纳米生物材料

本书为“生物材料科学与工程丛书”之一。本书以著者近年来对纳米生物材料的研究成果为主要基础，并结合国内外的研究现状和发展趋势而著。从纳米生物材料的特性、结构和基本原理出发，简要介绍纳米生物材料的基本情况（第1章）。以纳米钙磷类、二氧化硅、碳等无机生物材料（第2～4章）及纳米纤维材料（第5章）、纳米生物复合材料（第6章）为主线，重点研究纳米生物材料的合成、掺杂改性、组装复合等可控制备技术，表征材料的结构和独特性能。同时，较详细地介绍纳米生物材料作为药物载体、基因载体和生物医学量子点在成像、诊断、检测、示踪和抗菌等方面的近期新进展和发展动态（第7～9章）。在此基础上，评述纳米生物材料的生物新效应（第10章），介绍纳米生物材料结构与功能关系的原位表征新技术（第11章），并阐述纳米生物材料的安全性研究（第12章）。本书可供纳米生物材料领域的研究人员参考使用，也可作为高等院校、科研院所从事纳米生物材料方面科研工作的研究生的入门学习资料或参考书，另外关注纳米生物材料领域的具备中等教育水平的人员也可阅读。

总序
前言
第1章 纳米生物材料概述 1
1.1 绪论 1
1.1.1 纳米材料 1
1.1.2 生物材料 2
1.1.3 纳米生物材料简介 2
1.2 纳米生物材料发展历史与现状 3
1.2.1 发展历史 3
1.2.2 国内外的发展现状 5
1.3 纳米生物材料的分类 8
1.3.1 无机类纳米生物材料 8
1.3.2 高分子类纳米生物材料 9
1.3.3 生物医用纳米复合材料 10
1.3.4 功能纳米生物材料 12
1.4 纳米生物材料的研究热点与前沿 13
1.4.1 纳米生物材料的可控合成 13
1.4.2 纳米生物材料的表面改性与功能组装 15
1.4.3 纳米生物材料的纳米效应 16
1.5 本章小结 16
参考文献 17
第2章 纳米钙磷生物材料 20
2.1 绪论 20
2.2 钙磷生物材料简介 20
2.2.1 钙磷生物材料的发展历程 20
2.2.2 钙磷生物材料的分类 21
2.3 纳米钙磷粉体的合成 22
2.3.1 钙磷盐反应原理及反应路径 22
2.3.2 纳米钙磷盐的转化及其影响因素 23
2.3.3 纳米钙磷胶凝材料的结构与性能 26
2.4 纳米羟基磷灰石 27
2.4.1 羟基磷灰石的晶体结构和特性 27
2.4.2 纳米羟基磷灰石的合成 28
2.4.3 离子掺杂的纳米羟基磷灰石 29
2.4.4 纳米羟基磷灰石的改性研究 30
2.4.5 纳米羟基磷灰石的特性 31
2.4.6 介孔羟基磷灰石及其应用 32
2.5 纳米磷酸三钙 33
2.5.1 磷酸三钙的结构和生物特性 33
2.5.2 纳米磷酸三钙的合成 34
2.6 纳米磷酸氢钙 35
2.6.1 纳米磷酸氢钙的合成 35
2.6.2 影响纳米磷酸氢钙粒径和形态的主要因素 36
2.7 纳米钙磷陶瓷的制备及其生物应用 37
2.7.1 纳米钙磷陶瓷的可控制备 37
2.7.2 磷酸三钙陶瓷及其应用 38
2.7.3 羟基磷灰石陶瓷及其应用 39
2.7.4 双相陶瓷及其应用 41
2.8 磷酸钙骨水泥的合成与应用 42
2.8.1 磷酸钙骨水泥简介 42
2.8.2 磷酸钙骨水泥的水化硬化及其转化机理 43
2.8.3 磷酸钙骨水泥的体内降解及其生物转化 45
2.8.4 多孔磷酸钙支架 45
2.8.5 可注射磷酸钙骨水泥 46
2.8.6 载药磷酸钙骨水泥 48
2.8.7 活性磷酸钙骨水泥 49
2.8.8 掺相磷酸钙骨水泥 50
2.8.9 磷酸钙骨水泥的临床应用 52
2.9 本章小结 52
参考文献 53
第3章 纳米二氧化硅及其生物性能 61
3.1 绪论 61
3.2 单一孔结构介孔二氧化硅 62
