文档介绍：新型纳米生物医药材料
班级:光信121
学号:3120242021
姓名:郭晨
论文题目:纳米技术在生物方面的应用
纳米技术在生物方面的应用
(一)所谓纳米技术(Nanotechnology)是指在小于100 nm的量度范围内对物质和结构进行制造的技术,其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米技术在新世纪将推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展,将极大的影响人类的生活,纳米技术涉及面十分广泛包括物理学化学生物医学和材料等有关的领域。纳米技术及其应用正在不断发展对许多科技领域产生了巨大的影响。
随着人们对生命领域的认识的不断深入可以认为生物世界是由纳米级单元构成并且生命生物学提供了一个新的研究领域即在纳米水平上对细胞和生命进一步认识相应地对生命本身细微结构认识的深入将使人们不断得到启迪有助于对细胞行为更好调控促进新兴研究领域的发展因此纳米与生物的结合不仅对探索生命本质具有重大科学意义而且具有重要的应用价值。【1】
(二)纳米生物学的研究对象
有人把在纳米尺度(水平)上研究生命现象的生物学叫做纳米生物学。纳米结构通常指尺寸在1 nm~100 nm范围的微小结构。1纳米等于10-9m,即1m的十亿分之一。我们知道,细胞具有微米(10-6m)量级的空间尺度,生物大分子具有纳米量级的空间尺度。在它们之间的层次是亚细胞结构,具有几十到几百纳米量级的空间尺度。显然在纳米水平上研究生命现象的纳米生物学,它的研究对象就是亚细胞结构和生物大分子体系。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红细胞小得多,这就为生物学研究提供了一个新的研究途径即利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断,利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。
1 纳米机械
生命系统是由纳米尺度上分子的行为所控制的F1-ATPase(F1-三磷酸腺苷酶)是细胞中精巧的分子马达之一,它位于线粒体内是一种用于合成ATP(三磷酸腺苷可以用于推动许多生物合成反应在能量循环中起关键作用还充作特殊生理活动作功分泌吸收和传导等的初级能源)的大型嵌膜复合体。。自然界中有一些细菌可以靠摆动其鞭毛而运动,鞭毛的根部就像一个微小的马达它的中心是一个由蛋白质构成的转子,转子周围是一个由六个蛋白质结构组成的环每个蛋白质分子都具有ATP 酶的活性通过将ATP 分解成ADP 而获得的能量就可以使转子旋转带动鞭毛摆动。Montemagno 等[4]在活细胞内能源机制启发下制造出了一种分子马达,这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础把金属镍制成的螺旋桨嫁接到三磷酸腺苷酶分子中轴上,制造了400 个分子马达浸于ATP 溶液后其中395 个保持不动但另5个则转动起来转速达到8 r/s 这种马达只在显微镜下才能被观察到,其镍螺旋桨相对来说较长达到750nm 。根据拍摄到的画面研究人员观察到一个尘埃粒子先被旋转的螺旋桨吸入和甩出的情景。[6] Montemagno 希望最终有一天能够利用这种装置将某些药品运送到体内的任何地方比如将化疗药物直接运送到肿瘤以减少对正常细胞的损伤
。更深入的研究将允许科学家们利用分子水平上的研究结果将无机装置与自分子马达相结合创造杂交系统和全新纳米机械器件。人们设想利用化学能的分子马达驱动的纳米机械与阀泵和传感器组成集成器件这类器件,能对肌体内外的变化作出反应。例如可探测有害化学物质的纳米传感器,当被有害物质激活后这种传感器内的马达就打开阀门释放出可见的物质示警,利用小型自给自足能量的器械可以探测并鉴别土壤中的油类或化学污染同时绘制出它的分布和浓度图或是根据探测的体内变化调控药物的施用[7]等。
纳米机械还可以利用DNA 基本元件碱基的配对机制做成采用DNA 为燃料的镊子,研究人员设计出三条DNA 链A B 和C 利用碱基配对机制使A 的一半与B 的一半结合A的另一半与C 的一半结合在A 连接B 与C 的地方有一个活动枢钮,这样就构成了一个可以开合的镊子。而其每条臂只有1nm 长一般情况下镊子保持开的状态,利用另一条设计好的DNA 链D 使它分别与B 和C 上碱基未配对的部分结合就把B 和C 两臂拉到一起使镊子合上,同时D 仍留出一部分未配对的碱基再添加一条DNA 链E 使它与链D 上碱基未配对的部分结合把D 拉离镊子,即能使镊子重新张开。重复添加链D 和链E 的过程可使镊子反复开合由于这个镊子的开合需要在DNA 链D 和链E 的作用下才能进行故将DNA 称为这种镊子的燃料。
2 纳米生物标记
细胞染色是用光学显微镜和电子显微镜研究细胞组织的一项十分重要的技术。未加染色的细胞组织由于衬度低很难用光学显微镜和电子显微镜进行观察
,为了解决这个问题已经发展了多种染色技术。纳米粒子的出现为建立新的更加有效的染色技术提供了途径。文