纳米生物

纳米生物技术简介 纳米（nanometer，nm）是一种长度单位，一纳米等于10亿分之一米、千分之一微米。从具体的物质说来，人们往往用"细如发丝"来形容纤细的东西，其实人的头发一般直径为20-50微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为5微米，也不算细。极而言之，1纳米大体上相当于4个原子的直径。DNA链的直径就是一纳米左右。由于纳米材料表现出许多不同于传统材料的特殊性能，所以纳米科技被视为21世纪关键的高新技术之一。纳米技术包含下列四个主要方面：第一方面是纳米材料，第二方面是纳米动力学，第三方面是纳米电子学，第四方面是纳米生物学和纳米药物学。在纳米生物学和纳米药物学方面，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。当前纳米生物学和纳米药物学研究领域主要集中在以下几个方向：纳米生物材料、纳米生物器件研究和纳米生物技术在临床诊疗中的应用。

——国家863计划纳米生物技术主题专家张阳德教授访谈录编者按：岁末年初，我国纳米生物领域出现了几件大事：2007年12月31日，中国医药生物技术协会纳米生物技术分会在深圳宣告成立。工程院院士何继善、科学院院士姚开泰等全国近百名专家参加。2008年2月，中国纳米生物技术分会在北京举行第一届委员大会，卫生部纳米生物技术重点实验室主任、卫生部肝胆肠外科研究中心主任、中南大学生物医学工程研究院院长张阳德教授，选举为首届主任委员。大会选举了中国工程院陈志南院士、中国科学院曾益新、魏于全、姚开泰院士、江雷教授5位专家为副主任委员。郭应禄院士等35名业内专家为常务委员。这个汇集我国纳米生物领域的医学、化学、微电子、精密机械加工的专家组成的强大团队，将整合科技界、产业界纳米生物技术的资源，开展国家“863计划”纳米生物技术研究的攻关和实施。为此，我们邀请张阳德教授阐述了我国开发纳米生物技术尤其是在医学应用的战略和关键问题。先发制人，后发制于人记者：科学的交叉与融合，产生了一些新兴的领域。其中纳米生物技术与医用材料，就属于这样的领域。作为国家863计划纳米生物技术的主题专家，你如何看待当今纳米生物技术的发展现状？张阳德：即使你比刘翔跑得还要快，你也得与对手站在同一条起跑线上。我们在现代科技与产业的一些方面，落后于西方发达国家，这并不是我们跑得不够快，而是因为没能站在同一个起点。纳米生物技术是纳米科技与当代生物医学多学科结合的产物，是当代生物技术的前沿和热点。尤其在医药卫生领域有着广泛的应用和巨大的产业化前景。当今国际，由纳米药物载体，纳米生物传感器，纳米生物临床检测诊疗手段引发的新技术革命方兴未艾。据预测，到2010年，纳米生物技术对美国GDP的贡献将达到万亿美元，在日本的市场规模也将达到30万亿日元。在中国这样的人口大国，市场前景更加不可限量。纳米生物技术在医学临床应用，将成为我国重要的战略高技术领域，直接影响着国民经济和社会发展，关系到国家安全和人民健康。记者：目前这一领域中各国的竞争趋势如何？张阳德：先发制人，后发制于人。抢占战略制高点，向来是发达国家发展战略高技术的一个原则。从2000年开始的美国国家纳米技术行动计划，将纳米生物医疗列为突破重点。美国国家卫生研究院（NIH）2001年专门组织了“纳米科技与生物医学”的研讨会，提出了“纳米科技将导致新的生物学和生物工程”的结论。美国NIH在2002年度科研项目计划中，超过50%%的经费是针对生物反恐怖的，其中多数项目的完成希望借助纳米科学技术。美国国家癌症研究所（NIC）的计划是希望借助纳米科学技术，主要包括纳米颗粒材料技术以及纳米传感器技术，形成一些新的、针对恶性肿瘤的早期诊断与治疗技术。欧盟2002年正式推出了第6框架计划（2002～2006年），旨在将科学发展的成果转化为产业界的实际竞争优势。纳米生物技术的研究重点包括先进的药物传递方式、具有生物实体的纳米电子学、生物实体的界面、生物实体的电子探测、生物分子或复合物的处理操纵和探测。

扫描美国纳米生物专利技术　　纳米生物技术是纳米技术领域的前沿和热点问题,在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产业化前景,特别是纳米药物载体、纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器械等,将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用。纳米生物技术所要研究的对象是生物分子、细胞、组织在纳米层次的结构变化,其主要的研究方向包括: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)等。　　美国是世界上申请有关纳米技术专利最多的国家,搜索“纳米”可找到近8000个专利,日本排在其后,我国名列第三。相对而言,我国在纳米生物技术的理论研究和应用研究方面相比其他学科远远地走在了前面。为了更多地探知美国在纳米生物技术领域的研究现况,指导我国的研究策略,我们从公开申请的专利中去探知美国的研究状况,特别介绍一些国内研究人员比较感兴趣的技术和方法:

摘 要 纳米技术与生物化学、分子生物学整合将对21世纪的生物医学产生深刻的影响。它将利用生物大分子进行物质的组装、分析与检测技术的优化、并将药物靶向性与基因治疗等研究引入微型、微观领域，用纳米生物技术检测是否患有癌症只用几个细胞。　　关键词 纳米技术；纳米生物学；DNA纳米技术　　20世纪80年代才开始研究的纳米技术在90年代获得了突破性进展。最近美国《商业周刊》列出了21世纪可能取得重大突破的三个领域：一是生命科学和生物技术；二是从外星球获取能源；三是纳米技术。所谓纳米技术(Nanotechnology)是指在小于100 nm的量度范围内对物质和结构进行制造的技术，其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术［1］。纳米技术在新世纪将推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展，将极大的影响人类的生活，衣、食、住、行、医疗等方面。本文将围绕纳米技术给21世纪的生物医学可能带来影响作一概述。　　1 纳米生物学的研究对象　　有人把在纳米尺度(水平)上研究生命现象的生物学叫做纳米生物学。纳米结构通常指尺寸在1 nm～100 nm范围的微小结构。1纳米等于10-9m，即1m的十亿分之一。我们知道，细胞具有微米(10-6m)量级的空间尺度，生物大分子具有纳米量级的空间尺度。在它们之间的层次是亚细胞结构，具有几十到几百纳米量级的空间尺度。显然在纳米水平上研究生命现象的纳米生物学，它的研究对象就是亚细胞结构和生物大分子体系。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红细胞小得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径即利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。

过去人们一直关注碳纳米管，特别是其电学和力学特性以及在未来半导体工业中的应用前景。但是，碳纳米管还有另一种诱人的应用没有被人们广泛的认识——这就是碳纳米管的生物医学应用。在生物上的应用，在于碳纳米管是碳材料所以碳纳米管具有生物亲和性，从而和人体的组织器官形成友好的界面。[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=23727]碳纳米管的若干生物医学应用[/url]

生物传感器能够将各种生化反应转换成可测量的电学、光学等信号，属于典型的多学科交叉领域。在生物传感器研究中，器件设计与传感策略一直成为该领域的研究热点，开发具有高灵敏度、时效性兼具可制造性的生物传感器具有重要的科学价值和应用前景。 中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所生物医学部程国胜研究员课题组采用CMOS兼容“自上而下”加工工艺，以SOI（silicon-on-insulator）硅片为衬底，加工出尺寸可控的一维Si纳米线场效应管。在生物传感器研发过程中，纳米材料表面的功能化修饰是其中一项重要环节，该团队在前期工作中已探索了半导体纳米材料的表面修饰基本方法（Langmuir 26, 4514–4522, 2010；Langmuir 27, 13220–13225, 2011）。在此基础上，通过共价结合方法选择性地在Si纳米线表面修饰急性心肌梗死标志物——心肌肌钙蛋白I（cTnI）的单克隆抗体，制备了面向心肌梗死诊断的生物传感器。测试结果表明，生物传感器对cTnI的响应时间小于2 min，其动态线性响应范围92 pg/mL～46 ng/mL，相关工作发表于Biosensors and Bioelectronics（34, 267-272, 2012）。 进一步通过分析器件电流响应中的低频噪声谱，发现当器件工作于反型区时，相较于空气中的响应，液相环境下噪声谱幅度的倒数受栅极电压的调控作用更加明显。基于此，研究人员以血清体系为研究对象，对比了传统电流响应与噪声谱分析方法，在电流响应无法区分待测cTnI蛋白的情况下，噪声谱分析能够实现2个数量级的信号差别。 部分结果发表于Applied Physics Letters（101, 093704, 2012），为实现新型、高灵敏度生物传感器的设计提供了思路。 上述研究工作得到了中科院“百人计划”项目、国家自然科学基金、国家重大科学研究计划（973项目）经费支持，同时得到了苏州纳米所纳米加工平台及分析测试平台的技术支持。http://www.cas.cn/ky/kyjz/201209/W020120911317688421684.jpg图1 器件阵列形貌（A），Si纳米线扫描电镜图片（B）以及典型的cTnI传感结果（C）。http://www.cas.cn/ky/kyjz/201209/W020120911317688424476.jpg图2 噪声幅度倒数与栅极电压之间的关联（A），电流模式下（B）及噪声谱分析方法下的cTnI响应（C）。

