金剛石為(wei)碳的(de)(de)(de)(de)(de)同元(yuan)素異形體，俗(su)稱“金剛鉆”，也就是(shi)(shi)我們常說的(de)(de)(de)(de)(de)鉆石(shi)，它是(shi)(shi)一種由(you)純碳組(zu)成的(de)(de)(de)(de)(de)礦物(wu)，屬(shu)原子晶體，金剛石(shi)是(shi)(shi)自(zi)然界中最堅硬(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)。納(na)米金剛石(shi)就是(shi)(shi)粒徑在(zai)1nm~100nm范(fan)圍內的(de)(de)(de)(de)(de)金剛石(shi)，是(shi)(shi)碳納(na)米家族中的(de)(de)(de)(de)(de)一個新的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)成員。

       納米金(jin)剛石具有(you)硬(ying)度大、光學透明性、熱傳(chuan)導性、電絕緣性、耐(nai)高壓和抗風化等(deng)物理特(te)性，這些獨特(te)的性質(zhi)使得(de)它在涂(tu)料、潤滑油、聚(ju)合物添加劑、電子器(qi)(qi)件、傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)和電化學領域得(de)到(dao)了廣(guang)泛的應用。

金(jin)剛石醫學應用：肺癌組織的(de)磁成像

       研究(jiu)近年來，隨著科(ke)學(xue)(xue)(xue)家對納(na)(na)米金(jin)剛石生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)(xue)性(xing)能的(de)(de)(de)研究(jiu)，發(fa)現納(na)(na)米金(jin)剛石具有(you)良好的(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)相(xiang)容性(xing)、低(di)毒性(xing)和具有(you)熒光(guang)但無光(guang)致(zhi)漂(piao)白等特性(xing)。納(na)(na)米金(jin)剛石的(de)(de)(de)這些優良生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)(xue)特性(xing)、化學(xue)(xue)(xue)惰性(xing)以及它表面(mian)基因的(de)(de)(de)可修飾性(xing)，使(shi)得(de)它在(zai)生(sheng)物(wu)(wu)醫學(xue)(xue)(xue)領域的(de)(de)(de)應用得(de)到了許(xu)多科(ke)學(xue)(xue)(xue)家的(de)(de)(de)廣(guang)泛關注，并且取(qu)得(de)了突破性(xing)進展。

一、醫用刀具

       用(yong)(yong)于(yu)組(zu)織切除的(de)手(shou)術刀具對材料(liao)的(de)硬(ying)度、耐磨性(xing)、穩定(ding)性(xing)與(yu)生(sheng)物相容(rong)性(xing)等(deng)(deng)指標(biao)要(yao)求很(hen)高。金(jin)(jin)剛石材料(liao)不僅能滿足(zu)相關要(yao)求，而(er)且以其制備的(de)刀具在手(shou)術過程中對手(shou)術部位的(de)擠壓、撕拉(la)損傷小，傷口(kou)邊緣整齊、易愈合。目(mu)前(qian)，金(jin)(jin)剛石手(shou)術刀具主要(yao)用(yong)(yong)于(yu)眼科(ke)、神經外科(ke)、骨科(ke)及(ji)口(kou)腔科(ke)，以及(ji)生(sheng)物組(zu)織切片(pian)等(deng)(deng)。

牙科金剛石手術刀具

       二、醫用材料

       由于疾病、外傷(shang)或者(zhe)自然(ran)衰(shuai)老(lao)等(deng)原因(yin)，人(ren)體(ti)組織(zhi)器官可能(neng)(neng)遭(zao)到(dao)損傷(shang)或者(zhe)缺失。為(wei)代替(ti)這部分組織(zhi)，人(ren)們(men)研究用(yong)其他材料做成植(zhi)(zhi)入(ru)物(wu)植(zhi)(zhi)入(ru)人(ren)體(ti)，其中(zhong)，植(zhi)(zhi)入(ru)物(wu)的材料至關(guan)重要：為(wei)滿(man)足人(ren)體(ti)生(sheng)理和力學環(huan)境，植(zhi)(zhi)入(ru)物(wu)材料要具有(you)良好的耐磨性、抗(kang)腐蝕性、生(sheng)物(wu)相容(rong)性甚至再(zai)生(sheng)性能(neng)(neng)。根據植(zhi)(zhi)入(ru)組織(zhi)的不同，植(zhi)(zhi)入(ru)材料的選(xuan)擇也有(you)所不同，包(bao)括樹(shu)脂材料、鈷、鉻、鎳、鈦(tai)等(deng)金(jin)(jin)屬或合金(jin)(jin)材料、不銹鋼以及金(jin)(jin)剛石材料等(deng)。

