金刚石应用前景这么广阔?!

2023-05-10 14:56:27

金刚石为碳的同元素异形体，俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物，属原子晶体，金刚石是自然界中最坚硬的物质。纳米金刚石就是粒径在1nm~100nm范围内的金刚石，是碳纳米家族中的一个新的重要成员。

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纳米金刚石具有硬度大、光学透明性、热传导性、电绝缘性、耐高压和抗风化等物理特性，这些独特的性质使得它在涂料、润滑油、聚合物添加剂、电子器件、传感器和电化学领域得到了广泛的应用。近年来，随着科学家对纳米金刚石生物学性能的研究，发现纳米金刚石具有良好的生物相容性、低毒性和具有荧光但无光致漂白等特性。纳米金刚石的这些优良生物学特性、化学惰性以及它表面基因的可修饰性，使得它在生物医学领域的应用得到了许多科学家的广泛关注并且取得了突破性进展。

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蛋白质的分离与纯化

纳米金刚石有较大的比表面积，表面覆盖着羧基、内酯、羟基、酮和烷基等多种化学基团，对蛋白质有着很高的亲和力。与传统的色谱方法分离纯化蛋白质相比，用纳米金刚石分离纯化蛋白质具有以下优点：简化了纯化蛋白质的过程；将分离蛋白质的时间减少到了30-40min；消除了使用特殊的色谱设备的必要性；使制备高纯度、高产量的apoobelin与荧光素酶成为可能。

蛋白质的分离与纯化

生物传感

生物传感器是一种利用生物物质作为识别元件，将生化反应转变成定量的物理化学信号，从而能够进行生命物质和化学物质检测和监控的装置。随着纳米金刚石应用范围的扩大，许多研究人员发现了它在生物传感方面的应用价值。

葡萄糖生物传感器能够简单迅速的进行疾病诊断，对治疗糖尿病有重要意义。非掺杂的纳米金刚石修饰的金电极可作为一种电化学的葡萄糖传感器。当纳米金刚石具有体积微小、无毒性、弱碱性，利用核磁共振的原理，纳米金刚石可作为一种优于量子点的量子探针材料探测生命过程。

基因传输与治疗

基因传输与治疗的目的，是引入外源基因以补充缺陷基因或为体内提供更多的生物功能。例如800 Da聚乙烯亚胺修饰的纳米金刚石ND-PEI800，DNA可通过氢键或静电作用固定在ND-PEI800上，然后被转运进入细胞。与其他基因转运载体相比，ND-PEI800对荧光素酶质粒和绿色荧光蛋白质质粒都表现出了较高的转运效率以及较低的毒性。纳米金刚石可成为一种快速的、可扩展的、广泛适用的基因传输工具。

药物传输与治疗

纳米技术为药物的传输提供了新的方式和途径，纳米金刚石可以与药物以共价键或非共价键的方式结合，作为药物传输工具将药物转运到靶细胞或靶器官而发挥作用。例如转铁蛋白与荧光纳米金刚石共价结合后能通过受体介导的内吞作用进入细胞，其摄取机制是一种温度、能量、网络蛋白依赖的途径，从而纳米金刚石可作为一种特殊的细胞摄取与药物传输的工具。

癌症诊断与治疗

纳米粒表面能够提供各种各样的化学基团，供多种癌症诊断与治疗药物以共价键或非共价键的方式结合，据此去设计和开发具有多功能化学基团的纳米粒并用于肿瘤同步成像与治疗，已经成为目前癌症药物研究的主要目标。一些研究表明，抗癌药物与纳米金刚石连接后能够减少毒副作用，提高靶向性并表现出较强的抗癌活性。

细胞测温

金刚石晶体内的单原子杂质（通常被一个氮原子或一个空位所代替）对于温度变化非常敏感，这样的温度波动对于保持量子比特来说可能是一种技术障碍，而将之用于医学领域的生物体温度测量却十分有用。基于纳米金刚石粒子的高精度温度差测量技术，在医学领域可以帮助医生们区别人体内的致癌细胞并及时作出医疗诊断。

纳米金刚石表面具有很多的功能基团，随着对这些基团修饰及处理方法的改进，可以得到人们所希望的表面特征，从而使其应用价值得到更好的体现，在生物医学领域也将会有更好的应用前景。

来源：磨聊磨聚

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