纳米生物技术
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碳纳米管
五,生物纳米技术的应用
(1),QDs的生物标记,成像技术 ),QDs的生物标记, QDs的生物标记
最近,国外科学家Kim等最近研制出了一种多聚复合纳米颗粒 (NPs),可用于癌细胞的检测: ①以一种可降解生物多聚物(PLGA)作为基质,将化学治疗药物(阿霉素) 以纳米颗粒的形式纳入到了聚合纳米颗粒基质当中; ②将CdSe/ZnS半导体量子点(QDs)或超顺磁性的纳米晶体四氧化三铁嵌 入该基质中; ③通过聚乙二醇基团将对癌细胞有 靶向作用的叶酸连接到被修饰的 PLAG上,构成了一个完整的NPs; ④在癌细胞上有过量表达的叶酸受 体,连有叶酸的NPs通过抗原抗体结 合反应侦查到癌细胞并进行光学成 像,可以通过核磁共振和荧光成像来 观察抗原抗体的结合进而对癌细胞 进行监测.同时,通过四氧化三铁的 磁导作用将阿霉素运输到癌细胞附 近,杀死癌细胞.
我国科学家成功的将siRNA通过可切断的二硫键连在脂质分子上,再将 其覆盖在碳纳米管表面的siRNA运送载Βιβλιοθήκη Baidu经纳米管(CNT)运送到T淋 巴细胞和单核细胞中.所使用siRNA可使对HIV侵染起关键作用的细胞 表面受体CD4,CDCR4的表达沉默.
纳米管的应用 纳米管的应用——探测显色和杀菌纳米管 探测显色和杀菌纳米管 将氯仿加在混乱排列的Lee等研制的一 种具有探测显色和杀菌功能的纳米管纳米 管垫时,纳米管的上端表面就会融在一起, 形成一种衬垫的结构,衬垫之是方向各异的 纳米管柱子.慢慢除去氯仿时, 自发组织 形成一种"纳米地毯".将纳米管经干燥, 紫外线处理,会发生多聚反应变得坚固,其 颜色也会从白色变为深蓝色.进一步加入 清洁剂或酸时,这些纳米管又会变成红色或 黄色.而遇到大肠杆菌时,纳米管又会变为 粉红色.当这些纳米管浓度大于1ug/ml时, 会在一小时内杀死所有细菌.
三,纳米生物技术
在最近的十年中,随着纳米材料在癌症治疗,细胞显影和 疾病检测方面的应用,由此诞生了一个新的领域———生 物纳米技术.生物纳米技术是指在纳米尺度上认识生物分 子的精细结构和功能之间的联系,并在此基础上按研究者 的意愿组合,装配,创造出满足人们意愿并行使特定功能 的生物纳米机器.
"纳米蜘蛛"机器人 纳米蜘蛛" 纳米蜘蛛
一,纳米的概念
纳米是一种几何尺寸的量度单位,长度仅为10-9m, 略等于4～5个原子排列起来的长度,约为人发直 径的8-110-4,纳米技术研究在0.1~100nm尺度 范围的物质世界.
二,纳米技术(nanotechnology)
纳米技术(nanotechnology) 是用单个原子,分子制造物 质的科学技术.纳米科学技 术是以许多现代先进科学技 术为基础的科学技术,它是 现代科学(混沌物理,量子 力学,介观物理,分子生物 学)和现代技术(计算机技 术,微电子和扫描隧道显微 镜技术,核分析技术)结合 的产物,纳米科学技术又将 引发一系列新的科学技术, 例如纳电子学,纳米材科学, 纳机械学等.
纳米管的应用 纳米管的应用——仿生多通道微纳米 仿生多通道微纳米 许多植物的茎都是中空的多通道微米管,这使其在保证足够强度 的前提下可以有效节约原料及输运水和养分;鸟类的羽毛也具有多通 道管状结构,这可以极大地减轻重量以及保温;许多极地动物能够在 严寒的环境中生存下来,也是因为其皮毛具有多通道或多空腔的微纳 米管状结构赋予其卓越的隔热性能.
纳米管
肽纳米管载寡核苷酸进行细胞内输送的示意图 肽纳米管的SEM (a) 肽纳米管的SEM 图;TEM 图:(b) 肽纳米 管向囊泡转变的中间态, 管向囊泡转变的中间态,(c) 由纳米管再组装 产生的囊泡; 与载有ss DNA的肽纳米管孵 ss产生的囊泡;(d) 与载有ss-DNA的肽纳米管孵 24h后的HaLa细胞的CLSM图 后的HaLa细胞的CLSM 化24h后的HaLa细胞的CLSM图.
