生物技術(shù)前沿結(jié)課論文

1、生物技術(shù)前沿結(jié)課論文班級: 姓名: 學(xué)號:摘要：生物技術(shù)和生命科學(xué)將成為21世紀(jì)引發(fā)新科技gm的重耍推動力量。 關(guān)鍵字：靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)新一代工業(yè)生物技術(shù)生物芯片生物柴油 干細(xì)胞國務(wù)院發(fā)布的國家屮長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)(以下簡 稱綱要)中提出了五項生物技術(shù)作為未來15年我國前沿技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。 這五項生物前沿技術(shù)分別是：一、靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)技術(shù)。靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)對發(fā)展創(chuàng)新藥物、生物診斷和生物治療技術(shù)具冇 重要意義。重點(diǎn)研究生理和病理過程中關(guān)鍵基因功能及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?；R 別，突破疾病相關(guān)基因的功能識別、表達(dá)調(diào)控及靶標(biāo)篩查和確證技術(shù)，“從基因 到藥物”的新藥創(chuàng)制技術(shù)。二、動植物品

2、種與藥物分了設(shè)計技術(shù)。動植物品種與藥物分了設(shè)計是基于生物大 分子三維結(jié)構(gòu)的分子對接、分子模擬以及分子設(shè)計技術(shù)。重點(diǎn)研究蛋白質(zhì)與細(xì)胞 動態(tài)過程生物信息分析、整合、模擬技術(shù)，動植物品種與藥物虛擬設(shè)計技術(shù)，動 植物詁種生長與藥物代謝工程模擬技術(shù)，計算機(jī)輔助組合化合物庫設(shè)計、合成和 篩選等技術(shù)。三、基因操作和蛋口質(zhì)工程技術(shù)?；虿僮骷夹g(shù)是基因資源利用的關(guān)鍵技術(shù)。蛋 白質(zhì)工程是高效利用基因產(chǎn)物的重要途徑。重點(diǎn)研究基因的高效表達(dá)及其調(diào)控技 術(shù)、染色體結(jié)構(gòu)與定位整合技術(shù)、編碼蛋口基因的人工設(shè)計與改造技術(shù)、蛋口質(zhì) 肽鏈的修飾及改構(gòu)技術(shù)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析技術(shù)、蛋白質(zhì)規(guī)?；蛛x純化技術(shù)。四、基于干細(xì)胞的人體組織工程

3、技術(shù)。干細(xì)胞技術(shù)可在體外培養(yǎng)干細(xì)胞，定向 誘導(dǎo)分化為各種組織細(xì)胞供臨床所需，也可在體外構(gòu)建出人體器官，用于替代與 修復(fù)性治療。重點(diǎn)研究治療性克隆技術(shù)，干細(xì)胞體外建系和定向誘導(dǎo)技術(shù)，人體 結(jié)構(gòu)組織體外構(gòu)建與規(guī)模化牛產(chǎn)技術(shù)，人體多細(xì)胞復(fù)雜結(jié)構(gòu)組織構(gòu)建與缺損修復(fù) 技術(shù)和生物制造技術(shù)。五、新一代工業(yè)生物技術(shù)。生物催化和生物轉(zhuǎn)化是新一代工業(yè)生物技術(shù)的主體。 重點(diǎn)研究功能菌株大規(guī)模篩選技術(shù)，生物催化劑定向改造技術(shù)，規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn) 的生物催化技術(shù)系統(tǒng)，清潔轉(zhuǎn)化介質(zhì)創(chuàng)制技術(shù)及工業(yè)化成套轉(zhuǎn)化技術(shù)。有關(guān)專家指出，基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究正在引領(lǐng)生物技術(shù)向系統(tǒng)化研究方 向發(fā)展，基因組序列測定與基因結(jié)構(gòu)分析已轉(zhuǎn)向功能