原标题 “纳米生物间谍”技术能进入活细胞取样 可用于深入揭示线粒体基因组变异的重要性 科技日报讯 据物理学家组织网近日报道，美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校（UCSC）研究人员开发出一种机器人式的“纳米生物间谍”系统，能从单个活细胞内提取出微量样本，进行RNA或DNA测序，而不会杀死细胞。研究人员表示，这种单细胞“纳米生物间谍”技术是一种了解活细胞内部动态过程的有力工具。相关论文发表在最近出版的美国化学协会《纳米》杂志上。 “我们能从活细胞中拿走一个‘生物间谍’，再把它送回该细胞，在几天内这样重复多次而不会杀死细胞。如果用其他技术，你不得不牺牲这个细胞才能分析它。”该生物传感与生物电技术小组负责人、UCSC巴斯金工程学院生物分子工程教授内德·波曼德说。 “纳米生物间谍”平台是研究小组用纳米吸液管开发的最新设备。纳米吸液管是一种小玻璃管，取液端越来越细，至尖端直径仅50到100纳米。波曼德说：“我能在实验室造出纳米吸液管，这不需要昂贵的纳米制造设备。但要进入一个细胞，问题是即使在高倍显微镜下，你也看不见吸液管尖端，不知道它偏离了细胞有多远。” 实验室博士后研究员亚当·赛格尔解决了这一问题。他基于在一台改造过的扫描离子电导显微镜（SICM），开发出一种反馈控制系统。该系统能利用通过纳米吸液管尖端的离子流作为反馈信号，在尖端接近细胞表面时探测其中的液滴。在尖端进入细胞之前，一种自动控制系统能定位它在细胞上面的位置，然后尖端很快插入穿透细胞膜，通过操控电压有控制地提取一小点细胞内物质。由于吸液管尖端极精细，对细胞造成的损害极微小。 研究小组用这种系统从活细胞中提取的微量细胞物质，估计只有50毫微微升（千万亿分之一升），约一个人体细胞百分之一的量。他们从单个人体癌细胞中提取物质并进行RNA测序，还从人类成纤维细胞中提取了线粒体并对其进行了DNA测序。“人们已经知道，线粒体和多种神经退化疾病有关。该技术可用于深入揭示线粒体基因组变异的重要性。”波曼德说。 该技术应用前景广阔。波曼德希望能与其他研究人员合作，探索其更多用途。“对于癌症生物学家、干细胞生物学家等想要了解细胞内部情况的科学家来说，这是一种多功能的平台。”（常丽君）来源：中国科技网-科技日报 2014年01月20日

美国路易斯安那理工大学日前发表新闻公报说，该大学研究人员在生产生物燃料工艺过程中采用纳米技术，从而大大节省了生产成本。　　公报说，秸秆等农林废弃物作为生物燃料的原料具有巨大潜力，用它们生产的生物燃料被称为第二代生物燃料。但是将这些生物原料转化成可以燃烧的乙醇等需要多种酶对其中的纤维素进行分解，成本很高。路易斯安那理工大学从事化学工程研究的帕尔梅及其同事最近开发出一种纳米技术，能将参与反应的多种酶固定成几种酶，并且这些酶能重复使用多次，这大大降低了第二代生物质燃料的生产成本。这一技术可以被应用到大规模商业生产中。　　第二代生物燃料包括利用秸秆、稻草等农林废弃物生产的燃料乙醇和生物柴油，它可以替代传统的汽油和柴油，能大大减少温室气体排放，同时避免了第一代生物燃料以玉米等粮食作物为原料，因此受到广泛青睐。

磁性纳米粒子/磁性纳米颗粒（Magnetic Nanoparticles, MNPs）是近年来发展迅速且极具应用价值的新型材料，在现代科学的众多领域如生物医药、磁流体、催化作用、核磁共振成像、数据储存和环境保护等得到越来越广泛的应用。 在科学家、工程师、化学家和物理学家的共同努力下，纳米技术使得生命科学和健康医疗领域在分子和细胞水平上取得很大的进展。磁性纳米粒子是纳米级的颗粒，一般由铁、钴、镍等金属氧化物组成的磁性内核及包裹在磁性内核外的高分子聚合物/硅/羟基磷灰石壳层组成。最常见的核层由具有超顺磁或铁磁性质的Fe3O4或γ-Fe2O3制成，具有磁导向性（靶向性），在外加磁场作用下，可实现定向移动，方便定位和与介质分离。最常见的壳层由高分子聚合物组成，壳层上偶联的活性基团可与多种生物分子结合，如蛋白质、酶、抗原、抗体、核酸等，从而实现其功能化。因此磁性纳米粒子兼具磁性粒子和高分子粒子的特性，具备磁导向性、生物兼容性、小尺寸效应、表面效应、活性基团和一定的生物医学功能。 由于其独特的物理、化学特性，磁性纳米粒子可以简化繁琐复杂的传统实验方法，缩短实验时间，是一种新型的高效率的试剂。目前，磁性纳米粒子在生物医药方面主要应用在磁性分离、磁性转染、核酸/蛋白质/病毒/细菌等的检测、免疫分析、磁性药物靶向、肿瘤热疗、核磁共振成像和传感器等。下文将具体介绍磁性纳米粒子的性质及在生物医学领域的主要应用， 并列出对应于不同应用的具体产品。 磁性纳米粒子的性质 磁性纳米粒子有一系列独特而优越的物理和化学性质。随着合成技术的发展，已成功生产出一系列形状可控、稳定性好、单分散的磁性纳米粒子。磁性纳米粒子具有的磁性使其易于进行富集和分离，或进行定向移动定位。磁效应由具有质量和电荷的颗粒运动形成。这些颗粒包括电子、质子、带正电和负电的离子等。带电颗粒旋转产生磁偶极，即磁子。磁畴指一个体积的铁磁材料中所有磁子在交换力的作用下以同一方向排列。这个概念将铁磁与顺磁区别开来。铁磁性材料有自发磁化强度，在无外加磁场时，也具有磁性。铁磁材料的磁畴结构决定磁性行为对尺寸大小的依赖性。当铁磁材料的体积低于某个临界值时，即成为单磁畴。这个临界值与材料的本征属性有关，一般在几十纳米左右。极小颗粒的磁性来源于基于铁磁材料磁畴结构的尺寸效应。这个结论的假设是铁磁颗粒在具有最低自由能的状态对小于某个临界值的颗粒有均匀的磁性，而对较大颗粒的磁性不均匀。前者较小颗粒称为单磁畴颗粒，后者较大的颗粒称为多磁畴颗粒。当单磁畴颗粒的直径比临界值更进一步降低，矫顽力变成零，这样的颗粒即成为超顺磁。超顺磁由热效应造成。超顺磁纳米粒子在外加磁场作用下具有磁性，而在外加磁场移除后不具有磁性。在生物体内，超顺磁颗粒只在有外加磁场时具有磁性，这使得它们在生物体内环境中具有独特优点。铁、钴、镍等晶体材料都有铁磁性，但由于氧化铁磁铁（Fe3O4）是地球上天然矿物中最具磁性的，且生物安全性高（钴和镍等材料具有生物毒性），因而在多种生物医学应用中，超顺磁形式的氧化铁磁性纳米粒子最常见。 铁磁流体(磁流体)是在外加磁场作用下变得具有很强磁性的液体，它是既具有磁性又具有流动性的新型功能材料。铁磁流体是由纳米级的铁磁或亚铁磁构成的胶体溶液，颗粒悬浮于载体溶液中，载体溶液通常为有机溶剂或水。纳米颗粒完全被表面活性剂包裹以防止聚合成团。铁磁流体通常在无外加磁场时不保持磁性，因而被归类为超顺磁。铁磁流体中的纳米粒子在正常条件下由于热运动不发生沉降。 球形颗粒的磁性纳米粒子的比表面积（表面积与体积之比）与直径成反比。对于直径小于0.1um的颗粒，其表面原子的百分数急剧增大，此时表面效应显著。颗粒直径减小，比表面积显著增大，同时表面原子数迅速增加。当粒径为1nm时表面原子数为完整晶粒原子总数的99%，此时构成纳米粒子的几乎所有原子都分布在表面上，在表面原子周围形成很多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子结合形成稳定结构，表现出高化学活性。因此，固定目标分子/原子效率高。[font='