具有自净能力的纳米丝
(4)分子纳米机器人
2010年5月19日,来自南京大学和美国纽约大学的两个小组 ,Gu等人 演示了一个微型组装线,它能通过将三种不同类型的金纳米颗粒结合 起来制造8种可能的复合物——分子纳米机器人 .一个"DNA折纸" 砖是这个生产线的框架和轨道,一个有三只手,四只脚的"DNA行走者" 沿这个轨道行走,生成最终产品,其方式是:在它通过三种不同的载 货DNA机器时将所收集的金纳米颗粒连接起来.Lund等人演示的纳米机 器人是蜘蛛形状的DNA"行走者",它们能在一个二维"DNA折纸"景观 中感应和改动基质分子轨道,这个景观通过编程来让"行走者"执行 诸如"开始","跟随","转弯"和"停止"等动作
黄金是制作造影剂的上等材料,因为 它能稳定地发出荧光,从生物化学方 面讲属于惰性物质,它对人体安全. 科学家已进一步完善这种透析技术, 准确控制纳米条的生长.同时,对成 像设备的控制对成像进程至关重要, 因为决定光频率的纳米条的比例将促 使它们发光.只有使用合适的光频率 才有可能使纳米条顺利在皮肤中穿行.
(2)复合无机纳米材料的应用 美国科学家正在研制一种"黄金纳米条", 这种能在血液中流动的纳米条可能会帮助医生发现 机体的癌变器官. 科学家将黄金纳米条注射到老鼠体内, 然后用比可见光波长稍长的激光束照射老鼠的耳 朵,当纳米条在老鼠血管中移动时,金色微粒就 会发出比常规成像设备中使用的荧光染料亮度近 60倍的荧光,跟踪这些闪光棒路径的新型成像系 统就能生成比目前成像设备更清晰的图片."黄 金纳米条"可能会在刚显现出的癌症和肿瘤等 "麻烦"区域活动. 黄金纳米颗粒
黄金纳米颗粒在血管中
),纳米管的应用 纳米管的应用——肽纳米管 (3),纳米管的应用 肽纳米管 阳离子二肽在中性条件下可以自组装成纳 米管,通过改变自组装体系的浓度,纳米管能进 一步转化为囊泡,利用此转变过程可将寡核苷酸 (ss-DNA)通过细胞的吞噬作用携入细胞内,从而 实现外缘物质的胞内输送.
"纳米蜘蛛"机器人复制出了另一个机器 纳米蜘蛛" 纳米蜘蛛 继而被染成绿色, 人,继而被染成绿色,并朝红色目标移动
四,生物纳米技术的产生
众多的生物大分子是天然的纳 米机器,受自然选择限制,只有 在生理条件(合适的PH,温度, 盐度)才能保持活性;
核酸分子
无机纳米材料本身具有独 特的性质,但又缺乏生物 活性,功能受限.
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DNA纳米复合材料 DNA纳米复合材料
六,纳米技术存在环境风险亟须引起重视
理论分析认为:纳米颗粒能够进入人体,并对人体造成危害.例如, 纳米颗粒可直接穿透人体皮肤引发多种炎症;可穿透细胞膜,将异物 带入细胞内部,对人体脑组织,免疫与生殖系统等方面造成损害等. 动物实验结果也表明,纳米物质的确可以对动物造成潜在危害. ——二氧化钛(TiO2)纳米颗粒可能对环境有害.二氧化钛纳米 颗粒是一种使用范围广,数量大的涂层材料.从机能毒性研究结果看, 接触二氧化钛纳米微粒后,人体肺部将可能出现炎症;从环境毒性研 究结果看,二氧化钛容易在饮用水中聚集,从而污染环境,影响健康. ——银(Ag)纳米颗粒可能对环境有害.银纳米颗粒目前已被工业大 量使用.研究表明,即便它在环境中的聚集量很低,也会对水生无脊 椎动物造成伤害. ——碳纳米管(CNTs)可能对人体健康有不利影响.碳纳米管是工业 和实验所需的材料,注射了碳纳米管的老鼠会产生动脉粥状化,线粒 体脱氧核糖核酸损伤等反应.当摄入量较大时,对肌肉细胞也有毒性.
