金刚石在医疗领域的应用(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】(a)镀金刚石膜 (b)未镀膜图6 PMMA树脂和纯钛复合材料镀膜前后细胞生长情况[18] 植入体表面的细菌黏附在治疗过程有非常大的影响,如刺激临近组织使其发炎
(a)镀金刚石膜 (b)未镀膜图6 PMMA树脂和纯钛复合材料镀膜前后细胞生长情况[18]
植入体表面的细菌黏附在治疗过程有非常大的影响,如刺激临近组织使其发炎等,且会降低表面粗糙度和破坏传递介质[19]。陈钢等[20]在钴铬合金和纯钛的义齿材料表面镀纳米金刚石薄膜,改善了义齿的机械力学性能和热力学性能,修复了义齿表面形貌,提高了生物相容性。李斌等[21]研究发现:镀覆纳米金刚石薄膜可显著抑制义齿基托上的白色念珠菌黏附,并提高基托的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和结合力。ALMAGUER-FLORES 等[22]对比了金刚石镀膜、钛镀膜和不锈钢镀膜,发现金刚石镀膜的细菌黏附性最弱。YAN等[23]分析测试了PMMA、纯钛和金刚石薄膜的生物相容性和改性后的表面性质,认为在生物相容性、耐腐蚀性、生物毒性、溶血率等指标中金刚石薄膜均满足医用材料的要求。
2.2 骨科
纳米金刚石可用于人造关节的涂层材料。传统医疗植入物多使用钴、铬、镍,然而部分患者对这些金属过敏,或产生排斥反应。金刚石涂层具有良好的生物相容性,不会引起人体的排斥反应;并且金刚石具有抗菌特性,可以抑制细菌的滋生。另外,与传统金属聚合体植入物相比,纳米金刚石涂层人造关节磨损轻微,基本不产生碎屑[24]。
金刚石还能促进骨钙素的表达。骨钙素是构成骨基质的成分之一,能维持骨骼正常矿化速率,反映机体骨骼代谢变化。李增健等[25]发现添加金刚石的材料上骨钙素mRNA表达效果更好,金刚石-钛复合材料上新骨生成早,并且组织的骨性愈合快。YANG等[26]发现金刚石涂层的表面特性可以促进或抑制成骨细胞功能,说明金刚石涂层的不同组成形式可以在不同骨科植入体类型中用来促进或抑制骨骼生长。PARETA等[27]发现金刚石涂层具有很好的化学稳定性、耐磨性和细胞相容性,附着在钛表面的纳米金刚石可有效增加表面硬度,促进成骨细胞黏附,因此纳米金刚石涂层适于改善骨科应用表面特性。RODRIGUES等[28]指出,纳米金刚石涂层的化学惰性、超高硬度和低摩擦系数可在骨科手术中改善植入体性能,减少金属的腐蚀、磨损和炎症反应、骨量流失。
总之,纳米金刚石涂层以更好的生物反应优化了植入体性能。
2.3 其他
NeuroCare项目[29]利用纳米金刚石性质稳定、表面致密、物质不能扩散的特性,将其用作植入体与人体神经组织之间的介质材料,可以减少介质和神经组织之间的反应(金属材料长时间在人体内,其表面可能降解),并拉近其与神经元细胞的距离,从而能在彼此间建立更高质量、持续时间更久的电子接口。
在核磁共振领域,NDI项目组[29]利用纳米金刚石的光学特性,赋予了核磁共振扫描仪在单细胞尺度上的缩放能力。要提高核磁扫描精度,需提高原子状态拾取效率。传统提高拾取效率的方法是使用人体无法适应的极低温环境,而金刚石材料的原子自旋可以通过光照调节,因此只需激光辐射就能达到原本需超低温条件才能达到的拾取效率,从而保证长时间成像。
血管手术中,纳米金刚石微粒可以物理吸附血管生成因子,用作血管支架材料时能在术后加速血管生长。MAGDALENA等[30]实验发现:含纳米金刚石颗粒的血管支架材料的生物活性最好,且诱导性能最佳。
再生医学领域(利用干细胞的再生能力来治疗疾病),金刚石的双重惰性使之成为合适的生物发展平台。ANDREI等[31]在刻蚀的晶片表面镀纳米金刚石,使其形成草莓形式的空穴,可避免胚胎干细胞受到外界的干扰。
3 医药领域的应用
在医药领域应用的主要是(改性)纳米金刚石,包括载药、标记、蛋白质分离、抗癌治疗、杀菌等方面。
3.1 药物载体材料
纳米金刚石的晶体表面有许多官能团,能和药物以共价键或非共价键的方式结合,把药物运输到靶细胞、靶器官来发挥药性[32]。
SHIMKUNAS等[33]发现纳米金刚石表面能吸附胰岛素,并保持胰岛素活性并调节释放,达到最佳治疗效果。CHAO等[34]研究发现纳米金刚石吸附溶菌酶后,会形成抗菌活性更高且具有非入侵性的溶菌酶复合物,使其更好发挥作用。ADNAN等[35]发现纳米金刚石颗粒(ND)对盐酸阿青霉素(DOX)的吸附能力和环境的pH值有关(图7),在pH值高的时候ND上的DOX吸附率更高。
(a)pH=7(b)pH=11图7 不同pH值下纳米金刚石和阿青霉素的吸附情况[35]
将纳米金刚石与噻吗洛尔结合并嵌入隐形眼镜中,能确保药物直接作用于眼部,更好地治疗青光眼[36]。CHERNYSHEVA等[37]将带正电的防腐剂和带正电的纳米金刚石结合,验证了纳米金刚石能抑制基团的疏水作用,使药物顺利到达病灶发挥药性。魏黎明等[38]利用爆炸法制备的纳米金刚石表面官能团多的特性,对低浓度多肽溶液进行了富集分析,对富集前后纳米金刚石的表面官能团改变进行表征,验证了纳米金刚石对多肽或蛋白具有充分的富集能力。樊凤阳等[39]研究金刚石载药对HL-60细胞凋亡的作用,发现纳米金刚石(DND)可以与治疗人早幼粒细胞白血病的ATRA药物结合,形成DND-ATRA纳米复合物,明显地提高了ATRA的有效浓度和利用率;通过细胞抑制活性分析和显微镜观察,DND-ATRA纳米复合物有低毒性,能诱导分化HL-60细胞,促进其凋亡而不破坏正常细胞。
文章来源:《金刚石与磨料磨具工程》 网址: http://www.jgsymlmjgc.cn/qikandaodu/2021/0728/504.html