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這是一個(gè)關(guān)于生物納米技術(shù)的概念PPT,主要介紹了納米生物技術(shù)概念、 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、納米生物技術(shù)的研究進(jìn)展、基因和藥物納米載體、分子馬達(dá)、納米傳感器、世界專利現(xiàn)狀分析、國(guó)家863計(jì)劃概況、組織相容性骨材料、納米藥物載體、納米生物醫(yī)學(xué)傳感器等內(nèi)容。美、日、德等先進(jìn)國(guó)家均已將納米生物技術(shù)作為21世紀(jì)的科研優(yōu)先項(xiàng)目予以重點(diǎn)發(fā)展,一場(chǎng)新的國(guó)際納米生物技術(shù)科技競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)開始。醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域納米生物技術(shù)的研究尚處于起步階段,但近幾年在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究已取得一定的進(jìn)展。 總預(yù)算為505.21億歐元的歐盟第七研發(fā)框架計(jì)劃(2007-2013)將“納米科學(xué)、納米技術(shù)、材料和新制造技術(shù)”列為十大主題研究領(lǐng)域合作計(jì)劃之一。 2003年美國(guó)科學(xué)年會(huì)的報(bào)告,納米醫(yī)學(xué)技術(shù)已經(jīng)被列入美國(guó)的優(yōu)先科研計(jì)劃,F(xiàn)任總統(tǒng)布什 2003年12月簽署的《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》,自2005財(cái)年開始的4年內(nèi),聯(lián)邦政府將投入約37億美元用于支持納米技術(shù)研發(fā)工作。美國(guó)的優(yōu)先研究領(lǐng)域包括:生物材料(材料-組織介面,生物相容性材料)儀器(生物傳感器,研究工具)治療(藥物和基因載體),已有一種納米藥物載體通過了FDA批準(zhǔn)并應(yīng)用于臨床。2005年,全世界投入用于納米技術(shù)研究和開發(fā)的資金便已超過50億美元,歡迎點(diǎn)擊下載生物納米技術(shù)的概念PPT哦。
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納米生物技術(shù)學(xué)概述國(guó)家衛(wèi)生部肝膽腸外科研究中心 主任國(guó)家衛(wèi)生部納米生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 主任中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)內(nèi)鏡醫(yī)師分會(huì) 主席中南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究院 院長(zhǎng)中南大學(xué)湘雅醫(yī)院外科 主任國(guó)家‘‘十一五“863計(jì)劃專家委員會(huì)納米生物技術(shù) 專家 概 念納米是尺寸或大小的度量單位:千米(103 )→米→厘米→毫米→微米→納米( 10-9) 4倍原子大小萬(wàn)分之一頭發(fā)粗細(xì)納米科學(xué)技術(shù)是研究在千萬(wàn)分之一米(10-7)到十億分之一米(10-9米)內(nèi),原子、分子和其它類型物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和變化的學(xué)問;同時(shí)在這一尺度范圍內(nèi)對(duì)原子、分子進(jìn)行操縱和加工。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀納米生物技術(shù)是目前國(guó)際生物技術(shù)領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)問題,在醫(yī)藥和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和明確的產(chǎn)業(yè)化前景。