納米醫用材料的發展背景可以追溯到對納米科學和納米技術研究的興起。納米科學和納米技術在20世紀80年代末至90年代初開始引起廣泛關注，隨著人們對納米尺度物質的獨特性質和潛在應用的認識增加，納米材料的制備和應用逐漸成為熱點領域。
在醫學領域，納米材料展示出許多獨特的屬性和潛在應用，其特殊的表面性質、尺寸效應和結構特征使其在藥物傳遞、診斷成像、組織工程和生物傳感等領域具有廣闊的前景。
納米醫用材料是指具有納米效應的生物醫用材料。這些材料可以是金屬、氧化物、聚合物等，通常具有特殊的物理、化學和生物學屬性，主要用于醫學診斷和治療，在醫學領域具有廣泛的應用潛力。由于納米尺度下的材料具有較大的比表面積，所以納米醫用材料可以表現出獨特的表面性質，如增強的附著性、活性和選擇性，使它們在藥物傳遞、組織工程和生物傳感等方面具有優勢。
以下是納米醫用材料的具體應用領域：
1. 藥物傳遞系統：納米粒子可以用作藥物的載體，通過控制其大小、形狀和表面化學特性，以實現藥物在體內的定向輸送和遞送，提高藥物的療效和減少副作用。例如，脂質體和聚合物納米顆粒可用于增強藥物的溶解度、延長藥物的血漿半衰期并減少藥物的副作用。
2. 抗菌應用：納米材料在抗菌應用方面具有潛力。納米顆粒可以通過破壞細菌的細胞膜、抑制細菌生長和傳播等方式實現抗菌效果。這對于預防和治療感染具有重要意義。
3. 診斷和成像：納米材料可以用于生物成像，包括磁共振成像（MRI）、熒光成像和X射線成像等。納米顆粒可以標記生物分子或細胞，從而實現對生物組織和疾病的高靈敏度和高分辨率成像。
4. 組織工程：納米材料可用于支架、納米纖維和凝膠等形式，用于支持細胞的生長和組織再生。納米纖維素和納米支架的出現使得組織工程具有更好的機械性能和生物相容性，可用于細胞培養、生物打印和組織修復，促進組織再生和器官替代治療。
綜上所述，納米醫用材料的發展為醫學領域帶來了許多創新和應用的可能性，盡管還需要進一步的研究和評估，但其潛在的優勢使其在改善疾病預防、診斷和治療方面具有廣闊的前景。
2、納米醫用材料的發展歷程
納米醫用材料的發展歷程可以追溯到兩個方面：納米材料的制備和納米材料在醫學領域中的探索和應用。
（一）納米材料的制備
1980年代末至90年代初：隨著納米科學和納米技術的興起，研究人員開始關注納米尺度下材料的制備方法。超細顆粒和納米結構的制備方法得到了發展，如溶膠-凝膠法、物理氣相沉積以及球磨法等。
1990年代至2000年代：納米材料的制備方法不斷改進和創新，包括溶液法、氣相合成以及電化學方法等。這些方法使得納米材料的尺寸、形貌和結構可以被精確控制，為納米醫用材料的開發提供了基礎。
（二）納米材料在醫學應用中的探索和應用
2000年代初：人們開始認識到納米材料在醫學領域的潛在應用。研究人員開始探索納米材料在藥物傳遞、診斷成像、組織工程和生物傳感等領域的應用。
1. 藥物傳遞：納米藥物傳遞技術的發展可以分為不同階段。第一階段是20世紀末，應用硼脂纖維、脂質體等幾種納米粒子藥物載體。第二階段，應用聚合物、金屬納米粒子、碳納米管等納米材料，進一步提高了生物組織兼容性和靶向性。第三階段，應用基于生物學、化學和物理學相結合的多層次技術，使得納米粒子藥物載體的構建更為靈活、穩定，可以實現藥物在體內精準控制和釋放。
2. 診斷成像：1990年代至2000年代初，研究人員開始將納米粒子應用于MRI成像。2000年代初，熒光納米顆粒的應用也開始在生物成像中得到關注，這些納米顆粒可以通過激發和發射熒光來實現生物標志物的檢測和跟蹤。2005年，研究人員報道了金納米顆粒在生物成像中的應用。金納米顆粒不僅具有強烈的吸收和散射光學特性，還可以通過改變其尺寸和表面修飾來調控光學性質。2006年，量子點（Quantum Dots）納米顆粒被用于生物成像，可以提供高亮度信號和長時間成像。
3. 組織工程：2000年代初，納米組織材料開始在生物醫學領域得到應用。研究人員開始制備納米尺度的材料用于組織工程和再生醫學等領域，以實現更好的治療效果和組織修復。
4. 生物傳感器：1990年代，科學家們開始研究利用納米尺度的材料和結構來構建生物傳感器。2000年代初，研究人員開發了各種納米材料的生物傳感器，如碳納米管、量子點、納米線、納米孔等。2010年代，納米生物傳感器在醫學診斷、環境監測和食品安全等領域得到廣泛應用。
3、納米醫用材料的市場規模
近年來，我國納米材料市場規模保持增長趨勢，從2017年的891.7億元增加到2021年的1848.2億元。2022年，中國納米材料的市場規模達到2031億元，與2021年的市場規模相比增長了9.89%。
（數據來源：觀知海內信息網）
納米碳酸鈣是一種新型的無機納米材料，在醫療領域逐漸展露出多方面的應用潛力。以目前的粉體技術而言，納米碳酸鈣易于合成、表面可修飾性強，并且碳酸鈣本身pH響應性敏銳，溶解性好，被廣泛用作納米載體和生物治療。
近年來，隨著碳酸鈣的超細化、結構復雜化及表面改性技術的發展，其需求量呈不斷增長的狀態。據統計，2017年中國納米碳酸鈣的需求量為349萬噸，到了2021年，中國納米碳酸鈣的需求量達到了490萬噸，在納米材料市場的占比未93.62%，較2017年增加141萬噸。2022年，中國納米碳酸鈣的需求量將達到530萬噸，較2021年增加40萬噸。
