納米生物技術(3)

1、生物納米技術及其應用Product By Tony ShawXiao_yuan_bin版權申明及使用說明 此課件的所有圖片資源歸原作者所有！ 課件中部分Flash資源來自個人制作或修改，版權歸原作者所有！ 此課件僅用作教學交流之用，請勿用于商業(yè)用途，如有違反申明，作者有權追究其法律責任！ 尊重知識產權，你我共同行動！ 本課件的運行環(huán)境為Windows XP及以上操作系統； 必須安裝Adobe Flash player for IE Active 9.0以上版本。否則會提示控件未激活等錯誤提示！一、納米的概念 納米是一種幾何尺寸的量度單位，長度僅為10-9m，略等于45個原子排列起來的長度，約為

2、人發(fā)直徑的8-110-4，納米技術研究在01100nm尺度范圍的物質世界。二、納米技術（nanotechnology） 納米技術（nanotechnology）是用單個原子、分子制造物質的科學技術。納米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現代科學（混沌物理、量子力學、介觀物理、分子生物學）和現代技術（計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術）結合的產物，納米科學技術又將引發(fā)一系列新的科學技術，例如納電子學、納米材科學、納機械學等。 三、納米生物技術 在最近的十年中,隨著納米材料在癌癥治療、細胞顯影和疾病檢測方面的應用,由此誕生了一個新的領域生物納米技術。生物納米技術

3、是指在納米尺度上認識生物分子的精細結構和功能之間的聯系,并在此基礎上按研究者的意愿組合、裝配,創(chuàng)造出滿足人們意愿并行使特定功能的生物納米機器?！凹{米蜘蛛納米蜘蛛”機器人復制出了另一個機器機器人復制出了另一個機器人，繼而被染成綠色，并朝紅色目標移動人，繼而被染成綠色，并朝紅色目標移動 “納米蜘蛛納米蜘蛛”機器人機器人四、生物納米技術的產生 眾多的生物大分子是天然的納米機器,受自然選擇限制,只有在生理條件(合適的PH、溫度、鹽度)才能保持活性; 無機納米材料本身具有獨特的性質,但又缺乏生物活性,功能受限。核酸分子核酸分子碳納米管碳納米管五、生物納米技術的應用 （1 1）、）、QDsQDs的生物標記

4、、成像技術的生物標記、成像技術 最近,國外科學家Kim等最近研制出了一種多聚復合納米顆粒(NPs),可用于癌細胞的檢測：以一種可降解生物多聚物(PLGA)作為基質,將化學治療藥物(阿霉素)以納米顆粒的形式納入到了聚合納米顆粒基質當中；將CdSe/ZnS半導體量子點(QDs)或超順磁性的納米晶體四氧化三鐵嵌入該基質中；通過聚乙二醇基團將對癌細胞有靶向作用的葉酸連接到被修飾的PLAG上,構成了一個完整的NPs；在癌細胞上有過量表達的葉酸受體,連有葉酸的NPs通過抗原抗體結合反應偵查到癌細胞并進行光學成像,可以通過核磁共振和熒光成像來觀察抗原抗體的結合進而對癌細胞進行監(jiān)測。同時,通過四氧化三鐵的磁導

5、作用將阿霉素運輸到癌細胞附近,殺死癌細胞。（2 2）復合無機納米材料的應用）復合無機納米材料的應用 美國科學家正在研制一種“黃金納米條”，這種能在血液中流動的納米條可能會幫助醫(yī)生發(fā)現機體的癌變器官。 科學家將黃金納米條注射到老鼠體內，然后用比可見光波長稍長的激光束照射老鼠的耳朵，當納米條在老鼠血管中移動時，金色微粒就會發(fā)出比常規(guī)成像設備中使用的熒光染料亮度近60倍的熒光，跟蹤這些閃光棒路徑的新型成像系統就能生成比目前成像設備更清晰的圖片?！包S金納米條”可能會在剛顯現出的癌癥和腫瘤等“麻煩”區(qū)域活動。黃金納米顆粒黃金納米顆粒黃金納米顆粒在血管中黃金納米顆粒在血管中黃金是制作造影劑的上等材料，因為

