纳米技术在生物医学中的应用

1、什么是纳米技术？ w纳米技术是指在1100纳米这一尺度范围内 对原子、分子进行操纵和加工的技术，包括 纳米结构和纳米材料。 原子原子 1000 nm 由底层到上层或者由上层至底层 由上至下的制造 w传统的制造工艺 w不断的取走部分物质，剩 下的就是最终产品 例如：雕刻 由下至上的制造 w纳米技术途径 w不断的添加部分物质，直 到产品被创造出来 例如：生物体系 纳米技术的起源 wRichard Feynman 1959 演讲 底层还有许多空间 一些纳米技术分子器件示意图 轴承轴承万向节万向节 齿轮齿轮差动齿轮差动齿轮泵泵 精细动作控制器精细动作控制器 碳纳米管实例 世界上最小的算盘（C-60分子

2、） 纳米技术的应用 纳米技术 计算机科学 非晶体的点阵 数据存储 数据交换 信息处理 生物医学 影象学 药物输送 基因治疗 损坏细胞的修复 纳米技术应用于生物医学的优势 w尺度的不同带来不同的性质：（光学，磁性） w对于研究对象在尺度上的匹配 w微型化生物系统面积和体积的缩小，可极大地提高 该系统的性能，产量和节约成本 w传统医学的诊断治疗手段无法解决的难题可以通过 纳米技术来攻克 w可以极大的提高药物输送以及利用的效率 “蘸水笔蘸水笔”纳米印刷术建立的蛋白质纳米阵列纳米印刷术建立的蛋白质纳米阵列 基于纳米颗粒的基于纳米颗粒的DNA检测方法检测方法 光纤纳米传感器单细胞分析 Vo-Dinh,

3、etl. (2000) Antibody-based nanoprobe for measurements in a single cell. Nat. Biotechnol. 18, 764767. 肿瘤的靶向治疗 肿瘤细胞识别 诊断肿瘤起因 药物输送 报告肿瘤位置 肿瘤细胞死亡报告 分子马达 w利用人体内源性ATP作 为能量来源的分子马达 w体外实验证明可以捕捉 病毒，并可以使病毒在 入侵细胞前失活 分子马达（纳米陷阱）分子马达（纳米陷阱） 血管清道夫 口服药物输送 纳米药物尺度的优势 门控纳米材料包容机理 纳米尺度的“墙”可以部分溶解，然后在合适的条件重 新建立，从而将荧光标记的药物包容

4、在内部 纳米靶向药物 纳米生物医学的未来畅想 人体修复机器 呼吸系统人造细胞呼吸系统人造细胞病毒的寻找病毒的寻找 动脉清理动脉清理脑功能的加强脑功能的加强 机 遇 w到到2010年将有年将有2百万科研人员从事纳米技术研究百万科研人员从事纳米技术研究 w到到2025年纳米技术将成为万亿美圆的产业年纳米技术将成为万亿美圆的产业 w成为制造业的基础技术成为制造业的基础技术 w拥有百倍强度的智能性材料拥有百倍强度的智能性材料 w治愈所有的疾病治愈所有的疾病 w提供廉价的途径前往太空提供廉价的途径前往太空 谢 谢！ 参 考 wVo-Dinh, etl. (2000) Antibody-based nan

5、oprobe for measurements in a single cell. Nat. Biotechnol. 18, 764767. wJin, R.; Cao, Y.; Mirkin, C. A.; Kelly, K. L.; Schatz, G. C.; Zheng, J. Photo-Induced Conversion of Silver Nanospheres to Nanoprisms, Science, 2001, 294, 1901-1903 wMetraux, G. S.; Cao, Y. C.; Jin, R. C; Mirkin, C. A. Triangular

6、 nanoframes made of gold and silver, Nano Lett. 2003, 3, 519-522. wJin, R.; Cao, Y.; Metraux, G. S.; Schatz, G. C.; Mirkin, C. A. Controlling anisotropic nanoparticle growth through plasmon excitation, Nature 2003, 425, 487-490. wLi, Z.; Chung, S. W.; Nam, J.-M.; Ginger, D.; C. A. Mirkin, C. A. Livi

7、ng templates for the hierarchical assembly of gold nanoparticles, Angew. Chemie. Int. Ed. 2003, 42, 2306-2309. wLee,K.-B.; Park, S.-J.; Mirkin, C. A.; Smith, J. C.; Mrksich, M. Protein Nanoarrays Generated by Dip- Pen Nanolithography, Science, 2002,295(5560), 1702-1705. wLee, K-B.; Lim, J-H.; Mirkin

8、, C.A. “Protein Nanostructures Formed Via Direct-Write Dip-Pen Nanolithography” J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5588-5589. wLim, J-H.; Ginger, D.S.; Lee, K-B.; Heo, J.; Nam, J-M.; Mirkin, C.A. “Direct-Write Dip- Pen Nanolithography of Proteins on Modified Silicon Oxide Surfaces,” Angew. Chem. Int. Ed.

9、2003, 20, 2411-2414. wMirkin, C. A.; Letsinger, R. L.; Mucic, R. C.; Storhoff, J. J. Nature 1996, 382, 607. wMucic, R. C.; Storhoff, J. J.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. DNA-Directed Synthesis of Binary Nanoparticle Network Materials, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12674-12675. w 纳米技术的应用 纳米技术 计算机科学 非晶体的点阵 数据存储 数据交换 信息处理 生物医学 影象学 药物输送 基因治疗 损坏细胞的修复 “蘸水笔蘸水笔”纳米印刷术建立的蛋白质纳米阵列纳米印刷术建立的蛋白质纳米阵列 分子马达 w利用人体内源性