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纳米生物技术纳米生物技术纳米生物技术纳米生物技术4/14/2023目目 录录1纳米生物技术概述2纳米生物技术应用状况3纳米生物技术研究展望4纳米生物技术安全审视4/14/2023一、纳米生物技术概述一、纳米生物技术概述纳米：是一种几何尺寸的量度单位，长度仅为纳米：是一种几何尺寸的量度单位，长度仅为10-9m，略等于略等于45个原子排列起来的长度。个原子排列起来的长度。纳米技术：是指在纳米技术：是指在0.1-100纳米的尺度里，探讨电子、纳米的尺度里，探讨电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。纳纳米米技技术术纳米电子学纳米化学纳米生物学纳米物理学纳米计量学纳米加工学纳米碳管纳米碳管4/14/2023一、纳米生物技术概述一、纳米生物技术概述 纳米生物技术是纳米技术和生物技术纳米生物技术是纳米技术和生物技术交叉所形成的一门新技术。交叉所形成的一门新技术。探讨领域包括：探讨领域包括：(1)纳米材料在生命科学中的应用，包纳米材料在生命科学中的应用，包括纳米无机生物材料、纳米生物高分子材括纳米无机生物材料、纳米生物高分子材料和纳米复合生物材料；料和纳米复合生物材料；(2)应用纳米技术在纳米尺寸对生物分应用纳米技术在纳米尺寸对生物分子进行观测，操纵生物分子，制作纳米生子进行观测，操纵生物分子，制作纳米生物器件。物器件。4/14/2023二、纳米生物技术应用状况二、纳米生物技术应用状况生物芯片生物芯片主要包括主要包括2 2方面：方面：(1)(1)纳米复合材料在生物芯片制备方面的应用，增加核酸、纳米复合材料在生物芯片制备方面的应用，增加核酸、蛋白质与片基间静态与动态粘附力，促进小型化、高辨别蛋白质与片基间静态与动态粘附力，促进小型化、高辨别率与多功能化；率与多功能化；(2)(2)拓宽生物芯片应用范围，如植物药有效成分的高通量筛拓宽生物芯片应用范围，如植物药有效成分的高通量筛选，癌症等疾病的临床诊断，作为细胞内部信号传感器。选，癌症等疾病的临床诊断，作为细胞内部信号传感器。优点：集成，并行，快速检测优点：集成，并行，快速检测分类：细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片）、基因芯片分类：细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片）、基因芯片（DNADNA芯片）芯片）4/14/2023二、纳米生物技术应用状况二、纳米生物技术应用状况纳米探针纳米探针 可干脆对生物分子在其生命环境中进行检测，以获得可干脆对生物分子在其生命环境中进行检测，以获得更真实更详尽的信息。更真实更详尽的信息。纳米探针可探测多种细胞化学物质，监控活细胞蛋白纳米探针可探测多种细胞化学物质，监控活细胞蛋白质和其他生物化学物质；还可用于筛选微量药物，最终实质和其他生物化学物质；还可用于筛选微量药物，最终实现评定单个细胞的健康状况。现评定单个细胞的健康状况。4/14/2023二、纳米生物技术应用状况二、纳米生物技术应用状况生物荧光标记生物荧光标记 通过发光量子点与细胞表面或内通过发光量子点与细胞表面或内部蛋白特性结合，可视察细胞工作状部蛋白特性结合，可视察细胞工作状态并用于药物设计与治疗。态并用于药物设计与治疗。中科院大连物化所研制出一系列中科院大连物化所研制出一系列硅胶基质掺杂型纳米稀土荧光生物标硅胶基质掺杂型纳米稀土荧光生物标记材料，表面带活性氨基的掺杂型纳记材料，表面带活性氨基的掺杂型纳米稀土荧光生物标记材料和氧化锆基米稀土荧光生物标记材料和氧化锆基质的掺杂型纳米稀土荧光生物标记材质的掺杂型纳米稀土荧光生物标记材料。