微纳米生物技术及其在药物研发方面的应用

微纳米生物技术及其在药物研发方面的应用（一）

微纳米生物技术是纳米科学与生命科学的前沿交叉领域，有着广泛的发展前景。主要是利用纳米科技领域的最新研究成果开展应用基础研究，深入探索多种纳米材料的性质，研究制备既有良好的生物相容性，又具有独特光、电性能的应用型功能纳米材料，并拓展其在生物学领域的应用前景。研究工作也将着重于加强重大疾病、传染病及遗传病的早期诊断与检测，研制新型纳米生物探针和纳米药物载体，发展分子细胞生物学研究的新方法和新技术，探索纳米生物学发展的新途径。

国内外现阶段主要研究方向及对微纳米生物技术的应用主要有：

（1）生物分子微分析技术 (Microanalysis of Biomolecules)：许多的生物分子相当微小，其大小通常就在纳米范围，因此若能利用纳米尺度的检测设备或系统，将有助于进一步观察及探讨生物分子、细胞表面与细胞内分子层级的活动及变化。例如新型生物荧光探针的研究与开发基于功能纳米材料(如量子点、硅纳米微球等) 的新型荧光标记物，用于目标生物分子(如蛋白、核酸等) 的靶向标记与细胞成像，为分子细胞生物学的研究提供新方法。新型纳米生物传感器：研究与开发基于功能纳米材料(如硅纳米线、硅纳米微球等) 的生物传感器和功能纳米器件，实现对目标生物分子的高灵敏度和高特异性检测，为重大疾病、传染病及遗传病的早期诊断提供新技术；

（2）分子模板技术 (Molecular Templates) ：在生物分子的辨识上，可善用分子形状互补的特性，由于不同的生物分子往往具有不同的特殊形状，此时它就像一把形状特殊的钥匙，如果想要把这个分子从众多不同分子中分离出来，只要有

个正确的锁就可以，也就是说只要先在某种材料上弄出一个可以和分子特殊形状相对应的模板，即可用来检测或分离特定分子。此外，经由设计特殊的分子模板，可达成如控制生化反应、纳米结构效应等功能。例如：新型纳米药物载体：研究与开发基于低生物毒性、低免疫原性、高生物相容性的功能纳米材料，并将其与生物分子(如短肽、蛋白等) 结合，发展高效、安全、高靶向性、可控的纳米药物载体及基因治疗载体。

（3）生物选择性表面技术 (Bioselective Surfaces)：指在微纳米尺度下改变材料表面几何与化学性质，以控制细胞在材料表面的贴附、生长、运动等，进而调控细胞与组织的生理状况。例如以微影图案基质控制神经细胞的生长、透过生物选择性表面技术重建血脑屏障、以生物互动表面分析真菌生长等。

（4）分子过滤技术 (Molecular Filtration) ：通常指的是利用孔径在纳米级大小的透膜、微管、多孔材料等来有效过滤大小不等的分子，以达到分离与浓缩等目的。例如以胶原蛋白（Collagen ）覆于硅芯片表面的过滤装置、以纳米结构进行酵素传输等。

（5）特殊细胞分离技术 (Sparse Cell Isolation) ：有些细胞特别表现出和其它细胞不同的特性与特殊的生理功能，而这类细胞的数目比例往往很小，因此能否有效将它们从其它细胞中分离出来就显得格外重要。通常本技术会通过开发或使用纳米尺度的仪器或设备达到分离特殊细胞的目的。例如从混合组织中分离被病毒感染的细胞、恶性肿瘤细胞、免疫细胞、胚胎细胞、干细胞及微生物等；或构建亚细胞（Subcellular ）等级细胞分类及分析系统。

（6）生物传感器及生物芯片 (Biosensor/Biochip) 生物传感器的原理是利用待测分析物与生物物质产生的特异反应，将反应所产生的特性，配合光学、电学、

热学、声学、压力、质量变化等相对应的换能器（Transducer ），将反应转换成可处理的讯号输出。生物传感器的基本结构包括：生物物质层、换能器、讯号处理系统、讯号输出系统。根据感测物质的种类可将生物传感器的种类区分为：酵素传感器、免疫传感器、受体传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器及核酸传感器等。