【正文】 納米生物學主要包含兩個方面：一，利用新興的納米技術來解決研究和生物學問題；二，利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造類似生物大分子的分子機器。納米科技的最終目的是制造分子機器，而分子機器的啟發(fā)來源于生物體系中存在的大量的生物大分子，它們被費曼等人看作是自然界的分子機器。從這個意義上說，納米生物學應該是納米科技中的一個核心領域。利用 DNA和某些特殊的蛋白質的特殊性質，有可能制造出分子器件。目前研究的熱點在分子馬達、硅－神經細胞體系和 DNA相關的納米體系與器件。利用納米技術，人們已經可以操縱單個的生物大分子。操縱生物大分子，被認為是有可能引發(fā)第二次生物學革命的重要技術之一 納米醫(yī)學 我們知道人體是由多種器官組成的，如：大腦、心臟，肝，脾，胃，腸，肺，骨骼，肌肉和皮膚；器官又是由各種細胞組成的，細胞是器官的組織單元，細胞的組合作用才顯示出器官的功能。那么細胞又是由什么組成的呢？按現(xiàn)在的認識，細胞的主要成份是各種各樣的蛋白質、核酸、脂類和其它生物分子，可以統(tǒng)稱生物分子，它的種類在數(shù)十萬種。生物分子是構成人體的基本成分，它們各自具有獨特的生物活性的，正是它們不同的生物活性決定了它們在人體內的分工和作用。由于人體是由分子構成的。當人體的分子機器，如合成蛋白質的核糖體， DNA復制所需的酶等，出現(xiàn)故障或工作失常時，就會導致細胞死亡或異常。 從分子的微觀角度來看，目前的醫(yī)療技術尚無法達到分子修復的水平。而納米醫(yī)學則是在分子水平上，利用分子工具和人體的分子知識，所從事的診斷、醫(yī)療、預防疾病、防止外傷、止痛、保健和改善健康狀況等科學技術，廣義地講都屬于納米醫(yī)學的范疇。換句話講，人們將從分子水平上認識自己，創(chuàng)造并利用納米裝置和納米結構來防病治病，改善人類的整個生命系統(tǒng)。首先需要認識生命的分子基礎，然后從科學認識發(fā)展到工程技術，設計制造大量的具有令人難以置信的奇特功效的納米裝置，這些微小的納米裝置的幾何尺度僅有頭發(fā)絲的千分之一左右，是由一個個分子裝配起來的，能夠發(fā)揮類似于組織和器官的功能，并且更準確和更有效地發(fā)揮作用。他們可以在人體的各處暢游，甚至出入細胞，在人體的微觀世界里完成特殊使命。 例如：修復畸變的基因、扼殺剛剛萌芽的癌細胞、捕捉侵入人體的細菌和病毒，并在它們致病前就消滅它們；探測機體內化學或生物化學成分的變化，適時地釋放藥物和人體所需的微量物質，及時改善人的健康狀況。最終實現(xiàn)納米醫(yī)學，使人類擁有持續(xù)的健康。未來的納米醫(yī)學將是強大的，它又會是令人驚訝得小，因為在其中所發(fā)揮作用的藥物和醫(yī)療裝置都是肉眼所無法看到的。但是它的功能會令世人驚嘆。 (1) 智能藥物 這是納米醫(yī)學中的一個非?；钴S的領域，適時準確地釋放藥物是它的基本功能之一?？茖W家正在為糖尿病人研制超小型的，模仿健康人體內的葡萄糖檢測系統(tǒng)。它能夠被植入皮下，監(jiān)測血糖水平，在必要的時候釋放出胰島素，使病人體內的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。目前這個芯片的尺寸還相當于一個小硬幣，可以把它做得更小，并計劃裝上一個 智能化 的傳感器，使它可以適時和適量地釋放藥物。能否在形成致命的腫瘤之前，早期殺滅癌細胞？美國密西根大學的 JamesR.Baker 智能炸彈 ，它可以識別出癌細胞的化學特征 (chemical signatures)。這種 智能炸彈 很小，僅有 20納米左右，能夠進入并摧毀單個的癌細胞。此裝置的研制剛剛開始，而初步的人體實驗至少要五年以后才能進行。 (2) 人工紅血球 納米醫(yī)學不僅具有消除體內壞因素的功能，而且還有增強人體功能的能力。我們知道，腦細胞缺氧 6至 10分鐘即出現(xiàn)壞死，內臟器官缺氧后也會呈現(xiàn)衰竭。設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。當人的心臟因意外，突然停止跳動的時候，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，以維持整個機體的正常生理活動。血球是個一微米大小的金剛石的氧氣容器，內部有 1000個大氣壓，泵浦動力來自血清葡萄糖。它輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的 236倍，并維持生物炭活性。 它可以應用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運動需要的額外耗氧等。　　(3)納米藥物輸運 納米微粒藥物輸送技術也是重要發(fā)展方向之一。按目前的認識，有半數(shù)以上的新藥存在溶解和吸收的問題。由于藥物顆?？s小時，藥物與胃腸道液體的有效接觸面積將增加，所以藥物的溶解速率隨藥物顆粒尺度的縮小而提高。藥物的吸收又受其溶解率的限制，因此，縮小藥物的顆粒尺度成為提高藥物利用率的可行方法。 