6、它能穩(wěn)定地發(fā)出熒光，從生物化學方面講屬于惰性物質，它對人體安全?？茖W家已進一步完善這種透析技術，準確控制納米條的生長。同時，對成像設備的控制對成像進程至關重要，因為決定光頻率的納米條的比例將促使它們發(fā)光。只有使用合適的光頻率才有可能使納米條順利在皮膚中穿行。 （3 3）、納米管的應用）、納米管的應用肽納米管肽納米管 陽離子二肽在中性條件下可以自組裝成納米管，通過改變自組裝體系的濃度，納米管能進一步轉化為囊泡，利用此轉變過程可將寡核苷酸(ss-DNA)通過細胞的吞噬作用攜入細胞內，從而實現外緣物質的胞內輸送。 納米管納米管肽納米管載寡核苷酸進行細胞內輸送的示意圖肽納米管載寡核苷酸進行細胞內輸送的

7、示意圖 (a) (a) 肽納米管的肽納米管的SEM SEM 圖；圖；TEM TEM 圖：圖：(b) (b) 肽納米肽納米管向囊泡轉變的中間態(tài)，管向囊泡轉變的中間態(tài)，(c) (c) 由納米管再組裝由納米管再組裝產生的囊泡；產生的囊泡；(d) (d) 與載有與載有ssss-DNA-DNA的肽納米管孵的肽納米管孵化化24h24h后的后的HaLaHaLa細胞的細胞的CLSMCLSM圖。圖。 納米管的應用納米管的應用仿生多通道微納米仿生多通道微納米許多植物的莖都是中空的多通道微米管，這使其在保證足夠強度的前提下可以有效節(jié)約原料及輸運水和養(yǎng)分；鳥類的羽毛也具有多通道管狀結構，這可以極大地減輕重量以及保溫；

8、許多極地動物能夠在嚴寒的環(huán)境中生存下來，也是因為其皮毛具有多通道或多空腔的微納米管狀結構賦予其卓越的隔熱性能。 我國科學家成功的將siRNA通過可切斷的二硫鍵連在脂質分子上,再將其覆蓋在碳納米管表面的siRNA運送載體經納米管（CNT）運送到T淋巴細胞和單核細胞中。所使用siRNA可使對HIV侵染起關鍵作用的細胞表面受體CD4、CDCR4的表達沉默。納米管的應用納米管的應用探測顯色和殺菌納米管探測顯色和殺菌納米管將氯仿加在混亂排列的Lee等研制的一種具有探測顯色和殺菌功能的納米管納米管墊時,納米管的上端表面就會融在一起,形成一種襯墊的結構,襯墊之是方向各異的納米管柱子。慢慢除去氯仿時, 自發(fā)組

9、織形成一種“納米地毯”。將納米管經干燥、紫外線處理,會發(fā)生多聚反應變得堅固,其顏色也會從白色變?yōu)樯钏{色。進一步加入清潔劑或酸時,這些納米管又會變成紅色或黃色。而遇到大腸桿菌時,納米管又會變?yōu)榉奂t色。當這些納米管濃度大于1ug/ml時,會在一小時內殺死所有細菌。具有自凈能力的納米絲具有自凈能力的納米絲DNADNA納米復合材料納米復合材料 （4 4）分子納米機器人）分子納米機器人 2010年5月19日，來自南京大學和美國紐約大學的兩個小組 ，Gu等人演示了一個微型組裝線，它能通過將三種不同類型的金納米顆粒結合起來制造8種可能的復合物分子納米機器人 。一個“DNA折紙”磚是這個生產線的框架和軌道，一

10、個有三只手、四只腳的“DNA行走者”沿這個軌道行走，生成最終產品，其方式是：在它通過三種不同的載貨DNA機器時將所收集的金納米顆粒連接起來。Lund等人演示的納米機器人是蜘蛛形狀的DNA“行走者”，它們能在一個二維“DNA折紙”景觀中感應和改動基質分子軌道，這個景觀通過編程來讓“行走者”執(zhí)行諸如“開始”、“跟隨”、“轉彎”和“停止”等動作 六、納米技術存在環(huán)境風險亟須引起重視理論分析認為：納米顆粒能夠進入人體，并對人體造成危害。例如，納米顆?？芍苯哟┩溉梭w皮膚引發(fā)多種炎癥；可穿透細胞膜，將異物帶入細胞內部，對人體腦組織、免疫與生殖系統等方面造成損害等。動物實驗結果也表明，納米物質的確可以對動物造成潛在危害。 二氧化鈦(TiO2)納米顆?？赡軐Νh(huán)境有害。二氧化鈦納米顆粒是一種使用范圍廣、數量大的涂層材料。從機能毒性研究結果看，接觸二氧化鈦納米微粒后，人體肺部將可能出現炎癥；從環(huán)境毒性研究結果看，二氧化鈦容易在飲用水中聚集，從而污染環(huán)境