血管支架

       盡管鈦可(ke)為(wei)醫(yi)療(liao)級別和(he)患者特定的(de)植入物(wu)提供(gong)快(kuai)速(su)、準確和(he)可(ke)靠的(de)材料，但(dan)我們的(de)身體有時會拒絕使用此(ci)材料。這是由于鈦上的(de)化合(he)物(wu)，阻止組(zu)織和(he)骨有效地與(yu)生物(wu)醫(yi)學植入物(wu)相互作(zuo)用。人造金剛石為(wei)這個(ge)(ge)問題提供(gong)了(le)一個(ge)(ge)物(wu)美價(jia)廉(lian)的(de)解(jie)決方案(an)。

人工關節

       我們的(de)身體很容(rong)易(yi)接受金剛石，并將其作為復雜材料界面的(de)平臺(tai)。除了骨科外，金剛石還被用(yong)于包覆(fu)心血管支架(jia)–幫助保(bao)持心臟動(dong)脈(mo)暢通(tong)的(de)導管–以(yi)及仿生學(xue)和假肢(zhi)。

       三、蛋白質的分離與純化

       納(na)米(mi)金剛(gang)石(shi)有(you)較大的(de)比(bi)表(biao)面積，表(biao)面覆(fu)蓋著羧(suo)基、內酯、羥基、酮和(he)烷基等多種化學基團，對蛋白(bai)(bai)(bai)質(zhi)有(you)著很高的(de)親(qin)和(he)力。與傳(chuan)統的(de)色譜(pu)方法(fa)分離(li)純(chun)化蛋白(bai)(bai)(bai)質(zhi)相比(bi)，用(yong)納(na)米(mi)金剛(gang)石(shi)分離(li)純(chun)化蛋白(bai)(bai)(bai)質(zhi)具有(you)以(yi)下優點：簡化了純(chun)化蛋白(bai)(bai)(bai)質(zhi)的(de)過程(cheng)；將(jiang)分離(li)蛋白(bai)(bai)(bai)質(zhi)的(de)時(shi)間減少到了30-40min；消除(chu)了使用(yong)特殊(shu)的(de)色譜(pu)設備的(de)必要性；使制備高純(chun)度、高產量的(de)apoobelin與熒光素(su)酶成為可能。

蛋白質的分離與純化

       四、細胞標記與生物成像

       熒(ying)光(guang)細胞標記物(wu)在生命科學(xue)領域扮演著重要(yao)的(de)角(jiao)色，但許多可用的(de)標記物(wu)在物(wu)理、化(hua)學(xue)以及毒性(xing)方(fang)面(mian)都存(cun)在著一定(ding)的(de)缺陷。納(na)(na)米金剛石作為一種(zhong)新(xin)型的(de)碳(tan)納(na)(na)米材料，具有化(hua)學(xue)惰性(xing)、有熒(ying)光(guang)但無光(guang)致漂白(bai)、無毒性(xing)的(de)優勢。

免疫(yi)磁標(biao)記(ji)細胞磁成像研究

       納米(mi)金剛石在(zai)(zai)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞標(biao)記(ji)與(yu)(yu)生(sheng)(sheng)物成像的(de)(de)研究(jiu)方面具有很(hen)重要的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)價(jia)值，它可以用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)癌(ai)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞與(yu)(yu)干細(xi)(xi)(xi)(xi)胞的(de)(de)標(biao)記(ji)與(yu)(yu)追蹤(zong)，也可以作為與(yu)(yu)細(xi)(xi)(xi)(xi)菌或細(xi)(xi)(xi)(xi)胞相互(hu)作用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)熒光探針;同時，在(zai)(zai)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞水平上，它還可以作為生(sheng)(sheng)物成像的(de)(de)載體(ti)(ti)將生(sheng)(sheng)物活性物質轉運到細(xi)(xi)(xi)(xi)胞內發揮作用(yong)(yong)(yong)(yong)，而且可用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)體(ti)(ti)內的(de)(de)生(sheng)(sheng)物成像。

       五、生物傳感

       生(sheng)物(wu)(wu)傳(chuan)感(gan)器是一種利用生(sheng)物(wu)(wu)物(wu)(wu)質(zhi)作為識別(bie)元件，將生(sheng)化反應(ying)轉變成定量的物(wu)(wu)理化學(xue)信號，從而能夠(gou)進行生(sheng)命物(wu)(wu)質(zhi)和化學(xue)物(wu)(wu)質(zhi)檢測和監控的裝置(zhi)。隨(sui)著納米金(jin)剛(gang)石應(ying)用范(fan)圍的擴大，許多研(yan)究人(ren)員發現了它在(zai)生(sheng)物(wu)(wu)傳(chuan)感(gan)方面(mian)的應(ying)用價值。

       細胞級生物傳感器

       葡(pu)萄糖(tang)(tang)生物(wu)傳(chuan)感器能夠簡單(dan)迅速的(de)進行疾(ji)病診斷(duan)，對治療糖(tang)(tang)尿病有重要意義。非(fei)摻雜的(de)納米金(jin)剛(gang)石(shi)修(xiu)飾(shi)的(de)金(jin)電(dian)極(ji)可作為一(yi)種(zhong)電(dian)化學(xue)的(de)葡(pu)萄糖(tang)(tang)傳(chuan)感器。當納米金(jin)剛(gang)石(shi)具有體(ti)積微小、無毒性、弱堿性，利用核磁共振的(de)原理，納米金(jin)剛(gang)石(shi)可作為一(yi)種(zhong)優于量(liang)子點的(de)量(liang)子探(tan)針材料探(tan)測生命過程。

