1959年，诺贝尔奖得主、物理学家理查德·费曼曾有一句名言：“底部还有很大的空间。”他指的是在纳米尺度上操控和调控材料所蕴含的革命性潜力。
在加州理工学院举办的美国物理学会年会上，他在这场经典演讲中向听众提出挑战：“为什么我们不能把整套24卷的 《大英百科全书》 写在一根针的针头上？”
自那以来的五十年间，纳米技术的创新催生了续航更长的电池，以及具有纳米级特征的电子电路。即便在医学领域，研究人员也利用纳米颗粒在组织、细胞乃至分子层面精准靶向疾病，这一领域如今通常被称为纳米医学。
传统药物通常是作用于一条或多条生物通路的小分子。然而，面向未来的纳米药物则是药物与材料（天然或合成的）的组合，其尺寸范围为100-1000纳米，若将一千个这样的颗粒排成一排，大致相当于一根人类头发的直径。这些材料通常是合成或天然的聚合物和脂质，常用于包裹疏水性药物并提高其溶解度。这些装载药物的纳米颗粒如同微小的“包裹”，在血液中流动，并在病灶处释放药物。
在纳米医学领域众多令人振奋的创新中，我们认为以下五个方向在未来几年将迎来显著增长：
对刺激作出响应的纳米医学
长期以来，研究人员一直试图找到一种方法，将治疗药物递送至病灶部位，同时不影响健康组织（从而将副作用降至最低）。事实证明，实体瘤等病灶部位具有区别于健康组织的生理特征。例如，已有研究表明，肿瘤的局部微环境比周围组织更为酸性且温度更高，不过并非所有病例都观察到这一现象。
将这些纳米颗粒称为“智能”或许有些言过其实，毕竟它们并未被赋予人工智能。但研究人员已开发出能够响应多种刺激的纳米颗粒，这些刺激包括pH值、温度，甚至癌症微环境中过度表达的酶。例如，热敏聚合物会在肿瘤微环境中膨胀并释放其载药。
除内源性（内部）刺激外，纳米颗粒也可以被设计为响应外部刺激，例如磁场、光或超声。研究人员已设计出同时包含氧化铁纳米颗粒和抗癌药物的纳米颗粒，并借助外部磁场使其在肿瘤处富集。
能够识别目标位置的纳米医学
马萨诸塞州理工学院的罗伯特·朗格（Robert Langer）的开创性工作，使纳米颗粒在血液循环中停留的时间远超以往成为可能。通过将一种名为聚乙二醇（PEG）的合成聚合物偶联到纳米颗粒表面，研究表明这些纳米颗粒可在血液中循环长达24小时，而非仅仅数分钟。
自1994年的那项研究以来，科学家们已设计出第二代和第三代纳米颗粒，其特性更为复杂：它们在PEG链表面连接抗体、DNA或RNA适配体，或小分子，从而将纳米颗粒引导至特定的癌组织，这可以比作在明信片上写下地址。例如，已知癌细胞表面的叶酸受体会上调，因此，表面展示叶酸分子的纳米颗粒更容易被这些癌细胞摄取。
以新颖方式制造的纳米医学
纳米颗粒必须均匀且可重复地制造，以便对其特性进行良好控制，这一点至关重要。然而，合成数以百万乃至数十亿计的精确设计的纳米颗粒绝非易事。
北卡罗来纳大学教堂山分校的Joseph Desimone领衔的科学家团队，开发出一种名为“非润湿模板中的颗粒复制”（PRINT）的技术，用于制造在尺寸、形状、表面化学和成分方面高度可控的纳米颗粒。在该方法中，纳米颗粒从模板中浇铸成型，随后被剥离下来。其他合成技术还包括使用微流控装置来合成纳米颗粒。
纳米医学研究人员已采用“绿色合成”方法来设计金属纳米颗粒，如银、铁、铂和金纳米颗粒。通过将金属盐添加到细菌、真菌和藻类的培养基中，这些微生物便成为生物“工厂”，将投入的金属离子转化为纳米颗粒。
对抗超级细菌的纳米医学
抗生素的不当和过量使用，导致了耐抗生素细菌菌株的进化，这些菌株俗称“超级细菌”。由于我们的抗菌“武器库”的进化速度远不及这些超级细菌，纳米医学研究人员已采用巧妙的方法来应对这一日益严峻的公共卫生问题。
新加坡生物工程与纳米技术研究所的Yi Yan Yang领衔的研究人员，与IBM研究院合作，开发出一种具有生物相容性且无毒的水凝胶，用于涂覆手术表面、器械和植入物。
水凝胶一旦接触受污染的表面，其正电荷便会吸引带负电的微生物膜，使细菌膜破裂并将其杀死。研究表明，该水凝胶在接触后一分钟内即可杀灭多种与临床相关的微生物，包括超级细菌，如耐甲氧西林的 金黄色葡萄球菌 和耐多药的 结核分枝杆菌。
能够规避免疫系统的纳米医学
我们的免疫系统在进化上已被设定为清除身体视为“外来”的物体。然而，这种先天性的大规模监视，也会清除我们为治疗疾病而给药的很大一部分药物分子。
为解决这一长期存在的难题，加州大学圣地亚哥分校的Liangfang Zhang领衔的研究人员从自然界获得启发，设计出仿生纳米颗粒。正如哈利·波特的隐形斗篷一样，研究人员分离出红细胞膜，并将聚合物纳米颗粒伪装在其中，使纳米颗粒对免疫细胞“隐形”，并能在血液中更长时间地循环。
这些被称为“细胞幽灵”的纳米颗粒在血液中的停留时间更长，从而减少了频繁给药的需要。Zhang及其同事已将细胞幽灵纳米颗粒应用于多个领域，包括生物修复（去除污染物）、疫苗接种和癌症药物递送。
The Annual Meeting of the New Champions 2015 将于9月9日至11日在中国大连举行。
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作者：Juliana Chan是新加坡南洋理工大学助理教授，也是全球青年领袖。Sangeetha Krishnamurthy是南洋理工大学博士后研究员。
图片：2013年5月2日，一个盛放癌细胞的托盘置于伦敦大学学院（UCL）药学院纳米医学实验室的光学显微镜上。REUTERS/Suzanne Plunkett
