纳米生物学及单分子的操作

第六节　纳米生物学及单分子的操作

一、纳米生物学发展

纳米科技是在20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，它的迅猛发展将可能在21世纪促使大量工业领域和相关科技领域产生一场革命性的变化。纳米技术向生物学研究的各个领域广泛地渗透，纳米科技与分子生物学的交叉产生了纳米尺度上的生物学即纳米生物学，它将在单分子水平探索生命运动规律。生命过程是已知的物理、化学过程中最复杂的事情。纳米生物学发展时间不长就已经取得了可喜的成绩，科学家在纳米生物学领域提出了许多富有挑战性的新观念，例如，利用纳米加工技术，按照分子设计的方法制成具有生物智能、运算速度更快的生物计算机；利用生物零件可以组装具有特定功能的纳米生物机器人；生物零件与无机材料或晶体材料结合可以制成具有生命功能的纳米电路等。

二、新型显微成像探测和操纵技术在生物体系中的应用

新型显微成像探测和操纵技术用于生物体系包括大分子体系的研究也是纳米生物学的研究热点。

多光子显微成像和多光子荧光成像技术、原子力显微镜技术及扫描近场光学显微术、纳米生物传感技术等对于单个生物大分子实时监测具有良好的应用前景。

纳米光钳

光钳技术是当前国际上发展很快的操纵技术，光钳在细胞水平上的操纵已实现，在分子水平的操纵也已经开始。其特点是对生物体是无损的，因而可用于活体观察。光钳是非接触作用，因而可在不破坏细胞的情况下操纵细胞内部的细胞器，作用范围广，它既能抓住细胞，也能抓住分子。

扫描近场光学显微技术是近年来发展起来的高分辨的光学显微技术。近场技术有很高的分辨率，分辨率可达到原子水平；对样品无损伤作用，因为使用的是光波；可进行实时、动态观测；测量过程可靠；具有通用性；更重要的是除了可得到形貌信息之外，还可得到光谱信息，这是其他近场技术所达不到的。扫描近场光学方法已多次用于生物体系，现在国际上正努力实现下述几个目标：活细胞中能在分子水平上显示图像；显示细胞受体、膜通道及离子流或化学物质流对它们的调节作用等。

此外，用扫描隧道显微镜能够观察DNA双螺旋结构的清晰图像；原子力显微镜能对生物大分子进行纳米操纵和活体观察。如用原子力显微镜对DNA分子链上的任何确定部位进行了切割，这类手术再结合分子操纵，是迈向在纳米尺度上改造基因的重要进展。

纳米生物传感器