生物纳米技术及其应用
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五,生物纳米技术的应用
(1),QDs的生物标记,成像技术 ),QDs的生物标记, QDs的生物标记
最近,国外科学家Kim等最近研制出了一种多聚复合纳米颗粒 (NPs),可用于癌细胞的检测: ①以一种可降解生物多聚物(PLGA)作为基质,将化学治疗药物(阿霉素) 以纳米颗粒的形式纳入到了聚合纳米颗粒基质当中; ②将CdSe/ZnS半导体量子点(QDs)或超顺磁性的纳米晶体四氧化三铁嵌 入该基质中; ③通过聚乙二醇基团将对癌细胞有 靶向作用的叶酸连接到被修饰的 PLAG上,构成了一个完整的NPs; ④在癌细胞上有过量表达的叶酸受 体,连有叶酸的NPs通过抗原抗体结 合反应侦查到癌细胞并进行光学成 像,可以通过核磁共振和荧光成像来 观察抗原抗体的结合进而对癌细胞 进行监测.同时,通过四氧化三铁的 磁导作用将阿霉素运输到癌细胞附 近,杀死癌细胞.
我国科学家成功的将siRNA通过可切断的二硫键连在脂质分子上,再将 其覆盖在碳纳米管表面的siRNA运送载Βιβλιοθήκη Baidu经纳米管(CNT)运送到T淋 巴细胞和单核细胞中.所使用siRNA可使对HIV侵染起关键作用的细胞 表面受体CD4,CDCR4的表达沉默.
纳米管的应用 纳米管的应用——探测显色和杀菌纳米管 探测显色和杀菌纳米管 将氯仿加在混乱排列的Lee等研制的一 种具有探测显色和杀菌功能的纳米管纳米 管垫时,纳米管的上端表面就会融在一起, 形成一种衬垫的结构,衬垫之是方向各异的 纳米管柱子.慢慢除去氯仿时, 自发组织 形成一种"纳米地毯".将纳米管经干燥, 紫外线处理,会发生多聚反应变得坚固,其 颜色也会从白色变为深蓝色.进一步加入 清洁剂或酸时,这些纳米管又会变成红色或 黄色.而遇到大肠杆菌时,纳米管又会变为 粉红色.当这些纳米管浓度大于1ug/ml时, 会在一小时内杀死所有细菌.
三,纳米生物技术
在最近的十年中,随着纳米材料在癌症治疗,细胞显影和 疾病检测方面的应用,由此诞生了一个新的领域———生 物纳米技术.生物纳米技术是指在纳米尺度上认识生物分 子的精细结构和功能之间的联系,并在此基础上按研究者 的意愿组合,装配,创造出满足人们意愿并行使特定功能 的生物纳米机器.
"纳米蜘蛛"机器人 纳米蜘蛛" 纳米蜘蛛
一,纳米的概念
纳米是一种几何尺寸的量度单位,长度仅为10-9m, 略等于4～5个原子排列起来的长度,约为人发直 径的8-110-4,纳米技术研究在0.1~100nm尺度 范围的物质世界.
二,纳米技术(nanotechnology)
纳米技术(nanotechnology) 是用单个原子,分子制造物 质的科学技术.纳米科学技 术是以许多现代先进科学技 术为基础的科学技术,它是 现代科学(混沌物理,量子 力学,介观物理,分子生物 学)和现代技术(计算机技 术,微电子和扫描隧道显微 镜技术,核分析技术)结合 的产物,纳米科学技术又将 引发一系列新的科学技术, 例如纳电子学,纳米材科学, 纳机械学等.
纳米管的应用 纳米管的应用——仿生多通道微纳米 仿生多通道微纳米 许多植物的茎都是中空的多通道微米管,这使其在保证足够强度 的前提下可以有效节约原料及输运水和养分;鸟类的羽毛也具有多通 道管状结构,这可以极大地减轻重量以及保温;许多极地动物能够在 严寒的环境中生存下来,也是因为其皮毛具有多通道或多空腔的微纳 米管状结构赋予其卓越的隔热性能.
纳米管
肽纳米管载寡核苷酸进行细胞内输送的示意图 肽纳米管的SEM (a) 肽纳米管的SEM 图;TEM 图:(b) 肽纳米 管向囊泡转变的中间态, 管向囊泡转变的中间态,(c) 由纳米管再组装 产生的囊泡; 与载有ss DNA的肽纳米管孵 ss产生的囊泡;(d) 与载有ss-DNA的肽纳米管孵 24h后的HaLa细胞的CLSM图 后的HaLa细胞的CLSM 化24h后的HaLa细胞的CLSM图.
