纳米_黄忠强_纳米生物技术

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1、纳米生物技术纳米技术（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。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等

2、。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。这里我主要论述纳米生物技术。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。纳米生物技术属于纳米生

3、物工程的一部分。纳米生物工程还包括纳米医学、纳米生物材料等。纳米生物技术产生的条件是：1）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；2）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。纳米生物技术前景广阔，他的应用如下：（1）QDs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：①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；②

4、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；③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；④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作用将阿霉素运输到癌细胞附近,杀死癌细胞。（2）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

5、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。（3）纳米管的应用1）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

6、送。2）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；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。3）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,自发组织形成一种“纳米地毯”。将纳米

7、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。（4）生物芯片技术　　生物芯片是不同于半导体电子芯片的另一类芯片。半导体电子芯片是集成具有特定电子学功能的微单元，所形成的电子集成电路；而生物芯片则是在很小几何尺度的表面积上，装配一种或集成多种生物活性，仅用微量生理或生物采样，即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性，以及它们之间的

8、相互作用，获得生命微观活动的规律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等几类，都有集成、并行和快速检测的优点，已成为二十一世纪生物医学工程的前沿科技。（5）分子马达分子马达是由生物大分子构成，利用化学能进行机械做功的纳米系统。天