納米生物學

前言

　　納米生物學在武漢理工大學生物系開設已經有4屆，內容也隨著納米技術的發(fā)展不斷更新和補充。在授課的過程中，我們對該課程的內容形成了一定的認識，認為納米技術與生命科學的交叉產生了三個比較閃光的方向。第一個方向是納米技術在制藥領域的應用，形成納米醫(yī)藥的應用方向，該方向的突出特點是應用較為成熟，已經在新藥設計與研發(fā)中得到良好應用。第二個方向是納米技術在生物檢測方面的應用，對于提高生物檢測的靈敏度和大通量都很有幫助，該方向無論應用和新穎性都比較突出。第三個方向是生物分子如DNA、蛋白質在納米組裝方面的應用，產生了令人興奮的新方法和新概念，該方向的應用可能還為時尚早，但其新穎性卻非常突出，很有創(chuàng)意。了解這些內容無疑對于提高學生認知水平大有裨益，因此這三方面內容在本書中分別在第2、第3、第6章介紹。鑒于中藥是比較特殊的藥物，因此納米技術在該方面應用有獨特意義，因此單獨成章即第4章。磁性納米粒在生命科學中的應用可以說很有影響，雖然范圍很小，但是內容卻也豐富，因此也單獨成章，成為第5章。最后基因轉移無論是傳統(tǒng)的方法還是現在的方法，除了生物學方法外，基本上都屬于納米體系，因此本書中也單獨成章來講述，即第7章?！　”緯∶都{米生物學》，是希望能區(qū)別于該類其他書籍比較注重納米醫(yī)藥的特點，即本書有較多關于生物分子在納米技術中應用的內容。本書還比較注重的是與其他生物學和納米技術的區(qū)別，在一些納米生物學書籍中往往包含過多的傳統(tǒng)生物學范疇的內容，對于生物專業(yè)或生命科學專業(yè)的學生學習有重復之嫌，本書則針對生物或生命科學學生學習之用，摒棄重復，重點介紹新內容。還有一些類似專題的書中介紹過多物理概念、材料方法，對于生命科學學生的學習也不利，因此本書重點介紹與納米研究有關的方法，避開對于生物系學生而言生澀的概念，對于一些難懂的原理，本書用相對科普的方式讓生物、生命科學領域的學生易于接受?！　‰m說有上述諸方面的考慮，但是納米技術和生命科學技術發(fā)展飛快，兩學科的交叉也有許多不易理解和掌握之處，鑒于筆者水平有限，本書難免存在不盡如人意之處，懇望各界惠予批評指正?！　”緯?、2、4、5、6章由孫恩杰編寫，第3章由熊燕飛編寫，第7章由謝浩編寫?！　≡陂L期的科研教學工作合作中，作者深受華中科技大學徐輝碧、楊祥良等人的學術思想影響，在此特向他們表示衷心的感謝。也向納米技術與生命科學交叉領域做出卓越貢獻的學者、專家致以崇高的敬意，正是他們的靈感賦予了本書靈魂。

