纳米材料在各个领域都有应用，尤其是在生物医药方面，不管是用于遗传病监测诊断、病理学情况分析，还是作为药物的一部分促进药物表面溶解，纳米材料都能发挥很大作用。我们可能会疑惑，体积娇小的纳米材料究竟有什么性能？纳米生物监测技术原理到底是什么呢？下面就为大家详细解释一下。
纳米材料的种类很多，纳米材料凭借其独特的光、磁、电、热性能，已经被广泛应用于生物监测诊断。这些性能可用来产生不同类型的检测信号、放大检测信号的强度以及简化检测过程等。下面介绍3种纳米材料以及其技术原理。
1、半导体量子点
量子点是由II-VI、IV-VI或者III-V族元素组成的半导体纳米晶。这些纳米材料由于量子限域效应显示出与粒径相关的光电性能。当半导体材料的粒径接近或者小于其玻尔激子半径时，其能带成为具有势垒的离散能级，从而限制电子的运动，这种量子限域效应形成了量子点粒径可调性能的基础。当量子点的粒径增加时，其分立能级发生分裂导致禁带宽度变窄，相应的电子空穴对复合后发射出长波长的光子。因此，量子点的发光可以通过其粒径调节，发射出不同波长的光。
此外，量子点还具有宽而连续的吸收谱，该光学性能有利于其应用于体外检测，因为拥有不同发射光谱的量子点可以被单束激光所激发。但对于有机染料来说，具有不同发射谱的有机染料通常需要不同波长的激光器激发。此外，量子点
还具有更窄的发射谱、更好的光稳定性、更高的发光强度等，这些优异的发光性能使得量子点非常适合在生物标记及体外检测方面的应用。
2、金纳米颗粒
金纳米颗粒由于其表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）效应，显示出独特的光、热性能。当金纳米颗粒被光激发后，电场的振荡导致导带的电子（也叫等离激元）同步发生振荡。导带电子的位移在表面上产生了净电荷差或偶极子，这种偶极子与入射光的电场同相振荡，在特定波长下将引起强烈的光吸收。对于粒径小于50 nm的球形金纳米颗粒，蓝、绿光波段的光容易被吸收并传播出红色波段的光，因此粒径小的球形金纳米颗粒溶液通常显示出红色。振荡频率或者吸收波长取决于电子密度、电子的有效质量和电荷分布，这些因素都受到纳米颗粒的粒径、形状和表面化学状态的影响。随着金纳米颗粒粒径的增加，其吸收峰的位置向长波长方向红移，溶液的颜色则变成暗紫色。球形金纳米颗粒只呈现出单一吸收峰，而金纳米棒则呈现出两个吸收峰：一个在可见光波长范围，对应于横向等离激元；另一个在近红外波长范围，对应于纵向等离激元。颗粒间距也可影响金纳米颗粒的吸收谱。当其小于金纳米颗粒的直径时，溶液的颜色将由红色向紫色或者蓝色变化（图2（b）），取决于其聚集状态，而表面等离激元的耦合导致了吸收峰的红移。金纳米颗粒还可以在光激发的条件下产生热。当入射光的频率和表面等离子共振吸收峰匹配时，金纳米颗粒将通过非辐射衰减的形式产生热。在这个过程中，激发的热电子在弛豫时将能量转移到晶格上，并伴随着声子-声子相互作用，其中晶格能被耗散到环境中，导致纳米颗粒周围被局部加热。
3、磁性纳米颗粒
目前存在几种常见的磁性纳米颗粒，如氧化钴、氧化镍和氧化铁等。其中氧化铁纳米颗粒由于其良好的生物相容性、生物可降解性和超顺磁性等，在生物医学领域获得了广泛的研究。在宏观尺度下，磁性粒子的电子可以以相反或相同的方式旋转，其中相反的自旋互相抵消，削弱局域磁场。另一方面，纳米尺度上的磁性粒子具有更多只在同一方向旋转的束缚电子，强化了局域磁场。超顺磁性氧化铁纳米颗粒小于20 nm时，具有同一方向自旋的电子单畴，而当其粒径大于20 nm时，则具有相反自旋的多个电子畴。因此和顺磁性材料相比，超顺磁性氧化铁纳米颗粒显示出对外部磁场具有更大的磁化率。和铁磁性材料的保持磁性能相比，超顺磁性氧化铁纳米颗粒可通过去除外磁场来消磁。由于这些原因，目前已有多个被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准的磁性纳米颗粒产品用作磁共振对比剂，还有很多公司在提供磁性纳米颗粒用于细胞分离或者提取蛋白质和核酸等生物分子。
南京东纳生物科技有限公司是一家集产学研于一体的高新技术型企业，主要从事纳米材料及生物医学纳米技术，功能微球、体外诊断试剂与仪器等研发与生产。公司拥有一批包括多名创业教授、博士后、博士及硕士的自主研发队伍，同时广泛联合各知名高校院所及医院的专家团队。
书籍介绍：纳米生物技术——概念、应用和前景 2016-06-18 12:07来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 《纳米生物技术——概念、应用和前景》封面 纳米技术（Nanotechnology）是一门应用科学，其目的在于研究于纳米规模时，物质和设备的设计方法、组成、特性以及应用。纳米科技是许多如生物、物理、化学等科学领域在技术上的次级分类，美国国家纳米科技启动计划（National Nanotechnology Initiative）将其定义为“1至100纳米尺寸尤其是现存科技在纳米规模时的延伸”。纳米科技的世界为原子、分子、高分子、量子点和高分子集合，并且被表面效应所掌控，如范德瓦耳斯力、氢键、电荷、离子键、共价键、疏水性、亲水性和量子穿隧效应等，而惯性和湍流等巨观效应则小得可以被忽略掉。举个例子，当表面积对体积的比例剧烈地增大时，开起了如催化学等以表面为主的科学新的可能性。 《纳米生物技术：概念、应用和前景》作为该领域的一个纲要，综合了来自生物有机化学、生物无机化学、分子生物学、材料科学以及生物分析学等多方面的成就，希望能够使读者对该领域现在以及将来的发展有一个深刻的了解。 《纳米生物技术：概念、应用和前景》主要分为四个部分：界面体系、基于蛋白的纳米结构、基于DNA的纳米结构、纳米分析学。 书中的每一章都详细介绍了当前可用的方法并包含了很多参考文献，从而使得这《纳米生物技术：概念、应用和前景》成为那些想深入研究纳米生物技术的化学家、生物学家以及材料学家的领域导航。
