纳米科学在生物学中的进展

纳米科学是分子尺度上的物质研究。这被定义为纳米（nm）和微米（μm）之间的物质操纵。

纳米球 - 纳米粒子 - 抽象3D插图。

为了生物学的目的，纳米科学是一种利用纳米级应用的材料，装置和系统的方法。大部分的生命机制至少部分落在这个尺寸范围内。在纳米范围内测量的天然生物实体的一些例子是：

1. DNA双螺旋具有2nm的直径
2. 细胞膜厚约10nm
3. 真核细胞的直径约为10微米

类似地，人造纳米结构可以以相同的尺寸构建。这些的一些例子是具有约2nm开口的纳米孔，10nm直径的纳米线和直径为10到100纳米的纳米颗粒。纳米材料的化学和物理学可以独特而令人惊讶，并导致了生物科学方面的一些重要创新。

测量

纳米级孔可用于通过尺寸和生物化学性质来分离分子。离子通道是天然结构的一个例子，而不是根据大小来区分分子。离子通道在埃范围内具有选择性，或约十分之一纳米。

研究人员已经推论，可以使用相同的机制来解开和分离用于其核苷酸测序的DNA。在一个实验中，将修饰的天然蛋白质孔α-溶血素插入稍大的合成纳米孔中。与天然孔相比，杂交孔表现出增加的选择性和灵敏度，但是在机械上更稳定。

另一种基于纳米技术创建的测量装置是用于活性氧（ROS）的碳纳米管传感器。它具有基于光学荧光猝灭的单分子分辨率。该传感器能够识别细胞膜附近的高ROS浓度的瞬时“热点”。

微流控

微流体技术是一种纳米级技术，用于处理1微微升（约10微米）的液滴。其优点是在这些体积下试剂的有效浓度增加，而扩散距离减小。这为高通量分析提供了更高的效率。

纳米材料在临床诊断中是有用的，因为它们更大的表面积可以用于捕获生物标志物。研究人员开发了一种使用微流控芯片分析血液的装置，该芯片具有使用DNA接头结合抗体的图案化基质。抗体检测与细胞因子，生长因子和抗原表达相关的生物标志物。

纳米针援助药物交付

纳米技术已经被用于开发可以通过细胞壁递送物质而不破坏细胞或通过人体皮肤比皮下注射针更少侵入的针。

在实验中，使用直径约50nm和高1μm的图案化的硅纳米线阵列将分子试剂递送到细胞中以促进神经元的生长，siRNA敲低和抑制细胞凋亡。他们还将蛋白质靶向细胞器。

使用另一种类型的纳米针阵列将药物递送至皮肤中的受控深度。微针快速退化，不留痕迹。