纳米材料及其技术在动物疫病防治中的应用研究

    宋浩亮

    摘要：对纳米材料及其技术在动物疾病的临床诊断应用、药物研发及疾病防控等方面进行分析，并展望纳米材料及其技术在畜牧兽医领域发展应用前景。

    关键词：纳米材料；纳米技术；动物疾病防控

    中图分类号：S858 文献标识码：B 文章编号：1007-273X（2018）04-0012-02

    当前国际动物疫病现状呈现复杂化，形势不容乐观。新兴复合型科技研究产物应用于动物疾病的诊断、治疗 预防等环节迫在眉睫。纳米材料及技术由于具有新颖的物理、化学和生物学特性，已被研究应用于生命科学领域。纳米材料具有其独特的功能和优势，越来越多研究人员将纳米技术引入到动物疾病防控领域，如致病菌的快速检测、疾病的诊治等方面，并己取得了一定的效果。

    1 纳米材料及纳米技术研究概况

    1.1 纳米材料特点

    纳米材料主要表现为表面与界面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。实际应用效果包括表面积大、表面活性高、催化效率高、安全性稳定、吸附能力优良、低毒性等特点。

    1.2 纳米材料研究进展

    纳米材料是纳米科学发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米材料在生物医学中检测诊断、药物治疗以及健康预防方面均取得了一定的发展。军事医学院邱志刚[1]试验发现，水中的纳米氧化铝可以促使耐药基因从大肠杆菌转入沙门氏菌的效率提高200倍。即使以往很难发生耐药基因转移的不同种类细菌，在氧化铝纳米粒子的作用下耐药基因也发生了转移。由此可见，应用氧化铝纳米粒子大大加快了细菌获取耐药基因的速度。

    1.3 纳米技术

    纳米技术是在纳米尺度下对物质进行制备、研究。在药物研究领域，由于纳米材料和纳米产品性质的特异性和优越性，用该技术建立新的药物控释系统可起到提高药物在体内的吸收效果、改善药物的输送、替代病毒载体、催化药物化学反应的作用。研究引入了微型领域，为寻找和开发新兽药、结合转基因技术用于动物试验研究[2]，研制合成理想的药物提供强有力的技术支撑。

    2 纳米材料在动物疾病防治中的应用

    随着生命科学、生物信息学等新兴复合型学科的迅速发展，纳米材料借助其特殊的结构效应在动物疾病防治领域展示出广阔的应用前景。医学起源于疾病诊断，对动物疾病没有很好的诊断就不可能有很好的预防和治疗。目前随着科技的发展，动物疾病诊断技术得到了前所未有的发展，各种检验诊断手段、仪器已是各式各样。利用纳米材料的特性去化验检测样品材料，可借助纳米材料极高的传感灵敏效应对疾病进行早期诊断，便于疾病防治。

    2.1 纳米分子信息成像和诊断

    分子信息影像是生物医学和分子诊断学中的一门重要学科，可用于检测，考察机体内外组织中的分子细胞形态结构变化[3，4]。而纳米探针由于具有高亮、光学稳定、光谱吸收范围广等特点，可用于定量准确监测生物机体内部分子的理想工具，连接于小分子的肽、抗体以及核酸分子来进行疾病检测，靶向定位于目标细胞分子内部。Wu等[5]研究发现，基于量子点的肿瘤标记Her2的免疫荧光标记，比常规荧光染料标记不同的靶细胞表面受体、细胞骨架、核抗原和其他细胞器更有效。同时也发现了生物结合的胶体量子点在细胞标记、细胞示踪、DNA检测和体内成像方面很有价值。Gao等[6]进行了体内量子点成像和肿瘤定位的动物研究，观察到量子点在肝、脾、脑、心、肾和肺中的吸收、滞留和分布有逐渐减少的规律，在裸鼠前列腺癌异种移植瘤的研究中，量子点在瘤组织内特异性蓄积呈现出亮红色。

