Наука и производство

Биотехнология и нанотехнология

Понятие о биотехнологии

Биотехнология (не путать с химической технологией) – это наука о жизни, которая занимается изучением и модификацией живых организмов и биомолекул для обеспечения рентабельного производства различных продуктов и переносчиков. Она включает в себя экспертизу во многих областях, от биологической, биохимической, молекулярно-биологической, молекулярной инженерии и генной инженерии до сельскохозяйственных знаний.

Понятие о биотехнологии и нанотехнологии сделало возможным детальное изучение генов и даже полных геномов, сделала возможным синтез генетически модифицированных продуктов и генно-инженерных организмов, а также появление успешных результатов генной терапии, производство основных лекарств из генно-инженерных бактерий, таких как человеческий инсулин.

Отличия биотехнологии и нанотехнологии

Нанотехнология имеет дело с материалами в нанометровом масштабе, который в тысячу раз меньше микрометрового масштаба. Это сопоставимо по размеру с биомолекулами и биоматериалами, а не с клетками растений и животных или вирусами, с которыми работает биотехнология.

Разница между биоматериалом и наноматериалом заключается в том, что, хотя биомолекулы сконструированы для различных целей, они не считаются наноматериалами, потому что они не созданы человеком. Таким образом, одно фундаментальное различие между биотехнологией и нанотехнологией заключается в природе материалов.

Биотехнология использует биомолекулы и организмы для разработки фармацевтической терапии, лечения и исследований, а также сельскохозяйственных инноваций. Используемые молекулы могут включать антитела, нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, белки и гормоны, вирусы, клетки человека и бактерии, а также клетки растений.

В то время как биомолекулы, обычно, имеют размер в диапазоне 3-15 нм, клетки человека и растительные клетки могут иметь размеры до 25 микрон и 100 микрон соответственно, в их максимальном размере.

Нанотехнология использует искусственные и неорганические материалы, которые обычно имеют размер менее 100 нм. Другое отличие заключается в типе применения, для которого используется материал или молекула.

Биотехнология применяется к наукам о жизни. Нанотехнологии обычно стремятся к вычислительным приростам или усовершенствованиям, улучшению электронной производительности, а также производству и хранению энергии для различных применений.

Бионанотехнология на стыке нанотехнологии и биотехнологии

Однако в некоторых областях эти поля перекрываются. Их называют нанобиотехнологиями и бионанотехнологиями, и они не идентичны.

Нанобиотехнология

Технология нанобиотехнологий включает наномолекулы в биологические системы или миниатюризирует биотехнологические решения до нанометрового размера для достижения большей досягаемости и эффективности. Это может привести к более эффективным и недорогим методам анализа и терапии.

Биомолекулы часто добавляются снаружи наночастиц для использования определенных молекул для данной цели. Эти гибридные наноструктуры используются для создания биосенсоров или для визуализации определенных частей тела.

Наноструктуры также могут быть спроектированы так, чтобы включать их в системы организма путем изменения их растворимости в воде, совместимости с биологическим материалом или распознавания биологических систем.

Приведем пример. ДНК обычно трудно внедрить в ядро клетки из-за его нитевидной формы. Тем не мение, если он установлен на сферической наночастице, сферическая ДНК может легко проходить через клетку и ядерную мембрану. Антитела и белки также могут быть использованы для покрытия наномолекул, таких как углеродные пробирки или наночастицы золота, для легкого и быстрого биоанализа.

Бионанотехнология

Бионанотехнология имеет дело с новыми наноструктурами, созданными для синтетических применений, с той разницей, что они основаны на биомолекулах. Другими словами, строительными блоками, из которых сделана наноструктура, являются антитела, нуклеиновые кислоты или другая молекула жизни.

Используемые молекулы, как правило, являются самоорганизующимися и имеют весьма предсказуемый характер связывания. Это делает их идеальными для создания функциональных наноструктур, которые могут быть использованы для различных нанотехнологических применений, таких как производство наномашин (информационная биотехнология).

Эти молекулы исследуются, потому что, как их структура (нанокристаллы, нанопластинки и наномашины), так и их свойства могут быть адаптированы достаточно точно.

Как изменится общество с учетом биотехнологий и нанотехнологий

Таким образом, биоконъюгатная химия хорошо использует различные функциональные свойства как биомолекул, так и наноматериалов, которые имеют одинаковый размерный диапазон, для широкого спектра применений, таких как:

  • Производство более чувствительных и специфических клеточных маркеров.
  • Генерирование маркеров многих биологических процессов.
  • Создание более качественных изображений.
  • Предотвращение реакции иммунной системы и нейтрализация целевых систем доставки лекарств.

Эти преимущества связаны непосредственно с наноразмерной структурой. Например, некоторые наноструктуры действуют как флуорофоры или производят другие оптические эффекты в ближней инфракрасной области спектра света.

В этой области спектра, ткани фактически прозрачны, и покрытие соответствующих наночастиц конкретными биомолекулами, такими как антитела, может потенциально помочь визуализировать ткани или даже проверить их функцию с использованием таких источников света.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close