根据物质内部构造特点，固体可以分为晶体、非晶体和准晶体3大类。晶体通常呈现出规则的几何形状，其内部原子按照一定规则排列，十分严整。天然的晶体材料种类繁多，如钻石、红宝石、祖母绿、水晶和矿物结晶体等。随着科学研究的发展，人工晶体材料陆续出现，诸如人造宝石、超硬材料、金属单晶、半导体单晶以及功能晶体材料等，这些晶体材料在相应的领域发挥着重要作用。本文主要介绍了部分人工晶体材料在医疗领域中的应用现状，并对医疗领域的应用现状进行简单的综述。

1 磁性纳米晶体材料

磁性纳米晶体材料发展迅速，应用价值很高，具有很好的生物相容性、化学和生物学稳定性等在生物医学和健康医疗领域有广泛应用。磁性纳米晶体材料在医疗领域的使用主要体现于体内应用和体外应用2个方面。体内应用可大致分为诊断和治疗2种，诊断方面应用例如磁共振成像；治疗方面的应用如热疗法治疗肿瘤和磁靶向药物载体技术，体外应用有磁分离、细胞分离、纯化、免疫分析以及磁性感染等。

1.1  磁共振成像（MRI）及造影剂技术

MRI是“利用原子核在强磁场内发生共振产生的信号经图像重建的一种成像技术，是一种核物理现象”。磁性纳米晶体材料中的磁性纳米四氧化三铁（Fe3O4）是一种制作简单并且对细胞无毒的经典的晶体材料，被广泛应用于磁共振成像技术、热疗、造影剂技术、靶向药物载体技术及细胞分离技术等。湛彦强等人使用氨基来修饰纳米Fe3O4粒子，通过3—(2—吡啶二巯基)丙酸N—羟基琥珀酰亚胺酯（SPDP）偶联和超滤纯化方法结合其他相关技术，制备出老年斑与特异性相结合的靶向纳米Fe3O4造影剂。磁性纳米晶体的磁共振造影增强效果强烈依赖于其纳米颗粒的尺寸、表面修饰结构和聚集状态等。中科院化学研究所发现，配体螯合基团的共轭结构可以显著增强Fe3O4纳米颗粒的T2磁共振造影性能，即使在减小颗粒尺寸以获取较好的T1造影性能时，小尺寸的Fe3O4纳米颗粒的T2造影也没有受到太大影响。该机构使用异羟肟酸聚乙二醇（PEG）修饰Fe3O4纳米颗粒，将修饰后的3.6 nm Fe3O4颗粒作为磁共振造影剂，成功实现对活体肿瘤进行T1和T2双模态的磁共振成像检测。

Lu Yang等人指出镍—钴（Ni—Co）纳米合金因其具有优良的超顺磁性，与经典的铁氧化物磁共振成像对比剂相比，有更强的成像能力，能更好的提高磁共振成像的灵敏度和特异性。张力等人通过微波水相法制备出粒径均一、水相分散好的Ni—Co磁性纳米晶体，在外加磁场的作用下，该材料可以“靶向”聚集于前列腺癌细胞，从而将磁共振成像诊断前列腺癌的横向弛豫时间有效减少，对于前列腺癌的攻克有一定的实践意义。

1.2 热疗

肿瘤组织细胞对温度的敏感度比正常细胞高，当温度升到43～45℃时，肿瘤细胞出现相当多的凋亡。超顺磁性Fe3O4纳米微粒可因磁滞效应和奈尔弛豫效应将交变磁场的能力转化为热量，使周围组织处在更高的温度环境中。利用这一原理，Gordon等人首次开展了抑制肿瘤的磁热疗技术。Jadhav等人发现，超顺磁性Fe3O4纳米微粒主要在细胞膜上发挥作用，经过油酸改性处理的超顺磁性Fe3O4纳米微粒对肿瘤细胞的高热杀伤能力更好。苏州大学姜欣欣等人采用水溶液方法制备了多功能聚合物季戊四醇四—3—巯基丙酸酯—聚甲基丙烯酸（PTMP—PMAA）稳定的超小磁性硒化亚铁铜（CuFeSe2）（<5.0nm）纳米晶体，成为多模态成像和计算机断层成像引导光热治疗的纳米诊疗剂[8]。中国科学技术大学制备出高分枝五角星形金铜合金纳米晶体，在近红外区有优良的光吸收和热转化能力，在近红外激光照射下能够产生局部高温杀死患乳腺癌小鼠体内的癌细胞，具有良好的催化性能，对肿瘤的治疗有重大意义。

1.3 磁分离

磁性纳米晶体材料可应用于磁分离技术，在医疗领域则部分表现为细胞分离技术的应用。Kuhara等人制出人单克隆抗体anti—hPCLP1，利用 anti—hPCLP1来修饰Fe3O4磁性纳米颗粒，发现该Fe3O4磁性纳米颗粒可以从人脐带血中成功将成血管细胞分离出来。苑金磊通过溶剂热法放大制备了超顺磁性Fe3O4亚微球及其复合粒子，将其用于杀菌以及质粒DNA的分离纯化研究，并制备了复合杀菌剂Fe3O4@CTAC，发现该杀菌剂对大肠杆菌及枯草芽孢杆菌具有可观的杀菌效果。

