金剛石為碳的同元素異形體，俗稱“金剛鉆”，也就是我們常說的鉆石，它是一種由純碳組成的礦物，屬原子晶體，金剛石是自然界中最堅硬的物質(zhì)。納米金剛石就是粒徑在1nm~100nm范圍內(nèi)的金剛石，是碳納米家族中的一個新的重要成員。

       納米金剛石具有硬度大、光學(xué)透明性、熱傳導(dǎo)性、電絕緣性、耐高壓和抗風(fēng)化等物理特性，這些獨特的性質(zhì)使得它在涂料、潤滑油、聚合物添加劑、電子器件、傳感器和電化學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

金剛石醫(yī)學(xué)應(yīng)用：肺癌組織的磁成像

       研究近年來，隨著科學(xué)家對納米金剛石生物學(xué)性能的研究，發(fā)現(xiàn)納米金剛石具有良好的生物相容性、低毒性和具有熒光但無光致漂白等特性。納米金剛石的這些優(yōu)良生物學(xué)特性、化學(xué)惰性以及它表面基因的可修飾性，使得它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用得到了許多科學(xué)家的廣泛關(guān)注，并且取得了突破性進展。

一、醫(yī)用刀具

       用于組織切除的手術(shù)刀具對材料的硬度、耐磨性、穩(wěn)定性與生物相容性等指標要求很高。金剛石材料不僅能滿足相關(guān)要求，而且以其制備的刀具在手術(shù)過程中對手術(shù)部位的擠壓、撕拉損傷小，傷口邊緣整齊、易愈合。目前，金剛石手術(shù)刀具主要用于眼科、神經(jīng)外科、骨科及口腔科，以及生物組織切片等。

牙科金剛石手術(shù)刀具

       二、醫(yī)用材料

       由于疾病、外傷或者自然衰老等原因，人體組織器官可能遭到損傷或者缺失。為代替這部分組織，人們研究用其他材料做成植入物植入人體，其中，植入物的材料至關(guān)重要：為滿足人體生理和力學(xué)環(huán)境，植入物材料要具有良好的耐磨性、抗腐蝕性、生物相容性甚至再生性能。根據(jù)植入組織的不同，植入材料的選擇也有所不同，包括樹脂材料、鈷、鉻、鎳、鈦等金屬或合金材料、不銹鋼以及金剛石材料等。

血管支架

       盡管鈦可為醫(yī)療級別和患者特定的植入物提供快速、準確和可靠的材料，但我們的身體有時會拒絕使用此材料。這是由于鈦上的化合物，阻止組織和骨有效地與生物醫(yī)學(xué)植入物相互作用。人造金剛石為這個問題提供了一個物美價廉的解決方案。

人工關(guān)節(jié)

       我們的身體很容易接受金剛石，并將其作為復(fù)雜材料界面的平臺。除了骨科外，金剛石還被用于包覆心血管支架–幫助保持心臟動脈暢通的導(dǎo)管–以及仿生學(xué)和假肢。

       三、蛋白質(zhì)的分離與純化

       納米金剛石有較大的比表面積，表面覆蓋著羧基、內(nèi)酯、羥基、酮和烷基等多種化學(xué)基團，對蛋白質(zhì)有著很高的親和力。與傳統(tǒng)的色譜方法分離純化蛋白質(zhì)相比，用納米金剛石分離純化蛋白質(zhì)具有以下優(yōu)點：簡化了純化蛋白質(zhì)的過程；將分離蛋白質(zhì)的時間減少到了30-40min；消除了使用特殊的色譜設(shè)備的必要性；使制備高純度、高產(chǎn)量的apoobelin與熒光素酶成為可能。

蛋白質(zhì)的分離與純化

       四、細胞標記與生物成像

       熒光細胞標記物在生命科學(xué)領(lǐng)域扮演著重要的角色，但許多可用的標記物在物理、化學(xué)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(xué)惰性、有熒光但無光致漂白、無毒性的優(yōu)勢。