納米晶體技術可將藥物顆粒轉變成穩(wěn)定的納米粒子，同時提高溶解性，以提高難溶性藥物的藥效率。粉碎過程會使粒子間的相互作用力增加，為了避免納米顆粒在粉碎過程中聚合，加工中，不溶的藥物是被懸浮在含一般認為安全的穩(wěn)定劑和賦形劑的懸浮液中。深入研究的制粉技術已經能夠將藥物縮小到 400納米以下。 同時，這些賦形劑在胃腸道中起表面活性劑的作用，也提高了納米藥物顆粒的溶解率。一旦，不溶性藥物轉變成穩(wěn)定的納米顆粒，就適合于口服或者注射了。 納米醫(yī)學將給醫(yī)學界，諸如癌癥、糖尿病和老年性癡呆等疾病的治療帶來變革，已經獲得越來越多的認同。利用納米技術能夠把新型基因材料輸送到已經存在的 DNA里，而不會引起任何免疫反應。樹形聚合物 (dendrimers)就是提供此類輸送的良好候選材料。因為，它是非生物材料，不會誘發(fā)病人的免疫反應，沒有形成排異反應的危險；所以，可以作為藥物的納米載體，攜帶藥物分子進入人體的血液循環(huán)，使藥物在無免疫排斥的條件下，發(fā)揮治病的效果。這種技術用于糖尿病和癌癥治療是很有希望的。 (4) 捕獲病毒的納米陷阱 密西根大學的 DonaldTomalia等已經用樹形聚合物發(fā)展了能夠捕獲病毒的納米陷阱。體外實驗表明納米陷阱能夠在流感病毒感染細胞之前就捕獲它們，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入細胞致病前即與病毒結合，使病毒喪失致病的能力。 　　 通俗地講，人體細胞表面裝備著含硅鋁酸成分的 鎖 ，只準許持 鑰匙 者進入。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合的硅鋁酸位點覆蓋在陷阱細胞 (glycodendrimers)表面。當病毒結合到陷阱細胞表面，就無法再感染人體細胞了。陷阱細胞由外殼、內腔和核三部分組成。內腔可充填藥物分子；將來有可能裝上化療藥物，直接送到腫瘤上。陷阱細胞能夠繁殖，生成不同的后代，個子較大的后代可能攜帶更多的藥物。盡管原因尚不明確，所觀察的特點是越大效果越好。研究者希望發(fā)展針對各種致病病毒的特殊陷阱細胞和用于醫(yī)療的陷阱細胞庫。 (5)識別血液異常的生物芯片 美國圣地 亞 國家 實驗 室的 發(fā)現(xiàn)實現(xiàn) 了 納 米 愛好者的 預 言。正像所 預 想的那 樣 ， 納 米技 術 可以在血流中 進 行巡航探 測 ，即 時 地 發(fā)現(xiàn)諸 如病毒和 細菌 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 雛 形裝置， 發(fā)揮芯片 實驗 室的功能，它可以沿血流流 動 并跟蹤像 鐮狀 細 胞血癥和感染了 愛 滋病的 細 胞。血液 細 胞被 導入一個 發(fā) 射激光的腔體表面， 從而改 變 激光的形成。癌 細 胞會 產 生一種明亮的 閃 光；而健康 細 胞只發(fā) 射一種 標 準波 長 的光，以此 鑒別 癌 變 。 我國納米科技主要成果 我國的研究力量主要集中在納米材料的合成和制備，掃描探針顯微學，分子電子學以及極少數(shù)納米技術的應用等方面。我國科學家在納米碳管、納米材料的若干領域已取得一些很出色的研究成果，但在納米器件方面差距明顯。 1993年，中國科學院北京真空物理 實驗 室自如地操 縱 原子成功寫出 “ 中國 ” 二字， 標 志著我國 處 于國 際納 米科技前沿。1998年，清華大學成功地制備出直徑為3―50 納米，長度達微米量級的氮化鎵半導體一維納米棒，使我國在國際上首次把氮化鎵制備成一維納米晶體?！　?1998年，我國科學家用非水熱合成法，制備出金剛石納米粉，被國際刊物譽為“稻草變黃金 ―― 從四氯化碳制成金剛石。 ”　　近年，中國科學院物理研究所，不僅合成了世界上最長的 “超級纖維 ”碳納米管，創(chuàng)造了一項 “3毫米的世界之最 ”，而且合成出世界上最細的碳納米管。 1999年上半年，北京大學納米技術研究取得重大突破，在世界上首次將單壁碳納米管組裝豎立在金屬表面，并組裝在世界上最細且性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針。　　 1999年，中科院金屬研究所成會明博士合成出高質量的碳納米材料，使我國新型儲氫材料研究一舉躍上世界先進水平?！　?1999年，上海交通大學微納米科學技術研究院的科研人員，研制成功了當時世界上體積最小、重量最輕的微型直升機，這架雙螺旋漿微型直升機，機身長僅 18毫米，機身高 5毫米，機重 100毫克。 近年來，根據(jù)國際發(fā)展趨勢，科學家還建立和發(fā)展了多種制備納米結構組裝體系的方法，成功地制備出多種準維納米材料和納米組裝體系。　　不久前，我國科學家研制出迄今世界上信息存儲密度最高的有機材料，從而在超高密度信息存儲研究上再創(chuàng)世界之最?！　∽罱袊茖W院化學所利用插層復合技術將天然粘土礦物均勻分散到聚合物中，制出一系列 “令人驚奇 ”的納米塑料，使納米產業(yè)化在我國成為可能。 演講完畢，謝謝觀