나노 생물학
나노 생물학은 주로
1, 연구 및 생물학 문제를 해결하기 위해 새로운 나노 기술을 사용하는 두 가지 측면으로 구성됩니다.
둘째, 생물대분자를 이용하여 분자기구를 만들고, 생물대분자와 비슷한 분자기계를 모방하고 제조한다. 나노기술의 궁극적인 목적은 분자기계를 만드는 것이고, 분자기계의 계발은 생물체계에 존재하는 대량의 생물대분자에서 비롯된다. 이들은 파인만 등 사람들이 자연의 분자기계로 여긴다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 이런 의미에서 나노 생물학은 나노 기술의 핵심 영역이어야 한다.
DNA 와 일부 특수 단백질의 특수한 성질을 이용하여 분자장치를 만들 수 있다. 현재 연구 중인 핫스팟은 분자 모터, 실리콘-신경세포체계, DNA 관련 나노 체계와 부품이다. 나노 기술을 이용하여 사람들은 이미 단일 생물 대분자를 조작할 수 있다. 생물 대분자를 조종하는 것은 제 2 차 생물학 혁명을 일으킬 수 있는 중요한 기술 중 하나로 여겨진다.
생물과 의학적으로
나노 입자의 크기는 일반적으로 생체 내 세포나 적혈구보다 훨씬 작으며, 이는 생물학 연구에 나노 입자를 이용한 세포 분리, 세포 염색, 나노 입자를 이용한 특수 약물이나 신형 항체 등을 위한 새로운 연구 경로를 제공한다. 이 방면에 대한 연구는 현재 초기 단계에 있지만, 광범위한 응용 전망을 가지고 있다.
세포분리
생물세포분리는 생물세포학 연구에서 매우 중요한 기술로서 연구소에 필요한 세포 표본이 빨리 얻을 수 있는지 여부에 관한 중요한 문제이다. 이런 세포 분리 기술은 의료 임상 진단에 있어서 광범위한 응용 전망을 가지고 있다. 예를 들어, 여성이 임신 8 주쯤 되면 혈액에 아주 적은 수의 태아 세포가 나타나기 시작하는데, 이는 태아가 유전적 결함을 가지고 있는지를 판단하기 위해 과거에 흔히 값이 비싸고 인체에 해로운 기술 (예: 양수 진단 등) 을 사용했다. 나노 입자로 혈액 샘플 중 극소량의 태아 세포를 쉽게 분리할 수 있는데, 방법은 간단하고 가격도 저렴하며 태아 세포에 유전적 결함이 있는지 정확하게 판단할 수 있다. 미국 등 선진국들은 이미 이런 기술을 임상 진단에 사용했다. 암의 조기 진단은 줄곧 의학계가 시급히 해결해야 할 난제였다. 미국 과학자 리베티는 나노 입자를 이용한 세포 분리 기술이 종양의 초기 혈액에서 암세포를 검사하여 암의 조기 진단과 치료를 실현할 가능성이 높다고 지적했다. 동시에 그들은 또한 나노 입자로 혈액 속의 심근단백질을 검사하여 심장병 치료에 도움을 주는 것을 연구하고 있다. 나노 세포 분리 기술은 사람들에게 복음을 가져다 줄 것이다. 과거의 세포 분리 기술은 주로 원심법을 채택하여 밀도 그라데이션 원리를 이용하여 분리했는데, 시간이 오래 걸리면 효과가 떨어진다. 1980 년대 초, 사람들은 나노 입자를 이용하여 세포를 분리하기 시작했고, 나노 SiO2 입자로 세포를 분리하는 신기술을 세웠다. 그 기본 원리와 과정은 먼저 SiO2 나노 입자를 준비하고, 크기는 15 ~ 20nm 로 조절되며, 구조는 일반적으로 비결정질이며, 그 표면을 단분자층으로 덮고, 덮개의 선택은 주로 분리할 세포의 종류에 따라 달라집니다. 일반적으로 분리할 세포와 친화작용을 하는 물질을 부착층으로 선택한다. 이런 Si02 나노 입자가 코팅된 후 형성된 복합체의 크기는 약 30nm 이다. 두 번째 단계는 다양한 세포를 함유한 폴리에틸렌피롤 용액을 만들어 콜로이드 용액 농도를 적절히 조절하는 것이다. 세 번째 단계는 나노 SiO2 코팅 입자를 다양한 세포가 포함된 폴리에틸렌피롤 용액으로 골고루 분산한 다음 원심기술을 통해 밀도 그라데이션 원리를 이용하여 필요한 세포를 빠르게 분리하는 것이다. 이 방법의 장점은
