1959 年,美国物理学家、未来诺贝尔奖获得者理查德·费曼 (Richard Feynman) 在加州理工学院的一场名为“底部有足够的空间”的演讲中讨论了在原子水平上操纵结构的想法。尽管他讨论的应用当时只是理论上的,但他的见解预言了在纳米尺度上发现许多在更大规模的材料中未观察到的新特性,为不断扩大的纳米医学领域铺平了道路。如今,尺寸与某些蛋白质、DNA、RNA 和寡糖相当的纳米尺寸材料的使用正在各个生物医学领域掀起波澜,包括生物传感、成像、药物输送甚至外科手术。
纳米材料通常具有较高的表面积与体积比,为化学附着产生相对较大的基材。科学家们已经能够为纳米材料创造新的表面特性,并操纵涂层分子来微调颗粒的行为。大多数纳米材料还可以穿透活细胞,为生物传感器或治疗药物的纳米载体传递提供基础。当全身给药时,纳米材料足够小,不会堵塞血管,但比许多小分子药物更大,有利于延长在循环系统中的保留时间。凭借设计合成 DNA 的能力,科学家现在可以设计和组装纳米结构,利用 Watson-Crick 碱基配对来改善目标检测和药物输送。
学术界和制药行业都在纳米治疗领域投入越来越多的时间和金钱。近 50 种含有纳米粒子的生物医学产品已上市,还有更多产品正在研发中,其中数十种处于 2 期或 3 期临床试验阶段。制药商正在努力实现马萨诸塞州剑桥纳米治疗公司 Cerulean Pharma 首席商务官 Christopher Guiffre 的预测,他去年 11 月预测:“五年后,每家制药公司都将推出纳米项目。”