纳米科技：向重大病症挑战
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2002年2月11日
纳米科技给医药领域带来很大的影响，人们现在虽然还难以想象探测器进入血管的情形，但是这种研究目前正在世界各地进行。巴克球(buckyball)、枝状分子(dendrimer)及量子点(quantum dot)等纳米科技的研究热点，尤其令人期待。
纳米科技拓展医疗可能性
纳米科技在医疗上的应用说来简单，实际上又是怎么一回事呢？
当然，对身处在现代的我们来说，将来的世界会变得如何没人能明确知道，而问题的提示则散布在世界各个角落。本文将为您介绍某些企业及大学的研究案例，窥探一下纳米科技与医疗在未来结合的景象。
进入体内发挥阻止病源的作用──巴克球
首先登场的是纳米物质中大家所熟知的巴克球(C60)，这是由60个碳分子所形成、直径仅数纳米的足球状小分子。这种分子能作为抗爱滋药物，为了让读者更容易想象此分子与爱滋病毒对抗的景像，我们先比较一下两者的大校爱滋病毒的大小约为100纳米，如果把爱滋病毒想象成和人体一样大，则巴克球约为手掌可握住的大校
, 百拇医药
这么小的巴克球如何和爱滋病毒作战呢？下面我们简单介绍爱滋病毒的增殖策略。
爱滋病毒的核心进入细胞后，先让自己的RNA反转录成DNA，将自己的DNA插入细胞DNA中，接着利用细胞DNA的复制、转录、转译机制，制造出能使自己增殖的遗传物质、酶与polypeptide，当然材料由细胞中取得。酶将polypeptide切成适当的蛋白质后，这些遗传物质与蛋白质组装成新的病毒并离开细胞。此过程可比喻成将技术带入殖民地，由殖民地提供材料与劳动力，以生产自己所需要的东西。
巴克球具有抗爱滋的药效，借着阻止病毒所产生的酶发挥功能，中止病毒增殖的一连串反应。
爱滋病毒所产生的酶和其它蛋白质一样，具有如同长丝带纠结而成的立体构造，这个立体构造中有一圆筒形空间刚好可让巴克球进入，更巧的是，这个空间为疏水性，可让巴克球顺利进入。
酶之类的蛋白质需保持一定的立体构造才具有功能，巴克球进入酶内部，酶的立体构造改变而丧失功能；使酶丧失功能正是巴克球的任务。巴克球稳定，一般认为它们不具毒性，在动物实验上也有良好结果。
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这种抑制酶功能的构想并非从巴克球开始，过去也有利用类似方式的抗爱滋药物。过去这类药物因容易产生变异，而无法有效抑制耐久性爱滋病毒。目前爱滋病治疗法采用多种药物并用，以延长药物的持续效果。
巴克球的效用能否持久令人担心，幸好巴克球的球面容易连接各种分子，因此科学家可藉改变形状，使巴克球更能欺骗爱滋病毒，更能与爱滋病毒对抗。
这种巴克球药物的效果如何虽不清楚，但我们用人工化学方法修饰巴克球以对抗爱滋病毒的变异，这个战略相当重要。
身怀各种绝技的武术家──枝状分子
能以化学方法修饰的分子不只巴克球，枝状分子也是能以化学方法修饰的分子之一。枝状分子形似没有叶子的阔叶树树枝，分枝多且均一，分枝多到一定程度则呈现球形，这种独特的性质使它们受到化学家喜爱。
, 百拇医药 从外观看来，枝状分子的造型颇为夸张，但是它们的基本单元相当单纯。有两种方法可以产生枝状分子，其中一种方法彷佛在洗衣夹的两个柄上夹上新的洗衣夹，不断地夹上新的洗衣夹使得枝状分子持续成长。
枝条的数量呈等比增加后，可在某些枝条上安装「武器」。各种利用枝状分子的研究正在进行，其中一个例子如下：
首先在一个枝状分子的枝条接上与病毒DNA(RNA)互补的DNA断片，使枝状分子可精准地附着在特定的对象上。
然后在第2个枝条上安装金属分子，这么一来，借着X光的照射，即可得知需要治疗的部位在何处。
最后于繁茂的枝条中藏入药物。枝状分子受到光照射，性质会改变，借着照射光，可控制枝状分子内部所隐藏药物的释放量。这种附着在特定部位后才释出强力药物的机制，称为药物递送系统(drug delivery system, DDS)。
, 百拇医药
如此看来，枝状分子如同身怀各种绝技的武术家，本文介绍的仅是其中一例，其它应用尚多。