內容概要

本教材共分7章，分別介紹了納米技術在制藥領域、生物檢測方面、中藥方面和基因轉移中的應用，以及磁性納米粒在生命科學中的應用和生物分子在納米組裝方面的應用的內容。本書重點介紹納米技術在生命科學中的應用，針對生物或生命科學專業(yè)學生的學習背景，避開過多的物理概念與傳統(tǒng)生物學范疇的內容，展開了該領域新興的技術與理念。    本書可作為各高校生物專業(yè)、生命科學專業(yè)和相關專業(yè)的教材，也可作為從事納米技術研究人員的參考書。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  納米技術發(fā)展歷程  1.2  掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡    1.2.1  掃描隧道顯微鏡    1.2.2  原子力顯微鏡  1.3  納米技術領域國內外早期部署及發(fā)展趨勢  1.4  本書中幾個詞語的涵蓋范疇第2章  生命系統(tǒng)中的納米分子、納米結構、納米組件及納米組裝  2.1  從納米體系觀點認識生物分子及細胞結構    2.1.1  從納米觀點認識蛋白質分子以及蛋白質組裝    2.1.2  從納米觀點認識核酸、脂、多糖分子    2.1.3  生命體系納米組裝的一些思路  2.2  生物納米結構在納米技術中的應用    2.2.1  環(huán)肽組裝納米管    2.2.2  ATP合成酶用作旋轉馬達  2.3  基于DNA的一些納米技術應用    2.3.1  DNA分子組裝    2.3.2  以DNA為模板的分子組裝  2.4  生物技術在納米技術中的應用    2.4.1  磁性納米粒的制備    2.4.2  活的半導體    2.4.3  DNA電子線路  2.5  納米技術在生命體系中的應用    2.5.1  納米管除菌    2.5.2  細菌的移動和固定    2.5.3  探測單個活細胞的納米傳感器    2.5.4  智能藥庫    2.5.5  人工紅細胞    2.5.6  分子的納米操縱  2.6  生物納米復合材料    2.6.1  骨    2.6.2  生物礦化  2.7  仿生納米材料    2.7.1  無機生物材料的仿生合成過程    2.7.2  仿生復合生物材料——形態(tài)、組成仿生  2.8  納米材料的安全性第3章  納米載藥系統(tǒng)  3.1  概述    3.1.1  藥物體內過程    3.1.2  多肽蛋白類藥物特點  3.2  納米制劑的優(yōu)勢與發(fā)展狀況    3.2.1  納米藥物的優(yōu)勢    3.2.2  納米藥物發(fā)展狀況  3.3  藥物控制釋放機制    3.3.1  緩釋控釋包衣    3.3.2  骨架型緩釋控釋系統(tǒng)    3.3.3  微球、微囊型控釋系統(tǒng)    3.3.4  控釋微乳    3.3.5  脂質體控釋系統(tǒng)  3.4  納米藥物的吸收、清除及循環(huán)    3.4.1  納米藥物的吸收    3.4.2  納米藥物控釋系統(tǒng)的清除及克服  3.5  納米藥物載體材料    3.5.1  納米藥物控釋系統(tǒng)對載體的要求    3.5.2  常用納米藥物載體材料  3.6  納米藥物控釋系統(tǒng)類型    3.6.1  聚合物納米載藥系統(tǒng)    3.6.2  脂質納米載藥系統(tǒng)    3.6.3  微乳載藥系統(tǒng)    3.6.4  固體分散體和分子包合物    3.6.5  納米懸液第4章  納米技術在現代中藥中的應用  4.1  中藥發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)    4.1.1  中藥的發(fā)展機遇    4.1.2  挑戰(zhàn)  4.2  納米技術對中藥發(fā)展的意義    4.2.1  增加藥物溶解度，提高生物利用度，減少用藥，節(jié)約中藥資源    4.2.2  實現緩、控釋和靶向定位給藥，降低毒、副作用    4.2.3  增強中藥原有療效，甚至呈現新的療效    4.2.4  改變中藥傳統(tǒng)的給藥途徑和劑型    4.2.5  改善液體藥物的性能，提高其穩(wěn)定性第5章  磁性微粒在生物醫(yī)學領域中的應用  5.1  磁導向給藥系統(tǒng)    5.1.1  磁導向給藥系統(tǒng)中的磁性材料    5.1.2  磁導向給藥系統(tǒng)的修飾    5.1.3  磁性靶向納米載藥系統(tǒng)在腫瘤治療中的應用研究    5.1.4  磁性靶向納米載藥系統(tǒng)在其他疾病治療中的應用    5.1.5  磁性靶向納米載藥系統(tǒng)的優(yōu)勢與局限    5.1.6  磁場方面的考慮  5.2  磁性納米粒在磁共振成像中的應用    5.2.1  磁共振成像原理簡介    5.2.2  常見超順磁性氧化鐵納米粒對比劑產品    5.2.3  超順磁性氧化鐵納米粒的天然靶向    5.2.4  超順磁性氧化鐵的毒副作用    5.2.5  超順磁性氧化鐵對比劑的增強原理    5.2.6  超順磁性氧化鐵在磁共振成像中的臨床與非臨床應用  5.3  磁性微粒應用于生物活性物質的分離檢測    5.3.1  用于分離的磁性微球的組成及結構    5.3.2  功能化磁性微球用于細胞分離    5.3.3  蛋白質分離、純化及檢測    5.3.4  核酸分離、檢測、分析  5.4  磁性微球在酶的固定化中的應用第6章  納米生物傳感原理及應用  6.1  生物傳感原理與器件    6.1.1  生物傳感原理簡介    6.1.2  生物傳感器基本構成    6.1.3  生物傳感器分類    6.1.4  生物傳感器特點    6.1.5  生物傳感器中的信號轉換器(換能器)    6.1.6  分子識別組分固定化方法  6.2  納米生物傳感技術    6.2.1  加速電子傳遞    6.2.2  催化反應    6.2.3  固定生物分子    6.2.4  標記生物分子    6.2.5  反應控制開關    6.2.6  作為反應物  6.3  納米生物探針    6.3.1  分子信標    6.3.2  納米金    6.3.3  量子點第7章  納米技術在基因轉移操作中的應用  7.1  常見的基因轉移方法    7.1.1  物理方法    7.1.2  化學方法    7.1.3  生物方法  7.2  基因載體系統(tǒng)  7.3  納米材料在基因轉移中的應用    7.3.1  納米基因載體概述    7.3.2  基于高分子材料的納米基因載體    7.3.3  無機納米基因載體    7.3.4  納米脂質體    7.3.5  納米基因載體的靶向轉移和基因的可控釋放    7.3.6  納米基因載體的優(yōu)點和缺點  7.4  納米技術在基因轉移操作中的應用前景參考文獻

