仿生防污技术研究进展与展望

海洋生物污损问题给海洋事业的发展带来了许多危害,传统防污技术已日渐不能满足要求,研发新型环境友好型防污剂迫在眉睫.用仿生学原理和化学生态学的方法发展新型无毒仿生防污材料和技术是解决海洋污损问题的新思路.本文综述了污损生物防除技术的发展,并重点介绍了基于化学生态学发现的仿生抗生物附着先导化合物和防污材料,展望了仿生防污技术的发展趋势.     

生物分子的纳米粒子标记和检测技术

生物分子的标记和检测一直是生物分析领域的重要内容 .近年来 ,纳米材料与生物检测技术的结合 ,使得生物分子的检测有了重要的发展 ,这一交叉学科现已成为生物分析领域最具活力的研究方向 .对近期出现的新型纳米粒子标记物的性质、检测原理、特点和应用进行了评述 ,并分析了用该标记物进行分析的可能发展方向     

创新纳米药物在生物医学领域的现状与展望

随着纳米技术的发展及其在生物医学等交叉领域的不断深入,纳米医学进入了空前繁盛的时代.基于有机、无机以及杂化纳米颗粒的多样化发展,具有独特物理化学性质的纳米制剂在疾病的诊断、治疗、生物成像等多个方面具有广泛的应用.纳米药物的发展也已迈入了新的阶段.通过材料创新、表面修饰、结构设计、新型仿生材料研制、内源性纳米囊泡提取等多...     

纳米生物催化的研究现状和发展态势

纳米生物催化领域包括:(ⅰ)利用纳米技术或纳米材料调控生物催化剂的效率;(ⅱ)直接利用纳米材料或技术实现生物催化功能,并拓展生物催化在非友好环境及疾病诊疗中的应用.纳米生物催化已成为纳米生物学重要的研究领域,主要涉及纳米载体固定化酶和纳米材料人工模拟酶(纳米酶).一方面,可以借助纳米技术或材料所具有的特殊纳米效应来增强生物催化剂的效率和稳定性.另一方面,从模拟酶的理念出发,借助纳米材料自身所具有的催化能力,直接实现对生化反应的催化,这类具有酶学特性的纳米酶被视为新一代人工模拟酶.近年来,基于纳米载体固定化酶和纳米酶技术的纳米生物催化已在疾病诊断和治疗、化工制药、环境处理等领域得到了广泛研究,并展示了其具有重要的应用价值.本文简要综述了纳米载体固定化酶和纳米酶的发展历程及应用进展.     

粘合材料及其在生物医学中的应用：进展与展望

粘合材料作为一种重要的辅助材料,在工业包装、海洋工程以及生物医药等多个领域都有广泛的应用需求。天然存在的粘合剂如贻贝足丝粘合蛋白等具有良好的生物相容性和生物可降解性,但因其来源受限及在生理环境下较弱的粘合性能,因此在生物医药领域的应用受到了限制。从自然生物的粘合现象中汲取灵感,各种利用化学或生物合成方法制备的仿生粘合材料应运而生,针对生物医药领域的特定需求,一些新兴粘合材料在生物相容性、生物可降解性以及组织粘附等方面都表现出在医药领域应用的潜力。展望未来,受自然粘合材料兼具环境响应、自我再生和自修复等特征的启迪,各种生物灵感和生物仿生粘合材料的开发势必是未来的发展热点,而合成生物学技术为创建具有上述特征的活体粘合材料提供了新的可能。     

仿生技术在合成农药中的应用进展

仿生学是近年来发展起来的工程技术与生物科学相结合的交叉学科.人们发现,一些关于植物和动物的相类似的功能,实际上是超越了人类自身在此方面的技术设计方案的.植物、动物和微生物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应了自然,而且其适应程度接近完美.仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能,而仿生技术在生物学和技术之间架起了一座桥梁,并且对解决技术难题提供了帮助.通过再现生物学的原理,人类不仅找到了技术上的解决方案,而且同时该方案也完全适应了自然的需要.仿生学的目的就是分析生物过程和结构,并把得到的分析结果用于未来的设计.     

纳米生物学与纳米酶学：新兴交叉科学

纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生并蓬勃发展的新兴科学技术,以多学科交叉融合为特色,为物理、化学、材料和生命科学等提供新的技术手段和研究视角.纳米材料的结构及表面物理化学性质直接决定了其与生物分子、细胞、组织、器官及个体的相互作用方式,并由此产生独特的生物效应——纳米生物效应.纳米生物学是从个体、细胞及分子水平深入研究纳米生物效应、阐明其精确机制的交叉科学,现已成为极具挑战性的热点前沿领域.中国科学家在纳米生物学领域已取得一系列令国际同行瞩目的重要进展,其中纳米酶(nanozyme)的开发及应用研究是极具代表性的原创发现之一.     