中国科技网 讯（记者常丽君）据物理学家组织网3月19日（北京时间）报道，来自美国布莱根妇女医院（BWH）、哥伦比亚大学医疗中心等研究人员，共同开发出一种不到100纳米的微小纳米粒子，能装载并释放一种促消炎的肽类药。通过小鼠实验证明，这些纳米粒子具有强力促分解效果，能选择性地进驻受伤组织部位，以可控方式在一段时间内缓慢释放出治疗药物。相关论文在线发表于3月18日的美国《国家科学院学报》上。 发炎是身体抵抗外来生物入侵和组织创伤的自然防御机制。在急性炎症中，病原体或炎症媒介会被清除出去，达到一种动态平衡；但在慢性炎症中，这种消解反应被削弱而导致慢性炎症和组织损伤。目前普遍认为，消炎功能受损是动脉粥样硬化、关节炎、神经退化、癌症等疾病恶化的一个主要原因。 研究人员解释说，这些纳米粒子的独特之处在于，它们是专门设计瞄准炎症组织的细胞外微环境的，能缓慢释放强效消炎药分散在炎症组织中，药物与被激活的白细胞质膜上的受体结合，使白细胞安静下来。论文合著者、哥伦比亚大学医疗中心医生艾拉·塔巴斯说：“这种方法的优点是利用机体固有的预防发炎机制，与其他抗炎措施不同，不会被身体防御机制削弱并能促进组织修复。” 这种自组装的靶向纳米粒子由首尾相连的3条链组成的聚合物构成。其中一条链能装载并缓慢释放治疗药物，如实验中所用的是一种能模拟膜联蛋白A1促分解作用的肽；另一条链赋予纳米粒子潜入组织的能力，让它们能在系统管理之下长期流通；第三条链赋予纳米粒子导航的能力，让它们能瞄准胶原蛋白IV以到达血管壁。由于这些纳米粒子能有选择地粘住受伤的脉管系统，并在需要的地方释放所携带的抗炎药，所以能有目标地高效消炎。 “这些靶向聚合纳米粒子能阻止嗜中性粒细胞（白细胞中数量最多的一种）渗透到伤病部位，即使只有很少量，也能阻止它们分泌下一步的信号分子，从而避免了高度炎症和进一步的并发症。”论文合著者、BWH博士后纳茨拉·卡玛丽说。 纳米粒子能选择性地与受伤血管结合，将对一些常见疾病产生深远影响。目前，BWH正在研究促分解纳米药物在消除动脉粥样硬化斑方面的可能性。 总编辑圈点 人人都要与炎症纠缠一生。慢性炎症是白细胞久战不下的结果。器官得了慢性炎症，往往没有明显痛感，却导致亚健康状态，继而是各种难治的大病。如果美国医学家的新发明得以应用，我们或许能得到一种灵验的保健药——它在身体内“消肿祛毒”，让人恢复精力和健康，即所谓“治未病”。纳米药物靶向治疗的概念极其诱人，在下一个十年将仍然是研究的热点。 《科技日报》 2013-03-20 （一版）

华东理工大学研究人员利用自主搭建的多通道光谱仪器，观测到单个纳米粒子的光学信号，并通过将单粒子光谱技术与多种调控手段相结合，成功在线监测到单个金、银、铜纳米粒子的生长过程，同时将其应用于生物分子的实时追踪。相关成果已被德国《应用化学》杂志以“热门文章”接收，将在2012年首期杂志以内封面形式发表。文章的通讯作者是华东理工大学教授龙亿涛，第一作者为博士研究生秦利霞，以色列耶路撒冷希伯来大学参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金重大研究计划的资助。金、银、铜等贵金属纳米粒子具有等离子共振散射性质，这种散射光谱比现有的荧光光谱强度高且更稳定，已被广泛应用于生物传感、分子识别等领域。目前，单纳米颗粒水平的散射光谱仍处于新兴阶段，其在活细胞代谢的实时监测应用及物理学探究成为研究热点。此前，该课题组利用这一光谱仪器平台已成功捕获活细胞内NADH的分布图像并应用到抗癌药物的筛选。他们与中科院上海应用物理所合作，在DNA检测中也取得了创新性的成果。目前，该课题组在纳米光谱方面正开展更多的工作，以期实现单分子水平的生物分子检测追踪，获得更多生命活动的微观信息。《科学时报》 (2011-12-22 A2 综合)http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/brow/em09510.gif

纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。纳米科技的研究内容 创造和制备优异性能的纳米材料 设计、制备各种纳米器件和装置 探测和分析纳米区域的性质和现象　什么是纳米？　　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　纳米科技研究什么问题？　　生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。生物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界不存在的生物；信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事，因特网几乎可以改变人们的生活方式。　　纳米科学是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。 还原论：把物质的运动都还原到原子、分子这一层面上。原子论和量子力学取得了巨大的成功。有机合成；分子生物学；转基因食品、克隆羊；原子光谱和激光；固体电子论和IC；几何光学到光纤通讯。 宏观世界上经典物理、化学、力学的巨大成就：计算机和网络、宇宙飞船、飞机、汽车、机器人等改变了人们的生活方式　　科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上的裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主体的微观世界，另一岸是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结，存在一个过渡区--纳米世界。例：分子合成 ≤１.5nm, →活体 微电子技术在0.2μm,显微外科只能连接大、小、微血管≤　PM10和PM1.5的微粒几十个原子、分子或成千个原子、分子“组合”在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质。这种“组合”被称为“超分子”或“人工分子”。“超分子”性质，如熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和染、颜色及水溶性有重大变化。当“超分子”继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去，像真是一些长不大的孩子。　　在10nm尺度内，由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合及探测、应用它们---纳米科学技术的主要问题。 原子和分子的微观世界和宏观世界的过渡区内的新现象和新规律 探测纳米长度内物理、化学生物信息的新原理和新方法 新概念和新理论：强关联、强场、快过程、少粒子的量子体系 应用　新科学还是老理论的翻版？历史悠久的新科学技术西汉铜镜和黑漆鼓徽墨漆器催化剂材料感光材料和彩色胶片含有高岭土颗粒的轮胎WHY？不清楚近十年，计算机和材料设计；探测技术STM、AFM、SNOM；IC和生命科学的推动；制备技术发展；理论的发展高强度和高韧性、可自修复、有智能、可再生→新一代纳米材料　为什么小尺寸会有如此重要的影响？ 表面效应 小尺寸效应 量子限域效应　研究目标和可能的应用 材料和制备：更轻、更强和可设计；长寿命和低维修费；以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复； 微电子和计算机技术：2010年实现线条为100nm的芯片，纳米技术的目标为：纳米结构的微处理器，效率提高一百万倍；10倍带宽的高频网络系统；兆兆比特的存储器（提高1000倍）；集成纳米传感器系统； 医学与健康快速、高效的基因团测序和基因诊断和基因治疗技术；用药的新方法和药物“导弹”技术；耐用的人体友好的人工组织和器官；复明和复聪器件；疾病早期诊断的纳米传感器系统 航天和航空低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米测试、控制和电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料 环境和能源发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境；孔径为1nm的纳孔材料作为催化剂的载体；MCM-41有序纳孔材料（孔径10-100nm）用来祛除污物；纳米颗粒修饰的高分子材料 生物技术和农业在纳米尺度上，按照预定的大小、对称性和排列来制备具有生物活性的蛋白质、核糖、核酸等。在纳米材料和器件中植入生物材料产生具有生物功能和其他功能的综合性能。，生物仿生化学药品和生物可降解材料，动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等