4、基因組研究以及功能基因的 發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用；藥物及動植物品種的分了定向設(shè)計與構(gòu)建已成為種質(zhì)和藥物研究的 重要方向；生物芯片、干細(xì)胞和組織工程等前沿技術(shù)研究與應(yīng)用，孕育著診斷、 治療及再牛醫(yī)學(xué)的重大突破。我國必須在功能基因組、蛋口質(zhì)組、干細(xì)胞與治療 性克隆、組織工程、生物催化與轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面取得關(guān)鍵性突破。生物芯片細(xì)胞芯片技術(shù)是以活細(xì)胞作為研究對象的一種生物芯片技術(shù)。它是適應(yīng)后基因 組時代人類對生命科學(xué)探索的要求而產(chǎn)生的。作為細(xì)胞研究領(lǐng)域的一種新技 術(shù)，其既保持傳統(tǒng)的細(xì)胞研究方法的優(yōu)點(diǎn)如原位檢測等，又滿足了高通量獲取活 細(xì)胞信息等方面的要求。本文中扼要介紹細(xì)胞芯片的概念以及幾種已報道的細(xì)胞 芯片，并對

5、細(xì)胞免疫芯片進(jìn)行了簡述。生物芯片技術(shù)系指先將大量探針分子固定于支持物上，然后與標(biāo)記的樣品分子 進(jìn)行雜交,通過檢測每個探針分子的雜交信號強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣站分子的數(shù)量和序 列信息，以實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞、蛋口質(zhì)、基因及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息 量的檢測。細(xì)胞作為生物冇機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，其生物學(xué)功能容量巨大。 利用牛物芯片技術(shù)研究細(xì)胞，在細(xì)胞的代謝機(jī)制、細(xì)胞內(nèi)生物電化學(xué)信號識別傳 導(dǎo)機(jī)制、細(xì)胞內(nèi)各種復(fù)合組件控制以及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定等方面，都具有其它傳 統(tǒng)方法無法比擬的優(yōu)越性。目前,細(xì)胞芯片在國內(nèi)外已冇報道，-般指的是充分運(yùn) 用顯微技術(shù)或納米技術(shù),利用一系列幾何學(xué)、力學(xué)、 電磁學(xué)等原理，在芯片上

6、完成對細(xì)胞的捕獲、固定、平衡、運(yùn)輸、刺激及培養(yǎng)等精確控制，并通過微型 化的化學(xué)分析方法，實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞樣品的高通量、多參數(shù)、連續(xù)原位信號檢測和細(xì) 胞組分的理化分析等研究口的。新型的細(xì)胞芯片應(yīng)滿足以下3個方面的功能: 在芯片上實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞的精確控制與運(yùn)輸；在芯片上完成對細(xì)胞的特征化修 飾;在芯片上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與內(nèi)外環(huán)境的交流和聯(lián)系?；诩?xì)胞芯片的研究分析是一種具有較高通量的技術(shù)，以細(xì)胞作為實(shí)驗平臺的 細(xì)胞芯片至少具有以下3個方面的特點(diǎn)：在芯片上實(shí)現(xiàn)對活細(xì)胞的原位監(jiān) 測，可以多參數(shù)高通量的直接獲得與細(xì)胞相關(guān)的人量功能信息（即關(guān)于細(xì)胞對各 種刺激的應(yīng)答信息），這是細(xì)胞芯片最重耍的特點(diǎn);通過活細(xì)胞分析，獲得細(xì)胞

7、 相關(guān)的分析信息（主要是關(guān)于各種刺激物的數(shù)量、質(zhì)量等相關(guān)方而的信息）： 利用顯微技術(shù)和納米技術(shù)能精確的控制細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)環(huán)境，以細(xì)胞作為化學(xué) 反應(yīng)的納米反應(yīng)器,便于詳細(xì)的研究揭示細(xì)胞內(nèi)一系列過程和原理的木質(zhì)。細(xì)胞芯片是近年來發(fā)展起來的一種檢測細(xì)胞的新技術(shù)，它是對基因芯片和蛋白 質(zhì)芯片技術(shù)的重要補(bǔ)充。隨著生物芯片技術(shù)和生物信息學(xué)的不斷進(jìn)展，細(xì)胞芯片 的制作技術(shù)將越來越成熟。細(xì)胞芯片技術(shù)通過應(yīng)用免疫細(xì)胞化學(xué)、原位分子雜 交等原理對細(xì)胞基因、蛋白表達(dá)水平進(jìn)行定位檢測等研究，已經(jīng)在基因檢 測、基因表達(dá)、組分多態(tài)性分析、藥物開發(fā)篩選和疾病診斷等諸多領(lǐng)域顯示出 重耍的作用，在白血病等腫瘤的輔助診斷和預(yù)后