第一部分界面体系 1 生物相容性无机器件 2 微流控与纳米技术：芯片实验室器件及其在纳米生物技术领域的潜在应用 3 蛋白质的微接解印刷 4 细胞-纳米结构的相互作用 5 体外高清晰的神经细胞网络 第二部分基于蛋白质的纳米结构 6 S-层 7 工程化的纳米孔 8 基因方法实现程序组装 9 纳米粒子的微生物产 10 磁小体：细菌中的纳米磁性铁矿材料 11 细菌视紫红质及其在技术应用领域中的前景 12 聚合物纳米容器 13 工程环境中生物分子马达的操作 14 纳米粒子-生物材料杂化系统 第三部分 DNA的纳米结构 15 DNA-蛋白质纳米结构 16 DNA模板电子器件 17 DNA-金属纳米导线网络的仿生制造 18 纳米生物空腔内的矿化：仿生铁蛋白质用于高密度数据存储 19 DNA-金纳米粒子复合物 20 DNA纳米结构用于力学和计算：生命中心分子的非线性思考 21 纳米颗粒用非病毒转染剂 第四部分纳米分析学 22 用于生物标记的荧光量子点 23 纳米粒子的分子标记 24 表面生物学：应用原子力显微镜与分子拉伸（Molecular Pulling）技术研究生物分子结构 25 力谱 26 用于表面增强拉曼散射和表面等离子共振的生物功能化纳米粒子 27 生物偶联的氧化硅纳米粒子在生物分析中的应用 主题词索引
纳米生物医学材料的应用 摘要：纳米材料和纳米技术是八十年代以来兴起的一个崭新的领域,随着研究的深入和技术的发展,纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透,显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在生物医学领域中的研究进展和应用。 关键字：纳米材料；生物医学；进展；应用 1. 前言 纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1~100nm),(2)有大量的界面或自由表面,(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,包括小尺寸效应和表面或界面效应等,因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,已在许多领域展示出广阔的应用前景,引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。 “纳米材料”的概念是80年代初形成的。1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。1987年美国和西德同时报道,成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。从那时以来,用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种。人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景,取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点,是当前国际上的前沿研究课题之一[1]。 2. 纳米陶瓷材料 纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于100nm量级的水平[2]。纳米微粒所具有的小尺寸效应、表面与界面效应使纳米陶瓷呈现出与传统陶瓷显著不同的独特性能。纳米陶瓷已成为当前材料科学、凝聚态物理研究的前沿热点领域,是纳米科学技术的重要组成部分[3]。 陶瓷是一种多晶材料,它是由晶粒和晶界所组成的烧结体。由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和微小裂纹。决定陶瓷性能的主要因素是组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响,使材料的强度、韧性和超塑性大大
发育生物学题库FCY打印版 1、发育与发育生物学概念？ 答：发育——指一个有机体从其生命开始到成熟的变化过程，是生物有机体的自我构建和自我组织的过程。 发育生物学——是以传统的胚胎学为基础，渗透了分子生物学、遗传学和细胞生物学等学科的原理和方法，研究生物个体发育过程及其调节机制，即研究生物体从精子和卵子的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老、死亡的规律的科学。 2、什么是原肠胚？ 答：胚胎由囊胚继续发育，由原始的单胚层细胞发展成具有双层或三层胚层结构的胚胎，称为原肠胚。 3、神经板概念、形成过程及作用？（P77） 答：神经板概念——早期胚胎背侧表面的一条增厚的纵行外胚层条带。可发育成神经系统。 形成过程——主要是脊索动物发生初期原肠形成终了后于外胚层背侧正中产生的，呈球拍形，后部狭窄肥厚，以后其主要部分形成中枢神经系统和眼原基。神经外胚层细胞分布于神经板两侧，位于脊索的背方，该区域较平坦，呈平板状，它将发育成神经管。 作用——随着发生的进展，神经板周围的外胚层隆起变为神经褶，不久因两侧的神经褶在背侧正中闭合而变成神经管。 4、初级性别决定的概念？（P132） 答：指生殖腺发育为睾丸或卵巢的选择。胚胎生殖腺的发育命运决定于其染色体组成，Y染色体的存在使生殖腺的体细胞发育为testis而非ovary。 5、什么是胚孔？什么是原条？在胚胎发育中作用？(P64、68) 答：胚孔——两栖类和海胆囊胚表面产生的圆形内陷小口。在原肠期内胚层和中胚层细胞经此口内卷进入胚胎内部。（是动物早期胚胎原肠的开口。原肠形成时，内胚层细胞迁移到胚体内部形成原肠腔，留有与外界相通的孔。）作用：通过胚孔背唇进入胚内的细胞将形成脊索及头部中胚层，其余大部分中胚层细胞经胚孔侧唇进入胚内。原口动物的口起源于胚孔，如大多数无脊椎动物；而后口动物的胚孔则发育为成体的肛门，与胚孔相对的一端另行开口，发育为成体的口。如脊椎动物及棘皮动物等。 原条——在鸟类、爬行类和哺乳类胚胎原肠作用时，胚胎后区加厚，并向头区延伸所形成的细胞条。作用：其出现确定了胚胎前后轴。功能上相当于两栖类的胚孔，引导上胚层细胞的迁移运动，形成中胚层组织和部分内胚层组织。 6、什么是脊索？在胚胎发育中作用？ 答：脊索——脊索动物体内的一种条状结构。也存在于脊椎动物胚胎时期，在脊椎动物成体中部分或全部被脊椎所代替。 作用——脊索的出现构成了支撑躯体的主梁，这个主梁使体重有了更好的受力者，体内内脏器官得到有力的支持和保护，运动肌肉获得坚强的支点，在运动时不致由于肌肉的收缩而使躯体缩短或变形。脊索动物身体更灵活，体形有可能向“大型化”发展。 7、精子发生与卵子发生概念及其异同点？