[font=微软雅黑][size=10.5000pt][font=微软雅黑]纳米科学是[/font]80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，1990年在美国巴尔的摩召开的第一届国际纳米科学技术会议，并正式创办的《纳米技术》杂志，标志着纳米科学的诞生。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5000pt][font=微软雅黑]纳米科学是指研究在[/font]0.1nm~100nm尺寸范围内物质具有的物理、化学性质和功能的科学，它包括纳米生物学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料学和纳米机械学等新兴学科。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5000pt]而纳米科技是指一种用单个原子，分子制造物质的科学技术，它以纳米科学为基础，进行制造新材料、新器件，研究新工艺的方法。在这里纳米不仅是一个空间尺度概念，而且表示了一种新的思考方式，即生产过程越来越精细。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5000pt]人类通过在原子、分子和超分子水平上控制了纳米结构来发现纳米材料的奇异特性，以及学会有效地利用这些特性，使得人类能够按照自己的意志，在纳米尺度上直接操纵单个原子、分子的排布制造出具有特定功能的产品，最终能够仿照自然界生态中非常复杂的过程，这也是纳米科技的最终目的，换句话说，我们是为了更好地理解这个世界而研究纳米物质的。[/size][/font]

纳米医学畅想 纳米医学的研究内容十分广泛，最引人注目的是扫描隧道显微镜（STM）。这一非凡的仪器于80年代初研制成功，可以在纳米尺度上获取生命信息，研究者相继得到了左旋DNA、双螺旋DNA的碱基对、平行双螺旋DNA的STM图像。我国科学家利用STM成功的拍摄到表现DNA复制过程中一瞬间的照片。目前，研究已涉及到氨基酸、人工合成多肽、结构蛋白和功能蛋白等领域。 纳米使单位体积物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上，人类有可能将存储了全部知识的纳米计算机安放在人脑中，或许有一天，图书馆就在我们的头脑内，每一个人都可能成为爱因斯坦、牛顿，老年性痴呆、记忆丧失等病症将会得到彻底治愈。纳米计算机可能用来读出人脑内的内容及品性，将一个脑内的信息转录到另一个脑内，这个脑可以是人脑，也可以是电脑。纳米医学也有可能改变人类自身，让人类成为能在天上飞、水中游，能进行光合作用或能在恶劣环境下生存的“超人”。将来，掌握纳米医学技术的医生，不仅能够“修理人”——治病，而且能够“改造人”——使其具有特殊功能。虽然这些设想有些离奇，但决非是毫无科学根据的幻想。即将进入临床应用的有：利用纳米传感器获取各种生化信息和电化学信息。已经取得重大成果的还有DNA纳米技术，主要应用于分子的组装。 已经在医药领域得到成功的应用。人们已经能够直接利用原子、分子制备出包含几十个到几百万个原子的单个粒径为1-100纳米的微粒。最引人注目的是作为药物载体，或制作人体生物医学材料，如人工肾脏、人工关节等。在纳米铁微粒表面覆一层聚合物后，可以固定蛋白质或酶，以控制生物反应。由于纳米微粒比血红细胞还小许多，可以在血液中自由运行，因而可以在疾病的诊断和治疗中发挥独特作用。 当把二氧化肽做到粒径为几十纳米时，在它的表面会产生一种叫自由基的离子，能破坏细菌细胞中的蛋白质，从而把细菌杀死。例如用二氧化肽处理过的毛巾，只要有可见光照射，上面的细菌就会被纳米二氧化肽释放出的自由基离子杀死，具有抗菌除臭功能。 将药物粉末或溶液包埋在直径为纳米级的微粒中，将会大大提高疗效、减少副作用。纳米粒可跨越血脑屏障，实现脑位靶向。另外，纳米粒脉管给药，可降低肝内蓄积，从而有利于导向治疗。纳米粒中加入磁性物质，通过外加磁场对其导向定位，对于浅表部位病灶治疗具有一定的可行性。在影像学诊断中，纳米氧化铁在病灶与正常组织的磁共振图像上，会有较大的对比度。 纳米粒用作药物载体具有下述显著优点：（1）可到达网状内皮系统分布集中的肝、脾、肺、骨髓、淋巴等靶部位；（2）具有不同的释药速度。（3）提高口服吸收药物的生物利用度。（4）提高药物在胃肠道中的稳定性。（5）有利于透皮吸收及细胞内药效发挥。如：载有抗肿瘤药物阿霉素的纳米粒，可使药效比阿霉素水针剂增加10倍。目前已在临床应用的有免疫纳米粒、磁性纳米粒、磷脂纳米粒以及光敏纳米粒等。 医用纳米机械或纳米微型机器人可潜入人体的血管和器官，进行检查和治疗，使原来需要进行大型切开的手术成为微型切开或非手术方式，并使手术局部化。纳米医用机器甚至可以进入毛细血管以及器官的细胞内，进行治疗和处理。这类机器可以将对人体的伤害减小到最低程度。含有纳米计算机的、可人机对话的、有自身复杂能力的纳米机器人一旦制成，能在一秒钟内完成数十亿个操作动作。如果数量足够多，就可以在几秒或几分钟内完成现今需几天或几个月甚至几年、几十年才能完成的工作。 和细胞一样，作业中坏了的微型机械可以随时被更换或修理。微型机械发展的顶峰，或许是可以自己增殖繁衍的纳米机器人。别以为以上设想不可思议。纳米科学家们相信这种愿望能够实现。 不难想象，倘若人类能直接利用原子、分子进行生产活动，这将是一个“质”的飞跃，将改变人类的生产方式和空前地提高生产能力，并有可能从根本上解决人类面临的诸多困难和危机，开创医学新纪元。

纳米中草药是指运用纳米技术制造的、粒径小于100nm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂，具有增加药物对血脑屏障或生物膜的穿透性等特点。纳米中草药技术(nanotechnology)是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化，以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性的技术体系。纳米技术作为高新技术，可广泛应用于材料学、电子学、生物学、医药学、显微学等多个领域，并起着重要的作用。 一、纳米中草药的特点 1、原药纳米化后呈现新的药效或增强原有疗效中药被制成粒径0.1～100 nm大小，其物理、化学、生物学特性可能发生深刻的变化，使活性增强和产生新的药效。如灵芝通过纳米级处理，可将孢子破壁，并采用超临界流体萃取技术萃取出灵芝孢子的脂质活性物质，从而增强抗肿瘤的功效。 2、改善难溶性药物的口服吸收。在表面活性剂、水等存在下，直接将药物粉碎成纳米混悬剂，增加了药物溶解度，适于口服、注射等途径给药，以提高生物利用度。 3、增加药物对血脑屏障或生物膜的穿透性。纳米粒能够穿透大粒子难以进入的器官组织、血脑屏障及生物膜。如阿霉素α聚氰基丙烯酸正丁酯纳米粒(NADM)可以改变阿霉素的体内分布特征，对肝、脾表现出明显的靶向性，而血、心、肺、肾中的药物分布则减少。 4、靶向作用。在研究中发现，一味普通的中药牛黄，加工到纳米级水平后，其理化性质和疗效会发生惊人的变化，甚至可以治疗某些疑难杂症，并具有极强的靶向作用。 5、使药物达到缓释、控释。借助高分子纳米粒作载体等技术手段，可实现药物的缓释、控释。如雷公藤乙酸乙酯提取物固体纳米脂质粒有良好的缓释、控释功能。二、纳米中草药的制备技术及其进展 纳米中药的制备是研究纳米中药最基础的，也是最重要的问题。将纳米技术引入中药的研究，必须考虑中药组方的多样性、成分的复杂性，例如中药单味药可分为矿物质、植类药、动物药和菌物药等，中药的有效部位和有效成分又包括无机化合物和有机化合物、水溶性成分和脂溶性成分等，因此，针对不同的药物，在进行纳米化时必须采用不同的技术路线。此外，还必需考虑中药的剂型。纳米中药与中药新制剂关系十分密切，如何在中医理论的指导下进行纳米中药新制剂的研究，将中药制成高效、速效、长效、剂量小、低毒、服用方便的现代化制剂，也是进行中药纳米化所必须考虑的问题。纳米中药是针对中药的有效成分或有效部位进行纳米技术加工处理，开发中药的新功效。聚合物纳米粒可作为药物纳米粒子和药物纳米载体。药物纳米载体系指溶解或分散有药物的各种纳米粒，药物纳米载体包括纳米脂质体、固体脂质纳米粒以及纳米囊和纳米球。而对于不同类型的纳米中药，有不同的制备方法。三、纳米中草药的加工方法。 1、纳米超微化技术是改进某些药物的难溶性或保护某些药物的特殊活性，适用于不宜工业化提取的某些中药。如矿物药、贵重药、有毒中药、有效成分易受湿热破坏的药物、有效成分不明的药物。目前比较常用的是超微粉碎技术。所谓超微粉碎是指利用机械或流体动力的途径将物质颗粒粉碎至粒径小于10 μm的过程。根据破坏物质分子间内聚力的方式不同，目前的超微粉碎设备可分为机械粉碎机、气流粉碎机、超声波粉碎机。 2、机械粉碎法是利用机械力的作用来实现粉碎目的。边可君等采用自主开发的温度可控(-30～-50℃)的惰性气氛高能球磨装置系统制备纳米石决明。将石决明置于配有深冷外套的惰性气氛球磨罐中，同时装入磨球，磨球与石决明粉比保持在15：1～5：1范围，控制高能球磨机的转速(200～400 r／min)和时间(2～60 h)，获得了平均粒度不大于100 nm的石决明粉末。 3、气流粉碎法是以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作用为颗粒的载体。颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压、摩擦和剪切等作用，从而达到粉碎的目的。与普通机械冲击式超微粉碎机相比，气流粉碎产品粉碎更细，粒度分布范围更窄。同时气体在喷嘴处膨胀降温，粉碎过程中不会产生很大的热量。所以粉碎温升很低。这一特性对于低融点和热敏性物料的超微粉碎特别重要。 备注： 纳米中草药的常用方法较为普遍的有两种：一是喷雾干燥法，二是高能球磨法。　　 中药纳米超微化技术既丰富了传统的炮制方法，又能为中药的生产和应用带来新的活力。纳米产品目前已成为中药行业新的经济增长点。将这项技术应用于中药行业可以开发具有更好疗效、更优品种的纳米中药新产品。这将对中药行业的发展带来深远的理论和现实。

