【正文】 詴想如果此一生物建構(gòu)電位系統(tǒng)能在體外複製，那我們將可直接利用有機(jī)物在低溫情況下產(chǎn)出電流，不必用石油、沒有污染、隨處可得，如此一來，能源問題將可以獲得圓滿解決。目前利用生物來產(chǎn)出人類需要的物質(zhì)已有很大的斬獲，比較有名的例子如將人類胰島素基因植入大腸桿菌中，並利用大腸桿菌來表現(xiàn)(產(chǎn)出 )人類胰島素，或?qū)⒅┲虢z蛋白利用羊來表現(xiàn)，並在羊奶中回收此一質(zhì)輕、性堅(jiān)韌的蛛絲來做防彈衣材料等都屬此類的應(yīng)用。上述清除 DNA外加物在研究著眼上，初期宜注重如何輔助或複製這一生物修補(bǔ)程序，再來則應(yīng)設(shè)法找出並執(zhí)行最有效率又省材料的修補(bǔ)程序。在沒有奈米技術(shù)前，要在生物體內(nèi)偵測(cè)、修補(bǔ)此一生物反應(yīng)很困難。人體在對(duì)抗這樣的情形時(shí)有兩種可能反應(yīng)，其一是利用酵素系統(tǒng)將含氮鹽基處的甲基直接拔除，其二是利用 DNA修復(fù)程序?qū)讉€(gè)鹼基剪除後，再補(bǔ)上新的。舉例來說，常抽煙的人因尼古丁在體內(nèi)分解後，易在鹼基的含氮鹽基處形成一甲基共價(jià)鍵鍵結(jié)，稱為一個(gè) DNA 外加物 (DNA adduct)。這五大階段在奈米技術(shù)不足時(shí)像是空談，但有了奈米技術(shù)後卻成了研究重點(diǎn)及商機(jī)所在 !而這些技術(shù)如發(fā)展完成，不僅對(duì)生物技術(shù)是一種創(chuàng)新，對(duì)奈米技術(shù)開發(fā)上也會(huì)是一個(gè)高度的成就。但從另一個(gè)角度來看，實(shí)際檢測(cè)人體內(nèi)細(xì)胞反應(yīng)雖是困難的，但可能只有研究時(shí)才有此頇要，就一般醫(yī)學(xué)應(yīng)用而言，偵測(cè)應(yīng)考慮到如何將反應(yīng)訊號(hào)送至便於觀察 /檢測(cè)的地方，或者當(dāng)反應(yīng)完成時(shí)，送一個(gè)訊號(hào)讓手產(chǎn)生癢的感覺便可。 40 目前可用來標(biāo)定生物分子的方法，包括利用受體 /配體、抗原 /抗體等生物已有的結(jié)合上專一性來作定位。有鑑於此，奈米生物科技工具 /技術(shù)的發(fā)展應(yīng)以發(fā)展能行活體內(nèi)檢測(cè) /操作為目標(biāo)而要達(dá)到此一目標(biāo)，則需達(dá)到 (1)侵入、 (2)定位、 (3)反應(yīng)、 (4)發(fā)訊、及 (5)回收等五階段。此五項(xiàng)研究方向雖有難易之別，但並不需要有研究上先後的順序，其中任一項(xiàng)有突破也會(huì)對(duì)其它各項(xiàng)有所助益。不過，目前的成效皆僅在測(cè)詴階段，要達(dá)到上述理想藥物傳遞系統(tǒng)，顯然還得在微小化上有所突破。 藥物釋放的速率及方式 (由孔或表面 )要有效、不過量、表層物質(zhì)必需不會(huì)與生物分子起反應(yīng)、且最好有回饋機(jī)制來做藥量控制，以達(dá)到生理需要的理想濃度。 38 一個(gè)理想的藥物傳遞系統(tǒng)應(yīng)包括 : 定位 (positioning)、藥物釋放(release)、惰性覆膜 (inert cover)、及回饋控制。目前藥劑使用觀念已漸漸由「藥效為先」轉(zhuǎn)變到「安全及有效性為中心」。這些生物化學(xué)或分子生物技術(shù)的使用，讓我們有機(jī)會(huì)利用相關(guān)的蛋白質(zhì)或核酸為標(biāo)的來做合理化的藥物設(shè)計(jì) (rational drug design)。