在现代科技发展中，纳米科技无疑将在21世纪极大地影响着人类的生活，影响和带动许多其它学科的发展进程。纳米生物技术是生物技术领域的前沿和热点学科，在医药卫生领域有广泛的应用和明确的产业化前景，特别是纳米生物材料、纳米药物载体、纳米探针及诊断技术、基因工程方面发挥重要作用。 一、纳米生物材料 通过课程学习，我了解到纳米生物材料是指具有纳米量级的超微粒构成的固体物质。纳米颗粒具有稳定的物理化学性质，较高的物理强度，较好扩散和渗透能力、吸附能力和化学活性，以及良好生物降解性等特点。 正是因为纳米生物材料为一新型生物材料具有传统材料无可比拟的优势，其作为人体内植入物在组织工程中的广泛应用，将能够很好的解决传统材料的许多弊端，在生物医学领域已表现出独特的优势，具有着良好的应用前景。伴随着高分子材料、生物技术、信息技术、纳米技术、组织工程技术的发展，必将加速推动对纳米生物材料的基础研究和生物医学领域应用研究工作，使之进入一个新的阶段。 二、纳米药物载体 课程中我们学习到，常见的纳米药物载体主要包括无机纳米药物载体和有机高分子纳米药物载体。其中，高分子纳米粒子作为药物载体研究得比较早，目前已有少量基于高分子纳米载体的药物得到欧美一些国家药监部门批准用于临床治疗。这是因为高分子纳米粒子生物相容性好，毒性小，药物可通过物理包覆或者化学键合的方式结合到
高分子纳米粒子中，其释放后高分子载体可通过降解排出体外。常见的无机纳米药物载体包括磁性纳米粒子、介孔二氧化硅、纳米碳材料、量子点等这些无机纳米药物载体，在实现靶向性给药、控释和缓释药物以及癌症靶向治疗等方面表现出良好的应用前景。与高分子纳米粒子相比，无机纳米粒子不仅尺寸、形貌可控性好比表面积大，而且独特的光、电、磁性质赋予其具有潜在的成像显影、靶向输送和协同药物治疗等功能，使其更适于在细胞内进行药物输送。 随着人类对于自身细胞和病毒粒子研究的深入，不断提高纳米粒子作为药物载体的可行性、实用性必然给药物载体系统的研究提供突破性的进展。无机纳米材料由于其本身具有独特的物理化学性质，因此近年来作为药物载体的应用研究取得了较大的进展，但其生物安全性一直是一个颇具争议的问题，尚需要长期的深入研究。在可预见的未来，纳米药物载体作为高效安全的药物控制释放载体必将为人类健康事业产生深远的影响。 三、纳米探针及诊断技术 生物医学起源于诊断，没有很好的诊断手段就没有很好的治疗和预防，目前随着科学技术的发展，诊断手段越来越高明、先进，得到了前所未有的发展。纳米材料在检验诊断中主要应用于三个方面：⑴利用纳米材料跟踪生物体内活动，对生物体内元素的积累和排除作出判断。⑵利用纳米颗粒极高的传感灵敏效应对疾病进行早期诊断。⑶利用纳米材料的特性去化验检测试样从而辅助治疗。
纳米技术在生物医药中的应用(一) 摘要纳米技术是在纳米尺度上研究物质的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。介绍了纳米技术在生物医药中的应用现状和前景，并分析了纳米技术在生物医药领域应用中的纳米材料安全性和成本问题。 关键词纳米技术纳米材料生物医药1990年在美国召开了第一届纳米技术国际学术会议，成为纳米科技发展进步的一个重要标志。1999年，美国的RobertAFreitasJr出版了《纳米医学》，表明了纳米科技的发展已促使人们开始多方面考虑并且探索纳米科技在医学临床诊治、药物学等方面的应用。纳米技术作为一项新兴技术，在生物医药领域具有十分广阔的应用前景。1纳米技术 纳米是英文nanometre的译名，像米、厘米、毫米等一样，是一个长度单位。1纳米（nm）为10-9米，也即百万分之一毫米，相当于一根头发丝直径的五万分之一。更形象地讲，如果把1nm的物体放在乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上。在纳米尺度上，由于物质的量子效应，物质的局域性和巨大的表面、界面效应，形成的材料性能发生了由量变到质变的飞跃，从而突变或产生奇异的新现象。 纳米技术是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。这一基本概念普遍认为由美国著名物理学家、诺贝尔物理奖获得者RichardFeynman在一次题为《在物质底层有很大的空间》的演讲中提出，“为什么我们不可以从另外一个方向出发，从单个的分子甚至原子开始组装，以达到我们的要求……如果有一天能按照人们的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇迹”。 纳米技术涵盖领域广泛，包括纳米材料学、纳米生物学和纳米显微学等方面，它建立了一种崭新的思维方式，使人类能够利用越来越小、越来越精确的物质和越来越精细的技术成品来满足更高层次的要求。目前，由于纳米技术具有的独特优势以及人们对健康和重大疾病防治等问题的日益关注，纳米技术开始广泛应用于生物医药领域。 2纳米技术在生物医药中的应用 方兴未艾的纳米技术把人类对微观世界的认识带入了一个全新的境界，同时也为人类战胜疾病、提高健康水平提供了更为有力的武器。就目前而言，纳米技术在生命领域的应用前景已逐渐展现，并且许多设想已经逐渐实现，可以预见纳米技术将渗透至生物医药研究和应用的方方面面。 2.1万能的机器人 1986年，美国预见研究所的工程师埃里克·德雷克斯勒说：“我们为什么不制造出成群的、肉眼看不见的微型机器人，让它们在地毯或书架上爬行，把灰尘分解成原子，再将这些原子组装成各种物品。这些微型机器人不仅是搬运原子的建筑工人，同时还具有绝妙的自我复制和自我修复能力。” 同时，还有些科学家设想将蛋白质芯片或基因芯片组装成尺寸比人体红细胞还小的纳米机器人，使其具有某些酶的功能，它是纳米机械装置与生物系统的有机结合，在生物医学工程中可充当微型医生，解决传统医生难以解决的问题。将这些纳米机器人注入血管内，可按照预定程序，直接打通脑血栓，清洁心脏动脉脂肪沉积物等，达到预防和治疗心脑血管疾病的目的。 除此以外，不同的组合方案还可组装出其他功能的纳米机器人，例如，有的可以吞噬病菌、杀死癌细胞；有的可以作为人体器官的修复工具，修复损伤的器官和组织等，以完成整容手术或其他器官修复手术；有的可以进行基因装配工作，除去基因中错误或有害的DNA片段，并将正常的DNA片段装配进染色体，使机体正常运作。 2.2灵敏的检测器