1，概述一纳米等于十亿分之一米，相当于人的头发丝直径的八万分之一。纳米材料被誉为“21一世纪最具有前途的材料”，与信息技术和生物技术并成为21世纪社会经济发展的三大支柱之一和战略制高点。材料的结构决定材料的性质，纳米材料的特殊结构决定它具有一些特异性质，从而纳米材料具有常规材料没有的性质，从而使纳米材料得到更广泛的应用。纳米材料在化工，工程材料，信息，生物医学，军事等领域都得到了充分的应用。现在纳米技术尚在初期阶段，但于社会效益与经济效益都产生的巨大的影响，在未来纳米材料必定大显身手。纳米科技是研究结构尺度在1（0.1）~100nm范围内材料体系的运动规律，相互作用及实际应用的科学技术。其基本内涵是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作原子，分子创造新的物质。纳米技术在材料学，生物学，电子学，化学，物理学，测量学，力学的若干领域得到应用。纳米技术是许多基础理论，专业工程理论与当代高新技术的结晶。以物理学，化学的微观理论为基础，以现代高精密检测仪器和先进的分析技术为手段。美国IBM首席科学家曾经说到：“正像微电子技术产生了信息革命一样，纳米技术将成为下一代信息的核心。”我国著名科学家钱学森也指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点，会是一次技术革命，从而引发21世纪的一次新的产业革命。”纳米技术具有极大的战略意义，世界上许多国家都将其纳入重点发展项目。本文将从纳米材料的现状，发展趋势及应用三方面加以主要叙述。2，定义 纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（1~100nm）的极细颗粒组成的固体材料。广义上讲，纳米材料指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。发展历史纳米材料的概念可以追溯到1959年，诺贝尔奖获得者理查德·费曼（Richard Phillips Feynman)_在一次名为“There is plenty of room at the bottom”演讲中提到的。他构想人类可以使用宏观上的机器制造比其体积小的机器，进而制造更小的机器，这样一步步缩小生产装置，逐步达到分子尺度，到最后人类可以按照自己的意愿来排列原子，制造产品。尽管当时的科学界抱以普遍的怀疑态度，但不久之后，他的理念得以证实， 1980年H·Gleiter教授在一次穿越澳大利亚的沙漠旅行时引发的构想，他不同于当时的常规想法，即具有完整空间点阵结构的实体即晶体视为主体，而将空间点阵中的空位，置换原子，间隙原子，相界，位错和晶界视为晶体材料中的缺陷。他将“缺陷”视为主体，制造出一种晶界占有极大体积比的材料。1984年，他领导的研究组用惰性气体凝聚法制备了具有具有清洁表面的黑色纳米金属粉末粒子，并以它为结构单元制成了纳米块体材料。 1987年美国国家实验室的西格尔（Siegel)等人使用气相冷凝法制备纳米陶瓷材料TiO2，并观察到纳米材料在室温和低温下具有良好的韧性。1990年7月，在美国巴尔的摩召开国际第一届纳米科技学术会议，正式把纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支公布于世，表明了纳米材料科学已经成为一个比较独立的学科。1994年在美国波士顿召开的MRS秋季会议上正式提出了纳米材料工程。是纳米材料的新领域，是纳米材料研究的基础上通过纳米合成，纳米添加发展新型的纳米材料，并通过纳米添加对传统材料进行改性，扩大纳米材料的应用范围，开始形成了基础研究与应用研究并行的局面。纳米材料发展有三个阶段：第一阶段（1990年之前）主要是在实验室探索，用各种手段制造各种材料纳米颗粒粉体，合成块体，研究表征方法，探索纳米材料的性能。第二阶段（1990~1994年）。人们