一般藥廠開發(fā)新藥時(shí)會(huì)先大量篩選出對(duì)某種疾病有初步療效的先導(dǎo)藥物 (lead pound)，再進(jìn)一步將其修飾，使該化合物更有活性與低毒性，此法耗時(shí)甚久，所開發(fā)新藥成功上市比率也只有萬分之一。 36 有關(guān) 非病毒載體 的部分，包括 (1)微脂粒基因轉(zhuǎn)殖 (liposomemediated gene transfer)是指利用微脂粒包覆欲轉(zhuǎn)殖 DNA於其中，並利用細(xì)胞膜會(huì)與磷脂質(zhì)熔合 (fusion)的方法，進(jìn)行 DNA運(yùn)送，惟此法之表現(xiàn)屬短期且效率不高，並未普遍被採(cǎi)用， (2)受體引導(dǎo)之基因轉(zhuǎn)殖 (receptormediated transfer)是利用細(xì)胞上特有的受體來接受已連上 DNA之配體 (ligand)並利用胞飲作用 (endocytosis)將 DNA送入細(xì)胞體內(nèi)，惟此一方法之 DNA在囊胞 (endosome)易被分解，故其轉(zhuǎn)殖效率亦差， (3)DNA直接注射至肌肉細(xì)胞是比較獨(dú)特的方法，結(jié)果顯示肌肉及心臟細(xì)胞在 DNA注射後可持續(xù)表現(xiàn)，其它組織則否，因?yàn)榇朔ㄉ鯙榉奖悖悄壳按蠹宜鶚缝秶熢暤姆椒ǎ?(4)基因槍 (gene gun)射入法是利用高壓加速將塗滿慾被表現(xiàn) DNA的粒子打入細(xì)胞內(nèi)，以進(jìn)行表現(xiàn)，此法所用的 DNA量少，且可運(yùn)用到多種不同的細(xì)胞、組織，甚至器官，並可以體內(nèi)方式來作 DNA表現(xiàn)。 常見的載體 包括 : (1)反轉(zhuǎn)錄病毒載體 (retroviral vector)是目前使用最多的型式，載體本身是一個(gè)被包膜 (envelope)覆蓋的 RNA病毒，會(huì)經(jīng)由反轉(zhuǎn)錄作用而形成雙股 DNA，再插入在宿主染色體中，達(dá)到基因轉(zhuǎn)殖及持續(xù)性表現(xiàn)的特性，惟此病毒只能感染分裂中的細(xì)胞，在體內(nèi)又脆弱易被摧毀，是其缺點(diǎn)。 35 4. 基因治療 基因治療的關(guān)鍵在於基因轉(zhuǎn)殖 (gene transfer)，有些基因轉(zhuǎn)殖必需採(cǎi)用體外培養(yǎng)、操作，再重新放入體內(nèi)，稱為 ex vivo。 表現(xiàn)系統(tǒng)建立要素包括 : (1)啟動(dòng)子 (promoter)及終結(jié)子 (terminator)特性、 (2)核醣體結(jié)合區(qū)與核醣體結(jié)合的能力、 (3)表現(xiàn)質(zhì)體的數(shù)目(copy number)、 (4)利用質(zhì)體或以質(zhì)體併入染色體後表現(xiàn)、 (5)產(chǎn)出目標(biāo)蛋白在細(xì)胞的最終位置、 (6)轉(zhuǎn)錄出的 mRNA在核醣體的轉(zhuǎn)譯效率、及 (7)產(chǎn)出蛋白在宿主 (如大腸桿菌 )的穩(wěn)定性等。由於遺傳密碼的一體適用性，因此即便是真核生物的基因都可以在原核生物內(nèi)表現(xiàn)。如果能把生物元件包圍在奈米顆粒中，減低非專一性的接觸並在體內(nèi)直接量測(cè)檢體，則生物感測(cè)器，將可有進(jìn)一步發(fā)展的空間。此外，無法作體內(nèi)檢測(cè)是否會(huì)導(dǎo)致檢體在前處理過程的變質(zhì)和測(cè)值不準(zhǔn)，這些都有待確認(rèn)。而依照使用的生物元件不同可區(qū)分成酵素感測(cè)器 (enzyme sensor)、免疫感測(cè)器 (immunosensor)、受體感測(cè)器 (receptor sensor)、微生物感測(cè)器 (microbial sensor)、細(xì)胞及組織感測(cè)器 (cell and tissue sensor)、及核酸感測(cè)器 (nucleic acid sensor)等六類，其相對(duì)的反應(yīng)機(jī)制，可由前一節(jié) ( )的生物元件介紹中得知，如核酸感測(cè)器即是以 DNA雙股的互補(bǔ)性來做偵測(cè)的機(jī)制。