奈米顆粒與膠體材料更廣泛運用 仍面臨大規模生產挑戰

編譯/高晟鈞

奈米技術作為21世紀中最重要的發展技術之一,橫跨了包括農業、食品、生物醫學、醫藥、環境監測、抗菌劑與半導體等等。近年來,該技術越來越多使用自然資源而非化學物品來生產奈米顆粒,透過生物技術合成的奈米粒子,具有環境友善、清潔、安全、成本效益高、產率高等優勢。

奈米技術作為21世紀中最重要的發展技術之一,橫跨了包括農業、食品、生物醫學、醫藥、環境監測與半導體等等。示意圖。圖/123RF

奈米粒子泛指尺寸小於100奈米的材料合成與應用。許多材料在奈米尺度下會表現出特殊的性質,例如:光熱性、特殊導電性質等等。

生物奈米膠體

生物奈米膠體(Nanogel)是利用自然中存在的聚合物、金屬粒子或是脂質,例如:DNA、RNA、澱粉、甲殼醣與磷脂質等物質所合成。奈米膠體具有許多特殊性質包括:生物相容性、抗發炎、抗癌、抗菌、有效的藥物傳遞、生物吸收性等等,使得奈米膠體在生物技術和應用微生物中。

生物性的奈米膠體由材料、組成主要分為兩種:脂質與聚合物奈米膠體。

聚合物與脂質奈米膠體

尺寸由1至1,000奈米之間的聚合物奈米膠體通常是有機的,大部分結構類似於一顆球體、膠囊或是一團絲線。聚合物奈米粒子可以透過活性物質的吸附、官能基的鑲嵌或是包裹特定物質來增加像是殺菌、抗癌或靶向特定細胞組織等特殊功能。

而脂質奈米膠體則是由磷脂質、膽固醇等物質所構成。脂質奈米膠體具有兩親性(親水與親油端)的特質,並將攜帶的DNA、RNA或是藥物等物質包裹在中間,轉移到目標細胞後釋放。

奈米粒子的應用

醫藥領域:

奈米膠體可以作為藥物的載體,將藥物運送到身體特定部位,進而實現更有針對性的疾病治療,像是癌症。奈米膠體的優勢在於,不會引起身體的免疫反應、易於保存,且可以攜帶水溶性與非水溶性的物質。此外,有些奈米顆粒本身(銀、銅)便具有很強的抗菌特性,可以用於各類傷口敷料、醫療器材甚至作為類似抗生素的藥物。

另一方面,奈米顆粒也能用作顯影劑,幫助可視化定的身體區域;其獨特的光學、電學與催化特性,使其易於在某些惡性腫瘤中積聚,幫助醫生診斷。

農業領域:

奈米顆粒可用於針對性地輸送農藥和除草劑,減少所需化學物質的數量並最大限度地減少環境污染的可能性。更甚者,如何銀、銅等奈米顆粒所具備的抗菌特性,使其可用於控制農作物的病蟲害。

另一方面,有些研究表明,奈米材料比傳統肥料更有效,可以控制養分的釋放,提高植物的吸收效率,減少環境中土壤酸鹼化的後果。目前,奈米顆粒在農藥與肥料的應用仍處於早期發展階段,還需要更多的研究來了解他們對環境與人類健康的潛在影響。

未來展望與前景

奈米膠體作為目前最炙手可熱的領域之一,實現了跨領域的應用潛力,但奈米膠體與顆粒依舊面臨大規模生產困難、環境疑慮等難題與挑戰。

資料來源:FRONTIER

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