微纳米生物技术及其在药物研发方面的应用（续） （7）生物分子马达 (Biomolecular Motors) ：分子马达是一种分子机械，它是分子尺度（纳米尺度）下的一种复合体，能够作为机械零件的最小实体。驱动方式是透过外部的刺激（如化学、电化学、光化学等方法），使分子结构或模型发生较大变化，且这种变化是可以被控制及调整，具有可预期的规则性，进而使整个体系在理论上具有对外机械作功的可能性。由于马达是机器运转的核心，若将生物分子马达利用微机电技术再接上其它东西，可制造出纳米机器人等。生物分子马达的相关研究，目前遭遇到的最大困难在于作用时的稳定性问题，这些生物分子仅能够在狭窄的温度范围与离子强度下运作，在有机溶液或空气中都无法作用。 （8）核酸计算机 (DNA computer)：DNA计算机的应用原理是基于DNA分子中的密码相当于数据的储存，DNA分子间可以在酵素作用下瞬间完成生化反应，从一种基因代码变成另一种基因代码。如果将反应前的基因代码作为输入数据，反应后的基因代码即为运算结果。DNA计算机运算速度极快，几天的运算量就相当于计算机问世以来的总运算量，储存容量也非常大，超过目前所有计算机的储存量，但所耗的能量极低，只有一台普通计算机的十亿分之一。 其中将微纳米技术应用到药物研究中治疗一些疾病是最受人们关注的，在近期的研究中，研究人员利用TD微纳米生物芯片中医消融法，推动了甲状腺结节治疗技术发展。甲状腺结节是甲状腺专科常见的内分泌疾病，在我们日常忙碌的生活中甲状腺结节一般情况下都是因为甲亢治疗不及时所引发的，这种情况下患者很难通过自己观察发现，通过常规体检会检查出甲状腺结节病发，不同程度病
《发育生物学》教学大纲 （供生物科学专业四年制本科使用） 一、课程性质、目的和任务 发育生物学被公认为是当今生命科学的前沿分支学科，是研究生物体发育过程及其调控机制的一门学科。发育生物学不同于传统的胚胎学，它是生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学等学科与胚胎学相互渗透的基础上发展形成的一门新兴的学科，是胚胎学的继承和发扬。发育生物学是生物学各专业的限选课程，是在学习一定的专业基础课的基础上进一步学习的高级专业课程。根据本科教学加强基础、注重素质、整体优化的原则，使学生将所学习的专业基础课和专业课形成一个完整的知识体系。过本课程的学习，应对各种生物体的胚胎发育过程、发育规律、发育生物学的基本研究技术，以及发育生物学的研究进展有一定的了解。 二、课程基本要求 本课程分为掌握、熟悉、了解三种层次要求。掌握的内容要求理解透彻，能在本学科和相关学科的学习工作中熟练、灵活运用其基本理论和基本概念。熟悉的内容要求能熟知其相关内容的概念及有关理论，并能适当应用。了解的内容要求对其中的概念和相关内容有所了解。 通过本课程的学习，使学生掌握生物个体发育中生命过程发展的机制。在学习和掌握发育生物学知识的过程中，要求将所学过的其他相关学科，如分子生物学、细胞生物学、遗传学、生物化学、生理学、免疫学和进化生物学等的知识融会贯通，串联整合形成完整的知识体系，并结合当今的研究进展开拓学生的眼界。 考试内容中掌握的内容约占70%，熟悉、了解的内容约占25%，5%左右的大纲外内容。 本大纲的参考教材是面向21世纪教材《发育生物学》第二版（张红卫主编，北京，高等教育出版社，2006年）。 三、课程基本内容及学时分配 发育生物学教学总时数为72学时，其中理论为54学时，实验为18学时，共22章。本课程共分四篇，第一篇从第一到四章，主要内容为发育生物学基本原理，第二篇从第五章到第十一章，主要内容为动物胚胎的早期发育，第三篇从第十二章到第十八章，主要内容为动物胚胎的晚期发育，第四篇从第十九章到第二十二章，主要内容为发育生物学的新研究领域。 绪论（3学时） 【掌握】 1．发育生物学的概念。 2．发育生物学研究的内容与研究范围。 【熟悉】 1．发育生物学的发展与其他学科的关系。 2．发育生物学的展望与应用。 3．发育生物学的模式生物。 【了解】
纳米生物学研究中的新技术* 刘 丹 郭 振 王振兴 张 凝 姚雪彪 (中国科学技术大学微尺度国家实验室,合肥230026) 摘 要:大量的生物结构,从核酸,蛋白质,病毒到细胞器,其线度在1 100纳米之间,生物结构虽然很小,但异常复杂,又格外活跃,表现出很多特定的生物学功能,纳米生物学就是在纳米水平阐明生物分子作用规律的一门新兴学科,通过对生物大分子超微结构的解析和操纵,获得单个分子在生命活动中的详尽信息,从而在单分子水平上探寻影响人类健康的恶性疾病的发病机理,并最终能够利用对单分子进行微尺度操纵的技术进行治疗。纳米生物学是一个非常有意义,但又神秘莫测的领域,但广阔的应用前景已经昭示了这一交叉学科强劲的生命力。本文将着重介绍原子力显微镜和光镊在纳米生物学研究中的重要应用。 关键词:纳米生物学 单分子 生物大分子 微尺度 The Latest Progresses in Nano biological Technology* LIU Dan GUO Zhen WANG Zhenxing ZHANG Ning YAO Xuebiao (Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale,University of Science and Technology of China,Hefei230026) Abstract:Recent advancement in single molecule detection techniques enables us to visualize the dy namic behaviour and reaction kinetics of indiv idual biological molecules inside living cells.Single molecule visualiz ation p r ovides a direct w ay to quantif y,w ith a high sp atial and temporal resolu tion,biological events