【文章內容簡介】 型。因此，模擬酶分子制造納米機器人用于凈化環(huán)境和對工業(yè)化學反應進行催化是一個巨大的潛在生長力。 ? “生物導彈”機器人 ： 生物導彈模仿膜囊泡轉運蛋白質的功能，它把不能分辨好壞細胞的抗癌藥物包裹在脂微囊中，并在微囊表面植入一種專門與癌細胞結合的標記分子。如此設計的生物導彈，就是在血液中或細胞間隙游走的納米機器人，以便專門清除血管壁上沉積物，減少心血管疾病的發(fā)病率；它一旦遇到癌細胞就會抓住不放并鉆入細胞中釋放抗癌藥物殺死癌細胞。 28 在血管中運動的納米機器人，正在使用納米切割機和真空吸塵器來清除血管中的沉積物。 納米機器人消滅癌細胞虛擬圖 29 ?模仿線粒體機器人 ： 模仿線粒體制造的納米機器人將可能為醫(yī)學的發(fā)展作出重要貢獻，因為人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體與衰老、運動疲勞以及很多與衰老相伴而生的疾病如糖尿病、帕金森氏并等有很重要的關系。 ?基因修復機器人 ： 分子病理學的研究將揭示疑難病的分子基礎，很多疑難病都是和某種酶分子的缺陷或酶分子的活性不能順利表現(xiàn)有關。應用納米技術可以在微小空間重新排列基因遺傳密碼，利用基因芯片迅速查出人的基因密碼中的錯誤，并迅速利用納米技術將錯誤基因進行修正，治療遺傳缺陷疾病。另外，納米技術還可以通過觀測直接發(fā)現(xiàn)遺傳缺陷或病毒中原子或分子結構的缺陷，并通過分子手術將有缺陷的部分切割去除，然后再將好的原子和分子結構移植上去，這樣可以從根本上治愈遺傳缺陷或病毒。 30 ? 生物計算機 ：生物計算機是納米生物學的一個重要研究領域，其主要研究目標是尋找或創(chuàng)造一些特定的生物分子，并期待這些生物分子能夠更加快速地完成計算機的基本運算和存儲功能，代替目前的半導體計算機中央處理器（ CPU）和存儲器。研究表明，以蛋白質分子為材料制造的生物計算機，不僅體積小，質量輕，能耗小，環(huán)境適應性強，而且運算速度和信息儲存能力比現(xiàn)有的計算機要高出數(shù)億倍。同時還具有和人腦一樣非常優(yōu)越的分析、判斷、聯(lián)想、記憶等智能。 ? DNA計算機將利用 DNA分子這些獨特的遺傳信息傳遞方式來實現(xiàn)計算機的計算功能。 DNA分子中遺傳密碼相當于存儲的數(shù)據(jù)， DNA分子之間可以在某種酶的作用下瞬間完成生化反應，從一種基因代碼變?yōu)榱硪环N基因代碼。如果將反應前的基因代碼作為系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，而將反應后的基因代碼作為運算結果的話，那么只要控制得當就可以利用這種反應過程制成 DNA計算機?；诜肿臃磻腄NA計算機運算速度極快，科學家認為，它幾天的運算量就可相當于計算機問世以來世界上所有計算機的總計算量。另外，由于每個 DNA分子都含有大量的基因，因此 DNA分子的存儲容量將是十分巨大的，如 1m3的 DNA溶液可存儲 1萬億億比特的數(shù)據(jù)，這將超過目前所有計算機存儲器容量的總和。不僅如此，DNA計算機所消耗的能量卻小的出奇，只有普通半導體計算機的 10億分之一。 31 納米機器人應用前景 ? 動脈粥樣硬化的治療 機器人能夠從動脈壁上清除粥樣沉積物。這不僅會提高動脈壁的彈性 ,還會使通過動脈的血液流動狀況得到改善。 ? 腎結石、膽結石的治療 將納米機器人以插入導管的方式引入 到尿道或膽道里內 ,直接到達結石所在 的部位 ,并且直接把結石擊碎。 ? 檢查體內疾病 像一顆膠囊，把它吞進肚里，消化道內的情景就可以像放電影一樣在電腦屏幕 上一 目了然。 納米機器人在清理血管中的有害堆積物 32 納米機器人進入人體消化系統(tǒng)工作示意圖 目前還只能鉆進人的肚子里通過傳輸圖像“瞧病”，還不能治病 。 機器人醫(yī)生在未來三年內：當機器人醫(yī)生發(fā)現(xiàn)可疑病變組織后，立即能伸出“手”來取樣進行活檢 33 4. 生物大分子的物質裝配及應用 ? S層蛋白通過分子表面修飾或作為基質，用于識別、固定、配對和調節(jié)單分子作用。