纳米生物技术综述

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1、纳米生物技术综述金琳04002006中国东南大学摘要纳米技术与生命科学的结合诞生了纳米生物学，它是一个新兴的技术领域，对于产业化有重要的意义。本文对纳米生物技术的发展，主要是纳米技术的研究和发展的综述，揭示其对人类和社会的影响。1、概述纳米技术又称为分子纳米技术。诺贝尔奖获得者、物理学家RichardFeynman首次提出纳米技术的概念是在1959年。Drexler将纳米技术定义为“分子制造的产品和过程，即基于分子操纵所获得的分子装配所形成的产物及其控制”[1]。而纳米生物技术是纳米技术和生物技术相结合的产物，它既可以用于生物医学，也可以服务于电子学、材料科学以及其他社会

2、需求。从分子水平装配具有复杂功能的装置和体系，这一点在生物学领域有许多可以借鉴之处。自然界表明了分子本身可以作为机器，生物体就依赖于这些分子机器而生存。例如，酶类作为分子机器可以连接、断裂或重排分子间的键；肌肉的运动通过分子机器拉动纤维来实现[2]。作为数据存储系统的DNA将数据指示传递给生产蛋白质的分子机器一一核糖体。反之，这些蛋白质分了构成了大部分的分子机器。虽然与白然界的复杂性相比，我们目前装配分子工具、装置和材料的能力还很有限，但芯片技术、分子马达、纳米探针等纳米生物技术已取得了很大的发展。本文通过对纳米技术的研究和发展的综述，揭示其对人类健康和社会的影响，并调查

3、主要的研究方法和研究进展。2、纳米生物技术纳米科技是在1-100nm尺度空间内研究物质运动规律和性质的科学和技术[3]。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子和分子，制造出具有特定功能的产品分子机器(molecularmachine)。生物分子都是处在纳米尺度生命是纳米水平的分子运动，从这个意义上讲自然界早就存在分子机器了。细胞就是一个可以自我复制的分子机器。因此，纳米技术首先应该从师于生命体；或者说纳米科技与生命科学交叉、融合而成的纳米生物学将给我们以自然的启示。纳米技术与生命科学的结合诞生了纳米生物学。纳米生物学有两个特点：第一，利用新兴的纳米技术来解决和研究

4、生物学问题，包括扫描探针显微技术(ScanningProbeMicroscopy,SPM)，激光镊子(Lasertweezers)技术和其它高精度的测量技术等；第二，它对生物学的认识和操纵深入到单分子水平，从而区别于传统生物学的宏观体系的研究，并使信息的平均化得以避免。纳米生物技术的目标，将利用生物大分子制造分子器件，模仿和生产类似生物大分子的分子机器。3、纳米生物技术的研究热点纳米生物技术与医学相结合，促进了临床医疗诊断技术及治疗水平的大幅度改革。近几年在纳米药物载体治疗与诊断技术、生物相容性材料、天然纳米生物材料、纳米中药等方面取得了重大突破。下面对主要的纳米生物技术

5、的研究热点进行阐述。3.1、在诊断技术方面的应用扫描探针显微镜，其探针可以沿样品表面逐点扫描，针尖能随样品的高低起伏作上下运动，用光学方法测量针尖的运动，就可以得到分子的图像[4]。目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察，而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结构改变，以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具——光学相干层析术（OCT）已研制成功，OCT的分辨率可达纳米级，较CT和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X线、CT、磁共振那样杀死活细胞。通过应用纳米技术，在DNA检测时，可免去传统的PCR扩增步骤，快速、准确。

6、美国NASAAmesCenterforNanotechnology与中南大学卫生部纳米生物技术重点实验室合作，将碳纳米管用于基因芯片，可以在单位面积上连接更多的更高，样本需要量低于1000个DNA分子（传统CT检测的样本需要量超过106个DNA分子）；需要的样品量更少，可以免去传统的PCR扩增步骤；结果可靠，重复性好；操作简单，易实现检测自动化。其基本原理是：连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交捕获特异性的靶DNA或RNA，靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极，电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。通过在DNA的表面覆盖金属原子的培植方法，可以合

7、成导电的DNA链[6]。然而，由于DNA完全被金属覆盖，仅起一种支架的作用，不再具备选择性结合其它生物分子这一很有价值的特性。Saskatchewan大学的研究者逐渐发现了将DNA发展成新一代生物传感器和半导体导线的途径。生物化学教授JeremyLee实验室的研究者发现DNA很容易把锌、镍、钴等离子并入它的双螺旋的中心，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，获得了新的DNA导电体。并且，此类金属DNA仍然保持选择性结合其它分子的能力。正在开发的应用之一是遗传畸变探测生物传感器。类似于其它的DNA探测，在