inside cells at the single molecule level.Nano biology is a new discipline that aims to elucidate the molecular f unction and r egulation of bio molecules at nano scale.I n this essay, we highlight r ecent p rogresses on single m olecule visualiz ation in cell biology. Key words:nano biology,single molecule,biological molecules,nano scale 在纳米生物学研究技术中,原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)和光镊(optical tw eezers)应用最为广泛。原子力显微镜是20世纪80年代问世的扫描探针显微镜的(scanning probe microscope,SPM)的一种。它的放大倍数远远超过了常规的光学显微镜和电子显微镜镜,其极限达到了10亿倍,可以直接观察物质的分子和原子。另外,AFM的样品制备非常容易,还可以在模拟生物学环境中使用,这些优势使它广泛应用于蛋白质大分子的拓扑学分析、多蛋白复合物结构解析等方面的研究。在对AFM的针尖进行一些特殊的处理之后,它可以粘附生物大分子,从而使我们可以利用微 *基金项目:本文部分实验由国家973项目(2002CB713700)及中科院知识创新工程(KSCX2 2 01)支持。
纳米技术在医学上的应用 随着科学技术的进步和发展，纳米材料学和生物医学的结合越来越紧密，纳米材料在生物医学领域的应用已取得了很大进展，并展现出良好的发展势头和巨大的发展潜力。纳米技术的兴起，对生物医学领域的变革产生了深远的影响。纳米材料具有许多传统材料所不具备的独特的理化性质，因此在生物医学、传感器等重要技术领域有着广泛的应用前景。纳米材料在生物医药领域的应用主要有纳米药物、抗菌材料、生物传感器等。 纳米药物 纳米药物与传统的分子药物的根本区别在于它是颗粒药物，而广义的纳米药物可分为两类：一类是纳米药物载体，即指溶解或分散有分子药物的各种纳米颗粒，如纳米球、纳米囊、纳米脂质体等；第二类是纳米药物，即指直接将原料药物加工成的纳米颗粒，或利用崭新的纳米结构或纳米特性，发现基于新型纳米颗粒的高效低毒的治疗或诊断药物。前者是对传统药物的改良，而后者强调的是把纳米材料本身作为药物。是否能实现细胞和亚细胞层次上药物的靶向传递和智能控制释放，是降低药物毒副作用、提高治疗效果的共性问题。纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术，在药物输送方面具有许多优越性。目前，用作药物载体的材料是否能实现细胞和亚细胞层次上药物的靶向传递和智能控制释放，是降低药物毒副作用、提高治疗效果的共性问题。纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术，在药物输送方面具有许多优越性。目前，用作药物载体的材料 抗菌材料 抗菌材料是指具有抗菌或杀菌功能的材料，其主要机理为：干扰细胞壁的合成、损伤细胞膜、抑制蛋白质的合成和干扰核酸的合成等4点。目前，抗菌材料使用的方法主要是通过添加抗菌剂或化学改性的方法使材料具有抗菌的效果。 通过表面化学改性方法将抗菌剂接枝到电纺纳米纤维表面，控制接枝反应在纳米纤维的表面进行，不影响纤维膜的本体力学性能。此外，纳米纤维巨大的比表面被具有高密度抗菌基团的聚合物链覆盖，并稳定、牢固地以共价键结合，这不仅大大提高了抗菌效率，小剂量即可产生强的抗菌作用，而且还具有长效及重复使用的优势，可以有效避免抗菌剂污染等问题。 生物传感器 生物传感器是信息科学、生物技术和生物控制论等多学科交叉融合而形成的新兴高科技领域。随着微电子机械系统技术、纳米技术不断整合入传感器技术领域，生物传感器越来越趋向于微型化。在纳米技术中，纳米器件的研究水平和应用程度标志着一个国家纳米科技的总体水平，而纳米传感器又是纳米器件研究中的一个最重要的方向。 由中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究员带领的纳米材料可控制备与应用研究组，在纳米增强的酶生物传感器研究方面取得了重要进展。此研究成果是采用四氧化三铁纳米颗粒构建高灵敏度葡萄糖生物传感器。研究表明，该生物传感器具有良好的抗干扰性，在实际血清的检测中表现出很好的检测效果，与现有临床方法检测结果相比，标准偏差均在3％以内，具有很强的实用性。 纳米技术医学应用的展望 虽然纳米医学刚刚问世，但其发展的巨大潜力已经展示在我们面前。21世纪
纳米生物技术在医学中的应用 作者：天天论文网日期：2015-12-30 10:09:07 点击：1 摘要：近年来纳米材料和纳米生物技术在临床治疗及临床诊断方面的应用越来越广泛，纳米药物、纳米医用材料、纳米芯片技术、体外诊断试剂逐渐开发并取得了重要进展。主要从纳米医疗和纳米诊断这两方面对纳米材料和纳米生物技术的现状及其发展前景进行了阐述。 关键词：纳米生物技术；纳米医疗；纳米药物；纳米诊断 纳米技术是20 世纪80 年代发展起来的一门覆盖面极广、多学科交叉的高新技术。当物质到达纳米尺寸后，其性能就会发生突变，出现特殊性能，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。近些年，与生物相关的纳米生物技术发展极为迅速，成为国际生物技术领域的前沿和热点，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，纳米医用材料、纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器械等［1］，将导致诊断和治疗手段的新发展［2］。本文对纳米医疗技术及纳米诊断技术两方面的最新进展进行了总结，对纳米生物技术未来的发展前景做出了展望。 1 纳米医疗纳米技术的研究重点之一就是开发安全有效的药物/ 基因传递载体，研究合理的输送和靶向给药［2］。 