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论纳米生物技术与现代林业

时间:2013-12-17来源:科印网作者:陈希荣、苏孝同

  一、纳米生物技术体系的确立

  (一)纳米科学技术的广义范围及基本概念

  纳米科学技术(NANO-ST)是指在纳米尺度(1nm-100nm)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用科印报告,以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术,是本世纪科学技术发展的主流方向。纳米技术(nanotechnology)的概念产生于分子组装的概念。至于什么是纳米技术,对于不同的研究领域和研究人员,其看法大相径庭。从迄今为止的研究状况来看,大体上可分为三种概念。

  第一个概念就是德雷克斯勒博士提出的“分子纳米技术”的概念。即在1纳米-100纳米尺度上对物质(存在的种类、数量和结构形态)进行精确观测、识别与控制的研究与应用的高新技术。它的最终目标是直接以分子、原子在纳米尺度上制造具有特定功能的产品包装材料,实现生产方式的飞跃。

  第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限,也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。

  第三种概念是从生物的角度出发而提出的。生物在细胞和生物膜内本来就存在纳米级的结构。事实上,每个细胞能量,还能根据其DNA上的信息制造并输出蛋白质和酶。通过将不同物种的DNA重新组合,基因工程师已经学会了如何制造新的纳米装置。 报纸印刷

  (二)与生物学有关的微观物质结构的尺度

  当看到“纳”字出现在一个物体的名字当中时标签,意味着该物体是分子水平上加以控制的有序物质。生物系统是复杂纳米系统的唯一真实例证,因而生物学是纳米技术创新的源头。生物技术方法已经成为通向纳米技术的方法之一。纳米技术所有目标几乎都集中在生物系统。为此,生物分子科学是最明显可以用于建立纳米技术的了。

  生物分子不仅具有纳米尺度大小,而且拥有纳米粒子的特异性质。生物体内的蛋白质和核酸的几何尺寸属纳米量级,一条DNA链的粗细为1nmAdobe,基因排序是纳米微阵列,ATP酶是一种生物体中普遍存在的酶,直径小于12nm。染色体纤维30nm,细胞膜具有纳米精细结构。如:血液中红血球大小为6000-9000nm,一般的细菌长度为2000-3000nm电子监管码,病毒尺寸一般为几十纳米,蛋白质的尺寸为1-20nm,生物体内的RNA蛋白质复合体,线度在15-20nm之间,DNA链的直径为1nm等。

  核酸、脂肪单元和碳水化合物等尺寸都在纳米范围。生物大分子物质如:蛋白质、磷脂、脂质体、胶原蛋白等数字出版,形成生物性高分子纳米颗粒。小核糖核酸家族被称作纳米核糖核酸(nanoRNA)。无机物和有机物的转化、生物与非生物的界限、生命的起源就在纳米尺度上发生。 原稿

  微生物是生物纳米技术重点研究的领域之一。病毒的尺寸一般为几十纳米,最小的微生物20nm,称“纳米生物”。纳米级生物也可以称为微生物。细菌广泛分布在自然界中,而且数量很多,一般每克土壤中的细菌数量可达109个以上油墨,海洋及地壳中的微生物形成“纳米生物圈”。浩瀚的海洋就是一个庞大超微粒的聚集场所,原先认为,海洋中非生命的亚微米的粒子(0.4-1μm)十分丰富,浓度为106-107个/ml,最近科学家在南太平洋发现小于120nm的海洋胶体粒子的浓度至少是亚微米粒子的三倍。通过对这些纳米粒子的研究图像处理,可以了解海洋、生命的起源以及获取开发海洋资源的信息。

  DNA芯片是纳米生物技术的核心和关键所在,生物芯片组装就用纳米技术。DNA分子是在纳米水平上旋转的双螺旋结构。DNA分子的存储容量十分巨大。如1M3的DNA溶液可存储1万亿比特的数据,超过目前所有计算机储容量的总和。而DNA计算机所消耗的能量却小的出奇,只有普通半导体计算机的10亿分之一。从染色质到染色体的变化,看DNA双螺旋2nm-核小体(核粒)连接成的染色质“串珠”11nm-染色质纤维30nm--染色体伸展切面300nm-染色体横切面700nm-中期染色体1400nm。人类对基因组的研究都是纳米级的研究。在遗传学、转基因学等领域的研究都包含了纳米技术。 包装防伪

  (三)生物技术与纳米技术

  1、生物技术与纳米技术的重要区别在于:

  生物世界是由纳米级单位构成。生命系统是由纳米尺度上的分子行为所控制的。人类对基因组织的研究都是纳米级的研究印刷设备,在遗传学、转基因学等领域的研究都包含了纳米技术。

  纳米生物学是在纳米尺度上研究生物大分子、细胞器的结构、功能和动态生物过程。它的诞生和发展对整个生命科学的进步是至关重要的。这门交叉学科的宗旨是应用纳米科学技术的新方法、新技术和新思路研究生物学中的前沿课题,促使生物学研究从定性走向定量,从宏观的分子水平走向纳米尺度下的单分子水平;生物技术、生命科学发展的一个非常重要的趋势,就是进入分子层次对生物结构、生命现象进行研究,并发展相关的方法与技术。从生物分子层次印刷教育,或者超分子层次到亚细胞水平的诸多生命结构都属于纳米尺度的范畴。发展相关的纳米结构表征测量技术,无疑为生物技术与生命科学的研究提供了强大的技术支援。同时,纳米材料的不断发展及纳米技术的批量微细加工或批量制造技术等,都为生物科学的进一步研究提供了重要的基础。

  因为纳米技术是一种改善许多发展性的和革命性的技术的方法,范围从简单的像油漆、玻璃、不光滑的表面到超前的想法如比色纳米传感器、神经电子界面印刷检测,它将具有生物技术和高技术工业两者各自的一些特征。Purdue大学的基因学家普尔·托马斯说:“生物技术和纳米技术有许多相似性。” 收购

  2、生物技术与纳米技术的融合:

  毋庸讳言,纳米材料、纳米控制等纳米技术支撑着目前生物技术的发展,分子甄别及外形确定等的解析也已经应用了纳米化学、芯片等技术。生物技术与纳米技术融合,是解析生命体的基因信息,进行基因操作的必然结果。

  现在我们就经常无法将纳米生物学与分子生物学截然分开。这本身也体现出当今科学交叉融合发展的显著特点。

  纳米生物技术是纳米技术和生物技术相结合的产物。所包含的内容非常丰富拼版,并以极快的速度增加和发展,纳米技术发展的关键在于纳米材料、纳米加工与纳米表征测量技术的进步。这也是生物技术发展所明确要求的技术依托。

  3、目前生物技术的进步,也对纳米技术起着很好的牵引、促进与推动作用。对生物纳米结构认识的不断加深,使得可以设想制造出结构更加合理紧凑、功能更加完善的纳米机器人。

  伴随着生物技术与纳米技术融合带来的技术发展,有必要建立新的理论和概念


陈希荣专栏

总访问量:87282 更新时间:2015-01-19 10:50:35

  职务:原任海尔集团GO包装专家、职能部长,现任美的集团中央研究院包装技术专家,中国包装联合会纸包装委员会副秘书长、原专家委员会主任,中国包装联合会电子包装技术委员会副秘书长,中国印刷技术协会柔印分会理事,中国管理科学研究院学术委员会特约研究员、北京印刷学院客座教授,国际科学研究院特聘(终身)教授、国家工业与信息化部两课题专家组成员, 绿色包装产学研联盟专家,《中国包装工业》专家顾问、全国理事会理事,《纸包装工业》顾问,《全球包装工业》编委,《出口商品包装》荣誉编委,《纸盒包装》编委,“第三届中国科学家论坛”特邀嘉宾。
  多年来,致力于中国包装研究,推进包装行业的技术进步,属于国际首创的技术创新有;低碳冷定型瓦楞机生产线;低温瓦线粘合剂;低碳智能环保纸纱复合制袋技术及设备等。代表了我国包装的先进水平。先后在国家一级报刊杂志上发表学术论文,研究成果822篇,共800多万字,专著4部。10次获国家优秀学术成果及论文一等奖、特等奖。2001年以来,先后荣获“全国优秀学术工作者”、“优秀包装工作者”、“中国企业家思想成就奖”、“ 中国包装之星奖”。荣获“建国60周年中国科技自主创新突出贡献奖”。“中国行业精英百位突出贡献人物奖”。
  被邀在各种包装研讨会、年会.论坛、学术会议作主题演讲及专题学术报告150多场次,受到广泛的赞扬。出席国际性学术会议六次。创建了我国第一个包装专家工作室,为320多家企业提供了包装咨询答疑与技术服务。许多文章被众多媒体、网络、网刊引用或转载在业内极具影响力。

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