具有自净能力的纳米丝
(4)分子纳米机器人
2010年5月19日,来自南京大学和美国纽约大学的两个小组 ,Gu等人 演示了一个微型组装线,它能通过将三种不同类型的金纳米颗粒结合 起来制造8种可能的复合物——分子纳米机器人 .一个"DNA折纸" 砖是这个生产线的框架和轨道,一个有三只手,四只脚的"DNA行走者" 沿这个轨道行走,生成最终产品,其方式是:在它通过三种不同的载 货DNA机器时将所收集的金纳米颗粒连接起来.Lund等人演示的纳米机 器人是蜘蛛形状的DNA"行走者",它们能在一个二维"DNA折纸"景观 中感应和改动基质分子轨道,这个景观通过编程来让"行走者"执行 诸如"开始","跟随","转弯"和"停止"等动作
黄金是制作造影剂的上等材料,因为 它能稳定地发出荧光,从生物化学方 面讲属于惰性物质,它对人体安全. 科学家已进一步完善这种透析技术, 准确控制纳米条的生长.同时,对成 像设备的控制对成像进程至关重要, 因为决定光频率的纳米条的比例将促 使它们发光.只有使用合适的光频率 才有可能使纳米条顺利在皮肤中穿行.
(2)复合无机纳米材料的应用 美国科学家正在研制一种"黄金纳米条", 这种能在血液中流动的纳米条可能会帮助医生发现 机体的癌变器官. 科学家将黄金纳米条注射到老鼠体内, 然后用比可见光波长稍长的激光束照射老鼠的耳 朵,当纳米条在老鼠血管中移动时,金色微粒就 会发出比常规成像设备中使用的荧光染料亮度近 60倍的荧光,跟踪这些闪光棒路径的新型成像系 统就能生成比目前成像设备更清晰的图片."黄 金纳米条"可能会在刚显现出的癌症和肿瘤等 "麻烦"区域活动. 黄金纳米颗粒
黄金纳米颗粒在血管中
),纳米管的应用 纳米管的应用——肽纳米管 (3),纳米管的应用 肽纳米管 阳离子二肽在中性条件下可以自组装成纳 米管,通过改变自组装体系的浓度,纳米管能进 一步转化为囊泡,利用此转变过程可将寡核苷酸 (ss-DNA)通过细胞的吞噬作用携入细胞内,从而 实现外缘物质的胞内输送.
"纳米蜘蛛"机器人复制出了另一个机器 纳米蜘蛛" 纳米蜘蛛 继而被染成绿色, 人,继而被染成绿色,并朝红色目标移动
四,生物纳米技术的产生
众多的生物大分子是天然的纳 米机器,受自然选择限制,只有 在生理条件(合适的PH,温度, 盐度)才能保持活性;
核酸分子
无机纳米材料本身具有独 特的性质,但又缺乏生物 活性,功能受限.
�
DNA纳米复合材料 DNA纳米复合材料
六,纳米技术存在环境风险亟须引起重视
理论分析认为:纳米颗粒能够进入人体,并对人体造成危害.例如, 纳米颗粒可直接穿透人体皮肤引发多种炎症;可穿透细胞膜,将异物 带入细胞内部,对人体脑组织,免疫与生殖系统等方面造成损害等. 动物实验结果也表明,纳米物质的确可以对动物造成潜在危害. ——二氧化钛(TiO2)纳米颗粒可能对环境有害.二氧化钛纳米 颗粒是一种使用范围广,数量大的涂层材料.从机能毒性研究结果看, 接触二氧化钛纳米微粒后,人体肺部将可能出现炎症;从环境毒性研 究结果看,二氧化钛容易在饮用水中聚集,从而污染环境,影响健康. ——银(Ag)纳米颗粒可能对环境有害.银纳米颗粒目前已被工业大 量使用.研究表明,即便它在环境中的聚集量很低,也会对水生无脊 椎动物造成伤害. ——碳纳米管(CNTs)可能对人体健康有不利影响.碳纳米管是工业 和实验所需的材料,注射了碳纳米管的老鼠会产生动脉粥状化,线粒 体脱氧核糖核酸损伤等反应.当摄入量较大时,对肌肉细胞也有毒性.
生物纳米技术及其应用
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