納米生物學(xué)

前言

　　納米生物學(xué)在武漢理工大學(xué)生物系開(kāi)設(shè)已經(jīng)有4屆，內(nèi)容也隨著納米技術(shù)的發(fā)展不斷更新和補(bǔ)充。在授課的過(guò)程中，我們對(duì)該課程的內(nèi)容形成了一定的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為納米技術(shù)與生命科學(xué)的交叉產(chǎn)生了三個(gè)比較閃光的方向。第一個(gè)方向是納米技術(shù)在制藥領(lǐng)域的應(yīng)用，形成納米醫(yī)藥的應(yīng)用方向，該方向的突出特點(diǎn)是應(yīng)用較為成熟，已經(jīng)在新藥設(shè)計(jì)與研發(fā)中得到良好應(yīng)用。第二個(gè)方向是納米技術(shù)在生物檢測(cè)方面的應(yīng)用，對(duì)于提高生物檢測(cè)的靈敏度和大通量都很有幫助，該方向無(wú)論應(yīng)用和新穎性都比較突出。第三個(gè)方向是生物分子如DNA、蛋白質(zhì)在納米組裝方面的應(yīng)用，產(chǎn)生了令人興奮的新方法和新概念，該方向的應(yīng)用可能還為時(shí)尚早，但其新穎性卻非常突出，很有創(chuàng)意。了解這些內(nèi)容無(wú)疑對(duì)于提高學(xué)生認(rèn)知水平大有裨益，因此這三方面內(nèi)容在本書(shū)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(shù)在該方面應(yīng)用有獨(dú)特意義，因此單獨(dú)成章即第4章。磁性納米粒在生命科學(xué)中的應(yīng)用可以說(shuō)很有影響，雖然范圍很小，但是內(nèi)容卻也豐富，因此也單獨(dú)成章，成為第5章。最后基因轉(zhuǎn)移無(wú)論是傳統(tǒng)的方法還是現(xiàn)在的方法，除了生物學(xué)方法外，基本上都屬于納米體系，因此本書(shū)中也單獨(dú)成章來(lái)講述，即第7章?！　”緯?shū)取名《納米生物學(xué)》，是希望能區(qū)別于該類其他書(shū)籍比較注重納米醫(yī)藥的特點(diǎn)，即本書(shū)有較多關(guān)于生物分子在納米技術(shù)中應(yīng)用的內(nèi)容。本書(shū)還比較注重的是與其他生物學(xué)和納米技術(shù)的區(qū)別，在一些納米生物學(xué)書(shū)籍中往往包含過(guò)多的傳統(tǒng)生物學(xué)范疇的內(nèi)容，對(duì)于生物專業(yè)或生命科學(xué)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)有重復(fù)之嫌，本書(shū)則針對(duì)生物或生命科學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)之用，摒棄重復(fù)，重點(diǎn)介紹新內(nèi)容。還有一些類似專題的書(shū)中介紹過(guò)多物理概念、材料方法，對(duì)于生命科學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)也不利，因此本書(shū)重點(diǎn)介紹與納米研究有關(guān)的方法，避開(kāi)對(duì)于生物系學(xué)生而言生澀的概念，對(duì)于一些難懂的原理，本書(shū)用相對(duì)科普的方式讓生物、生命科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生易于接受?！　‰m說(shuō)有上述諸方面的考慮，但是納米技術(shù)和生命科學(xué)技術(shù)發(fā)展飛快，兩學(xué)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(shū)難免存在不盡如人意之處，懇望各界惠予批評(píng)指正?！　”緯?shū)第1、2、4、5、6章由孫恩杰編寫(xiě)，第3章由熊燕飛編寫(xiě)，第7章由謝浩編寫(xiě)。　　在長(zhǎng)期的科研教學(xué)工作合作中，作者深受華中科技大學(xué)徐輝碧、楊祥良等人的學(xué)術(shù)思想影響，在此特向他們表示衷心的感謝。也向納米技術(shù)與生命科學(xué)交叉領(lǐng)域做出卓越貢獻(xiàn)的學(xué)者、專家致以崇高的敬意，正是他們的靈感賦予了本書(shū)靈魂。

內(nèi)容概要

本教材共分7章，分別介紹了納米技術(shù)在制藥領(lǐng)域、生物檢測(cè)方面、中藥方面和基因轉(zhuǎn)移中的應(yīng)用，以及磁性納米粒在生命科學(xué)中的應(yīng)用和生物分子在納米組裝方面的應(yīng)用的內(nèi)容。本書(shū)重點(diǎn)介紹納米技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用，針對(duì)生物或生命科學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)背景，避開(kāi)過(guò)多的物理概念與傳統(tǒng)生物學(xué)范疇的內(nèi)容，展開(kāi)了該領(lǐng)域新興的技術(shù)與理念。    