納米生物技術(shù)及其應(yīng)用課件

1、 納米生物技術(shù)及其應(yīng)用 報(bào) 告 人： 毛朝輝 學(xué) 號(hào)： 3114004007 學(xué) 院： 材料學(xué)院2分子生物學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)發(fā)展的主流和帶頭學(xué)科，其研究的焦點(diǎn)是生物大分子，尤其是蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)與功能。3 目前的醫(yī)療技術(shù)尚無法達(dá)到分子修復(fù)的水平。而納米醫(yī)學(xué)則是在分子水平上，利用分子工具和人體的分子知識(shí)，創(chuàng)造并利用納米裝置和納米結(jié)構(gòu)來防病治病，改善人類的整個(gè)生命系統(tǒng)。例如：修復(fù)畸變的基因、扼殺剛剛萌芽的癌細(xì)胞、捕捉侵入人體的細(xì)菌和病毒，并在它們致病前就消滅它們；探測機(jī)體內(nèi)化學(xué)或生物化學(xué)成分的變化，適時(shí)地釋放藥物和人體所需的微量物質(zhì)，及時(shí)改善人的健康狀況。最終實(shí)現(xiàn)納米醫(yī)學(xué)，使人類擁有持續(xù)的健康。

2、41、遺傳病診斷 納米技術(shù)有助診斷胎兒是否有遺傳缺陷。婦女懷孕8個(gè)星期時(shí)，血液中開始出現(xiàn)少量胎兒細(xì)胞。利用具有納米級(jí)大小孔洞的半透膜或特殊的合成納米管等，可把胎兒細(xì)胞分離出來進(jìn)行診斷。不需要進(jìn)行羊水穿刺。目前美國已將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷中。2、病理學(xué)診斷 腫瘤診斷最可靠的手段是建立在組織細(xì)胞水平上的病理學(xué)方法，但存在著良惡性及細(xì)胞來源判斷不準(zhǔn)確的問題。利用原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)可以在納米水平上揭示腫瘤細(xì)胞的形態(tài)特點(diǎn)。通過尋找特異性的異常納米級(jí)結(jié)構(gòu)改變，以解決腫瘤診斷的難題。一、在診斷中的應(yīng)用5目前，已有多種原子力顯微鏡問世，AFM克服了STM只

3、適用于具導(dǎo)電性樣品的不足之處 。7這是納米醫(yī)學(xué)中的一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域，適時(shí)準(zhǔn)確地釋放藥物是它的基本功能之一。863計(jì)劃項(xiàng)目“心血管病與糖尿病多指標(biāo)微流控芯片檢測系統(tǒng)的研制”，為糖尿病人研制超小型的、模仿健康人體內(nèi)的葡萄糖檢測系統(tǒng)，它能夠被植入皮下，監(jiān)測血糖水平，在必要的時(shí)候釋放出胰島素，使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。研究控制這個(gè)芯片的尺寸，可以把它做得更小，并計(jì)劃裝上一個(gè)“智能化”的傳感器，使它可以適時(shí)和適量地釋放藥物。美國正在設(shè)計(jì)一種納米智能炸彈，它可以識(shí)別出癌細(xì)胞的化學(xué)特征。這種智能炸彈很小，僅有20納米左右，能夠進(jìn)入并摧毀單個(gè)的癌細(xì)胞。智能藥物8 納米醫(yī)學(xué)不僅具有消除體內(nèi)

4、壞因素的功能，而且還有增強(qiáng)人體功能的能力。我們知道，腦細(xì)胞缺氧6至10分鐘即出現(xiàn)壞死，內(nèi)臟器官缺氧后也會(huì)呈現(xiàn)衰竭。設(shè)想一種裝備超小型納米泵的人造紅血球，攜氧量是天然紅血球的200倍以上。當(dāng)人的心臟因意外，突然停止跳動(dòng)的時(shí)候，醫(yī)生可以馬上將大量的人造紅血球注入人體，隨即提供生命賴以生存的氧，以維持整個(gè)機(jī)體的正常生理活動(dòng)。它可以應(yīng)用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運(yùn)動(dòng)需要的額外耗氧等。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。 人工紅血球10 密西根大學(xué)的Donald Tomalia等已經(jīng)用樹形聚合物發(fā)展了能夠捕獲病毒的納米陷阱。體外實(shí)驗(yàn)表明納米陷阱能夠在流感病毒

5、感染細(xì)胞之前就捕獲它們，同樣的方法期望用于捕獲類似愛滋病病毒等更復(fù)雜的病毒。此納米陷阱使用的是超小分子，此分子能夠在病毒進(jìn)入細(xì)胞致病前即與病毒結(jié)合，使病毒喪失致病的能力。通俗地講，人體細(xì)胞表面裝備著含硅鋁酸成分的鎖，只準(zhǔn)許持鑰匙者進(jìn)入。不幸的是，病毒竟然有硅鋁酸受體鑰匙。Tomalia的方法是把能夠與病毒結(jié)合的硅鋁酸位點(diǎn)覆蓋在陷阱細(xì)胞表面。當(dāng)病毒結(jié)合到陷阱細(xì)胞表面，就無法再感染人體細(xì)胞了。陷阱細(xì)胞由外殼、內(nèi)腔和核三部分組成。內(nèi)腔可充填藥物分子；將來有可能裝上化療藥物，直接送到腫瘤上。研究者希望發(fā)展針對(duì)各種致病病毒的特殊陷阱細(xì)胞和用于醫(yī)療的陷阱細(xì)胞庫。 捕獲病毒的納米陷阱11 美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)

6、室發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)可以在血流中進(jìn)行巡航探測，即時(shí)地發(fā)現(xiàn)諸如病毒和細(xì)菌類型的外來入侵者，并予以殲滅，從而消除傳染性疾病。Micheal Wisz做了一個(gè)雛形裝置，發(fā)揮芯片實(shí)驗(yàn)室的功能，它可以沿血流流動(dòng)并跟蹤像鐮狀細(xì)胞血癥和感染了愛滋病的細(xì)胞。血液細(xì)胞被導(dǎo)入一個(gè)發(fā)射激光的腔體表面， 從而改變激光的形成。癌細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種明亮的閃光；而健康細(xì)胞只發(fā)射一種標(biāo)準(zhǔn)波長的光，以此鑒別癌變。識(shí)別血液異常的生物芯片12納米技術(shù)與分子生物學(xué)的結(jié)合將開創(chuàng)分子仿生學(xué)新領(lǐng)域。 “納米機(jī)器人”是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，

7、如酶和納米齒輪的結(jié)合體。這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞；還可進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的，把正常的安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置。第三代納米機(jī)器人是包含納米計(jì)算機(jī)，可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。一旦問世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。納米機(jī)器人14納米機(jī)器人應(yīng)用前景動(dòng)脈粥樣硬化的治療 機(jī)器人能夠從動(dòng)脈壁上清除粥樣沉積物。這不僅會(huì)提高動(dòng)脈壁的彈性,還會(huì)使通過動(dòng)脈的血液流動(dòng)狀況得到改善。腎結(jié)石、膽結(jié)石的治療 將納米機(jī)器人以插入導(dǎo)管的方式引入 到尿道或膽道里內(nèi),直接到達(dá)結(jié)石所在 的部位,并且直接把結(jié)石擊碎。檢查體內(nèi)疾病 像一顆膠囊，把它吞進(jìn)肚里，消化道內(nèi)的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕 上一