納米生物技術及其應用

納米生物技術及其應用演示文稿本文檔共26頁；當前第1頁；編輯于星期二\5點15分（優(yōu)選）納米生物技術及其應用本文檔共26頁；當前第2頁；編輯于星期二\5點15分3一、在診斷方面的應用

1、遺傳病診斷納米技術有助診斷胎兒是否有遺傳缺陷。婦女懷孕8個星期時，血液中開始出現(xiàn)少量胎兒細胞。利用具有納米級大小孔洞的半透膜或特殊的合成納米管等，可把胎兒細胞分離出來進行診斷。不需要進行羊水穿刺。目前美國已將此項技術應用于臨床診斷中。2、病理學診斷腫瘤診斷最可靠的手段是建立在組織細胞水平上的病理學方法，但存在著良惡性及細胞來源判斷不準確的問題。利用原子力顯微鏡(atomicforcemicroscope，AFM)可以在納米水平上揭示腫瘤細胞的形態(tài)特點。通過尋找特異性的異常納米級結構改變，以解決腫瘤診斷的難題。本文檔共26頁；當前第3頁；編輯于星期二\5點15分4二、在治療方面的應用1、納米化增加藥物吸收度

增大藥物的表面積促進溶解。藥物大分子就能穿透組織間隙，也可以通過人體最小的毛細血管。而且分布面極廣。應用于中藥制劑。藥物的物理活性、靶向性比普通中藥大大提高。2、納米醫(yī)用材料目前廣泛使用的人工心臟瓣膜，是由鈦金屬與不銹鋼合金所構成，但在移植入人體后仍有損壞的可能性。結晶納米氧化鋯是一種具有高度抗生物損耗的替代材料。銀在納米狀態(tài)下的殺菌能力產生了質的飛躍。只需用極少量的納米銀即可產生強力的殺菌作用。本文檔共26頁；當前第4頁；編輯于星期二\5點15分5納米骨材料：把它植入體內填充各類型的骨缺損，其網(wǎng)狀結構可生長出很多新生的骨細胞，所有填的納米骨材料，最后會降解消失，骨缺損部能完全被新生骨取代。具有納米級別的天然骨分級結構和天然骨的多孔結構本文檔共26頁；當前第5頁；編輯于星期二\5點15分6智能藥物

這是納米醫(yī)學中的一個非常活躍的領域，適時準確地釋放藥物是它的基本功能之一。863計劃項目“心血管病與糖尿病多指標微流控芯片檢測系統(tǒng)的研制”，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)。研究控制這個芯片的尺寸，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。美國正在設計一種納米"智能炸彈"，它可以識別出癌細胞的化學特征。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。本文檔共26頁；當前第6頁；編輯于星期二\5點15分7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。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。隨著轉子的轉動，氣體分子與轉子上的結合位點結合再釋放到血漿中。本文檔共26頁；當前第7頁；編輯于星期二\5點15分8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。目前，有半數(shù)以上的新藥存在溶解和吸收的問題。863計劃項目“納米藥物制劑的生物效應研究”，當藥物顆?？s小時，藥物與胃腸道液體的有效接觸面積將增加，藥物的溶解速率隨藥物顆粒尺度的縮小而提高。利用納米晶體技術將藥物顆粒轉變成穩(wěn)定的納米粒子，提高溶解性和難溶性藥物的藥效率。同時，納米藥物制劑的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。本文檔共26頁；當前第8頁；編輯于星期二\5點15分9捕獲病毒的納米陷阱

密西根大學的DonaldTomalia等已經(jīng)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。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。

本文檔共26頁；當前第9頁；編輯于星期二\5點15分10識別血液異常的生物芯片

美國圣地亞國家實驗室發(fā)現(xiàn)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。MichealWisz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。識別血液異常本文檔共26頁；當前第10頁；編輯于星期二\5點15分112.DNA合成過程、基因調控過程的STM研究3.質粒DNA及其與限制性內切酶相互作用的研究4.對染色體的AFM研究5.對生物分子之間及分子內部的力的測量6.生物大分子動態(tài)過程的研究

