奈米導彈-奈米鑽石生醫應用
許育生
4980G015
前言
奈米鑽石(Nanodiamond)在生物醫學上被高度研 究從生醫標定、藥物傳遞到癌症治療的奈米導彈。
奈米鑽石除了具有優異的物理及化學特性，如高 傳熱、高硬度、耐酸鹼等特性之外，他的光譜特 性更是重要的一項特色，使得他在生醫應用上成 為優異的奈米材料。光譜儀能夠提供快速且非侵 入性的檢驗，而奈米鑽石提供生物相容性相當高 的載台，同時具備高光譜辨識度與及能夠量化生 產各種尺寸等性質，使得未來用奈米鑽石標定個 別癌細胞並非空談。
奈米鑽石
隨著技術的進步能以甲烷、氫氣混合以氣相低壓的沉積的
方式成長出人工鑽石，而奈米鑽石的應用價值也不僅限於 尺寸與維度。二維的鑽石薄膜能提高機械的抗壓強度與熱 導性質，而小尺度的鑽石更能成為極佳的磨料材料。利用 爆炸法(Detonationmethod) 將石墨等碳材料包裹在TNT 炸藥外引爆，衝擊波在高溫高壓的瞬間將鬆散的碳原子緊 緊壓縮成堅硬的奈米鑽石，再經挑選清洗，就成為我們所 見沒有炫麗光芒如同塵埃一般的奈米鑽石。退去一身繽紛 的鑽石將走進人類的身體，用其內蘊的特性為我們嶄露新 的觀點甚至是新的抗癌藥物的絕佳載具進入體內，執行獵 殺癌細胞的任務。
奈米鑽石生醫應用的製備
奈米粒表面的親水性與親脂性影響奈米粒與調理 蛋白質吸附結合力的大小，從而影響到吞噬細胞 對其吞噬的快慢。
將奈米鑽石粉末經由酸洗，使表面出現羥基(-
COOH) ，藉著此官能基使奈米鑽石進一步發展成 奈米生物探針(Nano-Bio-Probe)，經過數小時的 酸洗後再經歷離心水洗，最終離心管底泛著深藍 色光澤的沉澱物就是羥基化後的奈米鑽石。
奈米鑽石表面羥基化後可以 吸附蛋白質(或DNA)於表面 上
奈米鑽石的生物相容性
一般認為奈米鑽石、碳管這類碳組成的奈米材料 具有較佳的生物相容性。相較於金屬量子點
(Quantum Dot, QD)，雖然其螢光、光譜特性較 強卻因為具生物毒性而在生物體上的應用就大受 限制。鑽石由於其具有極強的碳共價鍵結結構使 得其化性上不活潑，加上人體由碳氫氮氧硫等有 機物質所構成，選擇與生物體元素構成類同之奈
米材料應用在生物體上被認為是較為可行之方法。
標定與獵殺
酸洗奈米鑽石使表面羥基化(Carboxylated)後，
能提供奈米平台將生物分子與奈米鑽石連結。
在實驗的過程中我們發現蛋白質能吸附在奈米 鑽石的表面，此種物理性吸附起因於奈米鑽石 表面帶負電的羥基與蛋白質中帶正電的胺基酸 的靜電引力，也利用這個特性吸附溶菌脢
(Lysozyme) 來觀察溶菌脢與大腸桿菌反應。
標定癌細胞
如果僅是物理性吸附生物分子要用以標定細胞並非難事，
但其物理吸附之穩定性卻常備受質疑，所以如能用穩定 的化學鍵結如共價鍵，鍵結奈米鑽石與具有特徵指向性 之生物分子便能屏除這問題。
用 EDC做為橋梁，使其N=C 鍵與奈米鑽石上O-H鍵結，
經過這樣處理後便能將所需的蛋白質混入與奈米鑽石形 成共價鍵結，再利用生長激素(rEaGH) 與奈米鑽石做連 結，該生長激素能被A549 肺癌細胞上的生長激素接受 子(Growth Hormone Receptor, GHR) 所接受，藉此我 們就能以奈米鑽石去標定A549 肺癌細胞(圖八所示)
