纳米生物技术

纳米生物技术第1页/共19页目录1纳米生物技术概述2纳米生物技术应用状况3纳米生物技术研究展望4纳米生物技术安全审视第2页/共19页一、纳米生物技术概述①纳米：是一种几何尺寸的量度单位，长度仅为10-9m，略等于4～5个原子排列起来的长度。②纳米技术：是指在0.1-100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。纳米技术纳米电子学纳米化学纳米生物学纳米物理学纳米计量学纳米加工学纳米碳管第3页/共19页一、纳米生物技术概述

纳米生物技术是纳米技术和生物技术交叉所形成的一门新技术。研究领域包括：(1)纳米材料在生命科学中的应用，包括纳米无机生物材料、纳米生物高分子材料和纳米复合生物材料；(2)应用纳米技术在纳米尺寸对生物分子进行观测，操纵生物分子，制作纳米生物器件。第4页/共19页二、纳米生物技术应用状况①生物芯片主要包括2方面：(1)纳米复合材料在生物芯片制备方面的应用，增强核酸、蛋白质与片基间静态与动态粘附力，促进小型化、高分辨率与多功能化；(2)拓宽生物芯片应用范围，如植物药有效成分的高通量筛选，癌症等疾病的临床诊断，作为细胞内部信号传感器。优点：集成，并行，快速检测分类：细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片）、基因芯片（DNA芯片）第5页/共19页二、纳米生物技术应用状况②纳米探针可直接对生物分子在其生命环境中进行检测，以获得更真实更详尽的信息。

纳米探针可探测多种细胞化学物质，监控活细胞蛋白质和其他生物化学物质；还可用于筛选微量药物，最终实现评定单个细胞的健康状况。第6页/共19页二、纳米生物技术应用状况③生物荧光标记通过发光量子点与细胞表面或内部蛋白特性结合，可观察细胞工作状态并用于药物设计与治疗。中科院大连物化所研制出一系列硅胶基质掺杂型纳米稀土荧光生物标记材料，表面带活性氨基的掺杂型纳米稀土荧光生物标记材料和氧化锆基质的掺杂型纳米稀土荧光生物标记材料。这些生物荧光标记材料在荧光强度、光稳定性、生物亲和性、生物标记方法及时间分辨荧光测定灵敏度等方面都表现出良好性能。纳米颗粒在血管中第7页/共19页二、纳米生物技术应用状况④分子马达分子马达是由生物大分子构成并利用化学能进行机械做功的纳米生物器件。是微型机器人的核心元件，在分子上连接特异分子可实现多种功能。美国康纳尔大学以ATP酶为分子马达，研制出可进入人体细胞的纳米机电设备——“纳米直升机”。第8页/共19页二、纳米生物技术应用状况⑤分子纳米筛通过电压门控的分子纳米筛可控制物质在纳米孔的流通，由于纳米孔能快速区分少量DNA分子，因此该方法可望成为快速、低成本、高通量的基因测序方法。第9页/共19页二、纳米生物技术应用状况

纳米生物技术举例——金纳米颗粒：

许多癌细胞的表面都覆盖着表皮生长因子受体EFGR，为癌症提供治疗新靶点,而健康细胞则不会明显地显示出这种蛋白质。El-Sayed等将金纳米颗粒与抗-EFGR结合,用于选择性标记癌细胞,在暗场光学显微镜下可以实现癌细胞的成像。第10页/共19页二、纳米生物技术应用状况第11页/共19页纳米生物技术在医学上的应用：①药物载体——目前是纳米生物技术的重要研究领域，主要应用于抗肿瘤等药物的靶向或局部给药制剂。纳米药物载体以纳米颗粒作为药物的携带体，将药物包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面。由于其粒径小，能很容易地通过胃、肠黏膜和鼻腔黏膜，皮肤的角质层，不仅可以进入血液循环，甚至可以进入骨髓。可以显著提高靶向性及药物在患部的相对浓度。同时，由于其粒径小，比表面大，对受体组织的黏附性大，给药后滞留性及与组织的接触时间、接触面积均大为增加，从而可提高药物的生物利用度、降低毒性、减少药剂用量。第12页/共19页②纳米微粒药物输送技术目前，有半数以上的新药存在溶解和吸收的问题。药物的吸收又受其溶解率的限制，因此，缩小药物的颗粒尺度成为提高药物利用率的可行方法。纳米晶体技术可将药物颗粒转变成稳定的纳米粒子，同时提高溶解性，以提高难溶性药物的药效率。第13页/共19页③纳米基因载体基因治疗是治疗学的巨大进步，质粒DNA插入目的细胞后，可修复遗传错误或可产生治疗因子(如多肽、蛋白质、抗原等)。但与基因载体相关的免疫反应、细胞毒性与安全性等是基因治疗领域亟待解决的关键问题。纳米载体在介导基因转移方面具有以下几个优势：(1)由于是非生物材料，因此无免疫原性，不会引起机体的免疫反应：(2)无遗传毒性：(3)由于其特殊的结构及表面电荷，具有很高的基因转移效率；(4)纳米载体可保护转导基因不受机体血浆或组织细胞中各种补体以及各种酶的破坏，有利于目的基因在转导进入靶细胞后能更好更稳定地发挥其作用。第14页/共19页④疾病的检测与临床诊断利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行疾病的检测或利用纳米微粒进行细胞分离与细胞染色等。⑤纳米结构生物材料纳米结构生物材料也是当前国际上生物工程技术领域的前沿和热点研究课题，可应用于三维组织工程用支架材料、内固定件、骨组织缺损修复材料。具有生物活性和可控降解的纳米材料，可同时具有几种特殊功效：可做为体内植入物、细胞生长的支架或药物基因载体，具有很好的组织相容性，可通过自身的生物降解控制其在体内保存的时间和载体内药物的释放。第15页/共19页三、纳米生物技术研究展望在生物科技日新月异的今天，应用纳米技术研制生物材料越来越受重视。纳米生物技术新领域包括组织工程、药学工程和生物机械。当前纳米生物技术主要研究方针在于能否有效掌握并控制纳米材料或复合物多变性及与生物系统的互动反应。若能掌握这2项重点，那么纳米技术在生物学和医学上都将得到很大发展。纳米生物技术的广泛应用使其产生非常好的实用和经济效益，因此，“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”第16页/共19页四、纳米生物技术安全审视纳米生物技术的发展与应用的确可以提高我们现有的医疗水平、改善人类的生活质量。但是，纳米生物技术作为一种新型的高端科学技术正处于起步阶段，人类对这种技术制造出来的纳米生物材料的认识也不全面。这种技术在实际中的应用，一方面给入类健康带来诸多利益，例如可以利用新的纳米医疗机器诊断和治疗疾病，