纳米生物工程--专业论文.doc

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1、纳米生物工程靳刚应佩青中国科学院力学研究所（2000年IIM-2001年2月）自中国科学院纳米科技网纳米生物工程是什么意思？它究竟包括哪些内容？笼统地讲它包括纳米医学、纳米生物技术和纳米生物材料等。实际上，医学、生物技术和生物材料都是人们熟悉的名词和内容，当戴上一顶纳米的帽子就似乎有了悬念。这里我们先来冋顾一下和我们所熟悉的名词相关的物质和事物，然后再把这些与纳米概念联系起来，看看有了哪些新的变化，通过观察一些相关的科学研究结果和应用实例，来理解纳米生物工程。一、纳米医学大多数人都有生病、吃药、打针的经历，医

2、学就是研究疾病，治病救人的科学。那么纳米医学又是什么呢?我们知道人体是由多种器官组成的,如：大脑、心脏，肝,脾,胃，肠,肺,骨骼,肌肉和皮肤;器官又是山齐种细胞纽成的，细胞是器官的纽织单元，细胞的组合作用才显示出器官的功能。那么细胞又是山什么组成的呢？按现在的认识，细胞的主要成份是各种各样的蛋白质、核酸、脂类和英它生物分子，可以统称生物分子，它的种类在数十万种。生物分子是构成人体的基本成分，它们各自具有独特的生物活性的，止是它们不同的生物活性决定了它们在人体内的分工和作用。山于人体是山分子构成的，所有的疾病包

3、括衰老本身也可归因于人休内分子的变化。当人体的分子机器，如合成蛋白质的核糖体，DNA复制所需的酶等，出现故障或工作失帘时，就会导致细胞死亡或异帘。从分子的微观角度来看，目前的医疗技术尚无法达到分子修复的水平。而纳米医学则是在分子水平上，利用分子工具和人体的分子知识，所从事的诊断、医疗、预防疾病、防止外伤、止痛、保健和改善健康状况等科学技术，广义地讲都属于纳米医学的范畴。换句话讲，人们将从分子水平上认识自创造并利用纳米装置和纳米结构来防病治病，改善人类的整个生命系统。首先需要认识生命的分子基础，然后从科学认识发

4、展到工程技术，设计制造大量的具有令人难以置信的奇特功效的纳米装置，这些微小的纳米装置的几何尺度仅有头发丝的千分Z—左右，是山一个个分子装呢起來的，能够发挥类似于组织和器官的功能，并且更准确和更有效地发挥作用。他们可以在人体的各处畅游，其至出入细胞，在人体的微观壯界里完成特殊使命。例如：修复畸变的基因、扼杀刚刚萌芽的癌细胞、捕捉侵入人体的细菌和病毒，并在它们致病前就消灭它们；探测机体内化学或生物化学成分的变化，适时地释放药物和人体所需的微量物质，及时改善人的健康状况。瑕终实现纳米医学，使人类拥有持续的健康。未來

5、的纳米医学将是强大的，它又会是令人惊讶得小，因为在英中所发挥作用的谿物和医疗装置都是肉眼所无法看到的。但是它的功能会令世人惊叹。专业文档，值得下载!需要说明，不要马上跑到大夫那儿去要纳米处方。上面所谈的纳米医学景观尚处于设计和萌芽阶段，还有很多的未知需要去探索，例如：这些纳米装置该山什么制成？他们是否可以被人体接受？并发挥所预期的作用？科学家们止在全力以赴地把纳米医学的科学想法变成医学现实。终有一天，医药柜越小，效力越大。一定有人会问：纳米医学是不是科学幻想？它离我们到底有多远？还要等多久才能看到医学实现？事

6、实上，它已经开始步入现实，并获得蓬勃发展。下面让我们看一看这一领域所収得的科学进展。(1)智能药物这是纳米医学中的一个非常活跃的领域，适时准确地释放药物是它的基本功能之一。科学家止在为糖尿病人研制超小型的，模仿健康人体内的葡萄糖检测系统。它能够被植入皮下，监测血糖水平，在必要的时候释放出胰岛素，使病人体内的血糖和胰册素含量总是处于正常状态。垠近，美国麻省理工学院的研究者做岀了微型药房的雏形：一种具有上千个小药库的微型芯片，每一个小药库里可以容纳25纳升的任何药物，例如止痛剂或抗生素等。它的研究者之一Rober

7、tLanger说，目前这个芯片的尺寸述相当于一个小硬币，可以把它做得更小，并计划装上一•个“智能化”的传感器，使它可以适吋和适量地释放药物。能否在形成致命的肿痫Z前，早期杀灭癌细胞？美国密西根大学的JamesR.BakerJr.博士正在设计一-种纳米“智能炸弹”，它可以识别出癌细胞的化学特征(chemical•"signatures*%这种”智能炸弹”很小，仅有20纳米左右，能够进入并摧毁单个的癌细胞。此装證的研制刚刚开始，而初步的人体实验至少要五年以后才能进行。(2)人工红血球人工红细胞的结构和工作示意图随

8、着转子的转动，气休分子与转子上的结合位点结合再释放，从金刚石腔体进入到血浆中纳米医学不仅具有消除体内坏因索的功能，而且还有增强人体功能的能力。我们知道，脑细胞缺氧6至10分钟即出现坏死，内脏器官缺氧后也会呈现衰竭。设想一种装备超小型纳米泵的人造红血球，携氧量是天然红血球的200倍以上。当人的心脏因意外，突然停止跳动的吋候，医生可以马上将大量的人造红血球注入人体，随即提供生命赖以生存的氧，以维持整个机