1.4 药物运输载体

磁性纳米晶体材料的重要生物医学应用之一就是作为药物运输的载体进行靶向药物治疗。Kubo等人认为，超顺磁性Fe3O4纳米微粒作为药物载体，利用其超顺磁性可以控制病变部位的给药浓度，使药物在靶组织、靶器官周围聚集，进而提高疗效和降低毒副作用。

2  闪烁晶体

闪烁晶体在核医学领域有着广泛的应用，例如核医学成像技术。核医学成像技术广泛应用于肿瘤、心脑血管疾病等疾病的早期诊断，该领域需要质量高、成本低的闪烁晶体。核医学成像技术中的正电子发射型计算机断层显像（PET）技术和对应硬件的开发主要由肿瘤市场需求推动。探测器是核医学成像系统的核心部件，有闪烁体探测器和半导体探测器2种。闪烁体探测器采用锗酸铋（BGO）、硅酸钇镥（LYSO）和硅酸镥（LSO）晶体作为探测器材料，后2种材料因具有响应速度快密度高以及光产额高等性能，是目前PET系统闪烁体检测器模块首选的闪烁晶体材料。中国电子科技集团26所已成功研制出新型硅酸钇镥晶体材料，从癌症肿瘤的治疗和我国PET的国产化生产角度来说具有重要意义。成都东骏激光股份有限公司使用钼坩埚加热的坩埚下降法技术成功得到高质量的硅酸钇镥晶体；广东清远先导材料公司生产出尺寸为80×200 mm3 的Ce:LYSO（铈参杂硅酸钇镥） 闪烁晶体，该晶体表现了优异的闪烁性能和发光均匀性。

3  激光晶体

激光晶体广泛应用于激光医疗领域，目前广泛使用的一般的激光晶体都是钇铝石榴石（YAG）。使用过程中通过在YAG材料中掺入不同额元素来达到不同使用效果。例如Er:YAG（掺铒钇铝石榴石）是一种优良的2.94μm激光晶体材料，具有斜率效率高、能够在室温下进行激光工作、激光波长处在人眼能接受的安全波段范围内等特点。2.94mm Er:YAG激光已经大量用于医学领域中皮肤科美容、外科手术、牙科等治疗。郜怡萌使用4个不同频率的Er：YAG 激光在比格犬中进行照射，发现在150mJ功率范围内照射SLA处理的种植体表面，不会对种植体周围骨组织改建速度和程度造成影响，也不会影响种植体-骨结合率。Taniguchi等人使用体外研究方法利用Er：YAG激光对种植体表面照射，发现在脉冲能量低于30mJ/脉冲和近接触模式水雾30Hz下进行照射，对微结构表面似乎没有表面损伤。Er：YAG激光对种植体跟面的毒性物质于内毒素有杀菌效果。众多临床试验研究证实，Er：YAG 激光对种植体周围炎具有可观的临床疗效。

Nd：YAG（掺钕钇铝石榴石）晶体材料是目前综合性能最佳的激光晶体材料。Nd：YAG可用于牙科领域的治疗。Nd：YAG激光可用于提高牙本质小管的封闭程度、降低牙本质的通透性及提高牙本质小管的抗酸性和耐磨性。Tosun等人使用1.5W、10Hz的Nd：YAG 激光并辅之以Clinpro氟保护漆来处理人磨牙牙本质，通过观察发现Nd：YAG 激光可以增强氟化钠涂料对牙本质小管的封闭能力，使牙本质小管的渗透性有明显降低。Nd:YAG治疗牙本质过敏的方法应用安全有效，但也存在诸多问题和不确定性，还需要更进一步研究和探索。Nd:YAG还具有牙齿漂白的治疗效果，并且疗效持久。赵溪达等人认为Nd:YAG激光能通过一定频率，产生热能效应，这种效应能蒸发、气化病变的牙周组织，去除牙周袋内的玷污层，达到治疗牙周炎的目的。仇荣星和张菁通过术后采访咽部血管瘤患者的病情，发现Nd∶YAG激光用于治疗咽部血管瘤手术具有不出血、反应轻、简便、术后治愈率高的优点。

4  光子晶体材料

光子晶体材料和分子印迹技术结合制备出的分子印迹光子晶体水凝胶传感器，能够在药物分析、临床诊断、生物医学、毒物分析、病毒检测等领域发挥巨大的应用价值。Hu Xiaobin等人以甲基丙烯酸作为功能单体制备出一种分子印迹光子晶体水凝胶传感器，能区分识别多巴胺对映体，这种对映体识别的灵敏度很好，检出限达到0.01mmol/L。Hu Xiaobin团队又制备出麻黄碱和伪麻黄碱的分子印迹光子晶体水凝胶，成功用于了添加麻黄碱和伪麻黄碱尿液的检测。Liu Zhehan等人制备出分子印迹光子晶体水凝胶膜来作为光学传感器，具有稳定性高、检测成本底以及重复利用性好的优点，将之应用于三聚氰胺的识别检测，其检出限低于卫生部公告中的最低值，可作为用于检测食品有害成分或环境污染物的有效工具。20世纪末发展起来的液相芯片技术是一种多元分析技术，具有高灵敏度、高通量及高特异性等优点，可用于肿瘤筛查。光子晶体编码微球能为液相芯片技术提供稳定的编码，为肿瘤筛查提供多变灵活的多元分析技术。

