出版日期:2005年7月
纳米技术和分子生物学是两大前沿和热点研究领域。纳米是一个尺度概念，当物质达到纳米尺度以后，表现出既不同于本身的原子和分子，也不同于其宏观状态的特殊性能，即表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应。纳米技术已被国际上公认为21世纪最具有前途的科研领域，它将成为第五次推动社会经济各领域快速发展的主导技术。
分子生物学是从生物大分子的结构和功能水平上阐明各种生命现象的学科。生命体内痕量活性物质的分析与检测对获取生命过程中的化学与生物信息、了解生物分子及其结构与功能的关系、阐释生命活动的机理以及对疾病的诊断的治疗都具有重要的意义。分析化学对分子生物学发展发挥了极其巨大的作用，形成了生物分析化学学科。21世纪生命科学的研究已深入到单细胞、单分子水平的发展阶段，迫切需要在更加微观的尺度上原位、活体、实时地获取相关生物化学信息。传统的、常规的生物分析化学方法与手段已不能满足分子生物学发展的要求。
《纳米生物分析化学和分子生物学》一书将纳米技术逐步引入生物分析化学和分子生物学研究领域，并显示了光明的前景。纳米技术将催化生命科学的发展，为解决生物分析和分子生物学的许多疑难问题提供有力的手段，对生物分析化学和分子生物学的发展将产生积极的影响。
纳米探针具有高选择性、高灵敏度、快速、方便检测的特点。纳米金粒子连上寡核苷酸，与互补的DNA分子杂交，通过目测颜色的变化可快速识别靶标准物；也可通过不同熔化温度区别完全互补、一二个碱基错配的不完全杂交、不发生杂交的各种靶标寡核苷酸链，其检出限可达到10fmol。依据该方法制成基因芯片，其检测限比用荧光标记的方法提高2个数量级，灵敏度提高3倍。将纳米磁性颗粒与靶向性因子结合，与肿瘤表面的靶标识别器结合后，可在体外用仪器测定磁性颗粒在体内的分布和位置，确定肿瘤的大小尺寸和体位。利用不同粒径的纳米晶标记技术可同时、快速、高灵敏检测不同的生物大分子。纳米粒子在生物分析中有良好的应用及发展前景。
纳米技术应用于生物芯片，可发展成集样品制备、生化反应到分析检测于一体的微型全分析系统，可同时对一个样本进行多种测试分析或对多种样品同时检测。纳米粒子改造传统的生物传感器，可以增加固定的分子数量,从而增强反应信号。高选择性和高灵敏度的纳米传感器能用于探测很多细胞化学物质，可以监控活细胞的蛋白质和其他所感兴趣的生物化学物质。纳米生物传感器的共同特点是：体积小、分辨率高、响应时间短、所需样品量少以及对活细胞损伤小，可进行微创到无创测量，此外还可用于测量细胞的瞬态、突发性变化（如细胞分裂、死亡等）。
基因的运载方式是目前基因治疗能否成功的关键环节,纳米粒作为基因载体的研究也是非常活跃的研究领域，并取得了一定的进展。生物可降解聚合物纳米微粒具有生物相容性好、自身稳定性好、化学结构和粒度大小可控的优势，可以传递较大的DNA片段，并可通过化学手段控制基因的释放速度，在理论上可以达到长时期的基因表达活性，从而减少重复注射的次数。纳米粒表面引入识别性因子，使其具有识别靶细胞的能力。载基因纳米粒到达靶细胞后，载体逐步降解，释放DNA，最大限度地保持DNA原有的活性。磁性材料、热敏材料、pH敏感材料等的应用将有助于新型智能基因载体的研发。只要达到足够的基因转染活性，纳米微粒基因载体将会很有应用前景。
在21世纪，纳米技术为生物学研究提供了新途径。人们在纳米尺度上认识生物大分子结构及其与功能的联系、研制仿生材料，利用纳米粒进行细胞分离、细胞染色，研制基因载体和药物载体，将纳米粒应用于生物成像领域以协助诊断和治疗等方面,都将取得令人瞩目的成就。
本套丛书（《纳米生物分析化学和分子生物学》、《纳米生物材料学》、《纳米药物学》、《纳米技术与医疗仪器学》）的编著，从构思开始，便得到国内外多位专家的鼓励，获得白春礼院士、黄伯云院士、裘法祖院士、钟南山院士、魏于全院士、何继善院士、姚开泰院士、祁国明研究员、刘雁飞研究员、王琛研究员、李玉宝教授、江雷研究员、王小宁教授、曹雪涛教授、陈志南教授、裴雪涛教授、朱祯教授、Philip Martin博士，T Reinhard博士，M Johnson博士，J L Willians博士的指导和热情支持，在此表示衷心的感谢。特别感谢白春礼院士（中国科学院常务副院长、国家纳米科学中心主任、化学专家）、黄伯云院士（中南大学校长、国家“863”计划新材料领域专家委员会主任，材料学专家）对本丛书给予极大的关心并作序。
为反映最新进展,使本书具有新颖性、科学性，全书经过多次修改，工作量大、时间紧。潘一峰、邹贤德、王荣兵、王吉伟、江悍平、廖明媚、张浩伟、彭健、于军、周健、刘蔚东、刘殿奎、龚连生、李年丰、刘辉等作了大量的编校工作，为保证本书的质量和及时出版夜以继日地工作，付出了辛勤的劳动。