1. 밀도 그라데이션이 쉽게 형성된다는 것입니다. 나노 코팅 크기는 약 30nm 이므로 콜로이드 용액은 원심력 작용에서 밀도 그라데이션을 쉽게 생성할 수 있다 .2. 나노 Sio2 입자와 세포의 분리를 쉽게 실현할 수 있다. 이는 나노-SiO2 입자가 무기유리의 범주에 속하며 성능이 안정적이기 때문에 일반적으로 콜로이드 용액이나 생물용액과 반응하지 않고 생물세포를 오염시키지도 않고 쉽게 분리할 수 있기 때문이다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)
세포 내부 염색
세포 내부의 염색은 광학 현미경과 전자현미경으로 세포 내 각종 조직을 연구하는 데 매우 중요한 기술이다. 그것은 세포 생물학을 연구하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 세포에는 각종 기관과 가는 실이 존재한다. 장기에는 미토콘드리아, 핵, 소포강 등이 있다. 가는 실크는 주로 지름이 약 6-20nm 인 세 가지가 있다. 세포 내에서 종횡으로 교차해 세포 골격 체계를 형성하는데, 이 조직은 세포의 형태를 유지하고 세포의 변화, 운동, 분열, 세포 내 기관의 이동, 원형질체 흐름 등을 통제한다. 염색되지 않은 세포는 안감이 낮아 광학 현미경과 전자현미경으로 관찰하기가 어렵고 세포 내 장기와 골격체계는 관찰하고 구분하기 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 물리학자들은 이미 몇 가지 염색 기술을 개발했다. 형광 항체, 철단백질 항체, 과산화물 효소 염색법 등은 광학 현미경과 전자현미경으로 세포 조직을 관찰하는 안감을 높이기 위한 것이다. 세포학 연구가 진행됨에 따라 세포 내 조직의 해상도를 더욱 높여야 하기 때문에 새로운 염색 방법을 찾아야 한다. 나노 입자의 출현은 새로운 염색 기술을 확립하기 위한 새로운 방법을 제공한다. 최근 벨기에의 데메이 박사 등은 에테르의 황인 포화용액, 아스 코르 빈산 또는 구연산 나트륨을 사용하여 염화금산 (HAuCl‘') 수용액에서 금을 환원시켜 김나노 입자를 형성하는데, 입자 크기의 범위는 3-40NM 이다. 이어 김나노 입자-항체 복합체를 준비한다. 김초입자를 미리 정제된 항체 또는 단일 복제 항체 혼합한다. 여기서 항체 유형을 선택하는 것은 복합체를 준비하는 중요한 일환이며, 세포 내 각종 기관과 뼈 gS 조직의 민감성과 친화력에 따라 항체 차이가 크다. 우리는 이러한 차이에 따라 다양한 금 나노 입자인 항체 복합체를 준비할 수 있는데, 이 복합체는 각각 세포 내 각종 기관과 골격 시스템과 결합되어 각종 조직에 라벨을 붙이는 것과 같다. 광학 현미경과 전자 현미경의 안감이 크게 다르기 때문에 다양한 조직을 쉽게 구분할 수 있다. 이것은 나노 입자를 이용한 세포 염색 기술이다.
많은 연구에 따르면 나노 입자와 항체 결합의 결합은 * * * 가 아니라 약한 쿨롱 작용의 이온 결합으로 안정적인 복합 공정을 만드는 것이 복잡하지만, 적절한 조건을 선택하는 것은 다양한 나노 입자 1 항체 안정 복합체를 만들 수 있다는 것이다. 세포 염색의 원리는 금속금의 초미입자 광학 특성과 관련이 있다. 일반적으로 초미입자의 빛 흡수와 산란은 현미경으로 자신의 특징적인 색상을 나타낼 가능성이 높다. 나노 입자의 크기가 작고 전자 에너지급이 분열되어 에너지 등급 사이의 간격이 입자 크기와 관련이 있기 때문이다. 저에너지급에서의 전이는 특정 파장의 빛을 흡수할 가능성이 높기 때문에 나노 입자의 거대함은 표면의 원자의 진동 패턴과 입자 내부와는 달리 플라즈마 * * * * 진동도 특정 파장의 빛을 생성할 수 있다 이러한 여러 가지 이유로
금 나노 입자-항체 복합체는 백색광이나 단색광으로 비춰지면 특정 색상을 나타냅니다. 실험은 10nm 지름 이상의 금 나노 입자에 대해 광학 현미경의 명장에서 그 색깔이 붉은색이라는 것을 확인할 수 있다는 것을 증명했다.