3.2.1 传统介孔二氧化硅 62
3.2.2 大孔径介孔二氧化硅 64
3.2.3 核-壳结构介孔二氧化硅 68
3.3 多级孔结构介孔二氧化硅 70
3.3.1 空心介孔二氧化硅 70
3.3.2 卵壳结构二氧化硅 72
3.3.3 双介孔结构二氧化硅 74
3.3.4 三级孔结构二氧化硅 77
3.4 介孔二氧化硅的生物应用 78
3.4.1 药物输运系统 79
3.4.2 磁共振成像 85
3.4.3 光热治疗 87
3.5 本章小结 89
参考文献 90
第4章 碳纳米生物材料 98
4.1 绪论 98
4.2 碳纳米材料简介 98
4.2.1 零维碳纳米结构 99
4.2.2 一维碳纳米结构 102
4.2.3 二维碳纳米结构 104
4.3 表面化学与功能化 105
4.3.1 纳米金刚石的表面改性 105
4.3.2 其他碳纳米材料的表面功能化 106
4.4 生物安全性 107
4.4.1 零维碳颗粒的生物安全性 107
4.4.2 碳纳米管的生物安全性 109
4.4.3 石墨烯的生物安全性 110
4.5 生物医学成像 110
4.5.1 碳纳米材料的荧光与拉曼光谱特性 111
4.5.2 基于荧光的生物成像 112
4.5.3 拉曼及其他生物成像技术 113
4.6 生物传感与检测 114
4.6.1 葡萄糖生物传感器 114
4.6.2 DNA生物传感器 114
4.6.3 其他生物传感器 115
4.7 载药与治疗 115
4.7.1 药物担载、递送与肿瘤治疗 116
4.7.2 组织工程和再生医学 118
4.7.3 其他生物应用 118
4.8 本章小结 118
参考文献 119
第5章 纳米纤维材料 135
5.1 绪论 135
5.2 纳米纤维材料的设计与制备 135
5.2.1 纳米纤维材料的设计 135
5.2.2 纳米纤维的制备 138
5.3 纳米纤维材料在组织工程中的应用 142
5.3.1 纳米纤维材料在神经组织工程中的应用 142
5.3.2 纳米纤维材料在血管组织工程中的应用 147
5.3.3 纳米纤维材料在肌腱组织工程中的应用 157
5.3.4 纳米纤维在骨组织工程中的应用 165
5.4 本章小结 169
参考文献 169
第6章 纳米生物复合材料 178
6.1 绪论 178
6.2 纳米生物复合材料概述 179
6.2.1 纳米生物复合材料的设计原则 179
6.2.2 纳米生物复合材料的分类 180
6.3 纳米生物复合材料在组织工程中的应用 181
6.3.1 纳米生物复合材料在骨组织工程中的应用 181
6.3.2 纳米生物复合材料在软骨组织工程中的应用 186
6.3.3 纳米生物复合材料在神经组织工程中的应用 191
6.4 纳米生物复合材料在肿瘤多模态诊疗中的应用 198
6.4.1 纳米生物复合材料用于肿瘤诊断和成像 198
6.4.2 纳米生物复合材料用于肿瘤治疗 203
6.4.3 用于肿瘤多模态诊疗一体化的纳米生物复合材料 208
6.5 本章小结 209
参考文献 209
第7章 纳米药物载体 224
7.1 刺激响应高分子纳米药物载体 224
7.1.1 生理与病理刺激响应高分子纳米药物载体的制备及性能调控 225
7.1.2 物理刺激响应高分子纳米药物载体的制备及性能调控 232
7.1.3 多重刺激响应高分子纳米药物载体的制备及性能调控 234
7.1.4 小结 237
7.2 新型硅质体纳米药物递送体系 238
7.2.1 硅质体纳米粒子的研究进展 238
7.2.2 硅质体纳米粒子的设计与制备 239
7.2.3 硅质体纳米粒子的形态稳定性及表面修饰 243
7.2.4 硅质体纳米粒子的生物安全性 246
7.2.5 硅质体纳米粒子在医学诊断和治疗中的应用 249
