纳米生物技术(3)

1、生物纳米技术及其应用Product By Tony ShawXiao_yuan_bin版权申明及使用说明 此课件的所有图片资源归原作者所有！ 课件中部分Flash资源来自个人制作或修改，版权归原作者所有！ 此课件仅用作教学交流之用，请勿用于商业用途，如有违反申明，作者有权追究其法律责任！ 尊重知识产权，你我共同行动！ 本课件的运行环境为Windows XP及以上操作系统； 必须安装Adobe Flash player for IE Active 9.0以上版本。否则会提示控件未激活等错误提示！一、纳米的概念 纳米是一种几何尺寸的量度单位，长度仅为10-9m，略等于45个原子排列起来的长度，约为

2、人发直径的8-110-4，纳米技术研究在01100nm尺度范围的物质世界。二、纳米技术（nanotechnology） 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。 三、纳米生物技术 在最近的十年中,随着纳米材料在癌症治疗、细胞显影和疾病检测方面的应用,由此诞生了一个新的领域生物纳米技术。生物纳米技术

3、是指在纳米尺度上认识生物分子的精细结构和功能之间的联系,并在此基础上按研究者的意愿组合、装配,创造出满足人们意愿并行使特定功能的生物纳米机器。“纳米蜘蛛纳米蜘蛛”机器人复制出了另一个机器机器人复制出了另一个机器人，继而被染成绿色，并朝红色目标移动人，继而被染成绿色，并朝红色目标移动 “纳米蜘蛛纳米蜘蛛”机器人机器人四、生物纳米技术的产生 众多的生物大分子是天然的纳米机器,受自然选择限制,只有在生理条件(合适的PH、温度、盐度)才能保持活性; 无机纳米材料本身具有独特的性质,但又缺乏生物活性,功能受限。核酸分子核酸分子碳纳米管碳纳米管五、生物纳米技术的应用 （1 1）、）、QDsQDs的生物标记

4、、成像技术的生物标记、成像技术 最近,国外科学家Kim等最近研制出了一种多聚复合纳米颗粒(NPs),可用于癌细胞的检测：以一种可降解生物多聚物(PLGA)作为基质,将化学治疗药物(阿霉素)以纳米颗粒的形式纳入到了聚合纳米颗粒基质当中；将CdSe/ZnS半导体量子点(QDs)或超顺磁性的纳米晶体四氧化三铁嵌入该基质中；通过聚乙二醇基团将对癌细胞有靶向作用的叶酸连接到被修饰的PLAG上,构成了一个完整的NPs；在癌细胞上有过量表达的叶酸受体,连有叶酸的NPs通过抗原抗体结合反应侦查到癌细胞并进行光学成像,可以通过核磁共振和荧光成像来观察抗原抗体的结合进而对癌细胞进行监测。同时,通过四氧化三铁的磁导

5、作用将阿霉素运输到癌细胞附近,杀死癌细胞。（2 2）复合无机纳米材料的应用）复合无机纳米材料的应用 美国科学家正在研制一种“黄金纳米条”，这种能在血液中流动的纳米条可能会帮助医生发现机体的癌变器官。 科学家将黄金纳米条注射到老鼠体内，然后用比可见光波长稍长的激光束照射老鼠的耳朵，当纳米条在老鼠血管中移动时，金色微粒就会发出比常规成像设备中使用的荧光染料亮度近60倍的荧光，跟踪这些闪光棒路径的新型成像系统就能生成比目前成像设备更清晰的图片。“黄金纳米条”可能会在刚显现出的癌症和肿瘤等“麻烦”区域活动。黄金纳米颗粒黄金纳米颗粒黄金纳米颗粒在血管中黄金纳米颗粒在血管中黄金是制作造影剂的上等材料，因为

6、它能稳定地发出荧光，从生物化学方面讲属于惰性物质，它对人体安全。科学家已进一步完善这种透析技术，准确控制纳米条的生长。同时，对成像设备的控制对成像进程至关重要，因为决定光频率的纳米条的比例将促使它们发光。只有使用合适的光频率才有可能使纳米条顺利在皮肤中穿行。 （3 3）、纳米管的应用）、纳米管的应用肽纳米管肽纳米管 阳离子二肽在中性条件下可以自组装成纳米管，通过改变自组装体系的浓度，纳米管能进一步转化为囊泡，利用此转变过程可将寡核苷酸(ss-DNA)通过细胞的吞噬作用携入细胞内，从而实现外缘物质的胞内输送。 纳米管纳米管肽纳米管载寡核苷酸进行细胞内输送的示意图肽纳米管载寡核苷酸进行细胞内输送的

