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3.5 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学
3.5.1 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学 简 介
不 用 置 疑 , 最 复 杂 和 最 高 级 的 纳 米 尺 度 的 机 器 是 自 然 界 控 制 调 整 生 物 系 统 的 分 子 。 比
如 说 蛋 白 质 具 有 高 度 特 定 功 能 的 分 子 结 构 , 参 与 所 有 生 物 体 的 传 感 、 新 陈 代 谢 、 信 息 处 理
和 分 子 传 输 过 程 。 一 个 诸 如 蛋 白 质 一 样 大 小 的 纳 米 器 件 的 容 量 是 单 个 细 胞 容 量 的 一 百 万 到
十 亿 倍 , 从 这 个 角 度 说 , 生 物 的 世 界 里 有 很 多 科 学 家 有 兴 趣 的 模 板 和 原 型 。
纳 米 生 物 科 技 包 含 分 子 大 小 的 生 物 纳 米 结 构 的 性 质 和 应 用 , 它 结 合 了 化 学 、 生 物 和 物
理 学 科 的 知 识 。 但 它 不 包 括 一 些 大 尺 度 的 生 物 材 料 应 用 , 比 如 对 植 物 、 动 物 、 有 机 体 的 蛋
白 质 或 基 因 的 改 良 。 利 用 纳 米 制 作 工 艺 和 分 子 自 组 装 技 术 , 纳 米 生 物 技 术 可 以 制 作 细 胞 工
程 支 架 、 分 子 马 达 、 以 及 用 于 传 感 器 、 药 物 输 运 和 机 械 用 途 的 生 物 分 子 等 等 , 生 物 纳 米 科
技 在 医 药 学 中 对 定 向 给 药 的 构 想 从 诊 断 和 治 疗 两 方 面 提 供 了 一 个 系 统 的 可 行 的 方 法 , 也 给
医 药 领 域 提 供 了 一 种 比 MRI 核 磁 共 振 成 像 更 高 分 辨 率 的 细 胞 、 亚 细 胞 结 构 成 像 。
3.5.2 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学 的 发 展
当 前 研 究 的 主 要 目 标 是 在 单 分 子 层 面 上 细 致 的 了 解 基 本 的 生 物 化 学 , 生 物 物 理 过 程 和
机 理 。 这 些 知 识 能 够 帮 助 我 们 理 解 自 然 界 的 分 子 的 规 则 , 定 理 , 可 能 会 带 来 更 多 新 的 科 技
应 用 。 在 3.3 节 我 们 讨 论 过 , 这 些 年 SPM 扫 描 探 针 显 微 镜 之 类 的 新 工 具 的 问 世 , 可 以 帮 助
我 们 在 生 物 系 统 里 面 直 接 探 测 单 个 分 子 的 运 动 。 例 子 包 括 大 的 (45nm) 分 子 旋 转 马 达 推 动
细 菌 鞭 毛 螺 旋 运 动 , 小 的 (9nm)ATP 合 成 酶 催 化 生 物 体 能 量 转 化 过 程 。 分 子 生 物 学 的 基
础 、 分 子 结 构 复 杂 变 化 可 以 利 用 AFM 和 光 镊 直 接 测 量 。 新 近 发 展 的 高 速 AFM 利 用 分 子 马 达
可 以 直 接 观 测 分 子 马 达 内 的 分 子 运 动 。 未 来 可 以 预 计 , 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 器 件 技 术 的 发
展 会 带 来 不 同 种 类 , 不 同 功 能 的 生 物 材 料 。 现 在 引 人 注 意 的 是 生 物 膜 蛋 白 , 这 是 一 种 调 节
很 多 生 理 过 程 的 蛋 白 质 , 它 包 含 很 多 的 离 子 通 道 , 有 选 择 性 的 允 许 离 子 进 入 细 胞 。 引 人 注
意 的 还 有 激 素 受 体 , 它 能 作 为 一 个 分 子 触 发 器 。 最 后 一 个 研 究 热 点 是 光 感 受 器 , 吸 收 单 个
光 子 而 在 不 同 的 状 态 下 跳 变 , 这 个 过 程 是 视 觉 和 光 合 作 用 的 基 础 。 大 约 有 四 分 之 一 的 基 因
与 膜 蛋 白 质 相 关 , 足 以 可 见 膜 在 生 物 科 学 里 的 重 要 性 , 同 时 膜 也 是 80% 的 新 药 物 研 究 目
标 。 单 分 子 观 测 操 控 技 术 已 经 在 系 统 的 学 习 离 子 通 道 的 选 择 性 , 开 关 特 性 , 药 物 反 应 等 等 。
3.5.3 现 在 和 将 来 的 应 用
很 多 专 家 认 为 , 纳 米 生 物 科 技 有 非 常 长 远 的 前 景 , 很 多 基 础 研 究 要 首 先 开 展 , 一 些 医
药 的 应 用 有 必 要 经 过 仔 细 的 检 查 , 严 格 的 批 准 。 估 计 这 个 应 用 过 程 需 要 10 年 甚 至 更 长 。
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