       六、基因傳輸與治療

       基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)傳輸(shu)與治療(liao)的目的，是引(yin)入外源基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)以(yi)補(bu)充缺陷基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)或(huo)(huo)為體(ti)內提供(gong)更多的生(sheng)物功能。例如800 Da聚乙烯亞胺修飾(shi)的納米金剛石(shi)ND-PEI800，DNA可(ke)通過氫(qing)鍵或(huo)(huo)靜電作用(yong)固定在ND-PEI800上，然后被轉運進(jin)入細胞。與其他基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)轉運載體(ti)相比，ND-PEI800對熒(ying)光素酶(mei)質(zhi)(zhi)粒和綠(lv)色熒(ying)光蛋白質(zhi)(zhi)質(zhi)(zhi)粒都表現出了較(jiao)高的轉運效率以(yi)及較(jiao)低(di)的毒(du)性。納米金剛石(shi)可(ke)成為一種快速的、可(ke)擴展的、廣泛適用(yong)的基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)(yin)傳輸(shu)工具。

       七、藥物傳輸與治療

       納米(mi)技術為藥(yao)物的(de)(de)傳(chuan)輸提(ti)供了新(xin)的(de)(de)方式和(he)途(tu)徑，納米(mi)金(jin)(jin)剛石(shi)可以與藥(yao)物以共價鍵或(huo)非共價鍵的(de)(de)方式結合(he)，作為藥(yao)物傳(chuan)輸工(gong)具將藥(yao)物轉運到靶細胞或(huo)靶器官而(er)發揮作用(yong)。例(li)如轉鐵蛋(dan)(dan)白與熒光納米(mi)金(jin)(jin)剛石(shi)共價結合(he)后(hou)能通(tong)過受體(ti)介(jie)導的(de)(de)內吞作用(yong)進入細胞，其(qi)攝取機制是一(yi)種(zhong)溫度、能量、網(wang)絡蛋(dan)(dan)白依賴的(de)(de)途(tu)徑，從而(er)納米(mi)金(jin)(jin)剛石(shi)可作為一(yi)種(zhong)特(te)殊的(de)(de)細胞攝取與藥(yao)物傳(chuan)輸的(de)(de)工(gong)具。

       八、癌癥診斷與治療

       納(na)米粒表(biao)面能夠(gou)提供各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)化學基團(tuan)(tuan)，供多種癌(ai)(ai)癥診(zhen)斷與(yu)治(zhi)療藥物(wu)以共價鍵(jian)(jian)或非共價鍵(jian)(jian)的(de)(de)方式結合，據此去設(she)計和開發具有多功能化學基團(tuan)(tuan)的(de)(de)納(na)米粒并(bing)用(yong)于(yu)腫瘤同步成(cheng)像與(yu)治(zhi)療，已經成(cheng)為目前癌(ai)(ai)癥藥物(wu)研究的(de)(de)主要目標。一些研究表(biao)明，抗(kang)癌(ai)(ai)藥物(wu)與(yu)納(na)米金剛石(shi)連(lian)接后能夠(gou)減少(shao)毒副(fu)作用(yong)，提高靶向性(xing)并(bing)表(biao)現出較強的(de)(de)抗(kang)癌(ai)(ai)活(huo)性(xing)。

      九、細胞測溫

       金剛(gang)(gang)石晶(jing)體內的單原(yuan)子雜(za)質(通(tong)常被一個氮原(yuan)子或(huo)一個空位所代替)對于(yu)溫(wen)度(du)變化非(fei)常敏(min)感，這樣的溫(wen)度(du)波動對于(yu)保持量子比特來(lai)說可能是(shi)一種技術(shu)障(zhang)礙(ai)，而將之用于(yu)醫(yi)(yi)學領(ling)域(yu)的生(sheng)物體溫(wen)度(du)測(ce)量卻十(shi)分有用。基于(yu)納米金剛(gang)(gang)石粒子的高精度(du)溫(wen)度(du)差測(ce)量技術(shu)，在醫(yi)(yi)學領(ling)域(yu)可以幫助醫(yi)(yi)生(sheng)們區別人(ren)體內的致癌細胞(bao)并及(ji)時作出醫(yi)(yi)療診斷。

       納米金剛(gang)石表面具有(you)很多的功能基(ji)團，隨(sui)著對這(zhe)些(xie)基(ji)團修飾及處理方法的改進，可以得到人們所(suo)希(xi)望的表面特征，從(cong)而使(shi)其(qi)應用價值(zhi)得到更(geng)好(hao)的體(ti)現，在生物醫學(xue)領域(yu)將有(you)更(geng)廣、更(geng)好(hao)的應用前景。