[font=宋体][b]什么是纳米抗体？[/b][/font][font=宋体][font=宋体][url=https://cn.sinobiological.com/resource/antibody-technical/nanobody][b]纳米抗体[/b][/url]（[/font][font=Calibri]nanobody, Nb[/font][font=宋体]）是一种人工设计的抗体分子，又称为单域抗体（[/font][font=Calibri]single-domain antibodies, sdAbs[/font][font=宋体]）、[/font][font=Calibri]VHH[/font][font=宋体]抗体或[/font][font=Calibri]camelid[/font][font=宋体]抗体，是发现于羊驼、单峰驼等驼科以及鲨鱼、鳐鱼等软骨鱼中的一种天然缺失轻链的重链抗体（[/font][font=Calibri]heavy-chain antibodies, HCAbs)[/font][font=宋体]。[/font][font=Calibri]1993[/font][font=宋体]年，比利时的科学家在骆驼的血清中发现了一种天然轻链缺失的重链抗体，分子量约[/font][font=Calibri]95 kDa[/font][font=宋体]，其中包括两个恒定区（[/font][font=Calibri]CH2[/font][font=宋体]和[/font][font=Calibri]CH3[/font][font=宋体]）、一个铰链区和一个重链可变区（[/font][font=Calibri]variable heavy chain domain, VHH[/font][font=宋体]），接着克隆得到只包含一个重链可变区的单域抗体，即[/font][font=Calibri]VHH[/font][font=宋体]抗体。[/font][font=Calibri]VHH[/font][font=宋体]抗体的晶体结构为[/font][font=Calibri]4 nm[/font][font=宋体]×[/font][font=Calibri]2.5 nm[/font][font=宋体]×[/font][font=Calibri]3 nm[/font][font=宋体]的椭圆形，分子量大小仅普通抗体的[/font][font=Calibri]1/10[/font][font=宋体]，约[/font][font=Calibri]12-14 kDa[/font][font=宋体]，是最小的完整抗原结合片段，因此又被称为纳米抗体。纳米抗体可用于肿瘤等疾病的治疗、疾病的检测、疫苗的研发等。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体] [/font][font=宋体][b]纳米抗体特性：[/b][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]1.[/font][font=宋体]高耐热性和稳定性[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]将不同的纳米抗体在[/font][font=Calibri]37[/font][font=宋体]℃放置[/font][font=Calibri]1[/font][font=宋体]周，结果其抗原结合活性均在[/font][font=Calibri]80%[/font][font=宋体]以上，表明纳米抗体在室温下保存相当稳定，这使其比常规抗体更易于储藏和运输。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]比较了鼠单抗和纳米抗体在高达[/font][font=Calibri]90[/font][font=宋体]℃高温长时间处理的抗原结合活性，发现纳米抗体都保持了较高的活性仍能重新获得抗原结合能力，而所有常规抗体在[/font][font=Calibri]90[/font][font=宋体]℃处理后都丧失了活性，发生了不可逆的聚合。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]在恶劣条件，如在高热、离液剂、存在蛋白酶和极度[/font][font=Calibri]pH[/font][font=宋体]值变性的条件下（如胃液和内脏中），正常抗体会失效或分解，而纳米抗体仍具有高度的稳定性。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]2.[/font][font=宋体]高抗原结合性：[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]纳米抗体独特的结构决定了其高抗原结合特性：纳米抗体较长的[/font][font=Calibri]CDR3[/font][font=宋体]，可形成一稳定的暴露的凸环结构（凸环中具有稳定结构的二硫键），能够深入抗原内部以更好的结合抗原从而提高了其抗原特异性和亲和力。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]而传统抗体[/font][font=Calibri]Fab[/font][font=宋体]片段及单链抗体[/font][font=Calibri]scFv[/font][font=宋体]的抗原结合表面常形成凹形拓扑结构[/font][font=Calibri], [/font][font=宋体]通常只能识别位于抗原表面的位点，因此纳米抗体[/font][font=Calibri]VHH[/font][font=宋体]单域具有更加广泛的抗原结合力，甚至当靶蛋白紧密包裹隐藏了普通抗体识别的位点时[/font][font=Calibri],[/font][font=宋体]纳米抗体也可以对其进行表位识别。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]3.[/font][font=宋体]较强的组织穿透力：[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体]纳米抗体具有强而快的组织穿透能力，可以进入致密的组织如实体瘤发挥作用；并且多余未结合的纳米抗体能够很快的被清除，这相对于单克隆抗体组织穿透力差，不易被清除的不足，更有利于疾病的诊断。另外，纳米抗体能够有效的穿透血脑屏障，这样的特性为脑部给药提供了新方法，有望成为治疗老年痴呆症的新药。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=Calibri]4.[/font][font=宋体]高水溶性、高表达性[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]正常抗体[/font][font=Calibri]VH[/font][font=宋体]结构域单独表达时通常形成包涵体，或者暴露的疏水域相互黏附；而纳米抗体[/font][font=Calibri]VHH[/font][font=宋体]由于其[/font][font=Calibri]FR2[/font][font=宋体]中的疏水残基被亲水残基所取代，使得纳米抗体的水溶性增加，聚合性减少；而且即使以包涵体形式表达，也很容易复性，这样可以大大提高作为药物的利用率。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]因纳米抗体分子量小、结构简单，由单一的基因编码，所以它很容易在微生物中合成，能在噬菌体、酵母等微生物中大量的表达，而且其相对价格低廉、可进行大规模生产，易于普及和应用。有报道，可通过酵母反应器酿造将纳米抗体的产量提高，每公升可达[/font][font=Calibri]1[/font][font=宋体]克的产量。[/font][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][b]纳米抗体的应用优势[/b][/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]①用于生物医药研发（基因工程药物研发、[/font][font=Calibri]ADC[/font][font=宋体]药物研发）；[/font][/font][font=宋体]②用于临床体外诊断（胶体金法、酶联免疫吸附法、电化学发光法）；[/font][font=宋体]③用于肿瘤研究、免疫学研究等基础研究；申请具有自主知识产权的发明专利及科研奖项；[/font][font=宋体]④拓展研究思路、发表国际知名学术刊物。[/font][font=宋体] [/font][font=宋体][font=宋体]纳米抗体是一种非常有前景的下一代治疗性抗体技术，受到越来越多的研究机构和制药公司的关注。为支持纳米抗体药物的早期发现，义翘神州利用噬菌体抗体库技术自主研发了纳米抗体开发平台，已成功开发了多个纳米抗体候选分子。另外，我们的高通量纳米抗体表达平台，已成功表达和生产了多种纳米抗体形式，包括单价、多价或多特异性[/font][font=Calibri]VHH[/font][font=宋体]，满足客户的各种定制需求。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]更多详情可以关注：[/font][font=Calibri]https://cn.sinobiological.com/resource/antibody-technical/nanobody[/font][/font][font=Calibri] [/font]

[B][center]什么是纳米技术 [/center][/B] 纳米是长度单位，原称"毫微米"，就是10-9（10亿分之一米）。纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。　　从具体的物质说来，人们往往用"细如发丝"来形容纤细的东西，其实人的头发一般直径为20-50微米，并不细。单个细菌用肉眼看不出来，用显微镜测出直径为5微米，也不算细。极而言之，1纳米大体上相当于4个原子的直径。　　纳米技术包含下列四个主要方面： 　　第一方面是纳米材料，包括制备和表征。在纳米尺度下，物质中电子的放性（量子力学学性质）和原子的相互作用将受到尺度大小的影响，如能得到纳米尺度的结构，就可能控制材料的基本性质如熔点、磁性、电容甚至颜色。而不改变物质的化学成份。用超微粒子烧成的陶瓷硬度可以更高，但不舱裂：无机的超微粒子灰分在加入橡胶后，将粘在聚合物分子的端点上，所做成的轮胎将大大减小磨损和处长寿命。 　　第二方面是纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS），用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。MEMS用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。 　　第三方面是纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定 DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。 　　第四方面是纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。"更小"是指响应速度要快。"更冷"是指单个器件的功耗要小。但是"更小"并非没有限度。　　纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的　　在1998年的四月，总统科学技术顾问，Neal Lane 博士评论到，如果有人问我哪个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响，我会说该个启动计划建立一个名为纳米科技。"大挑战"机构，资助进行跨学科研究和教育的队伍，包括为长远目标而建立的中心和网络。一些潜在的可能实现的突破包括： 　　把整个美国国会图书馆的资料压缩到一块像方糖一样大小的设备中，这通过提高单位表面储存能力1000倍使大存储电子设备储存能力扩大到几兆兆字节的水平来实现。　　由自小到大的方法制造材料和产品，即从一个原子、一个分子开始制造它们。这种方法将节约原材料和降低污染。　　生产出比钢强度大10倍，而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便，更省燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。　　通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效率，使今天的奔腾Ⅲ 处理器已经显得十分慢了。 　　运用基因和药物传送纳米级的MRI对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官 　　去除在水和空气中最细微的污染物，得到更清洁的环境和可以饮用的水。　　提高太阳能电池能量效率两倍。

