综述：纳米技术在生物医学应用中的进展

《Frontiers in Nanotechnology》：Nanotechnology advances for biomedical applications

这篇综述系统阐述了纳米技术(NT)在生物医学领域的革命性进展，重点介绍了纳米材料(NMs)在药物递送系统(DDS)、疾病诊断(如MRI/CT/PET成像)、再生医学(如PLGA支架)及免疫治疗(如COVID-19 mRNA疫苗的脂质纳米颗粒LNP)中的应用。文章强调纳米材料凭借其独特的理化性质（如尺寸效应、表面修饰）实现了精准靶向治疗和高效诊断，同时指出其临床转化面临生物安全性、规模化生产及监管审批等挑战，并对人工智能(AI)驱动的智能纳米诊疗系统等未来方向进行了展望。

　　

纳米技术（Nanotechnology, NT）近年来已成为生物医学领域的革命性力量，为诊断、药物递送、组织工程和疾病治疗等复杂挑战提供了创新解决方案。通过操控1-100纳米尺度的材料，NT能够利用量子效应和表面相互作用产生独特的理化性质，从而突破传统医学的局限。

纳米材料在生物医学中的应用特性

纳米材料（NMs）的成功应用源于其尺寸依赖性特性。表面化学修饰允许药物功能化、配体靶向或成像剂偶联，实现与生物组织的特异性相互作用。光学特性（如荧光和等离子体共振）是成像和诊断工具的关键，而电学和导热性促进了电活性支架和热疗癌症治疗的发展。此外，纳米材料的机械性能（如柔韧性和韧性）使其适用于植入式设备。其形态模拟生物分子结构，尺寸效应有利于细胞摄取和生物分布，但长期生物安全性、稳定性及环境影响仍是未来研究的重点。

纳米药物递送系统的革新

NT通过设计纳米颗粒（NPs）、脂质体、树枝状聚合物等先进载体，显著提升了药物递送效率。这些载体可通过EPR效应（增强渗透性和滞留效应）靶向肿瘤组织，并通过pH、温度或酶响应实现可控释放。例如，聚乙二醇化（PEGylated）纳米颗粒可延长循环时间，而功能化脂质体（如胆质体Bilosomes）能克服胃肠道屏障，提高口服药物生物利用度。纳米载体还可负载siRNA或CRISPR-Cas9组件，用于基因治疗。然而，规模化生产的重复性、载体生物相容性及毒性仍是临床转化的关键挑战。

纳米技术在诊断领域的突破

NT推动了高灵敏度诊断工具的发展，如纳米生物传感器和微流控芯片（Lab-on-a-chip）。金纳米颗粒（Au-NPs）、量子点（QDs）和磁性纳米颗粒（Magnetic NPs）通过增强MRI、CT和PET成像的分辨率，实现分子水平疾病检测。纳米孔测序技术能够快速识别DNA/RNA序列，用于遗传病和癌症的早期诊断。此外，便携式纳米设备支持实时病原体检测，为床旁诊断（Point-of-care testing, POCT）提供可能。

组织工程与再生医学中的纳米技术

纳米支架（如PLGA、胶原纳米纤维）模拟天然细胞外基质（ECM），促进细胞附着、增殖和分化，应用于骨缺损修复和神经再生。纳米纤维电纺技术制造的伤口敷料具有高比表面积和可调孔隙率，能负载抗菌剂或生长因子，加速皮肤再生。3D生物打印结合纳米材料可定制个性化器官植入物，但血管化问题和支架复杂性仍需解决。

纳米免疫治疗与精准医疗

NT通过脂质纳米颗粒（LNPs）递送mRNA疫苗（如COVID-19疫苗），增强抗原呈递和免疫应答。在癌症免疫治疗中，纳米疫苗可激活树突状细胞（DCs），特异性杀伤肿瘤细胞。纳米载体还能递送免疫调节剂（如白细胞介素IL-2），用于自身免疫疾病治疗。结合基因组学和蛋白质组学数据，NT支持开发个体化治疗方案，实现精准医疗。

生物安全性与转化挑战

纳米材料的生物安全性取决于其尺寸、形状和表面化学性质。表面功能化（如PEGylation）可降低免疫原性，但长期毒性、生物累积性和环境残留问题仍需严格评估。FDA、EMA等监管机构要求纳米药物进行标准化毒性测试和临床验证。此外，规模化生产成本、伦理问题（如患者知情权）和医疗公平性也是从实验室到临床（Bench-to-bedside）转化的主要障碍。

未来展望：智能纳米系统的潜力

人工智能（AI）和机器学习（ML）将优化纳米载体设计，推动诊疗一体化（Theranostics）发展。刺激响应型纳米机器人和纳米传感器有望实现实时疾病监测和靶向治疗。绿色合成技术将降低纳米材料环境足迹。跨学科合作与全球监管协同是释放纳米生物技术潜力的关键，未来将在神经退行性疾病治疗、环境修复及农业健康等领域开辟新路径。

纳米技术的深度融合正重塑现代医疗范式，通过多尺度创新为人类健康带来突破性机遇。