而依照使用的生物元件不同可區(qū)分成酵素感測(cè)器 (enzyme sensor)、免疫感測(cè)器 (immunosensor)、受體感測(cè)器 (receptor sensor)、微生物感測(cè)器 (microbial sensor)、細(xì)胞及組織感測(cè)器 (cell and tissue sensor)、及核酸感測(cè)器 (nucleic acid sensor)等六類 ，其中 ， 如核酸感測(cè)器即是以 DNA雙股的互補(bǔ)性來做偵測(cè)的機(jī)制 。 32 2. 生物感測(cè) 生物感測(cè)器主要是以生物分子如抗體、抗原、酵素、蛋白質(zhì)、及核酸等來做為量測(cè)某化合物或離子的工具，一般而言，其量測(cè)化合物俱選擇性並常是一可逆反應(yīng)。發(fā)展 DNA分子檢驗(yàn)技術(shù)需要考慮的因素包括： (1)該基因要夠「保守」，即不同細(xì)菌之間的差異不能太大，否則就難找到能適用於極大多數(shù)細(xì)菌的 DNA引子， (2) DNA序列不宜太長(zhǎng)或太短，如太長(zhǎng)其序列偵測(cè)較困難 。 16S rDNA就是在染色質(zhì)上能轉(zhuǎn)錄出 16S rRNA的基因。 即離心時(shí)的沉澱速率， S數(shù)值越大 ,則分子量也越大 )，它們包含多種蛋白質(zhì)和 rRNA分子。 利用 16S rRNA作菌種分類流程範(fàn)例 31 細(xì)胞內(nèi)核醣體是蛋白質(zhì)製造之處，它是由蛋白質(zhì)和 rRNA所組成的。菌種分離主要是藉由模擬自然界微生物的生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)源及環(huán)境，而將存在於自然界的微生物獨(dú)立地培養(yǎng)及分離出。本節(jié)將就幾個(gè)共通性的生物技術(shù)做一說明。 29 奈米生物技術(shù)應(yīng)用範(fàn)疇 生物技術(shù)目前的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，舉凡微生物辨識(shí)、疾病防治、食品改良、能源開發(fā)、環(huán)境保育、及地球永續(xù)發(fā)展等都有密切關(guān)聯(lián)性。這種單一細(xì)胞受多個(gè)神經(jīng)元訊號(hào)控制的現(xiàn)象不易分析，有待更進(jìn)一步的了解。在此同時(shí)鈉離子開始關(guān)閉，這造成細(xì)胞膜電位回到神經(jīng)細(xì)胞的休息膜電位。鉀離子通道開啟的時(shí)間較鈉離子通道來的晚。 動(dòng)作電位因一連串離子通過細(xì)胞膜而造成離子重新分配及膜電位改變。動(dòng)作電位是由去極化電流 (depolarizing current)將原本細(xì)胞的休息電位提昇 (一般至 55 mV)而引發(fā)的膜電位改變。一般而言，休息電位是負(fù) 70100毫伏特 (mV)，也就是說細(xì)胞內(nèi)的電壓要比細(xì)胞外的低 70100毫伏特。 當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞在休息狀態(tài) (不傳送訊息時(shí) )，細(xì)胞外的鈉離子相較於細(xì)胞內(nèi)的鈉離子來的多，而細(xì)胞外的鉀離子則相較於細(xì)胞內(nèi)的鉀離子來的少，細(xì)胞內(nèi)的電壓相對(duì)於細(xì)胞外的是負(fù)值，此時(shí)細(xì)胞