章節(jié)摘錄

　　黏膜給藥是指使用合適的載體將藥物通過人體的某些黏膜部位，如鼻黏膜、口腔黏膜、眼黏膜、直腸黏膜、子宮及陰道黏膜，轉運入血循環(huán)而起全身作用的給藥方式。隨著新劑型的出現，愈來愈多的藥物被發(fā)現可通過黏膜吸收。特別是一些多肽類、大分子類藥物如胰島素，在胃腸道中幾乎不能吸收，但卻可通過鼻黏膜、眼黏膜或口腔黏膜吸收。孕酮、雌二醇等可通過子宮黏膜和陰道黏膜吸收。許多口服生物利用度低的藥物，通過納米載體攜帶經黏膜給藥也能較好地吸收?？谇火つけ徽J為是作為蛋白多肽類藥物經黏膜吸收的較理想的給藥部位。與口服相比，經口腔黏膜給藥可避免胃酸、消化酶等對藥物的破壞；與其他黏膜給藥途徑比較，口腔黏膜部位高度血管化，滲透性較好；口腔黏膜毛細血管匯總至頸內靜脈，不經過肝臟而直達心臟，避免肝臟的首過效應；口腔黏膜給藥使用更方便，易被病人接受；口腔黏膜給藥耐受外界影響能力比較強。藥物經口腔黏膜吸收的機理可能涉及以下幾個方面。①柔性的納米脂質體具有變形性，在口腔黏膜內的水合作用下能夠變形而產生穿透作用。②與皮膚給藥類似，脂質體能與口腔黏膜上皮組織中的類脂產生融合作用。制劑中的膽酸鹽可插入磷脂雙分子層中，增加磷脂分子間的距離，擾亂磷脂?；湹捻樞?，使磷脂的流動性增加，進而可能導致融合作用的增加。③與普通脂質體相比，納米脂質體中加入膽酸鹽后，可增多其指紋狀結構，而這些指紋狀結構可能是細胞膜融合的連接部位。楊天智等通過實驗證明了胰島素柔性納米脂質體的生物利用度高于空白柔性納米脂質體與胰島素的混合物。多肽類藥物可以通過包封于納米脂質體中間而實現口腔黏膜給藥。在黏膜上藥物可通過兩種通道轉運：一種是細胞轉運通道這是一種脂溶性的通道；另一種是細胞外轉運通道，也就是水溶性孔穴。而各種黏膜上這兩種通道的分布情況是各不相同的?！　　?/pre>








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