美、日、德等先進(jìn)國(guó)家均已將納米生物技術(shù)作為21世紀(jì)的科研優(yōu)先項(xiàng)目予以重點(diǎn)發(fā)展,一場(chǎng)新的國(guó)際納米生物技術(shù)科技競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)開始。醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域納米生物技術(shù)的研究尚處于起步階段,但近幾年在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究已取得一定的進(jìn)展。 總預(yù)算為505.21億歐元的歐盟第七研發(fā)框架計(jì)劃(2007-2013)將“納米科學(xué)、納米技術(shù)、材料和新制造技術(shù)”列為十大主題研究領(lǐng)域合作計(jì)劃之一。 2003年美國(guó)科學(xué)年會(huì)的報(bào)告,納米醫(yī)學(xué)技術(shù)已經(jīng)被列入美國(guó)的優(yōu)先科研計(jì)劃,F(xiàn)任總統(tǒng)布什 2003年12月簽署的《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》,自2005財(cái)年開始的4年內(nèi),聯(lián)邦政府將投入約37億美元用于支持納米技術(shù)研發(fā)工作。美國(guó)的優(yōu)先研究領(lǐng)域包括:生物材料(材料-組織介面,生物相容性材料)儀器(生物傳感器,研究工具)治療(藥物和基因載體),已有一種納米藥物載體通過了FDA批準(zhǔn)并應(yīng)用于臨床。 2005年,全世界投入用于納米技術(shù)研究和開發(fā)的資金便已超過50億美元。 據(jù)報(bào)道,迄今為止全美國(guó)至少已有60種以上的藥物新制劑以及90種左右的醫(yī)療器械、診斷試劑等新產(chǎn)品使用了納米材料。 國(guó)際上納米生物技術(shù)的研究范圍涉及納米生物材料、藥物和轉(zhuǎn)基因納米載體、納米生物相容性人工器官、納米生物傳感器和成像技術(shù)、利用掃描探針顯微鏡分析蛋白質(zhì)和DNA的結(jié)構(gòu)與功能等重要領(lǐng)域,以疾病的早期診斷和提高療效為目標(biāo)。 基因和藥物納米載體納米藥物載體(納米微粒藥物輸送)技術(shù)是納米生物技術(shù)的重要發(fā)展方向之一, 將給惡性腫瘤、糖尿病和老年性癡呆等疾病的治療帶來(lái)變革。利用納米技術(shù)能夠把新型基因材料輸送到已經(jīng)存在的DNA里,而不會(huì)引起任何免疫反應(yīng)。按目前的認(rèn)識(shí),有半數(shù)以上的新藥存在溶解和吸收的問題,納米晶體技術(shù)可將藥物顆粒轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的納米粒子,同時(shí)提高溶解性,以提高難溶性藥物的藥效率。 生物芯片技術(shù) 生物芯片是不同于半導(dǎo)體電子芯片的另一類芯片。半導(dǎo)體電子芯片是集成具有特定電子學(xué)功能的微單元,所形成的電子集成電路;而生物芯片則是在很小幾何尺度的表面積上,裝配一種或集成多種生物活性,僅用微量生理或生物采樣,即可以同時(shí)檢測(cè)和研究不同的生物細(xì)胞、生物分子和DNA的特性,以及它們之間的相互作用,獲得生命微觀活動(dòng)的規(guī)律。 美國(guó)東北大學(xué)發(fā)明了一種新的DNA檢測(cè)技術(shù),是利用DNA-金納米顆粒的選擇性以及目標(biāo)DNA序列的連接,導(dǎo)致納米顆粒在電極之間排列,從而通過電子信號(hào)來(lái)表示對(duì)不同DNA序列的響應(yīng)。這種檢測(cè)比以往的低聚核苷酸檢測(cè)在靈敏度上提高了10倍,在選擇性上則更高出了許多。并采用低聚核苷酸和Raman-活化染料為標(biāo)記的金納米顆粒探頭專門檢測(cè)DNA和RNA。這種表面增強(qiáng)Raman散射技術(shù)有飛摩爾探測(cè)極限,并且能在一種溶液中同時(shí)探測(cè)多種成分,將來(lái)有可能替代以分子熒光為基礎(chǔ)的生物探測(cè)技術(shù)。 美國(guó)部分生物材料年耗量(件/年)(美國(guó)企業(yè)約有200-300個(gè)品種) 我國(guó)幾種生物材料的市場(chǎng)需求統(tǒng)計(jì) 。