7、示意图 (a) (a) 肽纳米管的肽纳米管的SEM SEM 图；图；TEM TEM 图：图：(b) (b) 肽纳米肽纳米管向囊泡转变的中间态，管向囊泡转变的中间态，(c) (c) 由纳米管再组装由纳米管再组装产生的囊泡；产生的囊泡；(d) (d) 与载有与载有ssss-DNA-DNA的肽纳米管孵的肽纳米管孵化化24h24h后的后的HaLaHaLa细胞的细胞的CLSMCLSM图。图。 纳米管的应用纳米管的应用仿生多通道微纳米仿生多通道微纳米许多植物的茎都是中空的多通道微米管，这使其在保证足够强度的前提下可以有效节约原料及输运水和养分；鸟类的羽毛也具有多通道管状结构，这可以极大地减轻重量以及保温；

8、许多极地动物能够在严寒的环境中生存下来，也是因为其皮毛具有多通道或多空腔的微纳米管状结构赋予其卓越的隔热性能。 我国科学家成功的将siRNA通过可切断的二硫键连在脂质分子上,再将其覆盖在碳纳米管表面的siRNA运送载体经纳米管（CNT）运送到T淋巴细胞和单核细胞中。所使用siRNA可使对HIV侵染起关键作用的细胞表面受体CD4、CDCR4的表达沉默。纳米管的应用纳米管的应用探测显色和杀菌纳米管探测显色和杀菌纳米管将氯仿加在混乱排列的Lee等研制的一种具有探测显色和杀菌功能的纳米管纳米管垫时,纳米管的上端表面就会融在一起,形成一种衬垫的结构,衬垫之是方向各异的纳米管柱子。慢慢除去氯仿时, 自发组

9、织形成一种“纳米地毯”。将纳米管经干燥、紫外线处理,会发生多聚反应变得坚固,其颜色也会从白色变为深蓝色。进一步加入清洁剂或酸时,这些纳米管又会变成红色或黄色。而遇到大肠杆菌时,纳米管又会变为粉红色。当这些纳米管浓度大于1ug/ml时,会在一小时内杀死所有细菌。具有自净能力的纳米丝具有自净能力的纳米丝DNADNA纳米复合材料纳米复合材料 （4 4）分子纳米机器人）分子纳米机器人 2010年5月19日，来自南京大学和美国纽约大学的两个小组 ，Gu等人演示了一个微型组装线，它能通过将三种不同类型的金纳米颗粒结合起来制造8种可能的复合物分子纳米机器人 。一个“DNA折纸”砖是这个生产线的框架和轨道，一

10、个有三只手、四只脚的“DNA行走者”沿这个轨道行走，生成最终产品，其方式是：在它通过三种不同的载货DNA机器时将所收集的金纳米颗粒连接起来。Lund等人演示的纳米机器人是蜘蛛形状的DNA“行走者”，它们能在一个二维“DNA折纸”景观中感应和改动基质分子轨道，这个景观通过编程来让“行走者”执行诸如“开始”、“跟随”、“转弯”和“停止”等动作 六、纳米技术存在环境风险亟须引起重视理论分析认为：纳米颗粒能够进入人体，并对人体造成危害。例如，纳米颗粒可直接穿透人体皮肤引发多种炎症；可穿透细胞膜，将异物带入细胞内部，对人体脑组织、免疫与生殖系统等方面造成损害等。动物实验结果也表明，纳米物质的确可以对动物造成潜在危害。 二氧化钛(TiO2)纳米颗粒可能对环境有害。二氧化钛纳米颗粒是一种使用范围广、数量大的涂层材料。从机能毒性研究结果看，接触二氧化钛纳米微粒后，人体肺部将可能出现炎症；从环境毒性研究结果看，二氧化钛容易在饮用水中聚集，从而污染环境