信息产业科技、生物科技和纳米技术是现在世界上前沿科学领域的三大主要方向。 纳米是一个长度计量单位，它是一米的十亿分之一。纳米材料就是在纳米量级范围内调控物质结构研制而成的新材料。纳米技术就是 指在纳米尺度范围内，通过操纵原子、分子、原子团和分子团，使 其重新排列组合成新物质的技术。其最终目标是直接以原子、分子的变化，使物质在纳米尺度上表现出新颖的物理、化学和生物学特性，制造出具有特定功能的产品。因为纳米材料的粒度非常微小，一般的显微镜是不能观察到的，所以纳米技术是在扫描隧道显微镜发明之后，才出现以0.1至100纳米尺度为研究对象的前沿科学。这可能改变几乎所有产品的设计和制造方式，实现生产方式的飞跃， 是新工业革命的核心。纳米技术也是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础，将对人类产生深远的影响，甚至改变人们的思维方式和生活方式。有人曾经预言说，七十年代搞微米技术的国 家，现在已成为发达国家；现在从事纳米技术研究的国家，将是二 十一世纪的先进国家。 纳米材料粒度非常微小，具有良好的表面效应，一克纳米材料的表 面积达到几百平方米，因此用纳米材料制成的产品，其强度、柔韧 度、延展性都十分优越，就象一种有成千上万对脚的毛毛虫，当它 吸附在光滑的玻璃面上时，由于接触面积大，12级台风也吹不掉 它。因此，在化纤中加入少量的金属纳米颗粒，就可摆脱磨擦引起的静电现象；在食品中采用纳米技术，可提高肠胃的吸收功能；在 涂料中运用纳米技术，可使外墙涂料的耐洗刷性从一千多次提高到一万多次，老化时间延长两倍多；许多化妆品因为加入纳米微粒， 而具备防紫外线功能；利用纳米技术可生产出色彩鲜艳、抗折性极 高的彩色轮胎；利用纳米粉末，可使废水变清。另外，纳米在医药 保健、计算机、化学和航天等领域都会引起新的、技术性革命。 作为纳米技术重要方面的碳纳米管，是1991年被人类发现的。它是由石墨碳原子层卷曲而成的碳管，管的直径一般为几个纳米到几十纳米，管壁厚度仅几个纳米，象铁丝网卷成的空心圆柱状的“笼形 管”。5万个“笼形管”排列起来，才有人的一根头发丝那么宽，长度和直径比非常高的纤维小。作为石墨、金刚石等碳晶体家族的新成员，碳纳米管的韧性很高，导电性极强，场发射性能优良，兼具 金属性和半导体性。其强度比钢高100倍，比重只有钢的1/6，称之 为未来的超级纤维，成为国际研究的热点。碳纳米管的用途十分诱 人。它可制成极好的微细探针和导线、加强材料及储氢材料。它使壁挂电视成为可能，并在将来可替代硅芯片。纳米芯片体积更小、 容量更大、重量更轻，将在纳米电子学中扮演极重要角色，并引发计算机行业的革命。不久前我国研制出的碳纳米管显示器样本，不但体积小，重量轻，而且显示质量好，从-45℃~80℃皆能正常工 作，而耗电只有现在的显示器的1%。 另外，作为纳米技术的应用之一，在我国西安已研制出的“纳米服 装”，不仅能阻隔95%以上的紫外线，还能阻隔同量的电磁波，且无毒、无刺激，不受洗涤、着色、磨损的影响，能有效地保护人体皮 肤不受辐射的影响。还有小鸭集团研制出的纳米洗衣机，就是利用 纳米抗菌材料研制出的自我清洁的洗衣机。它能够有效地抑制细菌 滋生，无论使用多长时间，都能够保持“净水洗涤”的状态。 目前，纳米技术在电线电缆中的应用已在开始。有人曾设想，能否运用纳米技术来提高绝缘材料的性能，从而提高电缆的绝缘、耐热 和抗老化等性能，减少电缆的外径，减轻电缆的重量。另外能否利 用碳纳米管的韧性高、导电性强的特点，制成超细电磁线，使微型 电机的体积象米粒那样大，甚至更小。 现在“纳米热”已遍及全球，从大西洋到太平洋，从日本到欧洲，各国都把它作为重要的未来发展战略。美国总统克林顿曾经发表过 一篇关于前沿科学技术的前瞻性的讲话，提出了美国今后要大力发 展纳米技术。美国已于2000年10月1日启动“国家纳米计划”，投资1997年的1.16亿美元增加到4.97亿美元。目前全球纳米技术的年 产值已达到500亿美元，预计到2010年，市场容量将达到14400亿美 元。我国已建立了10多条纳米材料和技术的生产线，以此为基础的企业已达100多家。预计在今后二、三十年内，它将远远超过计算机工业，并成为未来信息时代的核心。纳米技术导致的微形化趋势从根本上改变人类的处境，从而引起二十一世纪的又一次产业革命。

２００９中国国际纳米科学技术会议于９月１日上午在北京拉开帷幕，来自中国、美国、俄罗斯、日本、德国等近４０个国家和地区的１５００余名代表将就科技前沿问题及如何推动纳米材料和纳米技术应用等展开研讨与交流。 本次会议为期三天，将围绕纳米信息材料、纳米能源与环境材料、纳米器件与传感器、纳米医药学和生物医学工程、纳米加工与纳米计量、纳米结构表征、纳米光学与表面等离激元学、纳米结构建模与模拟等领域，分为八个分会展开学术交流。 据介绍，会议已收到论文摘要１３００多篇，来自美国加州大学、日本东京大学、德国卡尔尔斯鲁厄研究中心等的七位国际知名专家将作大会特邀报告，另有来自不同国家和地区的６８位科学家作分会邀请报告。 大会主席、中国科学院常务副院长白春礼介绍，纳米科技是未来新技术发展的重要源泉之一，也是支撑形成新经济增长点的技术之一。这次会议的举办对于提高我国纳米科技整体研究水平和自主创新能力，推动我国纳米科技界与国际同行的合作将起到积极作用。 他说，中国纳米科学发展越来越快，在纳米材料研究等领域取得了丰硕成果，某些方面达到国际先进水平。但在应用研究方面，能力还不足，今后应在进一步推动纳米科技基础研究成果走向应用，真正以纳米科技推动经济社会发展上倾注更多的精力。 他表示，本次论坛也在论文的筛选、主题的设置等方面作出引导，强调纳米应用，以纳米技术推动生物科学、信息技术等领域的进步。 ２００９中国国际纳米科学技术会议是继２００５和２００７中国国际纳米科学技术会议后，由国家纳米科技指导协调委员会主办、国家纳米科学中心承办的第三次在京举办的纳米国际会议。

有望提供一种新的治疗癌症的方法2013年08月01日 来源： 科技日报 作者： 陈丹 科技日报讯（记者陈丹）据《自然》杂志网站8月1日（北京时间）报道，纳米钻石可用于量子计算机中处理量子信息，而哈佛大学的研究人员利用纳米钻石的量子效应，将其变为“温度计”，测量出了人类胚胎干细胞内部的温度变化，精确度是现有技术的10倍。通过加入金纳米粒子，研究人员还能够利用激光对细胞的特定部分加热甚至杀死细胞，这有望提供一种新的治疗癌症而不损害健康组织的方法，以及研究细胞行为的新手段。研究论文发表在本周的《自然》杂志上。 在这项最新研究中，研究人员使用纳米线将直径约100纳米的钻石晶体注入一个人类胚胎干细胞中，然后用绿色激光照射细胞，使氮杂质发出红色荧光。当细胞内局部温度出现变化时，红色荧光的强度会受到影响。通过测量荧光的强度，便可以计算出相应的纳米钻石的温度。由于钻石具有良好的导热性，就可以像温度计一样显示出其所处细胞内部环境的即时温度。 研究人员同时还将金纳米粒子注入细胞内，然后用激光来加热细胞的不同部位，加热点的选择和温度升高多少都可由纳米钻石“温度计”来精确控制。“现在我们有了一个可以在细胞水平上控制温度的工具，让我们能够研究生物系统对温度变化的反应。”参与该研究的哈佛大学物理学家彼得·毛瑞尔说。 他指出，基础生物学涉及到的很多生物过程，从基因表达到细胞新陈代谢，都会受到温度的强烈影响，纳米钻石“温度计”将是一个有用的工具。例如，通过控制线虫的局部温度，生物学家可以了解简单有机体的发育。“你可以加热单个细胞，研究其周围的细胞是否会减慢或者加快它们的繁殖率。”毛瑞尔说。 目前也有一些其他测量细胞温度的方法，比如利用荧光蛋白或碳纳米管，但这些测量手段在敏感性和准确度方面都有欠缺，因为其中的一些成分会和细胞内的物质发生反应。毛瑞尔说，他们的纳米钻石“温度计”的敏感度至少提高了10倍，能够检测出细微到0.05开的温度波动。而且其还有改进的余地，因为在活细胞外部，该“温度计”的敏感度已经达到0.0018开的温度波动。 总编辑圈点 这样的“温度计”应该造价不菲，好在钻石是纳米级的。而其能够检测出细微到0.05开的温度波动，让其他测量细胞温度的方法难以望其项背，我们有理由相信，这项技术不仅仅只应用于医学领域。目前晶体管已经达到极小量度，在20或30纳米级别，离原子级别已经不远。然后，最重要的事情就是要理解热量散播和设备电子结构之间的关系，只有掌握这方面的知识，才能真正操控原子级设备，而纳米钻石“温度计”或许能派上大用场。 《科技日报》（2013-08-02 一版）