ㄎ覈(guó)企業(yè)僅有約50余種制品)常規(guī)生物醫(yī)學(xué)材料的問題功能和壽命不能滿足臨床要求 醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展: 通 用→個(gè)體化大創(chuàng)傷→微創(chuàng)傷 圍繞人體的微細(xì)組成與結(jié)構(gòu),及其生物與功能特性開展納米生物材料與檢測(cè)技術(shù)研究分子馬達(dá)分子馬達(dá)是由生物大分子構(gòu)成,利用化學(xué)能進(jìn)行機(jī)械做功的納米系統(tǒng)。美國(guó)康納爾大學(xué)的科學(xué)家利用ATP酶作為分子馬達(dá),研制出了一種可以進(jìn)入人體細(xì)胞的納米機(jī)電設(shè)備--"納米直升機(jī)"。該設(shè)備共包括三個(gè)組件,兩個(gè)金屬推進(jìn)器和一個(gè)附屬于與金屬推進(jìn)器相連的金屬桿的生物分子組件。其中的生物分子組件將人體的生物"燃料"ATP轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量,使得金屬推進(jìn)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速率達(dá)到每秒8圈。這種技術(shù)仍處于研制初期,它的控制和如何應(yīng)用仍是未知數(shù)。將來(lái)有可能完成在人體細(xì)胞內(nèi)發(fā)放藥物等醫(yī)療任務(wù)。 美國(guó)杜克大學(xué)研究人員利用自行組裝的DNA分子作為分子建筑材料,建造了支撐蛋白質(zhì)的″納米級(jí)″腳手架和金屬線,其直徑只有數(shù)十億分之一米。這是在納米級(jí)合成方面取得的重要成就,可能由此開發(fā)可編程的分子級(jí)傳感器或電路。 以色列和美國(guó)的研究人員在制造分子馬達(dá)的聯(lián)合研究方面獲得新進(jìn)展。他們通過光或者電的驅(qū)動(dòng),可以使分子按照控制模式圍繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn),并且能夠停止或者暫停。這一成果將使納米級(jí)的分子機(jī)械能夠在一些較大機(jī)械無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合,例如一些外科手術(shù)中大顯身手。 化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科聯(lián)合,在納米級(jí)操作分子來(lái)調(diào)控生命系統(tǒng):基因測(cè)序和基因表達(dá)檢測(cè)等繁瑣的勞動(dòng),通過應(yīng)用納米技術(shù)制造的表面裝置和系統(tǒng),工作效率將得到顯著提高。納米技術(shù)應(yīng)用于新藥的制造和作為藥物載體,將極大地增加藥物的治療效果,一些以前不能應(yīng)用于人體的化合物將成為新的藥物。 納米探針等新分析工具的研發(fā)成功,將進(jìn)一步促進(jìn)探明細(xì)胞的化學(xué)和機(jī)械特征,測(cè)定單個(gè)分子的特性。通過調(diào)節(jié)材料的納米結(jié)構(gòu),可獲得生物相容性和可高度控制、耐用的人體內(nèi)植入物。人工無(wú)機(jī)物和有機(jī)物納米級(jí)材料能進(jìn)入細(xì)胞,發(fā)揮診斷作用。分子工程生產(chǎn)的可降解化學(xué)制劑可促進(jìn)植物生長(zhǎng)和抵抗病蟲害。作為基因和藥物的載體進(jìn)入動(dòng)物。 世界專利現(xiàn)狀分析 國(guó)家863計(jì)劃概況 國(guó)家863計(jì)劃,即高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 1986年3月,鄧小平同志根據(jù)四位科學(xué)家的建議,為了迎接全球新技術(shù)革命和高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)爭(zhēng),加快我國(guó)高技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,親自批準(zhǔn)啟動(dòng)了我國(guó)高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃,即863計(jì)劃。 國(guó)家“十五”863計(jì)劃已開設(shè)了生物工程技術(shù)主題下的“納米生物技術(shù)專題”、在新材料領(lǐng)域重大專項(xiàng)內(nèi)設(shè)立了納米生物技術(shù)重大課題,國(guó)家“十五”攻關(guān)也設(shè)立了納米中藥等項(xiàng)目,在惡性腫瘤治療用納米磁性材料與相關(guān)應(yīng)用技術(shù)、納米粒子靶向診斷與治療技術(shù)、藥物及治療基因納米粒制劑、納米制劑的生物合成、納米中藥制劑等方面也開展了研究。 “十一五”863計(jì)劃的發(fā)展戰(zhàn)略承接國(guó)際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,廣泛利用華人資源和海外投資、海外市場(chǎng),參與重大前沿技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研發(fā),引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。提高自主創(chuàng)新、提升核心競(jìng)爭(zhēng)力、建立相對(duì)獨(dú)立技術(shù)體系、形成關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。搶占戰(zhàn)略高技術(shù)制高點(diǎn),突破重大產(chǎn)業(yè)發(fā)展、重大科技轉(zhuǎn)化瓶頸性約束。整合發(fā)展資源、培育高技術(shù)中小創(chuàng)新企業(yè)。 “十一五”科技計(jì)劃突出四個(gè)方面:從國(guó)家目標(biāo)出發(fā),樹立全局觀;從國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展、國(guó)家安全可持續(xù)發(fā)展對(duì)科技的重大需求入手,凝煉科技發(fā)展的重點(diǎn);充分發(fā)揚(yáng)民主、鼓勵(lì)爭(zhēng)鳴;充分利用已有的研究成果和寶貴經(jīng)驗(yàn)。 “十一五”863計(jì)劃的工作重點(diǎn)工作重點(diǎn)是在工作中突出產(chǎn)業(yè)化、信息化、國(guó)際化和自主創(chuàng)新。 “十一五”863計(jì)劃 ---------納米研究重點(diǎn)研究納米材料的可控制備、自組裝和功能化,納米材料的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異特性及調(diào)控機(jī)制,納加工與集成原理,概念性和原理性納器件,納電子學(xué),納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué),分子聚集體和生物的光、電、磁性性質(zhì)及信息傳遞,單分子行為與操縱,分子機(jī)器的設(shè)計(jì)組裝與調(diào)控,納米尺度表征與度量學(xué),納米材料和納米技術(shù)在能源、環(huán)境、信息、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。 我們1990年開展了納米生物材料羥基磷灰石(HA)、磷酸鈣等研究,1994年起開展了磁性阿霉素納米藥物載體治療肝癌的前期研究,主要內(nèi)容包括:納米藥物載體制備、載體在大鼠體內(nèi)的分布、磁靶向性、對(duì)大鼠移植性肝癌的治療效果等,已發(fā)表相關(guān)論文11篇。 殼聚糖-碳納米載體是一種新型高效的基因載體,該載體系統(tǒng)對(duì)外源質(zhì)粒DNA可提供完全的保護(hù)作用,使DNA結(jié)構(gòu)保持完好,從而確保其在體內(nèi)可能得以正常表達(dá)。(目前國(guó)內(nèi)外研究的主要是碳納米管) 組織相容性骨材料 衛(wèi)生部納米生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用國(guó)際上稱為“綠色化學(xué)”技術(shù)來(lái)合成納米生物活性材料。用于納米生物醫(yī)學(xué)材料合成的全部原料均為無(wú)毒并可被人體吸收的物質(zhì),包括反應(yīng)溶劑。仿人體膠原纖維結(jié)構(gòu)的納米生物活性材料會(huì)更利于基因的攜帶、轉(zhuǎn)染,也更利于被生物體吸收。同時(shí)攜帶基因的納米生物材料較之普通的納米生物材料會(huì)縮短修復(fù)時(shí)間,提高修復(fù)質(zhì)量,增強(qiáng)骨組織功能,并能修復(fù)其他無(wú)基因材料所不能修復(fù)的損傷。 