8、判斷方面也有著重要的應(yīng)用價 值?？梢灶A(yù)見，細(xì)胞芯片技術(shù)作為一種新興的生命科學(xué)領(lǐng)域屮細(xì)胞水平的研究手 段和傳統(tǒng)的研究細(xì)胞的方法相結(jié)合，將廣泛的應(yīng)用于生命科學(xué)研究及其實(shí)踐的各 個領(lǐng)域。生物柴油目前世界每年新車產(chǎn)量大約5 000萬輛，全世界汽車保冇量大約7.5億輛（含 摩托車）。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽油和柴油的用量隨汽車保有量的增加而 增加，同吋也帶來了汽車尾氣污染等問題。近20年來，雖然在改善油品燃燒過 程、尾氣凈化等方面都取得了很大進(jìn)展，但仍然不能滿足要求。為了改善汽車的 運(yùn)行性能和降低汽車尾氣中害物質(zhì)的排放量，美國、歐洲和日木汽車工業(yè)協(xié)會 1998年6月4日捉出了汽車燃料質(zhì)量國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)即

9、”世界燃油規(guī)范”111類標(biāo)準(zhǔn)。 ii類標(biāo)準(zhǔn)在目前基礎(chǔ)上，提出了芳坯含量的限制，對硫含量、十六烷值等提出了 更高的標(biāo)準(zhǔn)，iii類標(biāo)準(zhǔn)則在各項指標(biāo)上比ii類標(biāo)準(zhǔn)都有更嚴(yán)格的規(guī)定。煉油企業(yè)為了向市場提供清潔油品使燃燒柴油尾氣排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，需耍采 取以下三種措施：一是耍冇性能優(yōu)異的深度加氫脫硫催化劑，以脫除難以加氫脫 硫的4, 6二甲基苯并曝吩等芳香基硫化合物；二是要有抗硫的貴金屬芳坯飽和 催化劑，能使芳坯加氫飽和在較低壓力下進(jìn)行，以節(jié)省投資；三是要有提高t六 烷值的工藝。而生物柴油以其優(yōu)異的環(huán)保性能可很容易達(dá)到”世界燃油規(guī)范”的柴 油ii、iii類標(biāo)準(zhǔn)要求。眾所周知，柴油分子是由15個左右的碳鏈

10、組成的，研究 發(fā)現(xiàn)植物油分子則一般乂 1418個碳鏈組成，與柴油分子中碳數(shù)相近。因此生 物柴油就是一種用油彩籽等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化學(xué)成分分 析，生物柴油燃料是一種高脂酸甲烷，它是通過以不飽和油酸c18為主要成分 的甘油脂分解而獲得的。與常規(guī)柴油相比，生物柴油下述貝有無法比擬的性能。（1）具冇優(yōu)良的環(huán)保特性。主要表現(xiàn)在由于生物柴油屮硫含量低，使得二氧 化硫和硫化物的排放低，可減少約30% （有催化劑時為70%）；生物柴油中不含 對環(huán)境會造成污染的芳香族烷坯，因而廢氣對人體損害低于柴油。檢測表明，與 普通柴油相比，使用生物柴油口j降低90%的空氣毒性，降低94%的患礙率；出 于生

11、物柴油含氧量高，使其燃燒時排煙少，一氧化碳的排放與柴油相比減少約 10% （有催化劑時為95%）；生物柴油的生物降解性高。（2）具有較好的低溫發(fā)動機(jī)啟動性能。無添加劑冷濾點(diǎn)達(dá)-20°co （3）具 有較好的潤滑性能。使噴油泵、發(fā)動機(jī)缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長。（4）具冇較好的安全性能。曲于閃點(diǎn)高，生物柴油不屬于危險品。因此，在 運(yùn)輸、儲存、使用方血的有是顯而易見的。（5）具冇良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留 物呈微酸性使催化劑和發(fā)動機(jī)機(jī)油的使用壽命加長。（6）具有可再聲性能。作為可再生能源，與石油儲量不同其通過農(nóng)業(yè)和生 物科學(xué)家的努力，可供應(yīng)量不會枯竭。