目前国际上纳米生物技术在临床上的研究范围涉及纳米药物包括纳米给药系统［3］、纳米生物材料［4］、纳米生物相容性器官等领域。 1.1 纳米药物纳米药物通常是指以合成/ 天然材料为载体，将药物通过各种物理或者化学方法引入的体系，也可以是直接将原料药物加工制成的纳米药物晶体。前者又称为纳米给药体系，是本文关注的重点。根据结构和组成不同，纳米药物可以分为纳米粒、纳米球、纳米囊、纳米脂质体和聚合物胶束等。不同于大部分常规药物，纳米药物的生物活性与载体的化学结构和物理性能密切相关。一方面，可以通过研发各种化学和工艺方法提高载体的性能以提高纳米药物的疗效；另一方面，利用这一特性，结合纳米尺寸固有表面效应和小尺寸效应，赋予纳米药物许多常规药物不具备的优点。 （1）增加药物的稳定性，提高生物利用度。纳米药物可以解决口服易水解药物的给药途径，使原本只能注射的药物可以直接口服而不破坏疗效，提高了药物的生物利用率［5］。蛋白质、多肽及疫苗这类大分子药物，口服后易被胃酸破坏，且在肠道中很容易发生蛋白水解，故难以透过肠壁被机体吸收，现在多采用注射给药，但这常常使病人产生不适，且费用高昂。张磊等［6］采用逆向蒸发- 超声法制备了胰岛素纳米脂质体，将胰岛素以脂质体作载体给药促进胰岛素小肠吸收，对胰岛素活性有一定的保护作用。 （2）可以实现靶向和定位释药，减少药物的毒副作用。纳米药物在癌症的治疗中具有巨大的应用前景。正常组织中的微血管内皮间隙致密、结构完整，纳米药物不易透过血管壁，而实体瘤组织中血管丰富、血管壁间隙较宽、结构完整性差，淋巴回流缺失，造成纳米药物滞留在肿瘤内。这种现象被称作实体瘤组织的高通透性和滞留效应，简称EPR 效应。 EPR 效应促进了纳米药物对肿瘤组织的被动靶向性，从而增加药效并减少系统副作用。迄今为止，大部分用于临床研究并且取得明显效果的纳米药物是基于EPR 效应。 纳米药物的最终目的是实现主动靶向治疗（生物导弹）。现在研究的热点是利用抗体- 抗原和配体 - 受体结合的特异性来修饰纳米药物。阿霉素作为一种常用抗肿瘤药物因其较大的心脏毒性和骨髓抑制作用而使其应用受到限制。为减轻这种毒副作用，Suzuki［7］等用抗转铁蛋白受体（TER）单抗与脂质体偶联，制备出可靶向富含TER 细胞的免疫脂质体包裹阿霉素。结果表明，这种脂质体能促进阿霉素进入人白血病K562 细胞内，大大提高阿霉素对K562 细胞的作用。 （3）控制释放给药，延长药物在体内的循环时间。控制释放给药系统（CRDDS）是指通过物理、化学等方法改变制剂结构，使药物在预定时间内主动按某一速度从制剂中恒速释放于作用器官或特定靶组织，并使药物浓度较长时间维持在有效浓度内的一类制剂。药物控释可以延长药物在体内的半衰期，解决因药物半衰期短而需每天重复多次给药的麻烦；纳米药物要实现延长体内的循环时间，可通过表面修饰来改变微粒的表面性质，以达到长循环的效果：一般而言，增大纳米粒的表面亲水性、采用非离子表面活性剂、
发育生物学 发育生物学（developmentalbiology）是生物科学重要的基础分支学科之一，研究内容是和许多其他学科内容相互渗透、错综联系，特别是和遗传学、细胞生物学、分子生物学的关系最为紧密。其应用现代科学技术和方法，从分子水平、亚显微水平和细胞水平来研究分析生物体从精子和卵的发生、受精、发育、生长直至衰老死亡的过程及其机理。 简介 发育生物学（developmentalbiology）是一门研究生物体从精子和卵子发生、受精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。是生物科学重要的基础分支学科之一，研究内容是和许多其他学科内容相互渗透、错综联系，特别是和遗传学、细胞生物学、分子生物学的关系最为紧密。其应用现代科学技术和方法，从分子水平、亚显微水平和细胞水平来研究分析生物体的过程及其机理。用分子生物学、细胞生物学的方法研究个体发育机制的学科。是由实验胚胎学发展起来的。实验胚胎学是研究发育中的胚胎各部分间的相互关系及其性质，如何相互影响，发育生物学则是追究这种相互关系的实质是什么，是什么物质（或哪些物质）在起作用，起作用的物质怎样使胚胎细胞向一定方向分化，分化中的细胞如何构成组织或器官，以保证组织和器官的发育，正常发育的胚胎怎样生长、成熟、成为成长的个体，后者在发育到一定阶段后为什么逐步走向衰老，如何在规定的时间和空间的顺序下完成个体的全部发育。 范围 从学科范围讲，发育生物学比实验胚胎学大，后者基本上是研究卵子的受精和受精后的发育，虽然也包括 正在发育的生命 再生及变态等问题，但主要是胚胎期的发育。发育生物学研究的则是有机体的全部生命过程。从雌雄性生殖细胞的发生、形成、直到个体的衰老。它是生物学领域中最具挑战性的学科之一。从上个世纪八九十年代迄今，生物学领域的重大进展都与发育生物学有着密切的关系，或者就是发育生物学的进展。发育生物学成为了近年来世界上生命科学最活跃和最激动人心的研究领域。发育生物学又是一门应用前景非常广泛的学科，有关生殖细胞发生、受精等过程的研究是动、植物人工繁殖、遗传育种、动物胚胎与生殖工程等生产应用技术发展的理论基础。有关细胞分化机理、基因表达调控与形态模式形成及生物功能的关系研究，是解决人类面临的许多医学难题（如癌症的防治）以及器官与组织培养等新兴的医学产业工程发展的基础，也是基因工程发展为成熟的实用技术的基础。 研究对象
纳米技术在医学领域的应用 和重要影响 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
