納米技術(shù)在分子生物學(xué)中的應(yīng)用

1、12009-3-272DNARNAproteincharacterhttp:/ 3456目前，已有多種原子力顯微鏡問世，AFM克服了STM只適用于具導(dǎo)電性樣品的不足之處 。78910隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體分子與轉(zhuǎn)子上的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合再釋放到血漿中。 111213http:/ 141516171819多元蛋白質(zhì)芯片模型1）在格式化的改性表面上，固定配基；2）含配基的芯片與蛋白溶液相互作用，蛋白特異性結(jié)合形成蛋白復(fù)合物；3）對(duì)芯片進(jìn)行檢測(cè)以確定蛋白間的相互作用。20研究蛋白相互作用的芯片 Protein G、p50和FRB等三種蛋白分別以點(diǎn)狀陣列固定到玻片上。三種探針分別與三種蛋白發(fā)生特異性相互作用。

2、D表示無任何探針的狀態(tài)。21DNA芯片還可用于監(jiān)測(cè)不同的人體細(xì)胞和組織基因表達(dá)，以檢測(cè)癌癥或其它疾病所對(duì)應(yīng)的基因的變化。隨著DNA芯片及雜交技術(shù)的發(fā)展，DNA芯片將有可能直接應(yīng)用于臨床診斷，藥物開發(fā)和人類遺傳診斷。 基因表達(dá)的微陣列圖：以兩種顏色的熒光標(biāo)記來自于兩種細(xì)胞的樣品，雜交后，對(duì)微陣列的每一位點(diǎn)進(jìn)行熒光掃描。每一位點(diǎn)的光強(qiáng)度正比于它所結(jié)合的熒光cDNA的量。光強(qiáng)越強(qiáng)，樣品中該基因的表達(dá)水平越高。如微陣列的位點(diǎn)無熒光，說明兩種細(xì)胞均不表達(dá)該基因。如某一位點(diǎn)顯示一種熒光，說明該標(biāo)記的基因只在此細(xì)胞樣品中表達(dá)。同一位點(diǎn)顯示兩種熒光，說明該基因在兩種細(xì)胞樣品中均表達(dá)。22肌肉肌球蛋白和驅(qū)動(dòng)蛋白

3、的運(yùn)動(dòng)周期模型美國(guó)波士頓大學(xué)的化學(xué)家制備出世界上最小的馬達(dá)，該分子馬達(dá)由78個(gè)原子構(gòu)成23http:/ 242526Molecular-scale machines could one day have medical applications such as removing cancerous cells.Nature 451, 770-771 (14 February 2008) | 利用氨基酸為原料，按照分子設(shè)計(jì)組成線狀肽鏈，合成所需的蛋白質(zhì)“零件”。由于線狀肽鏈能在一定的條件下自動(dòng)轉(zhuǎn)變成特定的三維結(jié)構(gòu)，所以便于制備成具有特定功能的生物零件。進(jìn)一步利用肌細(xì)胞的纖維結(jié)構(gòu)骨架和纖毛結(jié)構(gòu)（運(yùn)

4、動(dòng)部件），還可以制備有支撐、牽引和杠桿功能的零件并以酶為核心統(tǒng)一成具有特定功能的結(jié)構(gòu)，即形成生物機(jī)器。這些納米機(jī)器人以光感應(yīng)器作為開關(guān)，從溶解在血液中的葡萄糖和氧氣獲得能量。2728293031納米機(jī)器人在清理血管中的有害堆積物32納米機(jī)器人進(jìn)入人體消化系統(tǒng)工作示意圖33n納米藥物分子運(yùn)輸車納米藥物分子運(yùn)輸車 ：http:/ 383940通過納米粒-DNA復(fù)合物表面攜帶的陽離子與細(xì)胞膜上帶負(fù)電荷的糖蛋白及磷脂相互作用引發(fā)細(xì)胞胞吞作用而進(jìn)入胞質(zhì)。細(xì)胞表面負(fù)電荷的數(shù)量與納米粒-DNA復(fù)合物的大小決定基因轉(zhuǎn)運(yùn)、受體介導(dǎo)的內(nèi)吞、胞飲和噬菌作用，而DNA從溶酶體有效釋放入胞漿是增強(qiáng)轉(zhuǎn)染活性所必須的。納米