12、生物柴油的優(yōu)良性能使得采用生物柴油的發(fā)動機(jī)廢氣排放指標(biāo)不僅滿足目 前的歐洲ii號標(biāo)準(zhǔn)，茯至滿足隨后即將在歐洲頒布實(shí)施的更加嚴(yán)格的歐洲iii號排 放標(biāo)準(zhǔn)。而且由于生物柴油燃燒時排放的二氧化碳遠(yuǎn)低于該植物生長過程中所吸 收的二氧化碳，從而改善由于二氧化碳的排放而導(dǎo)致的全球變暖這一有害于人類 的重大環(huán)境問題。因而生物柴油是一種真正的綠色柴油。冃而生物柴油主要是用化學(xué)法生產(chǎn)，即用動物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳 醇在酸或者堿性催化劑和高溫（230250°c）下進(jìn)行傳酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂 肪酸甲酯或乙酯，在經(jīng)洗滌干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生產(chǎn)過程中可循環(huán) 使用，生產(chǎn)設(shè)備與一般制油設(shè)備相同

13、，生產(chǎn)過程屮可產(chǎn)生10%左右的副產(chǎn)品甘油。目前生物柴油的主要問題是成本高，據(jù)統(tǒng)計，生物柴油制備成本的75%是原料 成木。因此采用廉價原料及提高轉(zhuǎn)化從而降低成本是生物柴油能否實(shí)用化的關(guān) 鍵。美國已開始通過基因工程方法研究高油含量的植物。h本釆用工業(yè)廢油和廢 煎炸油。歐洲是在不適合種植糧食的土地上種植富油脂的農(nóng)作物。但化學(xué)法合成生物柴油有以下缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、醇必須過量，后續(xù)工藝必須 冇相應(yīng)的醇回收裝置，能耗高；色澤深，由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易 變質(zhì)；酯化產(chǎn)物難于回收，成木高；生產(chǎn)過程有廢堿液排放。為解決上述問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油，即用動物油脂和 低碳醇通過脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯

14、化反應(yīng)，制備和應(yīng)的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生 物柴油具有條件溫和，醇用量小、無污染排放的優(yōu)點(diǎn)。但口前主要問題有：對甲 醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%60%,由于目前脂肪酶對長鏈脂肪醇的酯 化或轉(zhuǎn)酯化有效，而對短鏈脂肪醇如甲醇或乙醇等轉(zhuǎn)化率低。而且短鏈醇對酶有 一定毒性，酶的使用壽命短。副產(chǎn)物tt油和水難于回收，不但對產(chǎn)物形成抑制， 而且1?油讀固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。生產(chǎn)和推廣應(yīng)用生物柴油的優(yōu)越性是顯而易見的：（1）原料易得且價廉。用油 菜籽和甲醇為生產(chǎn)原料，可以從根木上擺脫對石油制取燃油的依賴。（2）有利于 土壤優(yōu)化。種植油菜可與其他作物輪種，改善土壤狀況，調(diào)整平衡土壤養(yǎng)

15、分，挖 掘土壤增產(chǎn)潛力。（3）副產(chǎn)品具有經(jīng)濟(jì)價值。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廿油、油酸、卵 磷脂等一些副產(chǎn)詁市場前景較好。（4）環(huán)保效益顯著。生物查燃燒吋不排放二氧 化硫，排出的有害氣體比石油柴油減少70%左右，且可獲得充分降解，冇利于生 態(tài)環(huán)境保護(hù)。此外生物柴油由于競爭力不斷提高、政府的扶持和世界范圍內(nèi)汽車 車型柴油化的趨勢加快而前景更加廣闊。參考文獻(xiàn)：1. andersson ii, van den berg a. microtechnologies andnanotechnologies for singlecel1 analysisj. curr opin biotechnol, 2004, 15(1): 44-49.2. peng xy(larry), li pci! a threedimensional flow control concept for singlecell experiment s on a microchip:cell selection, cell retention, cell culture, cell balancing, and cell sean ningj. anal ch