这些生物荧光标记材料在荧光强料。这些生物荧光标记材料在荧光强度、光稳定性、生物亲和性、生物标度、光稳定性、生物亲和性、生物标记方法刚好间辨别荧光测定灵敏度等记方法刚好间辨别荧光测定灵敏度等方面都表现出良好性能。方面都表现出良好性能。纳米颗粒在血管中纳米颗粒在血管中4/14/2023二、纳米生物技术应用状况二、纳米生物技术应用状况分子马达分子马达 分子马达是由生物大分子构成并利用化学能进行机械分子马达是由生物大分子构成并利用化学能进行机械做功的纳米生物器件。是微型机器人的核心元件，在分子做功的纳米生物器件。是微型机器人的核心元件，在分子上连接特异分子可实现多种功能。上连接特异分子可实现多种功能。美国康纳尔高校以美国康纳尔高校以ATP酶为分子马达，研制出可进入酶为分子马达，研制出可进入人体细胞的纳米机电设备人体细胞的纳米机电设备“纳米直升机纳米直升机”。4/14/2023二、纳米生物技术应用状况二、纳米生物技术应用状况分子纳米筛分子纳米筛 通过电压门控的分子纳米筛可限制物质在纳米孔的流通过电压门控的分子纳米筛可限制物质在纳米孔的流通，由于纳米孔能快速区分少量通，由于纳米孔能快速区分少量DNA分子，因此该方法分子，因此该方法可望成为快速、低成本、高通量的基因测序方法。可望成为快速、低成本、高通量的基因测序方法。4/14/2023二、纳米生物技术应用状况二、纳米生物技术应用状况 纳米生物技术举例金纳米颗粒：很多癌细胞的表面都覆盖着表皮生长因子受体EFGR，为癌症供应治疗新靶点,而健康细胞则不会明显地显示出这种蛋白质。El-Sayed 等将金纳米颗粒与抗-EFGR 结合,用于选择性标记癌细胞,在暗场光学显微镜下可以实现癌细胞的成像。4/14/2023二、纳米生物技术应用状况二、纳米生物技术应用状况4/14/2023纳米生物技术在医学上的应用：纳米生物技术在医学上的应用：药物载体药物载体目前是纳米生物技术的重要探讨领域，主要目前是纳米生物技术的重要探讨领域，主要应用于抗肿瘤等药物的靶向或局部给药制剂。应用于抗肿瘤等药物的靶向或局部给药制剂。纳米药物载体以纳米颗粒作为药物的携带体，将药物纳米药物载体以纳米颗粒作为药物的携带体，将药物包袱在纳米颗粒之中或吸附在其表面。由于其粒径小，能包袱在纳米颗粒之中或吸附在其表面。由于其粒径小，能很简洁地通过胃、肠黏膜和鼻腔黏膜，皮肤的角质层，不很简洁地通过胃、肠黏膜和鼻腔黏膜，皮肤的角质层，不仅可以进入血液循环，甚至可以进入骨髓。可以显著提高仅可以进入血液循环，甚至可以进入骨髓。可以显著提高靶向性及药物在患部的相对浓度。同时，由于其粒径小，靶向性及药物在患部的相对浓度。同时，由于其粒径小，比表面大，对受体组织的黏附性大，给药后滞留性及与组比表面大，对受体组织的黏附性大，给药后滞留性及与组织的接触时间、接触面积均大为增加，从而可提高药物的织的接触时间、接触面积均大为增加，从而可提高药物的生物利用度、降低毒性、削减药剂用量。生物利用度、降低毒性、削减药剂用量。4/14/2023纳米微粒药物输送技术纳米微粒药物输送技术 目前，有半数以上的新药存在溶解和吸取的目前，有半数以上的新药存在溶解和吸取的问题。药物的吸取又受其溶解率的限制，因此，问题。药物的吸取又受其溶解率的限制，因此，缩小药物的颗粒尺度成为提高药物利用率的可行缩小药物的颗粒尺度成为提高药物利用率的可行方法。纳米晶体技术可将药物颗粒转变成稳定的方法。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，以提高难溶性药物纳米粒子，同时提高溶解性，以提高难溶性药物的药效率。的药效率。