纳米技术在分子生物学中的应用.pptVIP

纳米生物技术简介 在最近的十年中,随着纳米材料在癌症治疗、细胞显影和疾病检测方面的应用,由此诞生了一个新的领域———生物纳米技术。生物纳米技术是指在纳米尺度上认识生物分子的精细结构和功能之间的联系,并在此基础上按研究者的意愿组合、装配,创造出满足人们意愿并行使特定功能的生物纳米机器。 纳米生物技术研究方向 主要研究方向： 1、新型生物荧光探针：研究与开发基于功能纳米材料(如量子点、硅纳米微球等)的新型荧光标记物，用于目标生物分子(如蛋白、核酸等) 的靶向标记与细胞成像，为分子细胞生物学的研究提供新方法 2、新型纳米生物传感器：研究与开发基于功能纳米材料(如硅纳米线、硅纳米微球等) 的生物传感器和功能纳米器件，实现对目标生物分子的高灵敏度和高特异性检测，为重大疾病、传染病及遗传病的早期诊断提供新技术； 3、新型纳米药物载体：研究与开发基于低生物毒性、低免疫原性、高生物相容性的功能纳米材料，并将其与生物分子(如短肽、蛋白等)结合，发展高效、安全、高靶向性、可控的纳米药物载体及基因治疗载体。 纳米生物技术发展历程 纳米技术的概念最初是由美国诺贝尔物理奖获得者R.Feynman于1959年提出，20世纪70年代后期E.Drexler教授提倡研究纳米技术，直到1982年，美国公司成功研制出具有原子分辨能力的扫描隧道显微镜后，纳米技术才得以初次曝光。在此之后，关于纳米技术就成了科学界研究的大热门，而且不断有新成果出现，得到了快速发展。纳米生物技术是纳米技术的核心研究领域，各国政府对此投入相当大，尤其是美国，在2005~2008年间就投入37亿美元以促进纳米技术的研究开发。全球各大经济体纷纷以增强纳米技术优势来增强其竞争力。中国开始研究的时间基本上与国际上同步，并取得了较大的成果。国家十五863计划开设了”纳米生物技术”专题课程。2003年2月卫生部纳米生物技术重点实验室在中南大学挂牌成立。2003年7月在湖南长沙召开了国家科技部863高技术生物工程与现代农业发展战略会议，对我国纳米生物技术的未来发展进行了专门研讨。极大的促进了我国纳米生物技术的发展。 生物纳米技术的应用 1.QDs的生物标记、成像技术 最近,国外科学家Kim等最近研制出了一种多聚复合纳米颗粒(NPs),可用于癌细胞的检测： ①以一种可降解生物多聚物(PLGA)作为基质,将化学治疗药物(阿霉素)以纳米颗粒的形式纳入到了聚合纳米颗粒基质当中； ②将CdSe/Zns半导体量子点或超顺磁性的纳米晶体四氧化三铁嵌入该基质中； ③通过聚乙二醇基团将对癌细胞有靶向作用的叶酸连接到被修饰的PLAG上,构成了一个完整的NPs； ④在癌细胞上有过量表达的叶酸受体,连有叶酸的NPs通过抗原抗体结合反应侦查到癌细胞并进行光学成像,可以通过核磁共振和荧光成像来观察抗原抗体的结合进而对癌细胞进行监测。同时,通过四氧化三铁的磁导作用将阿霉素运输到癌细胞附近,杀死癌细胞。 3.纳米药物输运 纳米微粒药物输送技术也是重要发展方向之一。目前，有半数以上的新药存在溶解和吸收的问题。863计划项目“纳米药物制剂的生物效应研究”，当药物颗粒缩小时，药物与胃肠道液体的有效接触面积将增加，药物的溶解速率随药物颗粒尺度的缩小而提高。利用纳米晶体技术将药物颗粒转变成稳定的纳米粒子，提高溶解性和难溶性药物的药效率。同时，纳米药物制剂的赋形剂在胃肠道中起表面活性剂的作用，也提高了纳米药 物颗粒的溶解率。一旦，不溶性药 物转变成稳定的纳米颗粒，就适合 于口服或者注射了。 4.捕获病毒的纳米陷阱 密西根大学的Donald Tomalia等已经用树形聚合物发展了能够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就捕获它们，同样的方法期望用于捕获类似爱滋病病毒等更复杂的病毒。此纳米陷阱使用的是超小分子，此分子能够在病毒进入细胞致病前即与病毒结合，使病毒丧失致病的能力。通俗地讲，人体细胞表面装备着含硅铝酸成分的锁，只准许持钥匙者进入。不幸的是，病毒竟然有硅铝酸受体钥匙。Tomalia的方法是把能够与病毒结合的硅铝酸位点覆盖在陷阱细胞表面。当病毒结合到陷阱细胞表面，就无法再感染人体细胞了。陷阱细胞由外壳、内腔和核三部分组成。内腔可充填药物分子；将来有可能装上化疗药物，直接送到肿瘤上。研究者希望发展针对各种致病病毒的特殊陷阱细胞和用于医疗的陷阱细胞库。 5.生物芯片上的应用 DNA芯片又称为寡核苷酸阵列或杂交阵列分析，它是根据DNA双螺旋原理而发展的核酸链间分子杂交的技术。实际上，DNA芯片是一种特殊的分子操纵，即将DNA子片段集约固化在固体表面上以构成DNA芯片，是一种储存和处理生命信息