5  其他

压电石英晶体生物传感器是一种将石英晶体作为换能器件的生物传感器，其敏感元件为各种生物分子，目前广泛应用于医学实验诊断。根据生物敏感元件的不同，可将这种生物传感器分为DNA传感器、蛋白质传感器、免疫传感器、气体传感器等。利用石英晶体微天平生物传感器可以检测出细菌、病原微生物等。Souhir等人把红外光谱偏振调制反射吸收技术应用到压电石英晶体免疫传感器中，在检测金黄色葡萄球菌时检测限达105CFU/ml。Rosana等人于石英晶体表面的金纳米颗粒上与巯基化抗人肌钙蛋白T抗体共价结合，在检测人血清中的肌钙蛋白T时，最低检测限达0.0015ng/mL，其线性范围为0.003～0.5ng/mL，这一成果在急性心肌梗死的临床诊断上有重要应用价值[26]。李金花等人利用电化学石英晶体微天平（EQCM）研究了自组装膜上细胞色素 c( Cytc) 的实时表征和定量测量，研究结果表明，Cytc 在浓度范围为0. 03～3.00μmol/L时呈线性变化，其检测限可达到1.19×109mol/L。Yogeswaran 等人利用功能性多壁碳纳米管与纳米铂、Nafion、纳米生物传感膜纳米复合材料等同时测定抗坏血酸、尿酸和肾上腺素，使用石英晶体微天平（EQCM ）揭示了Au和Pt在功能性多壁碳纳米管复合膜上的结合，之后又与扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM） 等技术结合对膜的形态进行表征。

磷酸三钙晶体是众多磷酸钙生物骨水泥原料的一种，骨水泥是用于骨科手术的医用材料，主要应用于人工关节置换手术。赵萍等人通过添加少量添加剂，制备出主要成分为斜方α相磷酸三钙晶体的固相反应产物，得到高温磷酸三钙生物骨水泥。在相同条件下，与低温单斜 α磷酸三钙骨水泥相比，强度提高60%[28]。谢纪宝等人通过实例观察研究了β—磷酸三钙人工骨联合重组人骨形态发生蛋白—2填充法治疗肱骨近端良性肿瘤样病变，发现这种结合有利于刮出后的骨缺损重建和骨愈合。徐睿等人以α—半水硫酸钙为基体，将一定比例的α—磷酸三钙与α—半水硫酸钙复合后发现，添加平均粒径为0.21μm的α—磷酸三钙后，α—半水硫酸钙/α—磷酸三钙的降解性能相较于纯的α—半水硫酸钙基骨水泥得到改善。

羟基磷灰石是人体和动物骨骼中的主要无机成分，具有良好的生物相容性和生物活性，常应用于骨组织修复。人的牙釉质中约含有质量分数96%的羟基磷灰石。崔健等人采用熔融—淬火—烧结法制备出氟磷灰石微晶玻璃，发现氟磷灰石晶体可以在较宽的温度范围内析出，其结构比羟基磷灰石更加紧密，适合作为骨或牙齿修复材料。邓同铭等人制备出一种表面被帕米膦酸基团功能化的紫杉醇纳米晶体（Pa—PNCs），对肿瘤细胞的杀伤力更强，可应用于治疗肿瘤骨转移。

6  结语

本文所介绍的这几种人工晶体材料在医疗领域的应用主要体现在：①成像，包括磁共振成像、核医学成像等；②肿瘤治疗，包括热疗法、激光治疗、检测和诊断等；③杀菌；④生物骨水泥；⑤牙科治疗，如种植体周围炎、牙本质过敏等。随着制备技术和表面改性技术的不断创新，磁性纳米晶体材料在临床中的应用范围和规模不断扩大，需要在未来的发展中将临床的需求与制造技艺有效的结合，以实现更好的使用效果。石英晶体微天平设备和石英晶振片等随着科研的深入，性能将越来越好， 基于石英晶体微天平的技术应用将会越来越广泛。在当前及未来很长一段时期内，以硅酸钇镥和硅酸镥晶体为探测器材料的闪烁体探测器仍将是最有前景并居于主流地位的核医学成像中的探测器，寻找和制备响应速度更快、阻断性能更高、密度更高、光产额更高且低成本的闪烁晶体材料是晶体技术未来的发展方向之一。还需要进一步进行更充分的调研，实现对人工晶体材料在医疗领域应用现状的更全面更深入的分析。

江洪  王春晓

中国科学院武汉文献情报中心