纳米生物材料研究进展

PAGE3纳米生物材料研究进展学院：建筑工程学院专业：土木工程姓名：李春波学号111401140生物材料又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品，而今天，就让我带领你走进微小，但不失奇妙的纳米生物材料。纳米，其实是长度单位，原称毫微米，就是10亿分之一米，即100万分之一毫米。如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。举个例子来说，假设一根头发的直径是0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。也就是说，一纳米大约就是0.000001毫米.纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的发展带动了与纳米相关的很多新兴学科。有纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等。全世界的科学家都知道纳米技术对科技发展的重要性，所以世界各国都不惜重金发展纳米技术，力图抢占纳米科技领域的战略高地。我国于1991年召开纳米科技发展战略研讨会，制定了发展战略对策。十多年来，我国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前，我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家，充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。在过去几年中,生物纳米材料的理论与实验研究已成为人们关注的焦点,特别是核酸与蛋白质的生化、生物物理、生物力学、热力学与电磁学特征及其智能复合材料已成为生命科学与材料科学的交叉前沿。目前,纳米生物芯片材料、仿生材料、纳米马达、纳米复合材料、界面生物材料、纳米传感器与药物传递系统等方面已取得很大进展。纳米生物芯片材料纳米生物芯片材料是一个正在发展的技术，它首先利用生物智能全数字癫痫定位仪查出致痫病灶，并进行精确定位，运用生物芯片技术进行植入病灶顶部，运用生物芯片调节神经兴奋及异常发作的微小电流，芯片植入后(就是出现发作人体也感应不到，因为电流被芯片吸收，就不会出现电流刺激神经和脑细胞，各种肢体抽搐等异常症状即刻消失)。而治疗系统中另一项需同时进行的血液磁化技术，它是依据生物物理学、生物磁学、生物光学、生物化学的原理，将磁、光、氧有机结合形成磁共振作用，以血液为媒介调节机体代谢实现对机体的治疗，它能感应和影响人体电流分布、电荷微粒的运动、膜系统的通透性和生物高分子的磁矩取向等，清除大脑异常电流，稳定神经细胞膜，提高神经细胞兴奋阈，抑制大脑神经元高频放电和冲动的传播。在脑部形成稳定的生物磁场，使异常放电的神经元电位趋于平衡，调整神经网路电失衡。对神经细胞功能失调有整合作用,对缺氧破损的神经细胞有修复作用,可以增进神经细胞的重新生长,针对性的修复受损的神经细胞，从而产生镇静、解痉作用，激发神经自身保护功能，促使神经功能恢复。据悉，国际最新癫痫治疗高科技项目微纳米生物芯片技术已经取得解放军军部、国家权威医疗卫生部门认可和临床验证，并被允许临床推广。2．纳米仿生材料仿生材料是指模仿生物的各种特点或特性而研制开发的材料。通常把仿照生命系统的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工材料称为仿生材料。而纳米技术在仿生材料上的应用，则使得材料的物理、化学特性发生重大变化，性能得到显著提高。核酸与蛋白质是执行生命功能的重要纳米成分，是最好的天然生物纳米材料。这些成分相互作用编织了一个复杂的完美的生物世界。近年来，在人造复眼结构上也有了突破性的进展。Jeong等通过软刻蚀法，合成了结构近似的人造复眼，其具有近乎完整的复眼构造，其包括完整的微透镜、锥体、光通道和检测器，很好地模拟了复眼的功能，这种人造复眼结构的成功，将对今后微存储、照相领域带来不可忽视的影响。在对荷叶结构的模仿上，江雷研究小组利用激光刻蚀的方法制备了相似阵列的超疏水碳纳米管薄膜。Barthlott研究小组利用双组分硅及熔融的聚醚对荷叶植物表面进行结构复制也得到了超疏水表面薄膜。这些结构与荷叶类似，都具有很强的疏水性能。随着研究的深入，已经可以通过各种方法制备超疏水材料，如等离子体处理、气相沉积等。进一步地，将固体表面的特殊浸润性结合起来，可以设计超双亲、超双疏、亲疏条件切换等特殊材料，这些材料在物理、化学、智能控制等方面有着巨大的潜力。水黾能自由的在水面行走、滑动。这种迷人的特性一直吸引着人们。已经知道，水黾的这种特性与其腿部的微纳结构所产生的疏水性是分不开的。Bush研究小组模拟制造了一只机器水黾，其身躯由易拉罐的金属皮制成，前后两对腿为疏水性的不锈钢丝，中间的一对脚则由一条弹力带和滑轮构成。同水黾一样，此机器水黾也能依靠腿的弯曲产生的曲率来支撑其身体，也能自由的漂浮在水面上。如果将这种超疏水性材料应用到船体上，则可以明显减小船底的吃水深度，如能大规模应用，必将对航运事业产生不可估量的影响。壁虎等是靠脚上无数微小的刚毛与物体之间产生的范德华力来黏附的。范德华力本身是一种非常弱的分子间力，由于其过于微弱，长期以来并不引人注意。直到Full小组研究发现，壁虎能够在墙壁等上面自由行走，靠的确实是每根刚毛累积起来的范德华力，虽然每根刚毛产生的范德华力非常微小，几十万根刚毛的总体产生的力就十分可观了。对这种黏附力的模仿，Geim等用电子束刻蚀和氧等离子体处理，报道合成了类似壁虎脚上刚毛的聚酰亚胺阵列绒毛，这是一种非黏性黏合剂，依靠的正是范德华力。这种材料有很多潜在的用途，将有可能使人在墙壁上自然行走，成为真正的“蜘蛛”。3.纳米马达生物纳米马达，又称生物马达分子、分子马达或纳米机器，是由生物大分子构成并将化学能转化为机械能的纳米系统。天然的分子马达，如：驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，在生物体内的胞质运输、DNA复