纳米生物技术学概述.ppt

纳米生物技术学概述 国家卫生部肝胆肠外科研究中心　　　　　　　　　主任 国家卫生部纳米生物技术重点实验室　　　　　　　主任 中国医师协会内镜医师分会　　　　　　　　　　　主席 中南大学生物医学工程研究院　　　　　　　　　　院长 中南大学湘雅医院外科　　　　　　　　　　　　　主任 国家‘‘十一五“863计划专家委员会纳米生物技术　　专家 概 念 纳米是尺寸或大小的度量单位：千米（103 ）→米→厘米→毫米→微米→纳米（ 10-9） 4倍原子大小 万分之一头发粗细 纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-7)到十亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工。 为研究工作方便，有人把尺寸0.1～1μm视为亚微米体系，尺寸1～100nm划分纳米体系。 我国科学家在 石墨表面“写”出“中国”和中科院的英文缩写“CAS”。字的尺寸为 200nm×200nm。按照这个尺寸，可以在大头针针尖一样的面积上记录下一部《红楼梦》的全部内容。 ?国内外现状 纳米生物技术是目前国际生物技术领域的前沿和热点问题，在医药和现代农业领域有着广泛的应用和明确的产业化前景。 美、日、德等先进国家均已将纳米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展，一场新的国际纳米生物技术科技竞争已经开始。医药和农业领域纳米生物技术的研究尚处于起步阶段，但近几年在医药领域的研究已取得一定的进展。 总预算为505.21亿欧元的欧盟第七研发框架计划（2007-2013）将“纳米科学、纳米技术、材料和新制造技术”列为十大主题研究领域合作计划之一。 2003年美国科学年会的报告,纳米医学技术已 经被列入美国的优先科研计划。现任总统布什 2003年12月签署的《21世纪纳米技术研究开发法 案》,自2005财年开始的4年内，联邦政府将投入 约37亿美元用于支持纳米技术研发工作。 美国的优先研究领域包括： 生物材料（材料-组织介面，生物相容性材料） 仪器（生物传感器，研究工具） 治疗（药物和基因载体），已有一种纳米药物载体通过了FDA批准并应用于临床。 2005年，全世界投入用于纳米技术研究和开发的资金便已超过50亿美元。 据报道，迄今为止全美国至少已有60种以上的药物新制剂以及90种左右的医疗器械、诊断试剂等新产品使用了纳米材料。 国际上纳米生物技术的研究范围涉及纳米生物材料、药物和转基因纳米载体、纳米生物相容性人工器官、纳米生物传感器和成像技术、利用扫描探针显微镜分析蛋白质和DNA的结构与功能等重要领域，以疾病的早期诊断和提高疗效为目标。 基因和药物纳米载体 纳米药物载体（纳米微粒药物输送）技术是纳米生物技术的重要发展方向之一, 将给恶性肿瘤、糖尿病和老年性痴呆等疾病的治疗带来变革。 利用纳米技术能够把新型基因材料输送到已经存在的DNA里，而不会引起任何免疫反应。 按目前的认识，有半数以上的新药存在溶解和吸收的问题，纳米晶体技术可将药物颗粒转变成稳定的纳米粒子，同时提高溶解性，以提高难溶性药物的药效率。 非生物材料药物载体，不会诱发病人的免疫反应，作为药物的纳米载体，携带药物分子进入人体的血液循环，使药物在无免疫排斥的条件下发挥治病的效果，这种技术用于糖尿病和癌症治疗前景广泛。同时，这些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。 生物芯片技术 生物芯片是不同于半导体电子芯片的另一类芯片。半导体电子芯片是集成具有特定电子学功能的微单元，所形成的电子集成电路；而生物芯片则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，获得生命微观活动的规律。 近两年，采用微制作技术，制成了微米量级的机械手，能够在细胞溶液中捕捉到单个细胞，进行细胞结构，功能和通讯等特性研究。美国哈佛大学的研究人员发展了微电子工业普遍使用的光刻技术在生物学领域的应用，并研制出效果更好的软光刻方法。以此，制出了可以捕捉和固定单个细胞的生物芯片，通过调节细胞间距等，研究细胞分泌和胞间通讯。此类细胞芯片还可以作细胞分类和纯化，利用芯片表面微单元的几何尺寸和表面改性，即可达到选择和固定细胞，及细胞面密度控制。 美国东北大学发明了一种新的DNA检测技术，是利用DNA-金纳米颗粒的选择性以及目标DNA序列的连接，导致纳米颗粒在电极之间排列，从而通过电子信号来表示对不同DNA序列的响应。这种检测比以往的低聚核苷酸检测在灵敏度上提高了10倍，在选