本文檔共26頁；當前第11頁；編輯于星期二\5點15分127.生物大分子的直接操縱和改性DNA分子是全部遺傳信息的攜帶者，因而DNA分子操縱成為生命科學、物理學等多學科的共同熱點。DNA操縱包括：（1）DNA鏈的原子力切割。利用原子力顯微鏡AFM在幾年前已經(jīng)實現(xiàn)了DNA分子鏈的原子力切割，可不受DNA序列的限制，在任何部位進行納米級的精確切割。（2）DNA分子鏈的拉直操縱。其實現(xiàn)方法很多，主要有以下三種：①靜電場法。在一定強度的電場下，可拉直小片段的DNA。②激光鑷子法。在DNA的兩端點粘上微小的顆粒，可通過激光鑷子將其展開。③分子梳法。通過受壓的液體流動產生的流體力可將DNA鏈進行拉直操縱，與雙色熒光標記法結合成為基因研究中的有力工具。本文檔共26頁；當前第12頁；編輯于星期二\5點15分133.納米機器人納米技術與分子生物學的結合將開創(chuàng)分子仿生學新領域?！凹{米機器人”是根據(jù)分子水平的生物學原理為設計原型，設計制造可對納米空間進行操作的“功能分子器件”。第一代納米機器人是生物系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的有機結合體，如酶和納米齒輪的結合體。這種納米機器人可注入人體血管內，進行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，吞噬病毒，殺死癌細胞；還可進行人體器官的修復工作、作整容手術、從基因中除去有害的ＤＮＡ，把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機體正常運行。第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置。第三代納米機器人是包含納米計算機，可以進行人機對話的裝置。一旦問世將徹底改變人類的勞動和生活方式。本文檔共26頁；當前第13頁；編輯于星期二\5點15分14Molecular-scalemachinescouldonedayhavemedicalapplicationssuchasremovingcancerouscells.Nature

451,770-771(14February2008)|

利用氨基酸為原料，按照分子設計組成線狀肽鏈，合成所需的蛋白質“零件”。由于線狀肽鏈能在一定的條件下自動轉變成特定的三維結構，所以便于制備成具有特定功能的生物零件。進一步利用肌細胞的纖維結構骨架和纖毛結構（運動部件），還可以制備有支撐、牽引和杠桿功能的零件并以酶為核心統(tǒng)一成具有特定功能的結構，即形成生物機器。這些納米機器人以光感應器作為開關，從溶解在血液中的葡萄糖和氧氣獲得能量。本文檔共26頁；當前第14頁；編輯于星期二\5點15分15模擬酶機器人：酶是生物催化劑，生命過程的每一個化學反應都有一個相應的酶進行催化，所以生命現(xiàn)象就是成千上萬個在功能上有相互協(xié)調關系的酶分子井然有序地表現(xiàn)催化功能的結果。生物體內的酶所催化的反應幾乎涵蓋了自然界所有的化學反應類型。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?！吧飳棥睓C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。本文檔共26頁；當前第15頁；編輯于星期二\5點15分16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本文檔共26頁；當前第16頁；編輯于星期二\5點15分17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?；蛐迯蜋C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。本文檔共26頁；當前第17頁；編輯于星期二\5點15分18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本文檔共26頁；當前第18頁；編輯于星期二\5點15分19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

本文檔共26頁；當前第19頁；編輯于星期二\5點15分20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。本文檔共26頁；當前第20頁；編輯于星期二\5點15分21DNA納米技術是指以DNA的理化特性為原理設計的納米技術，主要應用于分子的組裝。利用DNA雙鏈的互補特性，可以實現(xiàn)納米顆粒的自組裝，并提供高度特異性結合。利用納米技術，可使DNA通過主動靶向作用定位于細胞；將質粒DNA濃縮至50～200nm大小且?guī)县撾姾?，有助于其對細胞核的有效入侵；質粒DNA插入目的細胞后，可修復遺傳錯誤或可產生治療因子(如多肽、蛋白質、抗原等)；而質粒DNA插入細胞核DNA的準確位點則取決于納米粒子的大小和結構。3.DNA納米技術和基因治療

本文檔共26頁；當前第21頁；編輯于星期二\5點15分22納米技術在其他方面的應用

1.細胞分離20世紀80年代初，人們建立了用納米SiO2微粒實現(xiàn)細胞分離的新技術。優(yōu)點是：①易形成密度梯度；②易實現(xiàn)納米SiO2粒子與細胞的分離。這是因為納米SiO2微粒是屬于無機玻璃的范疇，性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應，既不會沾污生物細胞，也容易把它們分開。采用納米微粒很容易將血液樣品中的極少量的胎兒細胞分離出來，并能準確地判斷出胎兒細胞是否有遺傳缺陷。利用納米微粒（如50nm的Fe3O4微粒）進行細胞分離技術很可能在腫瘤患者早期的血液中檢查出癌細胞，從而實現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。利用納米微粒檢查血液中的心肌蛋白，以幫助治療心臟病。本文檔共26頁；當前第22頁；編輯于星期二\5點15分232.細胞內部染色細胞內部染色對用光學顯微鏡和電子顯微鏡研究細胞內各種組織是十分重要的一項技術。未加染色體的細胞襯度很底，目前有幾種染色技術，如熒