另外，可以直接用于基因操縱，利用已知的功能多肽重新裝配成新的同類生物膜或酶類，離子電極，微粒載體，生物傳感器，疫苗，診斷等，為組織更新提供生物相容性和生物降解性。 5. 反義核酸技術的應用 ? 反義寡核苷酸（ Antisense oligonucleotide， AONs）能特異性阻斷基因表達，但不穩(wěn)定，易被體內細胞中的核酸酶消化，為達到治療目的，需不斷向體內注射 AONs以保證其有效治療濃度。 ? 近來用納米粒作為反義核苷酸載體的研究相當多。研究表明， AONs可以比較容易地與親脂性的生物降解型高分子納米粒相結合，或者被包裹在某些親水性體系（如海藻酸的納米系統(tǒng)）中。 AONs經(jīng)過化學修飾增加親脂性后也有利于與高分子 NP的結合；AONs與納米粒結合后，可以保護其不受酶的破壞，增加對細胞內的通透性，并明顯改變 AONs的體內分布特征。 ? 納米藥物分子運輸車 ： 34 納米技術在基因轉運與基因工程中的應用 1. 納米技術在基因導入治療中的應用 ? 基因治療是生物治療的重要組成部分 , 是當前生物醫(yī)學的研究熱點。但其面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一是基因治療的載體系統(tǒng)。目前 , 用于基因治療的基因轉移載體有 : 反義核酸、質粒 DNA、重組病毒載體等 , 但各有載體互有利弊。反義核酸、質粒 DNA 轉移效率低 , 易被核酸酶降解 , 而病毒載體則有安全性和免疫原性等方面的劣勢。因此 , 發(fā)展新型的安全、高效的基因治療載體系統(tǒng)顯得非常關鍵。 ? 納米基因載體 一般由具生物兼容性、可生物降解的納米生物材料制備 , 基本無毒性 , 無免疫原性 ,體內可以代謝降解 , 生物安全性好 。 35 ? 核苷酸保護作用 ： 裸 DNA、寡核苷酸在體內可被核酸酶迅速降解。納米脂質體和納米?？梢酝ㄟ^表面電荷吸附作用或通過包裹負載核酸分子，提高核酸分子對核酸酶的抵抗性。如聚氰基丙烯酸烷基酯陽離子納米粒負載的反義寡核苷酸在細胞培養(yǎng)基中具有抗核酸酶的作用 , 阻止了寡核酸的降解 , 靜脈給藥體內的穩(wěn)定性顯著提高。 ? 提高細胞攝取率 ： 細胞主要是通過胞吞作用將負載外源基因的載體主動攝入細胞內。大量實驗研究表明細胞對載體的攝取效率有明顯的尺寸依賴性。納米級的基因治療載體顯著提高了細胞的攝取 , 目的基因的表達水平。載體通過胞吞進入細胞內后 , 如何實現(xiàn)溶酶體的逃避 , 以及細胞核內的定位亦是提高基因治療效率的關鍵問題。一些納米材料制備的載體 , 如加入聚賴氨酸的脂質體、 聚乳酸 聚乙醇酸共聚物 （ PLGA） 納米粒等在內吞溶酶體內酸性的環(huán)境中 , 可以干擾溶酶體膜的完整性 , 逃避核酸酶降解 , 以利于進入胞核表達負載的基因。 36 ? 緩釋、控釋性基因傳遞 ：載體在體內的循環(huán)時間受載體粒徑大小影響。傳統(tǒng)的載體經(jīng)靜脈注射后 , 大部分被機體網(wǎng)狀內皮細胞系統(tǒng) (RES) 迅速攝取 , 限制其靶向其他部位。納米粒在體內的循環(huán)時間可明顯延長。如納米脂質體的表面修飾親水性材料 , 如聚乙二醇 (PEG) , 能在載體表面形成水化層 , 降低調理素作用 , 減少肝臟巨噬細胞的吞噬 ,使其兼有長循環(huán)和立體穩(wěn)定的特性。納米粒載體由可降解的高分子材料合成 , 不同的納米材料有不同的降解速率。組織細胞攝取了納米粒后 , 通過高分子材料的逐漸降解 , 釋放出所負載的核酸分子。根據(jù)所選用的材料在體內的水解速度不同 , 可實現(xiàn)所負載核酸分子的可控、緩慢釋放 , 如 PLGA納米粒載體可通過逐漸水解使目的基因緩慢釋放達一月之久。 ? 靶向性修飾 ：加強基因治療的靶向性 , 是目前基因治療面臨的挑戰(zhàn)之一。靶向性基因轉移載體可有效提高了基因傳遞的特異性 , 降低治療副作用。納米基因載體靶向性可分為主動靶向性和被動靶向性。由于納米基因載體在