本書(shū)可作為各高校生物專業(yè)、生命科學(xué)專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為從事納米技術(shù)研究人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論  1.1  納米技術(shù)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(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外早期部署及發(fā)展趨勢(shì)  1.4  本書(shū)中幾個(gè)詞語(yǔ)的涵蓋范疇第2章  生命系統(tǒng)中的納米分子、納米結(jié)構(gòu)、納米組件及納米組裝  2.1  從納米體系觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)生物分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)    2.1.1  從納米觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)分子以及蛋白質(zhì)組裝    2.1.2  從納米觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)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(jié)構(gòu)在納米技術(shù)中的應(yīng)用    2.2.1  環(huán)肽組裝納米管    2.2.2  ATP合成酶用作旋轉(zhuǎn)馬達(dá)  2.3  基于DNA的一些納米技術(shù)應(yīng)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(shù)在納米技術(shù)中的應(yīng)用    2.4.1  磁性納米粒的制備    2.4.2  活的半導(dǎo)體    2.4.3  DNA電子線路  2.5  納米技術(shù)在生命體系中的應(yīng)用    2.5.1  納米管除菌    2.5.2  細(xì)菌的移動(dòng)和固定    2.5.3  探測(cè)單個(gè)活細(xì)胞的納米傳感器    2.5.4  智能藥庫(kù)    2.5.5  人工紅細(xì)胞    2.5.6  分子的納米操縱  2.6  生物納米復(fù)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(wú)機(jī)生物材料的仿生合成過(guò)程    2.7.2  仿生復(fù)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(nèi)過(guò)程    3.1.2  多肽蛋白類藥物特點(diǎn)  3.2  納米制劑的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展?fàn)顩r    3.2.1  納米藥物的優(yōu)勢(shì)    3.2.2  納米藥物發(fā)展?fàn)顩r  3.3  藥物控制釋放機(jī)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(zhì)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(duì)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(zhì)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(shù)在現(xiàn)代中藥中的應(yīng)用  4.1  中藥發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)    4.1.1  中藥的發(fā)展機(jī)遇    4.1.2  挑戰(zhàn)  4.2  納米技術(shù)對(duì)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(shí)現(xiàn)緩、控釋和靶向定位給藥，降低毒、副作用    4.2.3  增強(qiáng)中藥原有療效，甚至呈現(xiàn)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(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用  5.1  磁導(dǎo)向給藥系統(tǒng)    5.1.1  磁導(dǎo)向給藥系統(tǒng)中的磁性材料    5.1.2  磁導(dǎo)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(yīng)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(yīng)用    5.1.5  磁性靶向納米載藥系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與局限    5.1.6  磁場(chǎng)方面的考慮  5.2  磁性納米粒在磁共振成像中的應(yīng)用    5.2.1  磁共振成像原理簡(jiǎn)介    5.2.2  常見(jiàn)超順磁性氧化鐵納米粒對(duì)比劑產(chǎn)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(duì)比劑的增強(qiáng)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(yīng)用  