納米生物技術(shù)及其應(yīng)用-wenkub.com
2025-01-15 02:29 本頁(yè)面
【正文】 DAzMDE0ODQ=.html 59 碳納米管的強(qiáng)度高、重量輕，可以做成太空升降機(jī)的纜繩。 原理：給納米管涂上一層酶，它就能在有糖的環(huán)境下制造過氧化氫，然后激發(fā)電子流，當(dāng)激發(fā)的電子流與紅外線接觸會(huì)發(fā)出光照 —— 這是納米管的一種獨(dú)特反應(yīng)。 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。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。例如 10～ 50 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。 53 Quantum dots modified with antibodies to human prostate specific membrane antigen light up murine tumors that developed from human prostate cells. Nature Biotechnology, Vol22,2022 用量子點(diǎn)檢測(cè)腫瘤細(xì)胞 總的來說，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。 與蛋白質(zhì)偶聯(lián)，形成生物傳感器，測(cè)定生物體內(nèi)物質(zhì)的特性。隨著細(xì)胞學(xué)研究的發(fā)展，要求進(jìn)一步提高觀察細(xì)胞內(nèi)組織的分辨率，這就需要尋找新的染色方法。 ? 利用納米微粒（如 50nm的 Fe3O4微粒）進(jìn)行細(xì)胞分離技術(shù)很可能在腫瘤患者早期的血液中檢查出 癌細(xì)胞 ，從而實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。 47 納米技術(shù)在其他方面的應(yīng)用 1. 細(xì)胞分離 ? 20世紀(jì) 80年代初，人們建立了用 納米 SiO2微粒 實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分離的新技術(shù)。⑥價(jià)格低廉，便于廣泛應(yīng)用。試圖使用佐劑來解決這些問題，但人用佐劑的載體效應(yīng)難以避免。 3. DNA納米技術(shù)和基因治療 45 4. 納米技術(shù)在克隆技術(shù)中的應(yīng)用 ? 克隆技術(shù)主要包括供體母細(xì)胞和受體細(xì)胞的選擇（轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的克隆，包括外源基因的選擇和重組）、供體細(xì)胞核的分離和時(shí)期的選擇、受體細(xì)胞的去核、核卵融合、胚胎的形成和種植、胚胎在母體動(dòng)物內(nèi)的發(fā)育、克隆動(dòng)物的生產(chǎn)等。例如用界面聚合法能得到更加穩(wěn)定、均一的含胰島素的聚氰基丙烯酸異己酯 (PACA)的納米膠囊，對(duì)糖尿病模型大鼠和糖尿病模型狗口服 PACA胰島素 1次可維持 1～ 3周的降血糖效果。近年來采用納米粒包囊并介導(dǎo)反義寡核苷酸入胞而發(fā)揮治療作用的研究已相當(dāng)廣泛。 40 通過納米粒 DNA復(fù)合物表面攜帶的陽(yáng)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)。腺病毒載體則不整合入宿主染色體基因組，相對(duì)安全；靜脈注射時(shí)因肝臟有豐富的腺病毒受體而大量聚集于肝臟組織；轉(zhuǎn)染后產(chǎn)生滴度遠(yuǎn)高于逆轉(zhuǎn)錄病毒載體。 ? 無(wú)論基因治療是糾正基因缺陷，還是產(chǎn)生治療效應(yīng)的蛋白質(zhì)的基因，直接或間接殺傷靶器官中的腫瘤細(xì)胞，均需要將 DNA分子有效地輸送至靶細(xì)胞中，這種基因的輸送通常需要載體來完成。納米基因載體的比表面積大 , 并且可在其表面偶聯(lián)靶細(xì)胞的配體或抗體 , 實(shí)現(xiàn)基因治療的主動(dòng)靶向性。 ? 靶向性修飾 ：加強(qiáng)基因治療的靶向性 , 是目前基因治療面臨的挑戰(zhàn)之一。如納米脂質(zhì)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(diào)理素作用 , 減少肝臟巨噬細(xì)胞的吞噬 ,使其兼有長(zhǎng)循環(huán)和立體穩(wěn)定的特性。一些納米材料制備的載體 , 如加入聚賴氨酸的脂質(zhì)體、 聚乳酸 聚乙醇酸共聚物 （ PLGA） 納米粒等在內(nèi)吞溶酶體內(nèi)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(jìn)入胞核表達(dá)負(fù)載的基因。 ? 提高細(xì)胞攝取率 ： 細(xì)胞主要是通過胞吞作用將負(fù)載外源基因的載體主動(dòng)攝入細(xì)胞內(nèi)。 ? 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(wú)毒性 , 無(wú)免疫原性 ,體內(nèi)可以代謝降解 , 生物安全性好 。但其面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一是基因治療的載體系統(tǒng)。 ? 近來用納米粒作為反義核苷酸載體的研究相當(dāng)多。 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 目前還只能鉆進(jìn)人的肚子里通過傳輸圖像“瞧病”，還不能治病 。 31 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。如果將反應(yīng)前的基因代碼作為系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，而將反應(yīng)后的基因代碼作為運(yùn)算結(jié)果的話，那么只要控制得當(dāng)就可以利用這種反應(yīng)過程制成 DNA計(jì)算機(jī)。研究表明，以蛋白質(zhì)分子為材料制造的生物計(jì)算機(jī)，不僅體積小，質(zhì)量輕，能耗小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，而且運(yùn)算速度和信息儲(chǔ)存能力比現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)要高出數(shù)億倍。 ?基因修復(fù)機(jī)器人 ： 分子病理學(xué)的研究將揭示疑難病的分子基礎(chǔ)，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(guān)。 ? “生物導(dǎo)彈”機(jī)器人 ： 生物導(dǎo)彈模仿膜囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)的功能，它把不能分辨好壞細(xì)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(xì)胞結(jié)合的標(biāo)記分子。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。一旦問世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。 ? 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 ，如酶和納米齒輪的結(jié)合體。其中的生物分子組件將人體的生物“燃料” ATP轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使得金屬推進(jìn)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速率達(dá)到每秒 8圈。 ? 了解分子馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，可以用來探索能夠?qū)Ψ肿玉R達(dá)的運(yùn)動(dòng)有促進(jìn)或抑制作用的一些小分子作為藥物設(shè)計(jì)的新思路。分子馬達(dá)包括線性推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)式兩大類。如微陣列的位點(diǎn)無(wú)熒光，說明兩種細(xì)胞均不表達(dá)該基因。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。 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。此熒光信號(hào)被熒光顯微鏡檢出，達(dá)到基因識(shí)別的目的。 20 ? DNA芯片 又稱為寡核苷酸陣列或雜交陣列分析 ，它是根據(jù) DNA雙螺旋原理而發(fā)展的核酸鏈間分子雜交的技術(shù)。 19 ? 蛋白質(zhì)芯片（生物分子芯片） 將生物分子作為配基，以單一、或面陣、或序列方式固定在固體芯片表面或表面微單元上。生物芯片可以粗略地分為 細(xì)胞芯片、蛋白質(zhì)芯片（生物分子芯片）和基因芯片（ DNA芯片） 等幾類，都有集成、并行和快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為 21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的前沿科技。在 DNA的兩端點(diǎn)粘上微小的顆粒，可通過激光鑷子將其展開。（ 2） DNA分子鏈的拉直操縱。 AFM能測(cè)量非導(dǎo)電的樣品，還能測(cè)出分子間的作用力的大小。 15 ? STM的基本原理是量子的隧道效應(yīng)，它利用金屬針尖在樣品的表面上進(jìn)行掃描，通過探測(cè)固體表面原子的隧道電流來分辨固體表面的形貌。 14 納米技術(shù)在生物大分子研究中的應(yīng)用 1. 納米級(jí)生物分子的觀測(cè) ? 以往對(duì)于納米尺度上的生物大分子結(jié)構(gòu)的研究主要通過電子顯微鏡觀察和 X射線晶體衍射等方法來實(shí)現(xiàn)的，但這些方法都有局限之處。 13 識(shí)別血液異常的生物芯片 美國(guó)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)可以在血流中進(jìn)行巡航探測(cè)，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。當(dāng)病毒結(jié)合到陷阱細(xì)胞表面，就無(wú)法再
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