枝状分子不仅能与病原体作战，还具备携带、释放分子的能力，因此可用来制作人工血红素。另外，枝状分子枝条间环境的能量相当特殊，科学家正在研究，如何利用这种独特的环境性质引发特殊化学反应；这种特性将来可能应用在太阳能发电上。
只是，枝状分子也有缺点。如同前面所述，枝状分子的大小可逐渐加大，随着枝状分子加大，使其继续加大所需的基本单元将爆增，导致制作起来既费时又费钱。欲购买0.1克接有10层单元的枝状分子，可能得花上20万日元。
利用光与神经细胞“交谈”──量子点
前面提到枝状分子受到光照射会显现独特性质；说到光，我们不能忘记另一种特别的超小粒子──「量子点」，量子点具有受到某波长光的照射会放出另一波长光的性质。
, 百拇医药
一般对量子点的研究集中在电子学领域，例如开发性能更佳的雷射、内存与晶体管等。若能好好利用量子点的特性，让量子点与神经细胞交换信号，或许还可制作出人工网膜。
量子点是由数百到数千个半导体原子集合所形成、大小仅数纳米的超小粒子，因为极小而具备相当有趣的性质。以量子力学来看，电子不仅是粒子，还具有波的特性，波长约为10纳米。如果将电子关在波长更小的量子点中，电子会如何动作呢？
打个简单比方，如同弹奏弦乐器，弦若越来越短，波长将跟着变短，音调随之升高。关在量子点中的电子也有同样的特性，箱子越小，电子的能量将往高处偏移(电子能阶的间隔加大)，因此对光更敏感，更可发出明亮的光。
量子点受到紫外线或红外线照射，会放出别种光，因此可用在生化实验上对实验物体进行标示。与过去的萤光蛋白质标示法相比，量子点较明亮而持久。
利用量子点通电后会发光的特性(反向亦可)，我们或许可让量子点和神经细胞沟通。神经细胞与量子点在外观上相当不同，但两者具有相同的性质，两者均可利用电子传送信号；也就是说，如果将量子点附着在神经细胞上，则神经细胞的电流会导致量子点发光，量子点受到光照射，又会向神经细胞传送电流。利用这种特性可开发出人工网膜等生化芯片。 本篇文章介绍了纳米科技在医疗上的各种应用，这些不同的应用有个共通点，那就是先从生物体的内部机制得到灵感再加以模仿。当然最终目标不限于模仿细胞，科学家还要进一步超越既有功能，让生物体的功能更多样化。, 百拇医药
纳米科技拓展医疗可能性
纳米科技在医疗上的应用说来简单，实际上又是怎么一回事呢？
当然，对身处在现代的我们来说，将来的世界会变得如何没人能明确知道，而问题的提示则散布在世界各个角落。本文将为您介绍某些企业及大学的研究案例，窥探一下纳米科技与医疗在未来结合的景象。
进入体内发挥阻止病源的作用──巴克球
首先登场的是纳米物质中大家所熟知的巴克球(C60)，这是由60个碳分子所形成、直径仅数纳米的足球状小分子。这种分子能作为抗爱滋药物，为了让读者更容易想象此分子与爱滋病毒对抗的景像，我们先比较一下两者的大校爱滋病毒的大小约为100纳米，如果把爱滋病毒想象成和人体一样大，则巴克球约为手掌可握住的大校
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这么小的巴克球如何和爱滋病毒作战呢？下面我们简单介绍爱滋病毒的增殖策略。
爱滋病毒的核心进入细胞后，先让自己的RNA反转录成DNA，将自己的DNA插入细胞DNA中，接着利用细胞DNA的复制、转录、转译机制，制造出能使自己增殖的遗传物质、酶与polypeptide，当然材料由细胞中取得。酶将polypeptide切成适当的蛋白质后，这些遗传物质与蛋白质组装成新的病毒并离开细胞。此过程可比喻成将技术带入殖民地，由殖民地提供材料与劳动力，以生产自己所需要的东西。
巴克球具有抗爱滋的药效，借着阻止病毒所产生的酶发挥功能，中止病毒增殖的一连串反应。
爱滋病毒所产生的酶和其它蛋白质一样，具有如同长丝带纠结而成的立体构造，这个立体构造中有一圆筒形空间刚好可让巴克球进入，更巧的是，这个空间为疏水性，可让巴克球顺利进入。
酶之类的蛋白质需保持一定的立体构造才具有功能，巴克球进入酶内部，酶的立体构造改变而丧失功能；使酶丧失功能正是巴克球的任务。巴克球稳定，一般认为它们不具毒性，在动物实验上也有良好结果。