一个新奇的世界——《生物与仿生》及其他

如果说生物界的科学奧秘令人惊叹,那么,人类在工程技术上模仿生物体的结构和功能所取得的成就就更是令人振奋了,一门崭新的边缘科学——仿生学,愈来愈引人注目!人民教育出版社出版的新书《生物与仿生》(王谷岩编著),将带你漫游仿生学的画廊. 《生物与仿生》采用漫谈的笔法,向读者展现了一幅幅激动人心的科学图画。在这里你不仅能看到平时不为人注意或不易看见的有趣的生物学现象,还能看到科学家们是怎样带着工程技术的难题向生物请教     

昆虫复眼的仿生学应用

昆虫复眼结构独特、功能优异,是重要的仿生对象。仿生学家模拟复眼特性研发了人造同位复眼照相机;模拟蜻蜓复眼结构研制了相控阵雷达;从蚂蚁、蜜蜂和其他昆虫的复眼结构中得到启示,研制了偏振光导航仪;根据甲虫的视动反应机制研制出空对地速度计。科学家还对昆虫复眼的信息加工原理进行研究,研制出寻的末制导装置;法国科学家研制出仿复眼视觉导航装置及昆虫化机器人。     

蚕丝纳米纤维在组织工程领域的研究进展

在组织工程中最为关键的是提供理想的生物材料支架,而结构和功能仿生是组织工程支架最重要的性能要求,但仿生组织工程支架的设计与构建必须由纳米纤维来实现.本文介绍蚕丝纳米纤维的性能特点,并通过国内外文献证实了家蚕丝素具有良好的生物相容性等优良特性,在组织工程领域广泛应用.然而,与家蚕丝相比,野蚕丝更利于细胞的黏附、生长,因此我们推测利用我国特有的野蚕丝素进行静电纺丝制取纳米纤维,有望在生物医学领域获得新的进展.     

趋磁细菌蛋白参与磁铁矿生物矿化机制的研究进展

生物矿化是生命体系中的一种重要而又特殊的生理过程。生命体中存在着各种各样的生物矿化产物,从生物体骨骼与牙齿到纳米级的金属氧化物都是生物矿化的产物。生物矿化与普通矿化的最大不同就是其反应过程中有生物分子、生物代谢、细胞以及有机基质的参与。多种生物因素参与的矿化反应,不仅反应条件温和,而且反应产物具有更好的材料性能和生物兼容性,最为典型的是趋磁细菌可以通过生物矿化过程形成尺寸均一、单磁筹的生物膜包裹着的磁性纳米晶体——磁小体。本文主要介绍了趋磁细菌重要磁小体膜蛋白以及铁载体蛋白(铁蛋白)在磁铁矿生物矿化过程中的作用和功能,综述了该领域的最新研究概况。通过对趋磁细菌发生生物矿化过程的深入探讨可进一步揭示生物大分子调控无机矿物生长的分子机制,为仿生合成新型生物材料提供重要的理论依据。     

仿生技术构建小口径人造血管

目的：研究以改性猪小肠粘膜下层组织(SIS)为支架,利用仿生技术构建小口径人造血管的可行性。方法：自犬隐动脉分离出血管内皮细胞和平滑肌细胞,与胶原蛋白凝胶均匀混合,分别种植于改性SIS膜表面,制成3 mm 仿生三层人造血管为实验组;制成单层人造血管为对照组,分别植入修复15例犬双侧股动脉缺损,术后进行彩超、组织学检测和电镜检测鉴定。结果：植入12周,14个仿生人造血管保持通畅,通畅率93.3%,有血管样生物结构形成,管腔内壁有完整的内皮覆盖,管壁中层见大量平滑肌细胞;对照组通畅率60%,有少许内皮细胞覆盖。结论：仿生小口径人造血管具有良好的血液相容性,并能在体内保持良好通畅性, 修复动脉缺损效果满意。     

仿生黏弹性高分子水凝胶及其生物医学应用

天然细胞外基质和生物体软组织固有的黏弹性是调控细胞行为和组织修复与再生过程的关键因素.基于动态建构化学反应交联得到的动态高分子水凝胶材料可有效模拟在体细胞或组织的黏弹性力学微环境,为体外调控细胞命运、揭示其力学生物学响应机制提供了重要工具,也为组织修复与再生提供了仿生支架材料.本综述在介绍天然细胞外基质及生物体软组织黏弹性的基础上,重点对仿生黏弹性水凝胶材料的设计思路、性能表征及影响因素等进行了概括和总结,并揭示了黏弹性水凝胶调控细胞、组织行为的规律及机制,最后,分析了目前该领域研究中所存在的问题并对未来发展方向进行了展望.本综述将有助于启发高分子水凝胶的仿生功能化设计思路及材料生物学效应研究,进一步拓展高分子水凝胶材料的生物医学应用.     