纳米技术在医学领域的应用和重要影响 摘要：纳米技术与生物医学的结合, 为医学界提供了全新的思路和便利, 纳米材料在医学领域的应用取得了显著效果。随着纳米材料在生物医学领域更广泛的应用, 临床医疗将变得节奏更快、效率更高, 诊断、检查更准确, 治疗更有效, 人们的生命安全将得到更大的保障。 关键词：纳米材料，纳米技术，生物医学，应用，重要影响 “纳米（nm）”是一种度量长度的单位，一个纳米是百万分之一毫米，也就是十亿分之一米，大约相当于45个原子串起来的长度。根据2011年10月18日欧盟委员会通过的纳米材料的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1nm-100nm之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。简单来说就是，一种由具有尺寸在100nm以下的微小结构的固体颗粒组成的材料。纳米技术是指一种在单个原子与分子层次上对物质的数量、种类和结构形态等进行精确的识别、观测和控制的技术，并在纳米尺度（1—100nm）内研究物质的特性和相互作用来达到创制新物质的高新技术。这项技术是在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，它具有创造新生产工艺、新物质和新产品的巨大潜能和前景，它将在21世纪掀起一场新的产业革命。 科技快速发展的今天, 科学技术的各个领域相互融合、渗透,其中纳米科技的发展促进了高新技术一体化的进程, 引起了科技界的高度重视。我国著名科学家钱学森曾经预言“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命, 从而将是21世纪的又一次产业革命”。纳米技术的发展正越来越成为世界各国科技界所关注的焦点,谁能在这一领域取得领先,谁就能占据21世纪科学的制高点。 美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域迅猛发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪的应用，医学纳米技术已经被列为美国优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断，2004年，美国国立卫生研究院所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、
纳米材料在各个领域都有应用，尤其是在生物医药方面，不管是用于遗传病监测诊断、病理学情况分析，还是作为药物的一部分促进药物表面溶解，纳米材料都能发挥很大作用。我们可能会疑惑，体积娇小的纳米材料究竟有什么性能？纳米生物监测技术原理到底是什么呢？下面就为大家详细解释一下。 纳米材料的种类很多，纳米材料凭借其独特的光、磁、电、热性能，已经被广泛应用于生物监测诊断。这些性能可用来产生不同类型的检测信号、放大检测信号的强度以及简化检测过程等。下面介绍3种纳米材料以及其技术原理。 1、半导体量子点 量子点是由II-VI、IV-VI或者III-V族元素组成的半导体纳米晶。这些纳米材料由于量子限域效应显示出与粒径相关的光电性能。当半导体材料的粒径接近或者小于其玻尔激子半径时，其能带成为具有势垒的离散能级，从而限制电子的运动，这种量子限域效应形成了量子点粒径可调性能的基础。当量子点的粒径增加时，其分立能级发生分裂导致禁带宽度变窄，相应的电子空穴对复合后发射出长波长的光子。因此，量子点的发光可以通过其粒径调节，发射出不同波长的光。 此外，量子点还具有宽而连续的吸收谱，该光学性能有利于其应用于体外检测，因为拥有不同发射光谱的量子点可以被单束激光所激发。但对于有机染料来说，具有不同发射谱的有机染料通常需要不同波长的激光器激发。此外，量子点
还具有更窄的发射谱、更好的光稳定性、更高的发光强度等，这些优异的发光性能使得量子点非常适合在生物标记及体外检测方面的应用。 2、金纳米颗粒 金纳米颗粒由于其表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）效应，显示出独特的光、热性能。当金纳米颗粒被光激发后，电场的振荡导致导带的电子（也叫等离激元）同步发生振荡。导带电子的位移在表面上产生了净电荷差或偶极子，这种偶极子与入射光的电场同相振荡，在特定波长下将引起强烈的光吸收。对于粒径小于50 nm的球形金纳米颗粒，蓝、绿光波段的光容易被吸收并传播出红色波段的光，因此粒径小的球形金纳米颗粒溶液通常显示出红色。振荡频率或者吸收波长取决于电子密度、电子的有效质量和电荷分布，这些因素都受到纳米颗粒的粒径、形状和表面化学状态的影响。随着金纳米颗粒粒径的增加，其吸收峰的位置向长波长方向红移，溶液的颜色则变成暗紫色。球形金纳米颗粒只呈现出单一吸收峰，而金纳米棒则呈现出两个吸收峰：一个在可见光波长范围，对应于横向等离激元；另一个在近红外波长范围，对应于纵向等离激元。颗粒间距也可影响金纳米颗粒的吸收谱。当其小于金纳米颗粒的直径时，溶液的颜色将由红色向紫色或者蓝色变化（图2（b）），取决于其聚集状态，而表面等离激元的耦合导致了吸收峰的红移。金纳米颗粒还可以在光激发的条件下产生热。当入射光的频率和表面等离子共振吸收峰匹配时，金纳米颗粒将通过非辐射衰减的形式产生热。在这个过程中，激发的热电子在弛豫时将能量转移到晶格上，并伴随着声子-声子相互作用，其中晶格能被耗散到环境中，导致纳米颗粒周围被局部加热。 3、磁性纳米颗粒
绪论 1、发育生物学：是应用现代生物学的技术研究生物发育机制的科学。它主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老和死亡，即生物个体发育中生命现象发展的机制。 2、（填空）发育生物学模式动物：果蝇、线虫、非洲爪蟾、斑马鱼、鸡和小鼠。 第一篇发育生物学基本原理 第一章细胞命运的决定 1、细胞分化：从单个的全能细胞受精卵开始产生各种分化类型细胞的发育过程称细胞分化。 2、细胞定型可分为“特化”和“决定”两个阶段：当一个细胞或者组织放在中性环境如培养皿中培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经特化；当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位培养可以自主分化时，可以说这个细胞或组织发育命运已经决定。（特化的发育命运是可逆的，决定的发育命运是不可逆的。把已特化细胞或组织移植到胚胎不同部位，会分化成不同组织，把已决定细胞或组织移植到胚胎不同部位，只会分化成同一种组织。） 3、（简答）胚胎细胞发育命运的定型主要有两种作用方式：第一种通过胞质隔离实现，第二种通过胚胎诱导实现。（1）通过胞质隔离指定细胞发育命运是指卵裂时，受精卵内特定的细胞质分离到特定的裂球中，裂球中所含有的特定胞质可以决定它发育成哪一类细胞，而与邻近细胞没有关系。细胞发育命运的这种定型方式称为“自主特化”，细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定。