< P > 표면에 코팅 된 자성 나노 입자의 약물 적용
자성 나노 입자의 표면은 고분자를 코팅하고 외부에서 단백질과 결합하여 생물체에 주입 할 수 있습니다. 이 기술은 아직 실험 단계에 있으며 동물 임상 실험을 통과했습니다. 고분자와 단백질을 함유한 자성 나노 입자는 약물의 전달체로서 정맥이 동물의 체내 (마우스, 토끼 등) 에 주입되고, 외부 자기장 2125) 4 10'/중복 (A/M) 을 통해 나노 입자의 자성 내비게이션을 통해 병변 부위로 옮겨져 방향성 치료의 목적을 달성한다. 이것이 자성 초미립자가 약물학에서 응용하는 기본 원리이다.
여기서 가장 중요한 것은 생물활성제를 선택하는 것이다. 암세포와 정상 세포 표면 당사슬의 차이에 따라 이런 생물활성제는 암세포에만 친화력이 있고 정상 세포에는 민감하지 않다. 표면 코팅 고분자의 자성 나노 입자에는 이런 활성제가 포함되어 있어 치료 목적을 달성할 수 있다.
동물 임상 실험에 따르면 자성이 있는 나노 입자는 이 기술을 개발하는 가장 유망한 대상이다 (순금 부스러기 N5, Co 자성 나노 입자는 발암 작용으로 인해 사용해서는 안 됨). 예를 들어 10-50NM 의 Fe3o4 의 자성 입자 표면은 약 200nm 의 크기로 메타 크릴산을 덮고 있으며, 이 마이크로미터 크기의 입자는 단백질, 항체, 약물을 암에 사용할 수 있다 이런 국부 치료는 효과가 좋고 부작용이 적어 당신의 병의 치료 방향이 될 가능성이 높습니다. 그러나 아직 많은 문제가 있어 이 기술이 인체에서의 응용에 영향을 미치고 있다. 코팅된 고분자층이 생물체에서 분해되는 것을 어떻게 피할 것인가는 앞으로 연구해야 할 문제이다.
자성 나노 입자는 암세포와 정상 세포를 분리하는 방면에서 동물 임상 실험에 성공하여 눈에 띄는 응용 전망을 보였다. 우리는 암, 종양 수술 후 방사능 조사를 실시하여 남아 있는 암세포를 죽여야 한다는 것을 알고 있지만, 동시에 대면적 조사도 정상 세포를 다치게 할 수 있다. 특히 생명에 매우 중요한 조혈 기능과 면역체계가 있는 골수 세포를 손상시킬 수 있기 때문에 방사선 치료 전에 골수를 뽑아서 조사 후 다시 주입하지만, 많은 경우 암세포가 이미 뼈보조로 확산되어 암세포를 골수액에서 빼내는 경우가 많다
자성 초미입자로 암세포를 분리하는 기술은 주로 약 50nm 의 Fe304‘' 나노 입자를 채택하고 폴리스티렌을 덮은 후 지름이 3μm 로 마우스 골수액에서 암세포를 분리하는 실험에 사용된다. 구체적인 과정은 그림 4-8 에 나와 있다. 먼저 양에서 항마우스 Fc 항체 (면역 글로불린) 을 꺼낸 다음 그림 4-8A 와 같이 위의 자성 입자의 커버와 결합합니다. 쥐의 정상 세포와 암세포를 가진 골수액을 제거하고, 쥐 잡종에서 나오는 항신경모세포종 (아직 완전히 분화되지 않은 암화신경세포) 단일 복제 항체, 골수액 속 암세포와만 결합한 항체. 마지막으로 항체 및 덮개의 자성 입자를 골수액에 넣으면 항체 암세포에만 결합됩니다. 자기분리장치를 이용하면 암세포를 골수에서 쉽게 분리할 수 있어 분리도가 99.9% 이상에 이른다.
는 인체 골수액 암세포의 분리를 통해 환자를 치료했다.