納米技術(shù)在生物方面的應(yīng)用

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1、新型納米生物醫(yī)藥材料班級：光信121學(xué)號：3120242021姓名：郭晨論文題目：納米技術(shù)在生物方面的應(yīng)用納米技術(shù)在生物方面的應(yīng)用（一）所謂納米技術(shù)(Nanotechnology)是指在小于100nm的量度范圍內(nèi)對物質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行制造的技術(shù)，其實(shí)就是一種用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)在新世紀(jì)將推動信息技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、自動化技術(shù)及能源科學(xué)的發(fā)展，將極大的影響人類的生活，納米技術(shù)涉及面十分廣泛包括物理學(xué)化學(xué)生物醫(yī)學(xué)和材料等有關(guān)的領(lǐng)域。納米技術(shù)及其應(yīng)用正在不斷發(fā)展對許多科技領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響。隨著人們對生命領(lǐng)域的認(rèn)識的不斷深入可以認(rèn)為生物世界是由納米級單元構(gòu)成并且

2、生命生物學(xué)提供了一個(gè)新的研究領(lǐng)域即在納米水平上對細(xì)胞和生命進(jìn)一步認(rèn)識相應(yīng)地對生命本身細(xì)微結(jié)構(gòu)認(rèn)識的深入將使人們不斷得到啟迪有助于對細(xì)胞行為更好調(diào)控促進(jìn)新興研究領(lǐng)域的發(fā)展因此納米與生物的結(jié)合不僅對探索生命本質(zhì)具有重大科學(xué)意義而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值?！?】（二）納米生物學(xué)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(xué)叫做納米生物學(xué)。納米結(jié)構(gòu)通常指尺寸在1nm～100nm范圍的微小結(jié)構(gòu)。1納米等于10-9m，即1m的十億分之一。我們知道，細(xì)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(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有幾十到幾百納米量級的空間尺度。顯

3、然在納米水平上研究生命現(xiàn)象的納米生物學(xué)，它的研究對象就是亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)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(xì)胞、紅細(xì)胞小得多，這就為生物學(xué)研究提供了一個(gè)新的研究途徑即利用納米微粒進(jìn)行細(xì)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(jìn)行局部定向治療等。1納米機(jī)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)是細(xì)胞中精巧的分子馬達(dá)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(yīng)在能量循環(huán)中起關(guān)鍵作用還充作特殊生理活動作功分泌吸收和傳導(dǎo)等的初級能源)的大型嵌膜復(fù)合體。。自然界中有一些細(xì)菌可以靠擺動其鞭毛而

4、運(yùn)動，鞭毛的根部就像一個(gè)微小的馬達(dá)它的中心是一個(gè)由蛋白質(zhì)構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子周圍是一個(gè)由六個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的環(huán)每個(gè)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(xì)胞內(nèi)能源機(jī)制啟發(fā)下制造出了一種分子馬達(dá)，這種微型馬達(dá)以三磷酸腺苷酶為基礎(chǔ)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(gè)分子馬達(dá)浸于ATP溶液后其中395個(gè)保持不動但另5個(gè)則轉(zhuǎn)動起來轉(zhuǎn)速達(dá)到8r/s這種馬達(dá)只在顯微鏡下才能被觀察到，其鎳螺旋槳相對來說較長達(dá)到750nm。根據(jù)拍攝到的畫面研究人員觀察到一個(gè)塵埃粒子先被旋轉(zhuǎn)的螺旋槳吸入

5、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(yùn)送到體內(nèi)的任何地方比如將化療藥物直接運(yùn)送到腫瘤以減少對正常細(xì)胞的損傷。更深入的研究將允許科學(xué)家們利用分子水平上的研究結(jié)果將無機(jī)裝置與自分子馬達(dá)相結(jié)合創(chuàng)造雜交系統(tǒng)和全新納米機(jī)械器件。人們設(shè)想利用化學(xué)能的分子馬達(dá)驅(qū)動的納米機(jī)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(yīng)。例如可探測有害化學(xué)物質(zhì)的納米傳感器，當(dāng)被有害物質(zhì)激活后這種傳感器內(nèi)的馬達(dá)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(xué)污染同時(shí)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

6、物的施用[7]等。納米機(jī)械還可以利用DNA基本元件堿基的配對機(jī)制做成采用DNA為燃料的鑷子，研究人員設(shè)計(jì)出三條DNA鏈AB和C利用堿基配對機(jī)制使A的一半與B的一半結(jié)合A的另一半與C的一半結(jié)合在A連接B與C的地方有一個(gè)活動樞鈕，這樣就構(gòu)成了一個(gè)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(shè)計(jì)好的DNA鏈D使它分別與B和C上堿基未配對的部分結(jié)合就把B和C兩臂拉到一起使鑷子合上，同時(shí)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(jié)合把D拉離鑷子，即能使鑷子重新張開。重復(fù)添加鏈D和鏈E的過程可使鑷子反復(fù)開合由于這個(gè)鑷子的開合需要在

7、DNA鏈D和鏈E的作用下才能進(jìn)行故將DNA稱為這種鑷子的燃料。2納米生物標(biāo)記細(xì)胞染色是用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡研究細(xì)胞組織的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)。未加染色的細(xì)胞組織由于襯度低很難用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡進(jìn)行觀察，為了解決這個(gè)問題已經(jīng)發(fā)展了多種染色技術(shù)。納米粒子的出現(xiàn)為建立新的更加有效的染色技術(shù)提供了途徑。文獻(xiàn)[10]介紹了比利時(shí)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-