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这种抑制酶功能的构想并非从巴克球开始，过去也有利用类似方式的抗爱滋药物。过去这类药物因容易产生变异，而无法有效抑制耐久性爱滋病毒。目前爱滋病治疗法采用多种药物并用，以延长药物的持续效果。
巴克球的效用能否持久令人担心，幸好巴克球的球面容易连接各种分子，因此科学家可藉改变形状，使巴克球更能欺骗爱滋病毒，更能与爱滋病毒对抗。
这种巴克球药物的效果如何虽不清楚，但我们用人工化学方法修饰巴克球以对抗爱滋病毒的变异，这个战略相当重要。
身怀各种绝技的武术家──枝状分子
能以化学方法修饰的分子不只巴克球，枝状分子也是能以化学方法修饰的分子之一。枝状分子形似没有叶子的阔叶树树枝，分枝多且均一，分枝多到一定程度则呈现球形，这种独特的性质使它们受到化学家喜爱。
, 百拇医药 从外观看来，枝状分子的造型颇为夸张，但是它们的基本单元相当单纯。有两种方法可以产生枝状分子，其中一种方法彷佛在洗衣夹的两个柄上夹上新的洗衣夹，不断地夹上新的洗衣夹使得枝状分子持续成长。
枝条的数量呈等比增加后，可在某些枝条上安装「武器」。各种利用枝状分子的研究正在进行，其中一个例子如下：
首先在一个枝状分子的枝条接上与病毒DNA(RNA)互补的DNA断片，使枝状分子可精准地附着在特定的对象上。
然后在第2个枝条上安装金属分子，这么一来，借着X光的照射，即可得知需要治疗的部位在何处。
最后于繁茂的枝条中藏入药物。枝状分子受到光照射，性质会改变，借着照射光，可控制枝状分子内部所隐藏药物的释放量。这种附着在特定部位后才释出强力药物的机制，称为药物递送系统(drug delivery system, DDS)。
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如此看来，枝状分子如同身怀各种绝技的武术家，本文介绍的仅是其中一例，其它应用尚多。
枝状分子不仅能与病原体作战，还具备携带、释放分子的能力，因此可用来制作人工血红素。另外，枝状分子枝条间环境的能量相当特殊，科学家正在研究，如何利用这种独特的环境性质引发特殊化学反应；这种特性将来可能应用在太阳能发电上。
只是，枝状分子也有缺点。如同前面所述，枝状分子的大小可逐渐加大，随着枝状分子加大，使其继续加大所需的基本单元将爆增，导致制作起来既费时又费钱。欲购买0.1克接有10层单元的枝状分子，可能得花上20万日元。
利用光与神经细胞“交谈”──量子点
前面提到枝状分子受到光照射会显现独特性质；说到光，我们不能忘记另一种特别的超小粒子──「量子点」，量子点具有受到某波长光的照射会放出另一波长光的性质。
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一般对量子点的研究集中在电子学领域，例如开发性能更佳的雷射、内存与晶体管等。若能好好利用量子点的特性，让量子点与神经细胞交换信号，或许还可制作出人工网膜。
量子点是由数百到数千个半导体原子集合所形成、大小仅数纳米的超小粒子，因为极小而具备相当有趣的性质。以量子力学来看，电子不仅是粒子，还具有波的特性，波长约为10纳米。如果将电子关在波长更小的量子点中，电子会如何动作呢？
打个简单比方，如同弹奏弦乐器，弦若越来越短，波长将跟着变短，音调随之升高。关在量子点中的电子也有同样的特性，箱子越小，电子的能量将往高处偏移(电子能阶的间隔加大)，因此对光更敏感，更可发出明亮的光。
量子点受到紫外线或红外线照射，会放出别种光，因此可用在生化实验上对实验物体进行标示。与过去的萤光蛋白质标示法相比，量子点较明亮而持久。
利用量子点通电后会发光的特性(反向亦可)，我们或许可让量子点和神经细胞沟通。神经细胞与量子点在外观上相当不同，但两者具有相同的性质，两者均可利用电子传送信号；也就是说，如果将量子点附着在神经细胞上，则神经细胞的电流会导致量子点发光，量子点受到光照射，又会向神经细胞传送电流。利用这种特性可开发出人工网膜等生化芯片。 本篇文章介绍了纳米科技在医疗上的各种应用，这些不同的应用有个共通点，那就是先从生物体的内部机制得到灵感再加以模仿。当然最终目标不限于模仿细胞，科学家还要进一步超越既有功能，让生物体的功能更多样化。, 百拇医药