（數據來源：觀知海內信息網）
（數據來源：觀知海內信息網）
納米醫用材料領域有許多重要的參與者，包括學術機構、研究實驗室和醫藥公司等。其中學術機構和研究實驗室包括麻省理工學院（MIT）、斯坦福大學、加州大學舊金山分校等。醫藥公司包括強生、默克，以及一些專門從事納米醫療材料研發和生產的公司，如Nanosphere、Nanobiotix和NanoString Technologies等。
4、納米醫用材料市場玩家
（一）強生/Johnson & Johnson
（來源：Johnson & Johnson官網）
強生（Johnson & Johnson）成立于1886年，是一家醫療健康企業，總部位于美國新澤西州新布侖茲維克市。公司業務涉及醫療器材、制藥和消費品三大領域，在全球60個國家地區擁有260多家運營公司。作為一家全球領先的醫療技術和制藥公司，強生在納米醫用材料領域投入了大量資源，并在納米材料藥物遞送和醫學成像等方面取得了進展。
（二）默克/Merck
（來源：Merck官網）
默克集團（Merck）創建于1668年，總部位于德國達姆施塔特市，是一家全球領先的科技公司，專注于醫藥健康、生命科學和高性能材料三大領域。默克在醫藥健康領域致力于發現、開發、制造和銷售創新藥物和生物藥，治療領域橫跨神經科學與免疫學、腫瘤學、輔助生殖，以及心血管代謝與內分泌學。默克同樣致力于納米醫用材料和納米技術的研發和應用，尤其在納米藥物遞送系統方面有所貢獻。
（三）Nanosphere
（來源：Nanosphere官網）
Nanosphere于1999年在特拉華州成立，是一家以納米技術為基礎的醫療公司。公司開發和生產先進的分子診斷平臺，使金納米顆粒與寡核苷酸（DNA或RNA）或抗體的結合和功能化成為可能，這些寡核苷酸或抗體可分別用于檢測核酸或蛋白質靶標。公司旗下的Verigene系統是一款全自動多病原芯片檢測系統，將擴增，雜交和檢測集成于一個檢測卡盒中，一體化系統操作高效，可隨時開啟針對不同樣本、不同綜合癥的檢測。
（四）Nanobiotix
（來源：Nanobiotix官網）
Nanobiotix于2003年成立，是一家臨床階段生物技術公司，利用其專有的納米技術，通過提高放射治療的療效來改變癌癥治療。公司旗下主要產品NBTXR3是一種功能化結晶氧化鉿納米顆粒的水懸浮液，用于在標準放療前直接注射到惡性腫瘤中。當暴露在電離輻射下時，NBTXR3放大了輻射對局部腫瘤的殺傷效應，可能激發機體的免疫反應來對抗癌癥。NBTXR3旨在提高放療的整體療效，而不會對周圍健康組織產生額外的副作用。
（五）NanoString Technologies
（來源：NanoString Technologies官網）
Nanostring Technologies于2003年在特拉華州成立，總部位于美國西雅圖，專注于開發、制造與銷售生物信息產品與分析系統，用于同時對單個組織樣本的數百個基因和蛋白質活性進行有效分析。NanoString擁有兩大技術平臺，數字化條碼檢測系統nCounter和數字化空間多靶標原位分析系統GeoMx DSP。nCounter系統可以一次檢測多至800種目標DNA、RNA和蛋白質，已經廣泛應用于各類轉化醫學研究項目。GeoMx DSP通過空間組學技術，可以在單張組織切片上一次性檢測多達96個蛋白的原位表達水平，也可以測1000個以上RNA基因靶點的原位表達水平。
（六）NanoSight
（來源：Malvern Panalytical）
Malvern Panalytical公司由Malvern Instruments Ltd.和Panalytical B.V.于2017年合并成立，是X射線衍射分析儀器和X射線熒光光譜分析儀器及軟件的主要供應商之一。公司旗下的NanoSight NS300采用獨特的納米顆粒跟蹤分析NTA技術，可以對10-2000nm范圍內的納米顆粒進行快速實時動態檢測，測量參數包括顆粒粒徑、散射光強、濃度等，其獨特的檢測能力在蛋白質、外泌體、微泡、病毒及藥物傳遞等領域具有廣泛應用。NTA技術還可對熒光標記顆粒進行特定檢測，而不受復雜環境的影響。
（七）Cardea Bio
（來源：Cardea Bio）
Cardea Bio（曾用名：Nanomedical Diagnostics）成立于2013年，總部位于美國圣地亞哥，是世界領先的生物傳感器設備制造商，基于石墨烯進行數字生物傳感器硬件、軟件和分子基礎檢測設施的制造和開發。2016年，該公司開推出了新型疏水固載生物傳感器FLEX，可與該公司的Agile R100非標記型個人測定系統組合使用。這款新型生物傳感器可加快表面化學定制，從而縮短了IMP研究人員獲得可靠體外動力學數據所需的時間。
5、結語
納米醫用材料的發展歷程表明，納米尺度下材料的特殊性質和潛在應用在醫學領域引發了廣泛的關注和研究。通過不斷的創新和技術進步，納米醫用材料正在為醫學診斷、治療和組織工程提供新的解決方案，并為改善人類健康提供了更多機會。然而，納米醫用材料的應用仍面臨著一些挑戰，如生物相容性、安全性和監管問題等，需要進一步的研究和評估來確保其有效性和可持續性的發展。
