纳米生物医药科技发展战略思考

自20世纪90年代初开始致力于临床医学工程课题研究，取得了两项具有原创意义的成果，即定向微爆破碎肝胆管内结石和大肠早癌激光诱导自体荧光内镜下诊断系统，均获得湖南省科学技术进步一等奖。1994年开始的阿霉素磁性纳米粒治疗肝癌技术取得了突破性成果，积极推动了我国纳米生物医药技术的发展。纳米科技的迅速发展将极大地促进科学技术的重大发展和革新，引发信息技术、生物技术、生态环境技术等领域的技术革命和跨越式发展，并将可能带动下一次的工业革命。纳米科技将可能与生物技术一道促进新兴产业的发展，是未来高技术产业的制高点和国民经济的动力源泉。据权威的研究报告显示，2000年纳米技术对全世界GDP的贡献为4000亿美元，预测2010年纳米技术对美国GDP的贡献将达到10000亿美元，日本纳米技术的国内市场规划也将达到273000亿日元。因此，纳米科技的发展将在21世纪对社会、经济发展、国家安全以及人们的生活和生产方式带来巨大的影响。

■ 国际纳米科技竞争日益激烈

1.国际纳米科技发展新特点

自2001年以来，各国政府在实施国家纳米科技的发展战略和计划中取得了宝贵的经验，进一步明确了纳米科技发展的战略图，建立了国家层面的协调与指导机构，整合了研究队伍、建立了公共研究与开发平台。通过执行国家级的纳米科技计划和重大项目，纳米科技的研究与开发工作取得了重要的进展，研究成果引起了大企业或公司的密切关注，为主导将来的产品市场，大企业或公司加强了与产品有关的应用研究，非政府投资基金与风险基金在纳米科技研发和有关企业的投资大大增加。在全世界的范围内，国际合作有所加强，发达国家仍然是纳米科技发展的主要力量。国际上纳米科技发展的新趋势可总结为以下几点：

政府投入明显增加：美欧和亚太地区各国政府在2002年投入纳米科技的研究经费与2001年相比平均增长40％。为有效地使用研究经费，协调各部门的研究项目，有些国家建立了官方的指导、协调机构或采取立法的形式，规定了后三年内的政府投入，如美国参议院在2003年3月通过立法规定了美国在2003－2005年期间，政府在纳米科技的总投入为23.6亿美元。

基础研究发展势力强劲，应用与开发明显增长，专利战已提前开始：各国政府在重视基础研究的同时，加强了纳米技术应用与开发研究，鼓励利用纳米技术改造传统产业工艺和形成新生产业，并通过具有独享性的专利技术占领国内外市场。从反映纳米科技基础研究的SCI论文数量情况来看，纳米科技方面的研究论文在此期间有了明显的增长。根据对自1997年1月至2003年7月各国有纳米科技的论文数的检索结果，2003年前7个月的论文总数已超过了2000年全年的数目；自1999年后，全世界发表论文的前13个国家或地区的论文总数以年增长率约30％增加。1997年全世界的国际纳米科技专利总数约89000件，在所有的专利中，化学／催化／制药方面为18784件，2000年后专利数明显地增长。

企业投资快速增长：全世界在2002年企业或非政府的渠道在纳米技术领域的总投资达到20亿美元，超过了政府的净投资12亿美元。在全球“财富”杂志500强中，有200余家企业集团在不同程度上参与了纳米科技产业化的竞争。同时，风险基金投资于纳米技术领域逐年增加，每年约增加30％。2002年风险基金投入在纳米技术上的投资量为10亿美元，比2000年的投资量增加一倍。通过对纳米科技的R＆D的投入，跨国企业获得的纳米科技专利在近两年有明显的增加。

2.国际纳米生物医药科技发展重点

从2000年开始的美国国家纳米技术行动计划，是美国将纳米科学技术提升到革命性高度的重要标志，除了用于航空、航天遥测制导领域，纳米生物技术是重点研究领域，其中将纳米生物医药列为了突破重点。美国国家卫生研究院（NIH）2001年专门组织了“纳米科技与生物医学”的研讨会，具体讨论了当前纳米生物学的发展状况和应用前景，提出了包括基本技术和方法、疾病早期检测、纳米仿生、组织工程中关键纳术技术、人机通讯中的纳米技术、纳米药物输运和治疗等前沿领域，得出了“纳米科技将导致新的生物学和生物工程”的结论。NIH在2002年度科研项目计划中，超过50％的经费是针对生物恐怖的，其中多数的项目完成希望借助纳米技术。美国国家癌症研究所（NIC）的计划，目前非常重要的方面是希望借助纳米技术，主要包括纳米颗粒材料技术以及纳米传感器技术，形成一些新的、针对恶性肿瘤的早期诊断与治疗技术。另外一些有影响的成果包括碳纳米管做成人工耳蜗式的听诊器、基于Dip－Pen技术制备成功蛋白质分子的纳米阵列、应用于组织工程的多肽分子自发组装形成的三维网状纳米纤维、单DNA分子马达、羟基磷灰石人工骨表面合成肽等。