[b]《中医处方临床纳米技术运用的安全性思考》之一[/b][size=2]从纳米机器人到纳米护肤霜，纳米服装全球目前已有300多种号称纳米技术的产品上市了，纳米技术真正地、真实地步入人们的生活圈，人们对纳米材料可能潜在的安全性问题都一直心有余悸，第243次香山科学会议上，40多名来自纳米科学生物化学、医学物理环境等多个领域的专家一致呼吁加强纳米材料和纳米技术的生特环境安全性研究，著名的纳米科学专家白春礼院士提出任何技术都有两面性的，纳米技术也可能同样是把双刃剑，美国的《科学此刻》、《自然》杂志对纳米安全性发出预警，报告提出游离的纳米颗和纳米管可能会穿透细胞产生毒性，对于人类的生态环境，纳米科技可能是柄双刃剑。纳米是一个长度计量单位，是1米的10亿分之一，大约上10个原子并列的宽度，纳米科技就是一门以0.1-100纳米这样的尺寸为研究的前沿科学，它以空前的分辨率为人类揭示了一个可观的分子世界，它是一种单个原子、分子制造物质的基础，当物质颗粒少到纳米量级后，这种材料被称作纳米材料，纳米也表出常规出品料材料所不具备差异特性和反常性，比如后来特质不具有的性能，小颗粒具备了，不导电的物质导电了，不发光的物质发光了，原本不具有的磁性具有磁性了，变化多端与神奇惊人，难以置信。从生物细胞学角度来谈，波导的生物在细胞核生物膜内就存在着纳米级结构，所谓的细胞纳米技术就是指0.1-100纳米的宽度内研究中子、原子和分子内的运动规律和特性的，具时代意义和颠覆性的崭新技术，人们从微电子等在内的微米技术到纳米技术，人们从微电子等在内的微米技术到纳米技术，人类真越来越向微观世界深入。美国、日本、英国等发达国家都对纳米技术给予高度重视，其研究结果使各行各业进入了一个跨世纪的飞跃，如在纳米电子器件的功耗上为矽器件的1/1000，在信息存储上一张不足巴掌大的5英光盘上，至少可以存储30个北京图书馆的全部藏书，还有可能预防伤风和流感，而且永运不用洗的服装，但任何科学都有他的两性，纳米技术同样端倪出它双刃剑的锋利。事实上针对纳米技术安全性的争议一直没有停止过，纳米材料的显著特点就是尺寸微小，这些材料会扩散沉积，这种作用过程对人体健康到底会产生什么样的后果，目前还没权威定论，许多研究表明纳米颗粒大小比表面积可能性和现面化学性能及电复性，单体混合体等因素，均能决定纳料材料是否有潜在危害，如当每立方米空气中直径2.5身米以下的颗粒污染的含量上升10微克。肺癌的死亡升就上升8%，在直径20纳米聚氟乙稀的空气中待一分钟，大多数实验鼠在随后的四小时内死亡，而另一组大鼠暴露在直径为120纳米颗粒的空气中则安然无恙。将纳米技术引入中药领域一定要考虑药组方的多样性，中药成份的复杂性、纳米颗粒级别的重要性，纳米中药不是简单地交吉药材料进行粉碎至纳米别，而是针对组成中药剂的合理的君臣作使有效配伍，成分进行纳米级的技术处理，赋予传统中药以新功能将中药制成高效、速效、长效、剂量小、毒性低、服用方便、稳定性好的现代制剂。[/size]

中科院纳米生物效应与安全性重点实验室（国家纳米科学中心和中国科学院高能物理研究所共建）的赵宇亮、陈春英等科研人员的实验研究工作与IBM周如鸿研究员的理论模拟相结合，在肿瘤高效低毒纳米药物的研究方面，取得重要的进展(PNAS, 109, 15431, 2012)。这是继2010年和2011年后，该研究组在《美国国家科学院院刊》发表的又一研究成果。 该研究组在2004年发现，原来设计为新一代MRI医学造影剂的含Gd金属富勒烯具有高效抑制肿瘤生长的功能。通过表面化学修饰，研究人员得到了几乎没有毒副作用的Gd@C82(OH)22。它不杀死肿瘤细胞，而是通过调节肿瘤细胞周围的微环境(改善肿瘤细胞生长的“土壤”)，把肿瘤细胞“监禁”起来。通过近9年的动物实验和细胞实验研究发现，这种新的方法，不仅抑制肿瘤生长，也高效抑制肿瘤转移。 进一步的动物实验和分子动力学模拟研究发现，Gd@C82(OH)22纳米药物与靶分子的相互作用过程与药物设计的经典理论不同，Gd@C82(OH)22纳米颗粒并不作用于靶分子基质金属蛋白酶(MMP)的活性位点。Gd@C82(OH)22分子首先自身通过氢键相互作用形成棒状排列的纳米颗粒，然后通过纳米颗粒扩散运动接近靶分子的疏水区域，产生非特异性的疏水相互作用，而这只是一个过渡态。最终纳米颗粒和靶分子MMP之间通过氢键作用和疏水作用形成特异性结合。这种特异性结合区域在MMP的疏水区域，而不是传统的活性位点。 该研究结果第一次提出的新型纳米药物的设计有可能超越经典的理论和传统的思路：在传统的“锁眼”以外，靶分子可以为纳米颗粒(而非传统的“分子”)药物提供更为广阔的结合区域。这大大拓展了设计新型药物的可能性。 目前全世界在纳米药物领域的研究主要用纳米颗粒作为载体载带现有的药物，而把Gd@C82(OH)22纳米颗粒直接作为肿瘤治疗药物(不需要载带传统药物)，到目前为止还是第一次。该实验室通过近9年的系统研究，已经完成8个肿瘤模型的动物实验。除了深入开展该研究中的抑制肿瘤新机制外，2012年高能所已建成一条中试生产线，并正在推进临床前研究的相关工作。http://www.cas.cn/ky/kyjz/201211/W020121123539967315650.jpg 图：新型纳米药物的设计有可能超越经典的理论和传统的思路：在传统的“锁眼”以外，靶分子可以为纳米颗粒（而非传统的“分子”）药物提供有更为广阔的结合区域。这大大拓展了设计新型药物的可能性。

http://paper.sciencenet.cn/upload/news/images/2012/1/2012116743192820.jpg金纳米微粒（左）在一组光镊子中的运动被用来探测由周围其他纳米微粒的膨胀所触发的声波。图片来源：Ohlinger等，《物理评论快报》 你有没有想过一个病毒听起来像什么，或者一个细菌在宿主之间游走会发出什么噪音？如果答案是肯定的，那么由于世界上最小耳朵的发明，你或许很快就有机会搞清这一切。“纳米耳”——被一道激光束俘获的金微粒——能够探测到仅为人类听觉阈值一百万分之一的声音。研究人员认为，这项研究将开启“声学显微术”的一个全新领域，后者是利用生物体释放的声音对其进行研究的一门科学。纳米耳的概念起源于1986年被称为光镊子的一项发明。这种镊子利用一个透镜将一道激光束聚焦到一点，从而能够抓住微粒并移动它们。光镊子已经成为分子生物学和纳米技术的一种标准工具，帮助研究人员向细胞内注入脱氧核糖核酸（DNA），甚至在DNA注入后对其进行操作。光镊子还能够用来测量作用于微观粒子上的极小的力；一旦你用激光束控制住你的粒子——而不是由你来让其移动，你便只须用一台显微镜或其他合适的观测设备观察它是否在自动地运动。这也正是纳米耳遵循的道路。声波随着它们经过的介质粒子的前后移动来传播。因此为了探测声音，你需要对这种前后运动进行测量。德国慕尼黑大学光子学与光电学研究团队的光物理学家Jochen Feldmann和同事将一个直径60纳米的金微粒浸入水中，并用光镊子夹住了它。Feldmann的研究团队记录并分析了该粒子响应声振动所产生的运动——这种声振动由在附近水中的其他金纳米粒子的激光感应加热所导致。除了具有前所未有的敏感性外，他们的纳米耳还能够计算声音来自于哪个方向。研究人员提出，使纳米耳的三维阵列一道工作将能够用来监听细胞或微生物，例如细菌和病毒，随着运动和呼吸，它们都能够释放出非常微弱的声振动。Feldmann表示：“这里显然存在着医学上的可能性，我们可以用其来研究适当的人群，但我们首先必须搞清它是如何工作的。”丹麦哥本哈根市玻尔研究所光镊子实验室的生物物理学家Lene Oddershede对此印象深刻，并推测这篇论文会激发该领域的其他科学家在研究微生物时寻求声波的帮助。她说：“这真是一个有趣的想法，并且我们很容易做到这一点，但我们之前从未进行过任何尝试。”然而Oddershede警告说，“我只能说这篇论文从这个意义上将是很鼓舞人心的”，但在超声显微镜变为现实之前，这项试验的设置还需要显著细化，以改进其区分来自随机分子运动的声波的能力。但她对此表示乐观：“我相信他们能够相当快地改进这一设备。”研究人员在最新出版的《物理评论快报》（PRL）上报告了这一研究成果