合成生物学在生物材料科学中的应用及展望

生物材料的发展最早以生物惰性的工业材料为主,而后过渡到具有生物活性的材料,再发展为具备与生物体有可控生物反应的材料。未来,随着老龄化时代的来临以及精准医学的需求,生物材料的发展必然朝着动态可调控、高效多功能及仿生交互的方向发展。合成生物学以基因回路设计为核心,采用标准化元件在人造生物器件中实现可控的复杂功能,极大地推动了生命科学的发展。简要回顾了生物材料的发展,重点介绍了合成生物学在组织工程支架、可控药物输送体系、生物杂化材料及工程活体材料方面的应用,并讨论了未来合成生物学将如何更深远地影响生物材料的发展以及合成生物学在生物材料应用方面需要克服的一些挑战。     

纳米生物技术的医学应用及研究进展

纳米技术是指对1~100纳米范围内对物质和材料进行研究处理的技术。纳米生物技术是纳米技术中的一个重要研究领域,近些年在医学中有着非常广泛的应用前景。我国与发达国家相比在纳米生物技术方面起步较晚,但是近几年在生物医药领域的研究也先后取得了一定的研究进展。本文就我国纳米生物技术在医学上的应用进行了综述,希望对推进纳米生物技术的进一步发展起到推动作用。     

纳米雕塑范例

T4抗菌素该作品是一个人造的纳米T4抗菌素立体塑像。T4抗菌素是一种具有水蛇腰、六条腿,貌似乌贼的生物体内的病毒。该作品雕刻使用的是一种被称作"聚焦离子束"的技术。T4抗菌素雕塑本身材料为金刚石,基底为晶体硅。抗菌素雕塑的尺寸为真实抗菌素的十倍左右,即高度数百纳米。该作品的形态逼真传神,曾荣获49届国际电子束/离子束/光束技术与纳米加工微观大赛一等奖。     

纳米生物效应及安全性研究

纳米生物效应是研究纳米尺度物质与生命过程相互作用及其结果的一个新兴科学领域。介绍了纳米生物效应研究的内容、科学意义、国际发展现状和我国的研究进展。     

石鳖主侧齿齿尖铁矿化途径与铁蛋白定位

生物矿化在自然界广泛存在。矿化过程通过精确控制形成精致、有序的分级结构,如骨骼、牙齿、贝壳、齿舌等,迄今已发现约60多种生物矿化物,其中钙化物的种类最多,铁化物有5—6种1,2。磁铁矿(Fe3O4)在众多的生物体内均有发现3。纳米磁铁矿在生物医学领域有广泛的应用前景,如制备磁性微球、磁性微囊、磁性脂质体、磁性微乳等4,5。生物矿化吸引着众多科学家的关注,人们期望通过矿化结构的研究,了解矿化机理,并利用仿生学原理合成功能性材料。       

纳米材料在生物医学检测中的应用

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。纳米材料是纳米技术发展的重要基础,它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。对几类常见的纳米材料包括纳米金、量子点、磁性纳米粒子、碳纳米管和硅纳米线在蛋白质、DNA、金属离子以及生物相关分子检测方面的应用进行综述。     

微图形化技术及其在生物医学研究中的应用

结合生物物理学与生物化学的微细加工技术已可以获得与生物大分子相近的特征尺寸,推动了微图形化技术在药物筛选与新药开发、组织工程、疾病诊断等领域的应用．综述了微图形化技术在生物医学领域的发展,讨论了光刻、软光刻、模板辅助构图、扫描探针加工、喷墨构图、激光诱导图形化等方法,分析了各种方法的优势、局限性与适用范围,指出分辨力与精度、图形化规模、实验加工条件等是选择不同图形化方法的主要依据．而基于生物物理学和生物化学等对纳米尺度的处理过程进行定量分析、进一步提高其生物兼容性及材料适应性、发展适合图形化芯片的体内微环境模拟技术等是微图形化技术进一步发展的方向．