5.3  磁性微粒應(yīng)用于生物活性物質(zhì)的分離檢測(cè)    5.3.1  用于分離的磁性微球的組成及結(jié)構(gòu)    5.3.2  功能化磁性微球用于細(xì)胞分離    5.3.3  蛋白質(zhì)分離、純化及檢測(cè)    5.3.4  核酸分離、檢測(cè)、分析  5.4  磁性微球在酶的固定化中的應(yīng)用第6章  納米生物傳感原理及應(yīng)用  6.1  生物傳感原理與器件    6.1.1  生物傳感原理簡(jiǎn)介    6.1.2  生物傳感器基本構(gòu)成    6.1.3  生物傳感器分類    6.1.4  生物傳感器特點(diǎn)    6.1.5  生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器(換能器)    6.1.6  分子識(shí)別組分固定化方法  6.2  納米生物傳感技術(shù)    6.2.1  加速電子傳遞    6.2.2  催化反應(yīng)    6.2.3  固定生物分子    6.2.4  標(biāo)記生物分子    6.2.5  反應(yīng)控制開(kāi)關(guān)    6.2.6  作為反應(yīng)物  6.3  納米生物探針    6.3.1  分子信標(biāo)    6.3.2  納米金    6.3.3  量子點(diǎn)第7章  納米技術(shù)在基因轉(zhuǎn)移操作中的應(yīng)用  7.1  常見(jiàn)的基因轉(zhuǎn)移方法    7.1.1  物理方法    7.1.2  化學(xué)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(zhuǎn)移中的應(yīng)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(wú)機(jī)納米基因載體    7.3.4  納米脂質(zhì)體    7.3.5  納米基因載體的靶向轉(zhuǎn)移和基因的可控釋放    7.3.6  納米基因載體的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)  7.4  納米技術(shù)在基因轉(zhuǎn)移操作中的應(yīng)用前景參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　黏膜給藥是指使用合適的載體將藥物通過(guò)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(zhuǎn)運(yùn)入血循環(huán)而起全身作用的給藥方式。隨著新劑型的出現(xiàn)，愈來(lái)愈多的藥物被發(fā)現(xiàn)可通過(guò)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(guò)鼻黏膜、眼黏膜或口腔黏膜吸收。孕酮、雌二醇等可通過(guò)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(guò)納米載體攜帶經(jīng)黏膜給藥也能較好地吸收?？谇火つけ徽J(rèn)為是作為蛋白多肽類藥物經(jīng)黏膜吸收的較理想的給藥部位。與口服相比，經(jīng)口腔黏膜給藥可避免胃酸、消化酶等對(duì)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(xì)血管匯總至頸內(nèi)靜脈，不經(jīng)過(guò)肝臟而直達(dá)心臟，避免肝臟的首過(guò)效應(yīng)；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(qiáng)。藥物經(jīng)口腔黏膜吸收的機(jī)理可能涉及以下幾個(gè)方面。①柔性的納米脂質(zhì)體具有變形性，在口腔黏膜內(nèi)的水合作用下能夠變形而產(chǎn)生穿透作用。②與皮膚給藥類似，脂質(zhì)體能與口腔黏膜上皮組織中的類脂產(chǎn)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?；湹捻樞颍沽字牧鲃?dòng)性增加，進(jìn)而可能導(dǎo)致融合作用的增加。③與普通脂質(zhì)體相比，納米脂質(zhì)體中加入膽酸鹽后，可增多其指紋狀結(jié)構(gòu)，而這些指紋狀結(jié)構(gòu)可能是細(xì)胞膜融合的連接部位。楊天智等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了胰島素柔性納米脂質(zhì)體的生物利用度高于空白柔性納米脂質(zhì)體與胰島素的混合物。多肽類藥物可以通過(guò)包封于納米脂質(zhì)體中間而實(shí)現(xiàn)口腔黏膜給藥。在黏膜上藥物可通過(guò)兩種通道轉(zhuǎn)運(yùn)：一種是細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)通道這是一種脂溶性的通道；另一種是細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)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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