    2.2 纳米金及其检测技术

    纳米金即指金的微小颗粒。其直径在1～100 nm，具有高电子密度介电特性和催化作用。可与多种生物大分子结合，且不影响其生物活性。新型的纳米抗菌复合材料具有作为新的抗菌剂或者是抗菌包装材料的高效伤口敷料的可行性[7]，可以用作高效的抗微生物制剂在生物应用中具有广阔的发展前景。纳米金PCR是基于常规PCR基础上，结合纳米技术而发展起的新型检测技术。刘阳等[8]根据副溶血弧菌（VP）的toxR基因序列，设计一对特异性引物，建立纳米金PCR检测方法，结果表明能扩增得到与试验设计相符的208 bp（VP）的特异性条带，且与其他细菌无交叉反应。与普通PCR法进行比较，该方法检测灵敏度比普通PCR高10倍。而与传统的细菌分离鉴定法相比，纳米金PCR检测大大提高检测效率且具有灵敏度高、特异性强等优点。

    2.3 作为药物运输载体

    和传统的注射或口服给药途径不同，运用纳米材料可定点靶向进行药物运输，对于药物剂量控制和疾病的预防及治疗具有重要意义。使用纳米材料运输药物可有效提升药物运输效率，降低毒性反应。越来越多的科研人员开始关注并构建用于药物输送的纳米载体，这些药物载体在肿瘤疾病的诊断治疗中具有广阔的前景。如Chen等[9]将pH敏感材料环糊精和低分子量的聚乙烯亚胺整合成纳米载体，并负载寡聚核酸，该载体可以有效地转染肺腺癌细胞，并对肿瘤生长有良好的抑制作用[10]。

    3 展望

    随着城市化进程的不断进行，我国畜牧养殖业发展迅速。养殖行业呈现集约化、规模化等特点。随之而来也面临着一系列问题的挑战。其中以细菌耐药性问题、药物残留问题尤受关注。利用新兴科技解决上述问题，提升畜牧生产力成为时下热点。纳米材料及纳米技术在动物疾病防治领域的应用发展，已取得显著的进步和经济效益。多种基础研究成果预示其在动物疾病检测和诊断方面将有着广阔前景，现有的纳米材料在生物诊断检测上已经具有了一定的发展和应用。同时，仍需要在生物安全性研究和临床应用中不断深化和推进。美国伯明翰大学菲利普教授指出：“纳米技术最终目的还在于生活本身”。纳米技术与生物医学的结合，为动物疾病防控研究提供了新的思路。纳米材料及其技术应用可有效保證动物生命健康，提高畜牧养殖经济效益。

    参考文献：

    [1] 邱志刚.纳米材料促进质粒介导的细菌耐药基因接合转移及机制研究[D].北京：中国人民解放军军事医学科学院，2012.

    [2] RODRIGUEZLOSADA N，ROMERO P，ESTIVILLTORR■SG，et al. Cell survival and differentiation with nanocrystalline glass-like carbon using substantia nigra dopaminergic cells derived from transgenic mouse embryos[J].PLoS One，2017，12（3）：e0173978.

    [3] 梁立红.纳米材料特点及研究动态[J].长春工业大学学报，2000（3）：30-33.

    [4] 周国强，陈春英，李玉锋，等.纳米材料生物效应研究進展[J].生物化学与生物物理进展，2008，35（9）：998-1006.

    [5] WU X Y，LIU H J，LIU J Q，et al. Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots[J].Nature Biotechnology，2003，21：41-46.

    [6] GAO X，CUI Y，LEVENSON R M，et al.In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots[J].Nature Biotechnology，2004，22（8）：969-976.

    [7] 姚 瑶， 冯伟红，王 岚，等.活血止痛纳米凝胶贴膏经皮渗透特性及药效评价[J].中国中医药信息杂志，2017，24（2）：70-75.

    [8] 刘 阳，孔繁德，彭小莉，等.纳米金PCR技术检测副溶血弧菌方法的建立与初步应用[J].福建畜牧兽医，2012，34（1）：9-12.

    [9] CHEN H，LIU X，Y DOU，et al.A pH-responsive cyclodextrin-based hybrid nanosystem as a nonviral vector for gene delivery[J].Biomaterials，2013，34（16）：4159-4172.

    [10] 高生平.多功能纳米材料的合成表征及在肿瘤靶向成像和药物控释的应用研究[D].南京：东南大学，2015.