欧盟2002年正式推出了第6框架计划（2002－2006年），将致力于增强纳米科学方面的国际地位，旨在将科学发展的成果转化为产业界的实际竞争优势。纳米生物技术的研究重点包括先进的药物传递方式、具有生物实体的纳米电子学、生物实体的界面、生物实体的电子探测、生物分子或复合物的处理操纵和探测。

英国政府2001年决定增加1800万英镑，加强纳米技术领域的合作研究，在两个新建的纳米技术合作研究组织中分配。一个由牛津大学牵头，主要从事生物纳米技术研究；另一个由剑桥大学牵头，主要从事纳米技术研究。例如，诺丁汉大学在现有的扫描探针显微镜的基础上发展了一系列的表面成像和高分辨率显微镜，其研究内容主要是分子的动力学行为和由于环境变化而对分子的结构和功能所产生的变化。在分子间作用和界面性能方面，他们利用光镊进行了分子力的研究、利用等离子激光共振结合近场光学显微术进行了界面上化学和分子反应的空间分析，并且借助于低温原子力显微镜对单个蛋白分子进行了超高分辨率成像研究。

德国新研究计划的目标是开发出新的微型功能产品，重点之一是研制出用于诊疗可摧毁肿瘤细胞的纳米靶向给药系统、用于诊断受感染的人体血液中抗体形成的纳米生物传感器、用于治疗癌症和各种心血管疾病的有关纳米器件。已经在纳米粒子治疗癌症方面取得了重要进展，将纳米粒子通过生物亲和物包裹，外接一定的抗体，通过抗体能够准确地找到肿瘤细胞的位置。

日本实施“纳米科技综合支援计划”，意在最大限度地发挥各科研机关的潜在能力，组织联合攻关，建设特殊研究设施等措施，促进纳米技术研究的发展。纳米生物技术重点领域包括对体内病灶进行诊断和治疗的微小系统、仿生材料、观察各种生物现象及应用生物机制的纳米技术。厚生劳动省在2002年度的预算案中首次核算了13亿8400万日元用于纳米医学领域研究费用，指定课题包括：通过使用纳米尺度的表征测量技术解析蛋白质等生物分子，用于医疗诊断；手术用机器人等面向未来医疗设备的纳米尺度器件；药物输运系统等。值得注意的是，日本政府从2002年度起专门实施了“纳米医疗器械开发计划”，开发毫米级的内窥镜等各种微型医疗器械，力争5～10年后达到实用化水平。具体项目主要有：直径1毫米的微型内窥镜以及能够达到体内深处的其它微型医疗器械、能够观察蛋白质活动状况的超精细细胞图像装置、能够高效地把药物送到病灶细胞的给药系统等。3.纳米生物医药技术的突破①在分子生物学上产生重大突破

通过应用纳米技术，在DNA检测时，可免去传统的PCR扩增步骤，达到快速、准确。

美国NASAAmesCenterforNanotechnology将碳纳米管用于基因芯片，可以在单位面积上连接更多的探针，与传统的基因芯片相比，它具有无可比拟的优点：

●无需进行标记；

●敏感性更高，样本需要量低于1000个DNA分子；传统DNA检测的样本需要量超过106个DNA分子；

●需要的样品量更少，可以免去传统的PCR扩增步骤；

●结果可靠，重复性好；

●操作简单，易实现检测自动化。

其基本原理是：连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交捕获特异性的靶DNA或RNA，靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极，电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。②更灵敏的传感器

由美国国防部资助开发的单壁纳米管传感器，各种性能大大超过传统的传感器，已应用于反恐和战地快速检测：

●对NO 2.等气体的检测值可达44ppb，而传统传感器只能测到ppm级，灵敏度提高20倍以上；

●能耗低于1mW，传统传感器能耗则以Watt计；

●重复性和可靠性更高；

●所需的成本更低：传统传感器需大约40美元，而现在不到5美元。③已上市的纳米医用仪器纳米无创注射器

应用功能化纳米管阵列研制的无创注射器，由于直接进入人体的是纳米管，注射时不形成伤口、无痛。该产品可用于无创检测和给药。纳米多功能检测仪

该仪器装有纳米管或纳米线构成的多元传感芯片，可通过呼吸或尿样检测血糖、HbAg等多种指标，既达到采样无创、检测快速，而且操作简便，省去了传统检测需要的多种设备。纳米DNA诊断实时检测仪

此仪器以纳米电极为核心技术，形成DNA或蛋白质功能化阵列，可实时进行DNA或蛋白质检测。由于免去了纯化、扩增和标记等步骤，检测时间由2<