纳米医用材料的发展背景可以追溯到对纳米科学和纳米技术研究的兴起。纳米科学和纳米技术在20世纪80年代末至90年代初开始引起广泛关注，随着人们对纳米尺度物质的独特性质和潜在应用的认识增加，纳米材料的制备和应用逐渐成为热点领域。
在医学领域，纳米材料展示出许多独特的属性和潜在应用，其特殊的表面性质、尺寸效应和结构特征使其在药物传递、诊断成像、组织工程和生物传感等领域具有广阔的前景。
纳米医用材料是指具有纳米效应的生物医用材料。这些材料可以是金属、氧化物、聚合物等，通常具有特殊的物理、化学和生物学属性，主要用于医学诊断和治疗，在医学领域具有广泛的应用潜力。由于纳米尺度下的材料具有较大的比表面积，所以纳米医用材料可以表现出独特的表面性质，如增强的附着性、活性和选择性，使它们在药物传递、组织工程和生物传感等方面具有优势。
以下是纳米医用材料的具体应用领域：
1. 药物传递系统：纳米粒子可以用作药物的载体，通过控制其大小、形状和表面化学特性，以实现药物在体内的定向输送和递送，提高药物的疗效和减少副作用。例如，脂质体和聚合物纳米颗粒可用于增强药物的溶解度、延长药物的血浆半衰期并减少药物的副作用。
2. 抗菌应用：纳米材料在抗菌应用方面具有潜力。纳米颗粒可以通过破坏细菌的细胞膜、抑制细菌生长和传播等方式实现抗菌效果。这对于预防和治疗感染具有重要意义。
3. 诊断和成像：纳米材料可以用于生物成像，包括磁共振成像（MRI）、荧光成像和X射线成像等。纳米颗粒可以标记生物分子或细胞，从而实现对生物组织和疾病的高灵敏度和高分辨率成像。
4. 组织工程：纳米材料可用于支架、纳米纤维和凝胶等形式，用于支持细胞的生长和组织再生。纳米纤维素和纳米支架的出现使得组织工程具有更好的机械性能和生物相容性，可用于细胞培养、生物打印和组织修复，促进组织再生和器官替代治疗。
综上所述，纳米医用材料的发展为医学领域带来了许多创新和应用的可能性，尽管还需要进一步的研究和评估，但其潜在的优势使其在改善疾病预防、诊断和治疗方面具有广阔的前景。
2、纳米医用材料的发展历程
纳米医用材料的发展历程可以追溯到两个方面：纳米材料的制备和纳米材料在医学领域中的探索和应用。
（一）纳米材料的制备
1980年代末至90年代初：随着纳米科学和纳米技术的兴起，研究人员开始关注纳米尺度下材料的制备方法。超细颗粒和纳米结构的制备方法得到了发展，如溶胶-凝胶法、物理气相沉积以及球磨法等。
1990年代至2000年代：纳米材料的制备方法不断改进和创新，包括溶液法、气相合成以及电化学方法等。这些方法使得纳米材料的尺寸、形貌和结构可以被精确控制，为纳米医用材料的开发提供了基础。
（二）纳米材料在医学应用中的探索和应用
2000年代初：人们开始认识到纳米材料在医学领域的潜在应用。研究人员开始探索纳米材料在药物传递、诊断成像、组织工程和生物传感等领域的应用。
1. 药物传递：纳米药物传递技术的发展可以分为不同阶段。第一阶段是20世纪末，应用硼脂纤维、脂质体等几种纳米粒子药物载体。第二阶段，应用聚合物、金属纳米粒子、碳纳米管等纳米材料，进一步提高了生物组织兼容性和靶向性。第三阶段，应用基于生物学、化学和物理学相结合的多层次技术，使得纳米粒子药物载体的构建更为灵活、稳定，可以实现药物在体内精准控制和释放。
2. 诊断成像：1990年代至2000年代初，研究人员开始将纳米粒子应用于MRI成像。2000年代初，荧光纳米颗粒的应用也开始在生物成像中得到关注，这些纳米颗粒可以通过激发和发射荧光来实现生物标志物的检测和跟踪。2005年，研究人员报道了金纳米颗粒在生物成像中的应用。金纳米颗粒不仅具有强烈的吸收和散射光学特性，还可以通过改变其尺寸和表面修饰来调控光学性质。2006年，量子点（Quantum Dots）纳米颗粒被用于生物成像，可以提供高亮度信号和长时间成像。
3. 组织工程：2000年代初，纳米组织材料开始在生物医学领域得到应用。研究人员开始制备纳米尺度的材料用于组织工程和再生医学等领域，以实现更好的治疗效果和组织修复。
4. 生物传感器：1990年代，科学家们开始研究利用纳米尺度的材料和结构来构建生物传感器。2000年代初，研究人员开发了各种纳米材料的生物传感器，如碳纳米管、量子点、纳米线、纳米孔等。2010年代，纳米生物传感器在医学诊断、环境监测和食品安全等领域得到广泛应用。
3、纳米医用材料的市场规模
近年来，我国纳米材料市场规模保持增长趋势，从2017年的891.7亿元增加到2021年的1848.2亿元。2022年，中国纳米材料的市场规模达到2031亿元，与2021年的市场规模相比增长了9.89%。
（数据来源：观知海内信息网）
纳米碳酸钙是一种新型的无机纳米材料，在医疗领域逐渐展露出多方面的应用潜力。以目前的粉体技术而言，纳米碳酸钙易于合成、表面可修饰性强，并且碳酸钙本身pH响应性敏锐，溶解性好，被广泛用作纳米载体和生物治疗。
近年来，随着碳酸钙的超细化、结构复杂化及表面改性技术的发展，其需求量呈不断增长的状态。据统计，2017年中国纳米碳酸钙的需求量为349万吨，到了2021年，中国纳米碳酸钙的需求量达到了490万吨，在纳米材料市场的占比未93.62%，较2017年增加141万吨。2022年，中国纳米碳酸钙的需求量将达到530万吨，较2021年增加40万吨。