4/14/2023纳米基因载体纳米基因载体 基因治疗是治疗学的巨大进步，质粒基因治疗是治疗学的巨大进步，质粒DNA插入目的插入目的细胞后，可修复遗传错误或可产生治疗因子细胞后，可修复遗传错误或可产生治疗因子(如多肽、蛋如多肽、蛋白质、抗原等白质、抗原等)。但与基因载体相关的免疫反应、细胞毒。但与基因载体相关的免疫反应、细胞毒性与平安性等是基因治疗领域亟待解决的关键问题。性与平安性等是基因治疗领域亟待解决的关键问题。纳米载体在介导基因转移方面具有以下几个优势：纳米载体在介导基因转移方面具有以下几个优势：(1)由于是非生物材料，因此无免疫原性，不会引起由于是非生物材料，因此无免疫原性，不会引起机体的免疫反应：机体的免疫反应：(2)无遗传毒性：无遗传毒性：(3)由于其特殊的结构由于其特殊的结构及表面电荷，具有很高的基因转移效率；及表面电荷，具有很高的基因转移效率；(4)纳米载体可纳米载体可爱护转导基因不受机体血浆或组织细胞中各种补体以及各爱护转导基因不受机体血浆或组织细胞中各种补体以及各种酶的破坏，有利于目的基因在转导进入靶细胞后能更好种酶的破坏，有利于目的基因在转导进入靶细胞后能更好更稳定地发挥其作用。更稳定地发挥其作用。4/14/2023疾病的检测与临床诊断疾病的检测与临床诊断 利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行疾病的检利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行疾病的检测或利用纳米微粒进行细胞分别与细胞染色等。测或利用纳米微粒进行细胞分别与细胞染色等。纳米结构生物材料纳米结构生物材料 纳米结构生物材料也是当前国际上生物工程技术领域纳米结构生物材料也是当前国际上生物工程技术领域的前沿和热点探讨课题，可应用于三维组织工程用支架材的前沿和热点探讨课题，可应用于三维组织工程用支架材料、内固定件、骨组织缺损修复材料。料、内固定件、骨组织缺损修复材料。具有生物活性和可控降解的纳米材料，可同时具有几具有生物活性和可控降解的纳米材料，可同时具有几种特殊功效：可做为体内植入物、细胞生长的支架或药物种特殊功效：可做为体内植入物、细胞生长的支架或药物基因载体，具有很好的组织相容性，可通过自身的生物降基因载体，具有很好的组织相容性，可通过自身的生物降解限制其在体内保存的时间和载体内药物的释放。解限制其在体内保存的时间和载体内药物的释放。4/14/2023三、纳米生物技术探讨展望三、纳米生物技术探讨展望 在生物科技日新月异的今日，应用纳米技术研制生物材料越来越受重视。纳米生物技术新领域包括组织工程、药学工程和生物机械。当前纳米生物技术主要探讨方针在于能否有效驾驭并限制纳米材料或复合物多变性及与生物系统的互动反应。若能驾驭这2项重点，那么纳米技术在生物学和医学上都将得到很大发展。纳米生物技术的广泛应用使其产生特别好的好用和经济效益，因此，“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”4/14/2023四、纳米生物技术平安谛视四、纳米生物技术平安谛视 纳米生物技术的发展与应用的确可以提高我们现有的医疗水平、改善人类的生活质量。但是，纳米生物技术作为一种新型的高端科学技术正处于起步阶段，人类对这种技术制造出来的纳米生物材料的相识也不全面。这种技术在实际中的应用，一方面给入类健康带来诸多利益，例如可以利用新的纳米医疗机器诊断和治疗疾病，另一方面对人类健康也有很多潜在的危害。如：纳米颗粒可干脆穿透人体皮肤引发多种炎症；可穿透细胞膜，将异物带入细胞内部，对人体脑组织、免疫与生殖系统等方面造成损害等。4/14/2023ENDTHANK YOU!