纳米技术在分子生物学中的应用

1、12009-3-272DNARNAproteincharacterhttp:/ 3456目前，已有多种原子力显微镜问世，AFM克服了STM只适用于具导电性样品的不足之处 。78910随着转子的转动，气体分子与转子上的结合位点结合再释放到血浆中。 111213http:/ 141516171819多元蛋白质芯片模型1）在格式化的改性表面上，固定配基；2）含配基的芯片与蛋白溶液相互作用，蛋白特异性结合形成蛋白复合物；3）对芯片进行检测以确定蛋白间的相互作用。20研究蛋白相互作用的芯片 Protein G、p50和FRB等三种蛋白分别以点状阵列固定到玻片上。三种探针分别与三种蛋白发生特异性相互作用。

2、D表示无任何探针的状态。21DNA芯片还可用于监测不同的人体细胞和组织基因表达，以检测癌症或其它疾病所对应的基因的变化。随着DNA芯片及杂交技术的发展，DNA芯片将有可能直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。 基因表达的微阵列图：以两种颜色的荧光标记来自于两种细胞的样品，杂交后，对微阵列的每一位点进行荧光扫描。每一位点的光强度正比于它所结合的荧光cDNA的量。光强越强，样品中该基因的表达水平越高。如微阵列的位点无荧光，说明两种细胞均不表达该基因。如某一位点显示一种荧光，说明该标记的基因只在此细胞样品中表达。同一位点显示两种荧光，说明该基因在两种细胞样品中均表达。22肌肉肌球蛋白和驱动蛋白

3、的运动周期模型美国波士顿大学的化学家制备出世界上最小的马达，该分子马达由78个原子构成23http:/ 242526Molecular-scale machines could one day have medical applications such as removing cancerous cells.Nature 451, 770-771 (14 February 2008) | 利用氨基酸为原料，按照分子设计组成线状肽链，合成所需的蛋白质“零件”。由于线状肽链能在一定的条件下自动转变成特定的三维结构，所以便于制备成具有特定功能的生物零件。进一步利用肌细胞的纤维结构骨架和纤毛结构（运

4、动部件），还可以制备有支撑、牵引和杠杆功能的零件并以酶为核心统一成具有特定功能的结构，即形成生物机器。这些纳米机器人以光感应器作为开关，从溶解在血液中的葡萄糖和氧气获得能量。2728293031纳米机器人在清理血管中的有害堆积物32纳米机器人进入人体消化系统工作示意图33n纳米药物分子运输车纳米药物分子运输车 ：http:/ 383940通过纳米粒-DNA复合物表面携带的阳离子与细胞膜上带负电荷的糖蛋白及磷脂相互作用引发细胞胞吞作用而进入胞质。细胞表面负电荷的数量与纳米粒-DNA复合物的大小决定基因转运、受体介导的内吞、胞饮和噬菌作用，而DNA从溶酶体有效释放入胞浆是增强转染活性所必须的。纳米

5、粒载体介导的基因入胞机制纳米粒载体介导的基因入胞机制4142原子力显微镜观察原子力显微镜观察 PBCA-NP纳米颗粒呈圆球形，纳米颗粒呈圆球形，表面平滑完整，分散良好，无粘附团聚现象表面平滑完整，分散良好，无粘附团聚现象4344 454647nhttp:/ dots modified with antibodies to human prostate specific membrane antigen light up murine tumors that developed from human prostate cells.Nature Biotechnology, Vol22,2004总

6、的来说，由于量子点技术有其独特的标记特点，它必将成为今后生物分子检测的尖端技术，为DNA 检测(DNA 芯片) 、蛋白质检测(蛋白质芯片) 和探索蛋白质蛋白质之间(抗原抗体、配体受体、酶底物) 反应原理提供更先进的方法。同时也将极大的推动生物显像技术和生物制药技术的迅猛发展，给疾病的诊断和治疗带来巨大进步。54n将超顺磁多糖纳米粒子与纳米尺寸的SiO2相互作用，提高了颗粒基体的强度，增加了纳米磁性颗粒在分子生物学中的应用研究：DNA自动提纯、蛋白质检测、分离和提纯、生物物料中逆转录病毒检测、内毒素清除和磁性细胞分离等。此外，还可以将磁性纳米粒子表面涂覆高分子材料后与蛋白质结合，作为药物载体注入

7、到人体内，在外加磁场作用下，通过纳米磁性粒子的磁性导向性，使其向病变部位移动，从而达到定向治疗的目的。例如1050 nm的Fe3O4的磁性粒子表面包裹甲基丙烯酸，尺寸约为200 nm，这种亚微米级的粒子携带蛋白、抗体和药物可以用于癌症的诊断和治疗。这种局部治疗效果好，副作用少。 n脂质体（Liposome)是一种定时定向药物载体，属于靶向给药系统的一种新剂型。纳米脂质体作为药物载体的优点：由磷脂双分子层包封水相囊泡构成，与各种固态微球药物载体相区别，脂质体弹性大，生物相容性好；对所载药物有广泛的适应性，水溶性药物载入内水相，脂溶性药物溶于脂膜内，两亲性药物可插于脂膜上，而且同一个脂质体中可以同

8、时包载亲水和疏水性药物；磷脂本身是细胞膜成分，因此纳米脂质体注入体内无毒，生物利用度高，不引起免疫反应；保护所载药物，防止体液对药物的稀释，及被体内酶的分解破坏。对脂质体表面进行修饰，譬如将对特定细胞具有选择性或亲和性的各种配体组装于脂质体表面，以达到寻靶目的。n科学家通过在DNA的表面覆盖金属原子的培植方法，合成了导电的DNA链。但由于DNA完全被金属覆盖，仅起一种支架的作用，不再具备选择性结合其它生物分子这一很有价值的特性。 研究者发现了将DNA发展成新一代生物传感器和半导体导线的途径，DNA很容易把锌、镍、钴等离子并入它的双螺旋的中心，并找到了在高pH值等基本条件下，稳定DNA含有金属离子的状态，获得了新的DNA导电体。 并且，此类金属DNA仍然保持选择性结合其它分子的能力，如遗传畸变探测生物传感器。类似于其它的DNA探测，在此传感器上装配上所要探测的特制DNA序列，由于DNA链是导电的，杂交DNA所引起的删除或变化，均起阻碍