纳米生物技术的发展概况.pptVIP

纳米生物技术的发展概况隋 延 仿 绪 言 1981年，G．Binning 和H.Rohrer发明了扫描隧道显微镜（STM）,用于观测物质表面的原子分布。1986年，美国的另两位科学家提出利用STM对物质进行原子或分子尺度上的加工测量。这一设想在次年被美国国际商用机器（IBM）公司试验成功。1987年，IBM公司用STM移动氙原子，在镍晶体表面上“写”出了由35个氙原子组成的“IBM”字样。随后不久，日本日立制作所用STM移去二硫化钼晶体表面上的一些原子，留下的原子空位组成了每个字母只有1.5nm高的“PEACE’91”字样，科学家们用STM搬移单个原子技术的成功，一下子把人类带进了一个生机勃勃的高新技术领域——纳米技术（nanobiotechnology）领域。 目前，“纳米技术”尚无精确定义，一般是指在纳米尺度范围内按照自己的意志直接操纵原子和分子或原子团和分子团，进行材料加工以及创制具有特定功能的产品等。一般来讲，纳米技术必须满足两个基本条件：尺寸约小于100nm，同时必须具有由尺寸效应而导致的独特的、非同寻常的或大大提高了的物理、化学或生物性能。如果在颗粒尺寸上满足了条件，但不具有由尺寸减小所产生的奇异性能如小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和量子遂道效应等，那就不能称为纳米技术。 纳米技术作为一种空间平台技术研究，其范畴涉及了许多学科和技术领域，如纳米物理学（nanophysics）、纳米化学（nanochemistry）、纳米生物学（nanobiology）、纳米电子学（nanoelectronics）、纳米材料学（nanometer material science）、纳米机械学（nanomechanics）、纳米显微学（nanoscopy）、纳米医学(nanomedicine)、纳米测量学（nanometrology）、纳米信息学（nanoinfromatics）、纳米生物技术（nanobiotechnology）等。 纳米生物技术将纳米技术和生物技术相集成，将成为现代生物工程的重要组成部分，并在生物科学、医学、材料学、环境科学以及军事等诸多领域具有良好的应用前景。 纳米生物材料 生物计算机 分子马达 纳米探针 纳米通道技术 1.纳米生物材料 纳米生物材料可以分为两类，一类是适合于生物体内应用的纳米材料，它本身可以是具有生物活性的，也可以不具有生物活性，仅仅易被生物体接受，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，它们可能不被再用于生物体，而被用于其他纳米技术或微制造。 1.1生物电线 DNA双螺旋结构发现后，人们就有了关于DNA电子传输能力的想法，DNA分子介导的电子传输被认为与DNA损伤及修复有关，因此，在生命活动中非常重要，吸引了许多科学家参与这一领域。例如，当DNA分子受到电离辐射或紫外线照射时会产生电子，这个电子被别的原子捕获之前可能将沿着DNA分子链运动。因此，DNA可能是快速的、不依赖于距离的电子转移通道。另外，则是基于将DNA作为纳米器件这一想法。DNA在自然界含量丰富：DNA具有独特的化学性质。碱基之间的互相配对以及在蛋白作用下的可变性，使得它比较容易操作；最重要的是，DNA的直径仅为2nm，而其长度跨越微观和宏观，如果可能它是作为纳米导线和分子器件的合适材料。 对于DNA分子的导电性的直接测量得到了一些自相矛盾的结果，有的认为是导体，半导体，有的认为是绝缘体，最近的测量结果表明DNA分子在一定条件下具有超导体性质。研究还表明DNA与Zn2+、Ni2+、Co2+、等二价金属离子形成的复合物表现出分子导线的行为。关于DNA导电性的争论仍在继续，这方面的任何进展，必将引起人们的极大兴趣。 近来，科学家通过在DNA的表面覆盖金属原子的培植方法，合成了导电的DNA链。Jeremy Lee 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，在高的Ph 值条件可保持稳定状态，并仍具有选择性地结合其他分子的能力，由此获得了新的 DNA导电体。还有，将DNA接在两个金电极之间，将银离子交换到表面上，最后将银离子还原为银，就成为直径在100nm左右、长度可达微米级的银线。 1.2纳米陷阱 密西根大学的Donald Tomalia等用树形聚合物研制了捕获病毒的纳米陷阱。体外实验表明纳米陷阱能够在流感病毒感染细胞之前捕获它们，使病毒丧失致病的能力。其原理是细胞表面的唾液酸是流感病毒的受体，可与流感病毒血凝素结合，而合成的单体或多聚体聚合物以多个唾液酸组分为侧链，也可跟流感病毒表面的血凝素位点结合。当流感病毒结合到单体或多聚