7.3 纳米药物载体的机遇与挑战 259
参考文献 259
第8章 多功能纳米生物材料 266
8.1 绪论 266
8.2 纳米金的合成及其生物应用 267
8.2.1 不同结构的纳米金 267
8.2.2 金纳米颗粒的应用 271
8.3 稀土上转换材料及其在肿瘤诊疗中的应用 277
8.3.1 稀土上转换材料的设计与制备 277
8.3.2 稀土上转换探针的肿瘤影像诊断应用 282
8.3.3 稀土上转换材料的肿瘤治疗应用 288
8.4 功能纳米材料的实体肿瘤诊疗应用 300
8.4.1 功能纳米材料的乏氧肿瘤高效治疗应用 300
8.4.2 功能纳米材料用于肿瘤微环境特异性诱导激活的新型疗法应用 307
8.5 纳米抗菌生物材料 314
8.5.1 纳米自体抗菌体系 315
8.5.2 纳米抗菌生物材料的制备 318
8.5.3 纳米抗菌生物材料的抗菌机理 319
8.5.4 纳米抗菌生物材料的应用 321
8.5.5 纳米抗菌生物材料的生物安全性及毒性 324
8.6 纳米氧化铁及其生物医学应用 326
8.6.1 纳米氧化铁的设计与制备 326
8.6.2 纳米氧化铁的医学应用 329
8.6.3 基于纳米氧化铁的生物分离技术 334
8.7 本章小结 335
参考文献 336
第9章 生物医学量子点 357
9.1 绪论 357
9.2 量子点 357
9.2.1 量子点及其性质 357
9.2.2 量子点的发光机理 358
9.3 量子点的合成 359
9.3.1 量子点的化学合成 359
9.3.2 量子点的活细胞合成 361
9.3.3 量子点的准生物合成 364
9.4 生物医学量子点的制备及应用 365
9.4.1 生物医学量子点的制备 365
9.4.2 量子点单病毒动态示踪 369
9.4.3 量子点活体及组织成像 371
9.4.4 量子点生物检测 376
9.5 本章小结 380
参考文献 380
第10章 纳米生物材料的新效应 388
10.1 绪论 388
10.2 羟基磷灰石纳米颗粒抗肿瘤活性及其机理 389
10.2.1 羟基磷灰石纳米颗粒抗肿瘤活性、机理简介 390
10.2.2 羟基磷灰石纳米颗粒对肿瘤细胞的特异性毒性 401
10.2.3 粒子特性对羟基磷灰石纳米颗粒抗肿瘤活性的影响 405
10.2.4 其他纳米粒子的抗肿瘤活性 410
10.3 纳米材料对蛋白质固载以及细胞行为的影响 411
10.3.1 纳米表/界面对蛋白质结构和活性的影响 411
10.3.2 纳米材料与细胞的相互作用 417
10.4 本章小结 420
参考文献 421
第11章 纳米生物材料的表征新技术 429
11.1 绪论 429
11.2 纳米生物材料的常用表征技术 429
11.2.1 光学显微成像及应用 429
11.2.2 电子显微成像及应用 436
11.2.3 激光散射法原理及应用 443
11.2.4 X射线表征技术及应用 448
11.3 纳米生物材料结构的原位高分辨定量表征新技术 455
11.3.1 相干X射线衍射成像技术 455
11.3.2 布拉格相干X射线衍射成像技术 460
11.3.3 纳米CT成像技术及其在生物材料表征中的应用 466
11.4 本章小结 471
参考文献 472
第12章 纳米生物材料的安全性研究 479
12.1 绪论 479
12.2 纳米材料的暴露途径及其对重要组织器官的影响 482
12.3 纳米材料在生物体内代谢与转运过程的规律 483
12.3.1 纳米材料的体内动力学特性 483
12.3.2 纳米材料的生物利用度决定了纳米材料在体内的蓄积 484
12.3.3 建立针对ADME过程的具有高灵敏度和高分辨率的分析方法 486
……