由於奈米材料具有獨特的光、磁、電、熱效能，可用於產生不同型別的檢測訊號、放大檢測訊號的強度及簡化檢測過程等，因此基於奈米材料或奈米器件的體外診斷技術目前也逐步在出現在IVD產品中。

本推送主要介紹目前奈米技術主要的醫學應用及為什麼奈米材料能夠提高體外診斷產品的效能。

什麼是奈米技術

奈米技術（Nanotechnology）是一門應用科學，其目的在於研究於奈米規模時，物質和裝置的設計方法、組成、特性以及應用。隨著物質尺寸的減小，一系列的物理現象顯現出來，這其中包括統計力學效應和量子力學效應。體外診斷應用較多的金奈米顆粒與宏觀尺寸的金就具有效能的顯著差異，其光學效能被廣泛的應用於體外診斷的各個應用領域。量子點和上轉換顆粒之所以受到大家重視也是因為其獨特的熒光效能。磁奈米顆粒在免疫和分子診斷中的應用更是遍地開花。這些都是由於奈米尺度的物質所具有的特殊效能。

奈米科技主要研究的內容有奈米材料及其效能應用研究、奈米器件及其效能應用研究以及奈米結構的檢測和表徵手段。由於奈米技術實在是一個非常龐大的技術，我僅以其在醫療領域的應用做簡單介紹。簡單來講，奈米技術目前在醫學檢測、成像、治療、器件、組織工程上具有較廣的研究。

奈米技術的醫學應用

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奈米檢測

奈米檢測主要是利用奈米材料或結構對現有技術進行改善，以便於更好的滿足疾病診斷需求。其中最廣為人熟知的奈米材料有

金奈米顆粒、磁奈米顆粒、量子點、上轉換顆粒

等，目前很多體外診斷技術都或多或少的利用這些奈米材料進行疾病的診斷。

金奈米顆粒常見於膠體金試紙條，但也有部分企業使用金奈米的電化學效能進行檢測。磁奈米顆粒常用於富集純化人們感興趣的物質，在免疫和分子都有大量應用。也有企業用磁奈米顆粒的磁訊號進行疾病檢測。量子點和上轉換具有獨特的熒光性質，目前常用於開發新的POCT平臺。

另一種思路是利用奈米材料或者結構的獨特效能開發新的檢測技術平臺。其中最廣為人熟知的是

nanopore的奈米孔測序平臺

。技術原理是DNA或RNA片段透過奈米級的小孔時，透過監測位移過程中電流的波動用於確定DNA或RNA序列。但這個平臺具有了解屬於“風聲大，雨點小”的代表，當然也可能是我對他的市場情況不太清楚。

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奈米成像

奈米成像就是利用奈米材料獨特的核磁效能、光學、聲學效能進行生物體內的生理結構進行視覺化成像。這其中應用最廣的就是鐵基磁性奈米材料。鐵基磁性奈米材料相較於其他材料具有更好安全性，還可以根據不同需求設計出豐富多樣的形狀和尺寸。除了常用的MRI以外，還開發了磁粉成像MPI，磁動力成像等新的成像方式。

其它無機奈米材料由於其生物安全性等因素，目前還主要在科研上使用。儘管量子點、上轉換顆粒等獨特的熒光性質在組織成像上有很大優勢，但目前很難真正用於生物組織成像。

目前聚集誘導發光AIE，奈米化的造影劑，生物自組裝及可降解奈米載體的研究大大提高了奈米成像的應用潛力。

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奈米治療

奈米腫瘤治療絕對是目前奈米醫學研究最火的領域。精準醫療、奈米診療、診療一體化、藥物載體都是這個領域最重要的關鍵詞。從最開始的無機奈米材料發展到如今的自組裝可降解奈米材料，奈米藥物載體的發展為奈米治療帶來了無限的可能。

2018年度中國科學十大進展中，就包括國家奈米科學中心等研發的DNA奈米摺紙術專案。這種生物安全性高、可降解的藥物載體不僅提供了靶向治療的能力，對身體的副作用也降到最低。

