纳米材料在生物领域的应用.ppt

纳米材料在生物领域的应用 生物领域中纳米材料和纳米结构 目录 DNA的纳米结构 蛋白质的纳米结构 病 毒 动植物界丰富的纳米结构 微米尺度 纳米尺度 细胞 微 纳 米 尺 度 重 要 生 物 体 和 生 命 物 质 病毒 层状脂肪 核酸 蛋白质组装体 如图，DNA分子双螺旋结构的宽度为 2nm，碱基对之间的间隔为0.34nm，螺旋结构 的周期为3.4nm，这些数据都显示出了DNA分 子的纳米特征。值得指出的是，纳米技术的 快速发展为DNA的结构研究提供了新的手段， 现已可以采用STM技术观察到DNA分子的双 螺旋结构。 DNA分子双螺旋结构是1953年发现的， 这是生命科学乃至整个科学技术发展进步中 的一个里程碑事件。 2nm 0.34nm 3.4nm DNA的纳米结构 蛋白质的纳米结构 一级 二级 三级 四级 蛋白质的分子结构是生物化学中的重要内容之一，其中大部分 内容都与纳米结构有着密切的关系。蛋白质的二级结构是指肽链在 一定方向形成有规律的、周期性的空间结构，维持空间构想稳定存 在的作用力是氢键以及Van der Waals力，蛋白质的二级结构涉及α螺旋 结构和β片层结构，其中α螺旋结构的周期高度为0.54nm，多数蛋白 质同时包含α螺旋、 β片层以及非晶结构。从几何状上划分，在蛋白 质二级结构基础上可形成纤维状和球状蛋白质。纤维蛋白多属于结 构材料，如胶蛋白、胶原、弹性蛋白等，球状蛋白等，球状蛋白质 多属于功能材料，具有生物活性，如酶和血红蛋白等。 球形蛋白质的形成还没涉及蛋白质的三、四级结构。蛋白质三 级结构是蛋白质二级结构进一步折叠、卷曲后形成的球形聚集体， 研究表明，具有合适三级结构的蛋白质才显现生物活性。蛋白质四 级结构是蛋白质二级结构的二次团聚体，与常规纳米材料中的团聚 体一样，二次团聚基本上是靠非化学键作用力完成的。 病毒在纳米材料、纳米科技研究领域中的切入点至少应包括下两 个方面：首先病毒微粒的几何尺寸至少有一维方向在纳米尺度范围内， 其次病毒微粒几何形状的多样性正是纳米材料研究中关注的一个热点 问题。病毒是由核酸及外围的蛋白质构成的，病毒与人类的健康关系 密切，目前很多困扰人类的疾病是由各类病毒引起的，如一些流感、 肝炎、非典型肺炎（SARS）、艾滋病等。 病毒的分类有很多种方法，从形貌上可大致分为4类： 病 毒 多边形结构，其中以正20面体最为常见； 噬菌体T2 曲尾噬菌体 腺病毒 螺旋结构（A）（B）（D）； 特殊的混杂结构（C）； 核-壳型球体（A）（B）。 痘类病毒 流感病毒 副粘病毒 纤维弯曲病毒 A B C D 因此，病毒至少在以下4个方面具有纳米结构的特征： （1）病毒是天然的、由核酸和蛋白质构成的纳米复合材料； （2）病毒的大小一般在纳米尺度范围； （3）不少病毒属于核-壳结构； （4）病毒的形成包含了自组装等超分子化学过程。 SARS病毒 SARS的形状为球形，直径为100nm，其外围的结构相像古代的皇 冠，又称为冠状病毒。2003年SARS在中国肆虐时，人们开展了对SARS 病毒的研究工作。由于SARS病毒是一种纳米粒子，不可能利用普通 光学显微镜对它进行观察，因此，在SARS流行初期，人们因无法清 楚地观察到SARS病毒的真实面目，同时又无特效检测试剂，只能通 过综合观察病员的宏观体征现象（包括体温测量、胸部拍片等）进 行诊断，该诊断方法的不足导致了“疑似病人”这一称谓的出现。