Войти
Нанобиотехнологии, бионанотехнологии и нанобиология - это термины, относящиеся к пересечению нанотехнологии и биологии. Учитывая, что эта тема возникла совсем недавно, бионанотехнология и нанобиотехнология служат общим термином для различных связанных технологий.
Эта дисциплина указывает на слияние биологических исследований с различными областями нанотехнологий. Понятия, которые расширяются с помощью нанобиологии, включают: наноустройства (например, биологические машины ), наночастицы и наноразмерные явления, возникающие в рамках дисциплины. нанотехнологий. Такой технический подход к биологии позволяет ученым придумывать и создавать системы, которые можно использовать для биологических исследований. Биологические нанотехнологии используют биологические системы как источник вдохновения для еще не созданных технологий. Однако, как и в случае с нанотехнологиями и биотехнологиями, бионанотехнология действительно связана с множеством потенциальных этических проблем.
A рибосома - это биологическая машина.. Наиболее важные цели, которые часто встречаются в нанобиологии, включают применение наноинструментов для решения соответствующих медицинских / биологических проблем и совершенствование этих приложений. Разработка новых инструментов, таких как пептоидных нанолистов, для медицинских и биологических целей - еще одна основная цель нанотехнологии. Новые наноинструменты часто создаются путем совершенствования приложений уже используемых наноинструментов. Визуализация природных биомолекул, биологических мембран и тканей также является важной темой для исследователей в области нанобиологии. Другие темы, касающиеся нанобиологии, включают использование консольных матричных датчиков и применение нанофотоники для управления молекулярными процессами в живых клетках.
В последнее время использование микроорганизмов для синтеза функциональных наночастиц представляет большой интерес. Микроорганизмы могут изменять степень окисления металлов. Эти микробные процессы открыли нам новые возможности для изучения новых приложений, например, биосинтеза металлических наноматериалов. В отличие от химических и физических методов, микробные процессы синтеза наноматериалов могут осуществляться в водной фазе в мягких и экологически безопасных условиях. Этот подход стал привлекательным направлением текущих исследований зеленой бионанотехнологии в целях устойчивого развития.
Эти термины часто используются как синонимы. Однако, когда подразумевается различие, оно основано на том, делается ли акцент на применении биологических идей или на изучении биологии с помощью нанотехнологий. Бионанотехнология обычно относится к изучению того, как цели нанотехнологии могут определяться путем изучения того, как работают биологические «машины», и адаптации этих биологических мотивов для улучшения существующих нанотехнологий или создания новых. Нанобиотехнология, с другой стороны, относится к способам использования нанотехнологий для создания устройств для изучения биологических систем.
Другими словами, нанобиотехнология - это, по сути, миниатюризированная биотехнология, тогда как бионанотехнология - это особая применение нанотехнологий. Например, ДНК-нанотехнология или клеточная инженерия могут быть классифицированы как бионанотехнологии, потому что они включают работу с биомолекулами в наномасштабе. И наоборот, многие новые медицинские технологии, включающие наночастицы в качестве систем доставки или сенсоров, могут быть примерами нанобиотехнологии, поскольку они предполагают использование нанотехнологий для достижения целей биологии.
Определения, перечисленные выше, будут использоваться всякий раз, когда в этой статье проводится различие между нанобио и бионано. Однако, учитывая частичное использование терминов в современном языке, может потребоваться оценка отдельных технологий, чтобы определить, какой термин более подходит. Как таковые, их лучше всего обсуждать параллельно.
Кинезин, идущий по микротрубочке. Это молекулярная биологическая машина, которая использует динамику белковых доменов на наномасштабах . Большинство научных концепций в бионанотехнологии заимствованы из других областей. Биохимические принципы, которые используются для понимания материальных свойств биологических систем, являются центральными в бионанотехнологии, потому что те же самые принципы должны использоваться для создания новых технологий. Свойства материалов и области применения, изучаемые в бионауке, включают механические свойства (например, деформацию, адгезию, разрушение), электрические / электронные (например, электромеханическое воздействие, конденсаторы, накопители энергии / батареи), оптические (например, поглощение, люминесценция, фотохимия ), термический (например, термосенсор, терморегулирование), биологический (например, как клетки взаимодействуют с наноматериалами, молекулярные дефекты / дефекты, биочувствительность, биологические механизмы, такие как механочувствительность ), нанонаука о болезнях (например, генетическое заболевание, рак, отказ органов / тканей), а также вычисления (например, ДНК-вычисления ) и сельское хозяйство (целевая доставка пестицидов, гормонов и удобрений. Воздействие бионанауки достигнуто через структурный и механистический анализ биологических процессов в наномасштабе, это их перевод в синтетические и технологические приложения с помощью нанотехнологий.