免疫磁標記細胞磁成像研究

       納米金剛石在細胞標記與生物成像的研究方面具有很重要的應(yīng)用價值，它可以用于癌細胞與干細胞的標記與追蹤，也可以作為與細菌或細胞相互作用的熒光探針;同時，在細胞水平上，它還可以作為生物成像的載體將生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)發(fā)揮作用，而且可用于體內(nèi)的生物成像。

       五、生物傳感

       生物傳感器是一種利用生物物質(zhì)作為識別元件，將生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成定量的物理化學(xué)信號，從而能夠進行生命物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)檢測和監(jiān)控的裝置。隨著納米金剛石應(yīng)用范圍的擴大，許多研究人員發(fā)現(xiàn)了它在生物傳感方面的應(yīng)用價值。

       細胞級生物傳感器

       葡萄糖生物傳感器能夠簡單迅速的進行疾病診斷，對治療糖尿病有重要意義。非摻雜的納米金剛石修飾的金電極可作為一種電化學(xué)的葡萄糖傳感器。當納米金剛石具有體積微小、無毒性、弱堿性，利用核磁共振的原理，納米金剛石可作為一種優(yōu)于量子點的量子探針材料探測生命過程。

       六、基因傳輸與治療

       基因傳輸與治療的目的，是引入外源基因以補充缺陷基因或為體內(nèi)提供更多的生物功能。例如800 Da聚乙烯亞胺修飾的納米金剛石ND-PEI800，DNA可通過氫鍵或靜電作用固定在ND-PEI800上，然后被轉(zhuǎn)運進入細胞。與其他基因轉(zhuǎn)運載體相比，ND-PEI800對熒光素酶質(zhì)粒和綠色熒光蛋白質(zhì)質(zhì)粒都表現(xiàn)出了較高的轉(zhuǎn)運效率以及較低的毒性。納米金剛石可成為一種快速的、可擴展的、廣泛適用的基因傳輸工具。

       七、藥物傳輸與治療

       納米技術(shù)為藥物的傳輸提供了新的方式和途徑，納米金剛石可以與藥物以共價鍵或非共價鍵的方式結(jié)合，作為藥物傳輸工具將藥物轉(zhuǎn)運到靶細胞或靶器官而發(fā)揮作用。例如轉(zhuǎn)鐵蛋白與熒光納米金剛石共價結(jié)合后能通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進入細胞，其攝取機制是一種溫度、能量、網(wǎng)絡(luò)蛋白依賴的途徑，從而納米金剛石可作為一種特殊的細胞攝取與藥物傳輸?shù)墓ぞ摺?/p>

       八、癌癥診斷與治療

       納米粒表面能夠提供各種各樣的化學(xué)基團，供多種癌癥診斷與治療藥物以共價鍵或非共價鍵的方式結(jié)合，據(jù)此去設(shè)計和開發(fā)具有多功能化學(xué)基團的納米粒并用于腫瘤同步成像與治療，已經(jīng)成為目前癌癥藥物研究的主要目標。一些研究表明，抗癌藥物與納米金剛石連接后能夠減少毒副作用，提高靶向性并表現(xiàn)出較強的抗癌活性。

      九、細胞測溫

       金剛石晶體內(nèi)的單原子雜質(zhì)(通常被一個氮原子或一個空位所代替)對于溫度變化非常敏感，這樣的溫度波動對于保持量子比特來說可能是一種技術(shù)障礙，而將之用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的生物體溫度測量卻十分有用。基于納米金剛石粒子的高精度溫度差測量技術(shù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以幫助醫(yī)生們區(qū)別人體內(nèi)的致癌細胞并及時作出醫(yī)療診斷。

       納米金剛石表面具有很多的功能基團，隨著對這些基團修飾及處理方法的改進，可以得到人們所希望的表面特征，從而使其應(yīng)用價值得到更好的體現(xiàn)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V、更好的應(yīng)用前景。