5、粒載體介導(dǎo)的基因入胞機(jī)制納米粒載體介導(dǎo)的基因入胞機(jī)制4142原子力顯微鏡觀察原子力顯微鏡觀察 PBCA-NP納米顆粒呈圓球形，納米顆粒呈圓球形，表面平滑完整，分散良好，無粘附團(tuán)聚現(xiàn)象表面平滑完整，分散良好，無粘附團(tuán)聚現(xiàn)象4344 454647nhttp:/ dots modified with antibodies to human prostate specific membrane antigen light up murine tumors that developed from human prostate cells.Nature Biotechnology, Vol22,2004總

6、的來說，由于量子點(diǎn)技術(shù)有其獨(dú)特的標(biāo)記特點(diǎn)，它必將成為今后生物分子檢測(cè)的尖端技術(shù)，為DNA 檢測(cè)(DNA 芯片) 、蛋白質(zhì)檢測(cè)(蛋白質(zhì)芯片) 和探索蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)之間(抗原抗體、配體受體、酶底物) 反應(yīng)原理提供更先進(jìn)的方法。同時(shí)也將極大的推動(dòng)生物顯像技術(shù)和生物制藥技術(shù)的迅猛發(fā)展，給疾病的診斷和治療帶來巨大進(jìn)步。54n將超順磁多糖納米粒子與納米尺寸的SiO2相互作用，提高了顆?；w的強(qiáng)度，增加了納米磁性顆粒在分子生物學(xué)中的應(yīng)用研究：DNA自動(dòng)提純、蛋白質(zhì)檢測(cè)、分離和提純、生物物料中逆轉(zhuǎn)錄病毒檢測(cè)、內(nèi)毒素清除和磁性細(xì)胞分離等。此外，還可以將磁性納米粒子表面涂覆高分子材料后與蛋白質(zhì)結(jié)合，作為藥物載體注入

7、到人體內(nèi)，在外加磁場(chǎng)作用下，通過納米磁性粒子的磁性導(dǎo)向性，使其向病變部位移動(dòng)，從而達(dá)到定向治療的目的。例如1050 nm的Fe3O4的磁性粒子表面包裹甲基丙烯酸，尺寸約為200 nm，這種亞微米級(jí)的粒子攜帶蛋白、抗體和藥物可以用于癌癥的診斷和治療。這種局部治療效果好，副作用少。 n脂質(zhì)體（Liposome)是一種定時(shí)定向藥物載體，屬于靶向給藥系統(tǒng)的一種新劑型。納米脂質(zhì)體作為藥物載體的優(yōu)點(diǎn)：由磷脂雙分子層包封水相囊泡構(gòu)成，與各種固態(tài)微球藥物載體相區(qū)別，脂質(zhì)體彈性大，生物相容性好；對(duì)所載藥物有廣泛的適應(yīng)性，水溶性藥物載入內(nèi)水相，脂溶性藥物溶于脂膜內(nèi)，兩親性藥物可插于脂膜上，而且同一個(gè)脂質(zhì)體中可以同

8、時(shí)包載親水和疏水性藥物；磷脂本身是細(xì)胞膜成分，因此納米脂質(zhì)體注入體內(nèi)無毒，生物利用度高，不引起免疫反應(yīng)；保護(hù)所載藥物，防止體液對(duì)藥物的稀釋，及被體內(nèi)酶的分解破壞。對(duì)脂質(zhì)體表面進(jìn)行修飾，譬如將對(duì)特定細(xì)胞具有選擇性或親和性的各種配體組裝于脂質(zhì)體表面，以達(dá)到尋靶目的。n科學(xué)家通過在DNA的表面覆蓋金屬原子的培植方法，合成了導(dǎo)電的DNA鏈。但由于DNA完全被金屬覆蓋，僅起一種支架的作用，不再具備選擇性結(jié)合其它生物分子這一很有價(jià)值的特性。 研究者發(fā)現(xiàn)了將DNA發(fā)展成新一代生物傳感器和半導(dǎo)體導(dǎo)線的途徑，DNA很容易把鋅、鎳、鈷等離子并入它的雙螺旋的中心，并找到了在高pH值等基本條件下，穩(wěn)定DNA含有金屬離子的狀態(tài)，獲得了新的DNA導(dǎo)電體。 并且，此類金屬DNA仍然保持選擇性結(jié)合其它分子的能力，如遺傳畸變探測(cè)生物傳感器。類似于其它的DNA探測(cè)，在此傳感器上裝配上所要探測(cè)的特制DNA序列，由于DNA鏈?zhǔn)菍?dǎo)電的，雜交DNA所引起的刪除或變化，均起阻礙