結合奈米成像和奈米治療的平臺對於精準醫療有很大的推動作用，儘管目前大部分都屬於研究階段，且個人認為基本上臨床潛力很小。但仍然有一些奈米藥物得以推廣使用，如

Doxil、Abraxane、EMMEND、Zirconium Oxide

等，這些基本上都是美國製藥企業研發出來的。目前大部分好的研究組基本上已經轉向開發可降解、生物來源的奈米載體上，未來這個領域仍然是值得關注的。

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奈米器件和組織工程

奈米器件在醫學上炒的最熱的就是奈米機器人，但離真正的應用還太少，基本屬於科研概念。其它含有奈米材料的器件就太多了，最簡單的有奈米銀抗菌敷料等。但其實奈米銀本身生物安全性並不算好，因此這種材料我個人不是特別推薦使用。

組織工程我瞭解的有奈米醫用陶瓷，奈米羥基磷灰石等奈米材料。結合生物3D列印等技術，在人造骨頭，牙齒等有一定的應用潛力。奈米器件和組織工程這兩部分基本屬於研究狀態，由於該公總號主要介紹企業採用的相關技術，在這裡就不詳細探討。

當奈米遇見體外診斷

體外診斷，即IVD（In Vitro Diagnosis），是指在人體之外，透過對人體樣本（血液、體液、組織等）進行檢測而獲取臨床診斷資訊，進而判斷疾病或機體功能的產品和服務。奈米技術的應用，基本上都是為了使得體外診斷平臺具有更低的檢測限、更快的反應時間、更強的選擇性等。目前IVD企業其實或多或少都用到一些奈米材料，這其中以金奈米、磁奈米顆粒、上轉換、量子點等材料最為熱門。目前很大部分單分子診斷技術也都依賴於奈米材料的應用。

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檢測限

奈米材料往往具有比較特殊的理化效能，在體外診斷中是具有一定的優勢的。目前上轉換熒光定量檢測就比普通的膠體金在靈敏度上有一定優勢，可實現半定量或者定量檢測的目的。其次奈米材料由於其巨大的比表面積，使得反應位點得以暴露，增大的反應面積和反應活性，對檢測更低濃度的標誌物是有很大幫助的。磁顆粒和均相化學發光的應用基本上都有利用這一特性。

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反應時間

不管是任何反應，都需要分子之間的相互碰撞得以完成。奈米顆粒一方面以其比表面積提供反應位點，一方面可利用外部驅動力實現液體的高效混合。這方面磁性奈米顆粒算是最成功的應用代表。通常而言，利用磁顆粒進行富集或者反應都能大大縮短檢測的時間。

還有一個例子是之前介紹的GNA Biosolutions獨創的脈衝控制擴增技術 （Pulse Controlled Amplification–PCA）。PCA具體原理是使用短時脈衝使金奈米顆粒產生熱量用於PCR反應。這種脈衝熱量非常迅速，且很容易消散到溶液中，僅可有效地加熱與其表面結合的引物或擴增子。一旦鐳射束停止照射奈米顆粒，它們立即冷卻至反應溶液的設定溫度。因此，反應的大量液體就可被用作內建冷卻儲器。PCA可大大縮短PCR反應所需時間。

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選擇性

從本質上看，體外診斷所依賴的選擇性其實是由生物分子識別作用力和特異性決定的。生物識別元件（酶、抗體、抗原、蛋白、核酸、受體、細胞、微生物、動植物組織等）固定在換能器上，當待測物與生物識別元件發生特異性反應後，透過換能器將所產生的反應結果轉變為可以輸出、檢測的電訊號和光訊號等，以此對待測物質進行定性和定量分析，從而達到檢測分析的目的。奈米技術本質上提供了一種很好的訊號轉換平臺，可以從更小尺度上對訊號進行控制和改善。這點在均相化學發光平臺上體現最為明顯。

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