制備的納米顆粒 聚乳化工藝形成的磁性阿霉素納米粒的電鏡照片磁性阿霉素納米粒在磁場(chǎng)中的定向運(yùn)動(dòng) 未加磁場(chǎng)情況下,經(jīng)肝動(dòng)脈注射磁性阿霉素納米粒30分鐘后,正常肝組織及血管中未發(fā)現(xiàn)納米粒的聚集施加磁場(chǎng)情況下,30分鐘后正常肝組織的血管及肝竇中大量的納米粒聚積未加磁場(chǎng)的腫瘤組織:腫瘤中可見少量分散的阿霉素納米粒存在加磁場(chǎng)的腫瘤組織:腫瘤周圍小動(dòng)脈中可見大量納米粒聚積加磁場(chǎng),經(jīng)磁性阿霉素納米粒治療,60天后腫瘤組織被纖維組織和無(wú)結(jié)構(gòu)的組織所代替,找不到癌細(xì)胞的存在 研究目標(biāo) 發(fā)展靶向藥物緩釋和定位治療技術(shù)、疾病早期診斷和仿生組織修復(fù)材料與技術(shù)、生物制藥產(chǎn)業(yè)的納米化關(guān)鍵技術(shù),以帶動(dòng)傳統(tǒng)生物材料、醫(yī)療器械和制藥產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,提高我國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,促進(jìn)相關(guān)研發(fā)中心、孵化器和基地建設(shè)。 研究?jī)?nèi)容 1)靶向治療及藥物緩釋用納米材料與技術(shù) 2)治療病變和損傷組織的納米生物材料與 技術(shù) 3)納米生物傳感器技術(shù)和生物納米裝置 4)用于高效生物分離、疾。ㄈ绨┌Y)早 期診斷的納米材料 涉及的研究課題方向用于組織和器官修復(fù)的納米材料生物活性納米涂層、人工骨、骨板、骨釘、軟骨、牙冠、皮膚、肌肉、肌腱、心血管及介入支架、血液凈化(如納米C,血清消毒膜)、透析材料及透析膜、抗血栓、凝血及防鈣化涂層、防粘連材料、人工角膜、納米人工器官、美容整形修復(fù)體等 涉及的研究課題方向納米生物醫(yī)藥生物導(dǎo)彈(藥物的器官及細(xì)胞靶向化)、納米磁性高分子微球、靶向治療納米載體藥物與制劑、可降解納米藥物控釋(如治療動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈再狹窄)及基因(DNA核苷酸)轉(zhuǎn)染(細(xì)胞)載體、細(xì)胞/基因/酶/生長(zhǎng)因子的組織工程載體、降低眼內(nèi)壓的納米眼藥水、疫苗(抗原)緩釋納米載體等 涉及的研究課題方向納米生物檢測(cè)與傳感器技術(shù)生物感官系統(tǒng)、生物芯片、納米生化(細(xì)胞、心肌蛋白)分離基質(zhì)與癌細(xì)胞、心臟病早期檢測(cè)與輔助治療、探測(cè)細(xì)胞內(nèi)部生物化學(xué)反應(yīng)、疾病早期診斷與防治、納米生物分子機(jī)械、微孔反應(yīng)器、生物酶催化劑載體、胎兒細(xì)胞分離與遺傳缺陷檢測(cè)、細(xì)菌/微生物過濾膜、納米葡萄糖酶電極、超微量生物分子免疫檢測(cè)用納米材料、核磁照影用納米材料、生物納米材料與器械檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)等 可光熱轉(zhuǎn)化的金屬?gòu)?fù)合顆粒癌癥治療示意圖 納米藥物載體 磁性/高分子微球靶向輸運(yùn)與治療癌細(xì)胞早期診斷基因、蛋白等高效生物分離可降解納米高分子微球藥物緩釋與控釋微球的生物安全性評(píng)價(jià) 納米載體的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用納米磁微球 -使細(xì)胞分離更簡(jiǎn)單 -使癌癥診斷更靈敏分子生物學(xué)全新的工具磁性載體的制備口腔納米生物相容材料可注射根尖充填、牙槽肌增高制劑材料蓋髓劑 –粘合劑 –補(bǔ)牙材料納米生物活性涂層種植牙納米陶瓷牙冠心血管介入支架材料 增長(zhǎng)率:≈50% 納米生物醫(yī)學(xué)傳感器 生物酶?jìng)鞲衅餮貉跎飩鞲衅髌渌?納米技術(shù)是21世紀(jì)科技發(fā)展的制高點(diǎn),是新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù)。21世紀(jì)前20年,是發(fā)展納米技術(shù)的關(guān)鍵時(shí)期,納米技術(shù)將成為第5次推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域快速發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。目前,納米技術(shù)已經(jīng)成為全世界關(guān)注的技術(shù),納電子代替微電子,納加工代替微加工,納米材料代替微米材料,納米生物技術(shù)代替微米尺度的生物技術(shù),認(rèn)識(shí)和發(fā)展這一技術(shù),將在未來(lái)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的格局中能占據(jù)有利地位。