Нанобиотехнология берет большую часть своих основ из нанотехнологий огы. Большинство устройств, предназначенных для использования в нанобиотехнологиях, напрямую основаны на других существующих нанотехнологиях. Нанобиотехнология часто используется для описания перекрывающихся междисциплинарных видов деятельности, связанных с биосенсорами, особенно там, где сходятся воедино фотоника, химия, биология, биофизика, наномедицина и инженерия. Другим примером являются измерения в биологии с использованием методов волновода, таких как интерферометрия с двойной поляризацией.
Приложения бионанотехнологии чрезвычайно распространены. Поскольку это различие сохраняется, нанобиотехнология гораздо более распространена, поскольку она просто предоставляет больше инструментов для изучения биологии. Бионанотехнология, с другой стороны, обещает воссоздать биологические механизмы и пути в форме, полезной для других целей.
Наномедицина - это область медицинской науки, применение которой все шире и шире благодаря нанороботам и биологическим машинам, которые представляют собой очень полезный инструмент для развития этой области знаний. В последние годы исследователи внесли множество улучшений в различные устройства и системы, необходимые для разработки нанороботов. Это предполагает новый способ лечения и борьбы с такими заболеваниями, как рак; благодаря нанороботам, побочные эффекты химиотерапии были под контролем, уменьшены и даже устранены, поэтому через несколько лет больным раком будет предложена альтернатива для лечения этого заболевания вместо химиотерапии, которая вызывает вторичные эффекты, такие как выпадение волос, усталость или тошнота убивая не только раковые клетки, но и здоровые. На клиническом уровне лечение рака с помощью наномедицины будет заключаться в поставке пациенту нанороботов с помощью инъекции, которая будет искать раковые клетки, оставляя здоровые нетронутыми. Пациенты, которых будут лечить с помощью наномедицины, не заметят присутствия этих наномашин внутри себя; единственное, что будет заметно, - это постепенное улучшение их здоровья. Нанобиотехнология очень важна для разработки лекарств. Это также очень помогает в создании вакцин.
Нанобиотехнология (иногда называемая нанобиологией) лучше всего описывается как помощь современной медицине в прогрессе в лечении симптомы для создания лечения и регенерации биологических тканей. Трое американских пациентов получили целые культуральные мочевые пузыри с помощью врачей, применяющих в своей практике методы нанобиологии. Кроме того, в исследованиях на животных было продемонстрировано, что матка может быть выращена вне тела, а затем помещена в тело, чтобы произвести ребенка. Лечение стволовыми клетками использовалось для лечения заболеваний, которые обнаруживаются в сердце человека и проходят клинические испытания в США. Есть также финансирование исследований, позволяющих людям иметь новые конечности, не прибегая к протезам. Искусственные белки также могут стать доступными для производства без использования агрессивных химикатов и дорогостоящих машин. Высказывались даже предположения, что к 2055 году компьютеры могут быть сделаны из биохимических веществ и органических солей.
. Другой пример современных нанобиотехнологических исследований включает наносферы, покрытые флуоресцентными полимеры. Исследователи стремятся разработать полимеры, флуоресценция которых гасится при встрече с определенными молекулами. Разные полимеры обнаруживают разные метаболиты. Сферы с полимерным покрытием могут стать частью новых биологических анализов, и когда-нибудь технология может привести к частицам, которые можно будет вводить в организм человека для отслеживания метаболитов, связанных с опухолями и другими проблемами со здоровьем. Другим примером, с другой точки зрения, может быть оценка и терапия на наноскопическом уровне, то есть лечение нанобактерий (размером 25-200 нм), как это делается в NanoBiotech Pharma.
Хотя нанобиология находится в зачаточном состоянии, существует множество многообещающих методов, которые в будущем будут опираться на нанобиологию. Биологические системы по своей природе являются наноразмерными; нанонаука должна слиться с биологией, чтобы создать молекулярные машины, похожие на природу. Управление и имитация устройств и процессов, построенных из молекул, - это огромная проблема, с которой сталкиваются конвергентные дисциплины нанобиотехнологии. Все живые существа, включая людей, можно рассматривать как нанофундаменты. Естественная эволюция оптимизировала «естественную» форму нанобиологии за миллионы лет. В 21 веке люди разработали технологию искусственного использования нанобиологии. Этот процесс лучше всего описать как «органическое слияние с синтетическим». Колонии живых нейронов могут жить вместе на устройстве биочип ; согласно исследованию доктора Гюнтера Гросса из Университета Северного Техаса. Самособирающиеся нанотрубки могут использоваться в качестве структурной системы. Они будут составлены вместе с родопсинами ; которые упростят процесс оптических вычислений и помогут с хранением биологических материалов. ДНК (как программное обеспечение для всего живого) может использоваться как структурная протеомная система - логический компонент для молекулярных вычислений. Нед Симан - исследователь из Нью-Йоркского университета - вместе с другими исследователями в настоящее время исследуют концепции, которые похожи друг на друга.