《纳米生物分析化学和分子生物学》一书将纳米技术在生物分析和分子生物学研究中的应用呈现在读者的面前，希望能为在化学和生命科学领域中的研究和教学人员提供帮助，为生命科学、生物学、化学、生物医学工程等专业的研究生了解纳米生物技术提供参考。
张阳德2005年1月
纳米生物技术丛书——纳米生物分析化学与分子生物学目录
目录
引言1
一、纳米与纳米生物学1
二、纳米技术2
三、从生物学到纳米技术3
第一章纳米生物分析材料5
第一节半导体纳米粒子6
一、半导体纳米粒子的基本特性6
二、半导体纳米粒子的合成与表征8
三、半导体纳米粒与生物分子的偶联20
四、半导体纳米粒与生物分子的标记和检测20
第二节纳米金溶胶粒子22
一、纳米金溶胶粒子的基本特性22
二、纳米金溶胶粒子的合成与表征22
三、生物分子的纳米金标记与检测技术26
第三节复合型纳米粒子29
一、复合型纳米粒子的基本特性29
二、复合型纳米粒子的合成与表征30
第四节荧光纳米球乳液42
第五节纳米粒子标记分析的展望43
第二章纳米生物分析器件45
第一节纳米生物芯片45
一、纳米生物芯片的基本内容45
二、基因芯片及其应用47
三、药物筛选芯片及其应用51
四、蛋白质芯片及其应用54
五、细胞芯片及其应用57
六、组织芯片58
七、芯片实验室59
八、纳米生物芯片的应用前景61
第二节纳米生物传感器64
一、DNA纳米生物传感器68
二、纳米微悬梁生物传感器69
三、光纤纳米生物传感器70
四、化学探针纳米传感器91
五、生物探针纳米传感器92
六、纳米图像生物传感器93
七、纳米细胞传感器96
八、纳米粒子生物传感器97
第三节纳米分子机器101
一、分子马达101
二、纳米生物机器人103
第四节纳米生物计算机108
第三章纳米分析技术在生物医学中的应用113
第一节纳米金溶胶用于免疫分析113
一、纳米金抗原抗体体系的生物组装原理113
二、分析方法113
三、分析结果114
第二节纳米金探针用于艾滋病病毒（HIV）的检测116
第三节纳米金组装法检测特定多核苷酸序列116
一、测定原理118
二、测定过程119
三、检测方法的特点122
第四节免疫球蛋白修饰异硫氰荧光素二氧化硅微球作为生物标记
探针的应用研究125
第五节生物修饰的荧光纳米颗粒在细胞识别中的应用127
一、生物荧光纳米颗粒对靶细胞的识别127
二、基于生物荧光纳米颗粒的荧光标记方法的灵敏度128
第四章纳米技术在分子生物学中的应用130
第一节纳米技术在生物大分子研究中的应用130
一、纳米级生物分子的观测131
二、DNA合成过程、基因调控过程的扫描隧道显微镜(STM)
研究133
三、质粒DNA及其与限制性内切酶相互作用的研究133
四、对染色体的原子力显微镜研究134
五、对生物分子之间及分子内部的力的测量134
六、生物大分子动态过程的研究135
七、生物大分子的直接操纵和改性136
第二节纳米技术在基因转运与基因工程中的应用138
一、纳米基因转运体138
二、纳米技术在克隆技术中的应用169
三、纳米技术在基因工程中的应用172
第三节纳米技术在其他方面的应用174
一、用于细胞分离技术174
二、用于细胞内部染色174
三、运用于运载多肽和蛋白类的纳米药物控释系统175
四、以DNA为模板自组装产生纳米级功能结构产物177
五、以DNA为模板的纳米粒子的组装177
六、DNA分子自组装产生预先设计的功能结构产物178
参考文献181
附录一
纳米科技大事记191
Memorabilia of Nanotechnology196
附录二
缩略词表203
本书可为广大从事生命科学、生物学、医学、生物医学工程、化学、纳米科学等领域的科学研究人员提供参考和帮助，同时也可作为以上专业领域的本科生和研究生的教材。
纳米生物技术丛书——纳米生物分析化学与分子生物学内容介绍:
本书为《纳米生物技术丛书》之一，详细阐述了纳米技术在生物分析和分子生物学研究中的实践和应用。本书从生物学与纳米技术的发展及两者的关联性开始论述，详细介绍了纳米生物分析中应用的各种纳米生物分析材料、纳米生物分析器件，特别是纳米金溶胶粒子、纳米生物芯片、纳米生物传感器、纳米分子机器、纳米生物计算机的特点及其在生物分析中的应用。另外，本书紧跟纳米分析技术的最新发展与科研成果，较全面地反映了该技术在生物医学和分子生物学中的应用，尤其是在免疫分析、艾滋病毒的检测、生物大分子的观测，以及在基因转运和基因工程中的应用。
本书可为广大从事生命科学、生物学、医学、生物医学工程、化学、纳米科学等领域的科学研究人员提供参考和帮助，同时也可作为以上专业领域的本科生和研究生的教材。
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