（数据来源：观知海内信息网）
（数据来源：观知海内信息网）
纳米医用材料领域有许多重要的参与者，包括学术机构、研究实验室和医药公司等。其中学术机构和研究实验室包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学、加州大学旧金山分校等。医药公司包括强生、默克，以及一些专门从事纳米医疗材料研发和生产的公司，如Nanosphere、Nanobiotix和NanoString Technologies等。
4、纳米医用材料市场玩家
（一）强生/Johnson & Johnson
（来源：Johnson & Johnson官网）
强生（Johnson & Johnson）成立于1886年，是一家医疗健康企业，总部位于美国新泽西州新布仑兹维克市。公司业务涉及医疗器材、制药和消费品三大领域，在全球60个国家地区拥有260多家运营公司。作为一家全球领先的医疗技术和制药公司，强生在纳米医用材料领域投入了大量资源，并在纳米材料药物递送和医学成像等方面取得了进展。
（二）默克/Merck
（来源：Merck官网）
默克集团（Merck）创建于1668年，总部位于德国达姆施塔特市，是一家全球领先的科技公司，专注于医药健康、生命科学和高性能材料三大领域。默克在医药健康领域致力于发现、开发、制造和销售创新药物和生物药，治疗领域横跨神经科学与免疫学、肿瘤学、辅助生殖，以及心血管代谢与内分泌学。默克同样致力于纳米医用材料和纳米技术的研发和应用，尤其在纳米药物递送系统方面有所贡献。
（三）Nanosphere
（来源：Nanosphere官网）
Nanosphere于1999年在特拉华州成立，是一家以纳米技术为基础的医疗公司。公司开发和生产先进的分子诊断平台，使金纳米颗粒与寡核苷酸（DNA或RNA）或抗体的结合和功能化成为可能，这些寡核苷酸或抗体可分别用于检测核酸或蛋白质靶标。公司旗下的Verigene系统是一款全自动多病原芯片检测系统，将扩增，杂交和检测集成于一个检测卡盒中，一体化系统操作高效，可随时开启针对不同样本、不同综合症的检测。
（四）Nanobiotix
（来源：Nanobiotix官网）
Nanobiotix于2003年成立，是一家临床阶段生物技术公司，利用其专有的纳米技术，通过提高放射治疗的疗效来改变癌症治疗。公司旗下主要产品NBTXR3是一种功能化结晶氧化铪纳米颗粒的水悬浮液，用于在标准放疗前直接注射到恶性肿瘤中。当暴露在电离辐射下时，NBTXR3放大了辐射对局部肿瘤的杀伤效应，可能激发机体的免疫反应来对抗癌症。NBTXR3旨在提高放疗的整体疗效，而不会对周围健康组织产生额外的副作用。
（五）NanoString Technologies
（来源：NanoString Technologies官网）
Nanostring Technologies于2003年在特拉华州成立，总部位于美国西雅图，专注于开发、制造与销售生物信息产品与分析系统，用于同时对单个组织样本的数百个基因和蛋白质活性进行有效分析。NanoString拥有两大技术平台，数字化条码检测系统nCounter和数字化空间多靶标原位分析系统GeoMx DSP。nCounter系统可以一次检测多至800种目标DNA、RNA和蛋白质，已经广泛应用于各类转化医学研究项目。GeoMx DSP通过空间组学技术，可以在单张组织切片上一次性检测多达96个蛋白的原位表达水平，也可以测1000个以上RNA基因靶点的原位表达水平。
（六）NanoSight
（来源：Malvern Panalytical）
Malvern Panalytical公司由Malvern Instruments Ltd.和Panalytical B.V.于2017年合并成立，是X射线衍射分析仪器和X射线荧光光谱分析仪器及软件的主要供应商之一。公司旗下的NanoSight NS300采用独特的纳米颗粒跟踪分析NTA技术，可以对10-2000nm范围内的纳米颗粒进行快速实时动态检测，测量参数包括颗粒粒径、散射光强、浓度等，其独特的检测能力在蛋白质、外泌体、微泡、病毒及药物传递等领域具有广泛应用。NTA技术还可对荧光标记颗粒进行特定检测，而不受复杂环境的影响。
（七）Cardea Bio
（来源：Cardea Bio）
Cardea Bio（曾用名：Nanomedical Diagnostics）成立于2013年，总部位于美国圣地亚哥，是世界领先的生物传感器设备制造商，基于石墨烯进行数字生物传感器硬件、软件和分子基础检测设施的制造和开发。2016年，该公司开推出了新型疏水固载生物传感器FLEX，可与该公司的Agile R100非标记型个人测定系统组合使用。这款新型生物传感器可加快表面化学定制，从而缩短了IMP研究人员获得可靠体外动力学数据所需的时间。
5、结语
纳米医用材料的发展历程表明，纳米尺度下材料的特殊性质和潜在应用在医学领域引发了广泛的关注和研究。通过不断的创新和技术进步，纳米医用材料正在为医学诊断、治疗和组织工程提供新的解决方案，并为改善人类健康提供了更多机会。然而，纳米医用材料的应用仍面临着一些挑战，如生物相容性、安全性和监管问题等，需要进一步的研究和评估来确保其有效性和可持续性的发展。