ДНК-нанотехнология - один из важных примеров. бионанотехнологий. Использование присущих нуклеиновых кислот свойств, таких как ДНК, для создания полезных материалов является многообещающей областью современных исследований. Другая важная область исследований включает использование свойств мембраны для создания синтетических мембран. Белки, которые самоорганизуются для создания функциональных материалов, могут быть использованы в качестве нового подхода для крупномасштабного производства программируемых наноматериалов. Одним из примеров является разработка амилоидов, обнаруженных в бактериальных биопленках, в виде сконструированных наноматериалов, которые могут быть генетически запрограммированы на получение различных свойств. Сворачивание белка Исследования предоставляют третье важное направление исследований, но оно в значительной степени сдерживается нашей неспособностью предсказать сворачивание белка с достаточно высокой степенью точности. Тем не менее, учитывая бесчисленное множество применений белков в биологических системах, исследования по пониманию фолдинга белков имеют большое значение и могут оказаться плодотворными для бионанотехнологий в будущем.
- еще одна важная область исследований в бионанотехнологии, где физико-химические свойства липидов, такие как их противообрастающее действие и самосборка, используются для создания наноустройств с приложениями в медицине и технике. Подходы липидных нанотехнологий также могут быть использованы для разработки методов эмульсии следующего поколения для максимального увеличения абсорбции жирорастворимых питательных веществ и способности включать их в популярные напитки.
Применение нанотехнологий в биотехнологии листья нет ни одной области, не затронутой революционными научными инновациями в области здоровья человека; сельское хозяйство не исключение. В основном наноматериалы различают в зависимости от происхождения: природные, случайные и искусственно созданные наночастицы. Среди них созданные наночастицы привлекли широкое внимание во всех областях науки, включая медицину, материалы и сельскохозяйственные технологии, благодаря значительному социально-экономическому росту. В сельском хозяйстве созданные наночастицы служат наноносителями, содержащими гербициды, химические вещества или гены, которые нацелены на определенные части растений, чтобы высвободить их содержимое. Ранее сообщалось, что нанокапсулы, содержащие гербициды, эффективно проникают через кутикулу и ткани, обеспечивая медленное и постоянное высвобождение активных веществ. Точно так же в другой литературе описывается, что медленное высвобождение удобрений в нанокапсулах также стало тенденцией к сокращению потребления удобрений и минимизации загрязнения окружающей среды за счет точного земледелия. Это лишь несколько примеров из многочисленных исследовательских работ, которые могут открыть захватывающие возможности для применения нанобиотехнологий в сельском хозяйстве. Кроме того, нанесение такого рода инженерных наночастиц на растения следует рассматривать как уровень дружелюбия, прежде чем применять их в сельском хозяйстве. Основываясь на тщательном обзоре литературы, стало понятно, что существует лишь ограниченная достоверная информация, доступная для объяснения биологических последствий создания наночастиц для обработанных растений. В некоторых отчетах подчеркивается фитотоксичность разработанных наночастиц различного происхождения для растений, вызванная концентрацией и размером. В то же время, однако, было сообщено о таком же количестве исследований с положительным результатом применения наночастиц, которые способствуют росту растений при выращивании растений. В частности, по сравнению с другими наночастицами, применения на основе наночастиц серебра и золота показали положительные результаты на различных видах растений с меньшей токсичностью и / или без нее. Листья спаржи, обработанные наночастицами серебра (AgNP), показали повышенное содержание аскорбата и хлорофилла. Точно так же фасоль и кукуруза, обработанные AgNP, имеют увеличенную длину побегов и корней, площадь поверхности листьев, содержание хлорофилла, углеводов и белков, о которых сообщалось ранее. Золотая наночастица использовалась для стимулирования роста и урожайности семян Brassica juncea.
В этой области используются различные методы исследования, включая экспериментальные инструменты (например, визуализация, определение характеристик с помощью AFM / оптический пинцет и т. Д.), инструменты на основе дифракции рентгеновских лучей, синтез посредством самосборки, определение характеристик самосборки (например, с использованием MP-SPR, DPI, методы рекомбинантной ДНК и т. Д.), Теории (например, статистическая механика, наномеханика и т. Д.), А также вычислительные подходы (восходящие мульти- масштаб моделирование, суперкомпьютер ).
