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1、纳米技术在生物学与医学领域中的应用第27卷第2期湘潭师范学院学报(自然科学版)Vol.27No.22005年6月 JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Jun.2005纳米技术在生物学与医学领域中的应用X李会东(湖南科技大学化学化工学院,湖南湘潭411201)中图分类号:TQ03,Q81 文献标识码:A 文章编号:1671-0231(2005)02-0049-03摘 要:以生物学为中心,结合物理,化学和生物技术等学科发
2、展起来的纳米生物技术目前已成为国际研究的前沿和药物载体及疾病诊断等领域的研究与应用。基因载体热点问题。综述了纳米技术在生物材料、生物芯片、纳米探针、基因/关键词:纳米生物技术;纳米生物材料;生物芯片;纳米探针;药物、纳米技术(Nanotechnology)是指在纳米尺度范围内,操纵原子、组合,创造具有特定功能的新物质的科学技术。纳米生物技术是纳米技术和生物技术相结合的产物,它既分子或原子团、分子团,使它们重新排列可以用于生物医学,也可以服务于电子学、材料科学以及其他社会需求。其分子水平装配具有复杂功能的装置和体系,这一点在
3、生物学领域有许多可以借鉴之处。20世纪80年代才开始研究的纳米技术在90年代获得了突破性进展。美国、日本、德国等已把纳米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展。我国纳米生物技术的发展与先进国家相比,起步较晚,但“九五”期间“863计划”启动了国家纳米振兴计划,十五”“863计划”将纳米生物技术列为专题项目予以优先支持发展。纳米生物技术在新世纪将“期间推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展,将极大的影响人类的生活,衣、食、住、行、医疗等方面。当前纳米生物技术主要集中应用在以下几个方向:生物荧光标
4、签[1]、药物与基因载体[2]、病原细菌和蛋白质等的检测[3]、DNA探针[4]、组织工程[5]、细胞与生物分子的分离与纯化[6]、生物制药、电子学、材料学和医学临床诊断等。作者旨在对纳米生物技术在生物学与医学上的研究应用。1 在生物学上的应用1.1 纳米生物材料通常纳米生物材料分为两类:一类是适合于生物体内应用的纳米材料,它本身既可以是具有生物活性,也可以不具有生物活性,而仅仅是易于被生物体接受,而不引起不良反应。另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料,它也可能不再被应用于生物体,而被用于其他纳米技术或微制造业。
5、生物体系所具有的独特能力可用来控制无机晶体的结构、相态、取向和纳米结构拓扑学。最近,研究者们开始把生物识别的原理用在电子、半导体和磁性材料制作。组合噬菌体展示技术已经用于识别能够结合到Ⅲ2、Ⅴ、Ⅱ2、Ⅵ类半导体(如ZnSe、GaAs)上以及能够结合到磁性材料以及碳酸钙和磷酸盐上去的肽类。生物大分子的可重复特性和可识别部分都能够用来构建非常精细的纳米导线。现有的计算机芯片的特征尺寸(250nm)主要受光印刷和蚀刻剂的极限大小决定。如果能够设计出分子规模装置的制作和定位的合适原型,那么芯片的大小可以减小到几纳米。近来,科学家通
6、过在DNA的表面覆盖金属原子的培植方法,合成了导电的DNA链。JeremyLee等人发现通过pH值的适当调控,DNA可以稳定地把锌、钴、镍等金属离子并入其双螺旋中心,并找到了在高pH值等基本条件下,稳定DNA含有金属离子的状态,并仍然保持选择性地结合其他分子的能力,由此获得了新的DNA导电体。1.2 生物芯片技术生物芯片是在很小几何尺度的表面积上,装配一种或集成多种生物活性,仅用微量生理或生物采样即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性以及它们之间的相互作用,从而获得生命微观活动的规律。分为蛋白质芯片和基
7、因芯片(即DNA芯片)等几类,都有集成、并行和快速检测的优点,X收稿日期:2004-11-25作者简介:李会东(1974-),男,内蒙古赤峰人,博士生,助教,研究方向:现代微生物技术。其发展的最终目标是将样品制备、生化反应到分析检测的全过程集成化以获得所谓的微型全分析系统。(1)蛋白质芯片是一种在高密度的方格上含有各种微量纯化的蛋白,并能够高通量地测定这些蛋白质的生物活性,以及蛋白质与生物大分子之间的相互作用。由于蛋白质芯片具有高通量、微型化及自动化等优点,所以该技术已经逐渐被引入到蛋白质组学研究上来。(2)基因芯片又称为
8、DNA芯片,它是根据DNA双螺旋原理发展起来的核酸链间分子杂交的技术:将已知的DNA(探针)和未知的核酸序列之间的一方以有序的阵列固定到芯片上,通过PCR扩增技术将数量放大,再与荧光标记的另一方进行杂交。当荧光标记的一方在DNA芯片上发现互补序列时即发生杂交,杂交的结果以荧光和模式识别分析来检测。DNA
