缺陷。納米金剛石作為一種新型的碳納米材料，具有化學惰性、有螢光但無光致漂白、無毒性的優勢，可用於細胞標記與生物成像。
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隨著納米金剛石應用範圍的擴大，許多研究人員發現有了它在生物傳感器方面的應用價值。在醫學±,該種生物傳感器多用於糖尿病人血糖含量的檢測。固定化葡萄糖氧化酶檢測葡萄糖含量具有反應時間短、保存期較長、靈敏度高、反應快捷等優點，這一特性使得葡萄糖生物傳感器能夠簡單迅速的進行疾病診斷，對治療糖尿病有著重要的意義。
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非摻雜的納米金剛石修飾的金電極可作為一種電化的葡萄糖傳感器。在這一研究中，納米金剛石粒子包裹在金電極的表面，然後將葡萄糖氧化酶固定在納米金剛石表面，納米金剛石預先修飾電極的陽極，不僅能提高電子在納米金剛石晶片中轉移的速率，而且能夠顯著改善溶解氧的減少。該傳感器在普通幹擾物如抗壞血酸(AA)、乙醯氨基酚(AP)和區尿酸(UA)的存在下，能夠選擇性的對葡萄糖進行電化學分析。
結語
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1.納米的概念實際具有兩個內涵：首先，它是人類的認識不斷向微觀層面推進的結果。其次，納米的概念是人類的認識從分離走向綜合的結果。
2.納米材料由於尺寸變小而體現的新特性，給廣大科技工作者帶來了廣闊的想像空間和無限的創造世界。
3.發現材料的新性能源，開發材料的新功能，製備材料的新器件以及研究因納米材料的奇異特性所帶來的創造火花，將給人類文明帶來新的天地。
4.每一項納米技術的應用，都是對傳統領域的一次徹底顛覆，一次徹底革命。由此帶來的生產力的巨大飛躍，將使人類以往幾千年文明黯然失色。