納米技術在生物方面的應用

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1、新型納米生物醫(yī)藥材料班級：光信121學號：3120242021姓名：郭晨論文題目：納米技術在生物方面的應用納米技術在生物方面的應用（一）所謂納米技術(Nanotechnology)是指在小于100nm的量度范圍內(nèi)對物質(zhì)和結構進行制造的技術，其實就是一種用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學技術。納米技術在新世紀將推動信息技術、生物醫(yī)學、環(huán)境科學、自動化技術及能源科學的發(fā)展，將極大的影響人類的生活，納米技術涉及面十分廣泛包括物理學化學生物醫(yī)學和材料等有關的領域。納米技術及其應用正在不斷發(fā)展對許多科技領域產(chǎn)生了巨大的影

2、響。隨著人們對生命領域的認識的不斷深入可以認為生物世界是由納米級單元構成并且生命生物學提供了一個新的研究領域即在納米水平上對細胞和生命進一步認識相應地對生命本身細微結構認識的深入將使人們不斷得到啟迪有助于對細胞行為更好調(diào)控促進新興研究領域的發(fā)展因此納米與生物的結合不僅對探索生命本質(zhì)具有重大科學意義而且具有重要的應用價值。【1】（二）納米生物學的研究對象有人把在納米尺度(水平)上研究生命現(xiàn)象的生物學叫做納米生物學。納米結構通常指尺寸在1nm～100nm范圍的微小結構。1納米等于10-9m，即1m的十億分之一。

3、我們知道，細胞具有微米(10-6m)量級的空間尺度，生物大分子具有納米量級的空間尺度。在它們之間的層次是亞細胞結構，具有幾十到幾百納米量級的空間尺度。顯然在納米水平上研究生命現(xiàn)象的納米生物學，它的研究對象就是亞細胞結構和生物大分子體系。由于納米微粒的尺寸一般比生物體內(nèi)的細胞、紅細胞小得多，這就為生物學研究提供了一個新的研究途徑即利用納米微粒進行細胞分離、疾病診斷，利用納米微粒制成特殊藥物或新型抗體進行局部定向治療等。1納米機械生命系統(tǒng)是由納米尺度上分子的行為所控制的F1-ATPase(F1-三磷酸腺苷酶)是

4、細胞中精巧的分子馬達之一，它位于線粒體內(nèi)是一種用于合成ATP(三磷酸腺苷可以用于推動許多生物合成反應在能量循環(huán)中起關鍵作用還充作特殊生理活動作功分泌吸收和傳導等的初級能源)的大型嵌膜復合體。。自然界中有一些細菌可以靠擺動其鞭毛而運動，鞭毛的根部就像一個微小的馬達它的中心是一個由蛋白質(zhì)構成的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子周圍是一個由六個蛋白質(zhì)結構組成的環(huán)每個蛋白質(zhì)分子都具有ATP酶的活性通過將ATP分解成ADP而獲得的能量就可以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動鞭毛擺動。Montemagno等[4]在活細胞內(nèi)能源機制啟發(fā)下制造出了一種分子馬達，這種

5、微型馬達以三磷酸腺苷酶為基礎把金屬鎳制成的螺旋槳嫁接到三磷酸腺苷酶分子中軸上，制造了400個分子馬達浸于ATP溶液后其中395個保持不動但另5個則轉(zhuǎn)動起來轉(zhuǎn)速達到8r/s這種馬達只在顯微鏡下才能被觀察到，其鎳螺旋槳相對來說較長達到750nm。根據(jù)拍攝到的畫面研究人員觀察到一個塵埃粒子先被旋轉(zhuǎn)的螺旋槳吸入和甩出的情景。[6]Montemagno希望最終有一天能夠利用這種裝置將某些藥品運送到體內(nèi)的任何地方比如將化療藥物直接運送到腫瘤以減少對正常細胞的損傷。更深入的研究將允許科學家們利用分子水平上的研究結果將無機

6、裝置與自分子馬達相結合創(chuàng)造雜交系統(tǒng)和全新納米機械器件。人們設想利用化學能的分子馬達驅(qū)動的納米機械與閥泵和傳感器組成集成器件這類器件，能對肌體內(nèi)外的變化作出反應。例如可探測有害化學物質(zhì)的納米傳感器，當被有害物質(zhì)激活后這種傳感器內(nèi)的馬達就打開閥門釋放出可見的物質(zhì)示警，利用小型自給自足能量的器械可以探測并鑒別土壤中的油類或化學污染同時繪制出它的分布和濃度圖或是根據(jù)探測的體內(nèi)變化調(diào)控藥物的施用[7]等。納米機械還可以利用DNA基本元件堿基的配對機制做成采用DNA為燃料的鑷子，研究人員設計出三條DNA鏈AB和C利用堿

7、基配對機制使A的一半與B的一半結合A的另一半與C的一半結合在A連接B與C的地方有一個活動樞鈕，這樣就構成了一個可以開合的鑷子。而其每條臂只有1nm長一般情況下鑷子保持開的狀態(tài)，利用另一條設計好的DNA鏈D使它分別與B和C上堿基未配對的部分結合就把B和C兩臂拉到一起使鑷子合上，同時D仍留出一部分未配對的堿基再添加一條DNA鏈E使它與鏈D上堿基未配對的部分結合把D拉離鑷子，即能使鑷子重新張開。重復添加鏈D和鏈E的過程可使鑷子反復開合由于這個鑷子的開合需要在DNA鏈D和鏈E的作用下才能進行故將DNA稱為這種鑷子的

8、燃料。2納米生物標記細胞染色是用光學顯微鏡和電子顯微鏡研究細胞組織的一項十分重要的技術。未加染色的細胞組織由于襯度低很難用光學顯微鏡和電子顯微鏡進行觀察，為了解決這個問題已經(jīng)發(fā)展了多種染色技術。納米粒子的出現(xiàn)為建立新的更加有效的染色技術提供了途徑。文獻[10]介紹了比利時的Demey博士在乙醚的黃磷飽和溶液中用抗壞血酸或檸檬酸把金從HAuCl4水溶液中還原成金納米粒子其粒徑為30-40nm并由此制備了金納米粒子-