这种以细胞自主特化为特点的胚胎发育模式称为“镶嵌型发育”，因为整体胚胎好像是由能自我分化的各部分组合而成，也称自主型发育。（2）通过胚胎诱导指定细胞发育命运是指胚胎发育过程中，相邻细胞或组织之间通过互相作用，决定其中一方或双方细胞的分化方向。相互作用开始前，细胞可能具有不止一种分化潜能，但是和邻近细胞或组织的相互作用逐渐限制它们的发育命运，使之只能朝一定的方向分化。细胞发育命运的这种定型方式成为“有条件特化”或“渐进特化”或“依赖型特化”，因为细胞发育命运取决于与其邻近的细胞或组织。这种以细胞有条件特化为特点的胚胎发育模式称为“调整型发育”，也称有条件发育或依赖型发育。 4、（名词）形态发生决定因子：也称成形素或胞质决定子，其概念的形成源于对细胞谱系的研究。形态发生决定子广泛存在于各种动物卵细胞质中，能够指定细胞朝一定方向分化，形成特定组织结构。 5、胞质定域：形态发生决定子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精时发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂时，分配到特定的裂球中，决定裂球的发育命运，这一现象称为胞质定域。也称为胞质隔离、胞质区域化、胞质重排。 第二章细胞分化的分子机制——转录和转录前的调控 1、根据细胞表型可将细胞分为3类：全能细胞、多潜能细胞和分化细胞。（1）全能细胞：指它能够产生有机体的全部细胞表型，或者说可以产生一个完整的有机体，它的全套基因信息都可以表达。（2）多潜能细胞表现出发育潜能的一定局限性，仅能分化成为特定范围内的细胞。（3）分化细胞是由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。 2、（简答）差异基因表达的调控机制主要是在以下几个水平完成：（1）差异基因转录：调节哪些核基因转录成RNA。（2）核RNA的选择性加工：调节哪些核RNA进入细胞质并加工成为mRNA，构成特殊的转录子组。（3）mRNA的选择性翻译：调节哪些mRNA翻译成蛋白质。（4）差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成为功能性蛋白质，即基因功能的实施者。不同基因表达的调控可以发生在不同的水平。 3、克隆和嵌合技术的区别画图P59 第三章细胞分化的分子机制——转录后的调控 第四章发育中的信号转导 4、TGFβ信号途径画图P103
纳米食品的分析检测进展 摘要介绍了纳米材料的安全性,重点对纳米食品的3种分析检测手段(成像、分离和表征技术)进行了较为详细的综述,并对该领域的工作进行了展望。 关键词纳米材料,纳米食品,分析手段 进入21世纪以来,纳米技术已经在材料、化工、生物、医药、食品、通信、能源等众多领域展现出广阔的应用前景,并对各学科领域的发展产生了深远的影响。在食品工业中真正运用了纳米技术的产品只占消费品的一小部分,主要包括纳米包装材料、纳米营养物和纳米添加剂等[1]。目前,全球有200多家公司致力于纳米技术在食品工业中的应用。根据著名咨询公司HelmutKaiser一项调查显示,仅在食品饮料包装行业, 2004年纳米产品的全球销售额就高达8·6亿美元,而在2002年,纳米产品的全球销售额只有1·5亿美元[2]。 纳米食品,也称纳米尺度(10-9-10-7m)的食品,是以人类可食用的天然物、合成物和生物生成物等原料采用纳米技术加工制成的,并根据人体健康进行不同配制的食品。由于纳米粒子具有独特的表面效应和量子尺寸效应,研究发现,食品和营养素经过纳米化以后,亦表现出更高生物活性,甚至显现出常态物质没有的活性。所以纳米食品除了包括普通食品的功能外还有以下功能:预防疾病、调节机体、康复病体的功能;降低保健食品的毒副作用功能;提高人体对矿质元素的吸收利用率和杀菌除味等。新兴纳米技术下生产的食品的安全性一直受到消费者和研究人员的高度关注。本文就纳米食品的分析检测方法进行综述,以期为纳米食品的发展提供技术支持。 1纳米材料的安全性 纳米材料是将材料的尺度在空间进行约束,并到一定的临界尺寸后,材料的结构和性质也随之发生从宏观到微观的转变。粒径的减小也是引起纳米材料的安全性问题的主要原因。Frampton通过对大气中尘埃粒子的研究发现,当大气中的尘埃粒子粒径<10μm时,尘埃粒子对肺部有明显的毒性。材料对生物体的毒性强烈地依赖于材料的尺寸[3]。 在一般情况下,纳米材料不会表现出明显的毒性。但纳米材料的潜在毒性、在生物体内的富集及其对食物链的影响,人们却自知甚少,研究者称这种毒性为“生态毒性”。Brunner等研究发现,不同类型的纳米粒子能够透过细胞膜,导致细胞内自由基含量的增加,最终造成生物体的毒性[4-6];同时,纳米粒子还会在生物体的组织中富集。Chen研究发现, SiO2纳米颗粒会导致核质蛋白的团聚,从而损害细胞核的功能[6]。富勒烯和TiO2纳米颗粒会对蚤、大口鲈鱼和其他水生动物产生一定的毒性[7]。而纳米材料有时也会扮演降低污染物毒性的角色: Zhang 通过对鲤鱼的活体实验发现,TiO2纳米颗粒会大量富集游离的镉离子[8];纳米银也显示出较强的抗菌能力,研究者已将这种抗菌能力应用到人们健康保护和水生环境治理中[9]。 纳米食品中采用的纳米技术是一种全新的技术,如同转基因食品,其安全性和接受程度受到消费者的质疑。纳米食品在活性、吸收利用率等增加的同时还应该考虑到有害物质的吸收、渗透等问题。一方面粒径减小使得食品原料本身具有的毒素,农残和重金属成分更易被吸收,加剧了纳米化后的安全隐患。另外,纳米食品中营养成分纳米粒子可以通过传统吸收途径之外的其他途径进入人体,并穿过生物膜屏障,使人体的防御能力降低,引起机体功能紊乱,出现健康问题。 维蒙特大学的消费经济学家科洛丁斯基在佛罗达里达州奥兰多市的食品安全大会上说,纳米技术是一种新的基因工程〔10〕。美国消费联盟的资深科研人员汉森称,不要因为某种物质在自然尺寸状态下是安全的,就以为处理成纳米尺寸后也一定是安全的,所有科学家都赞同,物质的大小也是安全重要因素之一。例如,大量接触含有纳米碳(如富勒烯)的食品或化妆品,会造成与石棉一样的危害[10]。美国消费者保护组织称,纳米食品已经悄悄打入市场,促请美国