蛋白質(zhì)納米技術(shù)——方案、儀器和應(yīng)用
定 價:168 元
叢書名:生命科學(xué)實驗指南系列
- 作者:(美)武亭俊(Tuan Vo-Dinh)主編
- 出版時間:2016/12/1
- ISBN:9787030503428
- 出 版 社:科學(xué)出版社
- 中圖法分類:TQ93
- 頁碼:322
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
人類基因組計劃的完成,大大促進了生命科學(xué)的發(fā)展,人類基因序列的了解展現(xiàn)了生老病死的藍圖;催生了后基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物工程和精準醫(yī)學(xué)的深入研究。然而,這些基因表達的數(shù)以萬計的蛋白質(zhì)是如何在生命系統(tǒng)中工作和協(xié)調(diào)的?它們是如何相互作用和進行信號傳導(dǎo)的?細胞內(nèi)復(fù)雜的生物化學(xué)動態(tài)變化如何?重要疾。ㄈ绨、阿爾茨海默病、囊性纖維化等)與特定基因和蛋白質(zhì)的變化有關(guān),如何診斷和早期發(fā)現(xiàn)并治療?藥物治療和細胞應(yīng)答的跟蹤,預(yù)防治療潛在的藥物靶點的確定等,目前的技術(shù)還不能達到和滿足上述工作的要求。蛋白質(zhì)納米技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,為上述問題的解決提供了全新的思路、方法和途徑。《蛋白質(zhì)納米技術(shù):方案、儀器和應(yīng)用》呈現(xiàn)最近納米科學(xué)和技術(shù)的進展,以及實用的方法和應(yīng)用,包括各種各樣的有關(guān)蛋白質(zhì)納米技術(shù)的重要課題。每章提供了感興趣項目的概述材料介紹、提供方法、設(shè)計方案、儀器和應(yīng)用,同時收集了大量的公開數(shù)據(jù)。
《蛋白質(zhì)納米技術(shù):方案、儀器和應(yīng)用》可供生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、生物技術(shù)、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)及對學(xué)科間交叉研究和開發(fā)感興趣的科學(xué)家、工程師、制造商等方面的科研、教學(xué)與技術(shù)人員參考。
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本書旨在為基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物工程和醫(yī)學(xué)中廣泛使用納米技術(shù)進行學(xué)習(xí)、教學(xué)、研究和實踐的工作者提供權(quán)威參考資料。最近,在研究、材料和品種的開發(fā)長度達到了1~100nm的納米技術(shù),使許多重要的科學(xué)領(lǐng)域,從生物學(xué)到醫(yī)學(xué)發(fā)生了革命性變化。這種分子規(guī)模的技術(shù),具有開發(fā)更小儀器和比任何目前可用的儀器更高效的潛力。為了在細胞水平上理解復(fù)雜的生物納米系統(tǒng),我們迫切需要發(fā)展新一代納米技術(shù)工具。我們相信,在未來的幾十年,基因工程、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、醫(yī)藥和生物技術(shù)的新進展將取決于我們掌握納米技術(shù)的多少。納米技術(shù)、材料科學(xué)和分子生物學(xué)的結(jié)合,開啟了用納米儀器測定和操縱原子與分子的可能性,同時在種類繁多的生物學(xué)研究課題及細胞水平的醫(yī)療用途方面,有許多潛在的應(yīng)用。
今天,由于這些新的納米工具非常有效,生物醫(yī)學(xué)科學(xué)和生物工程在分子水平上的研究數(shù)量正在以指數(shù)級增長。它們能夠探測納米世界并表征細胞的化學(xué)和力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象和過程,并為研究人員提供廣泛的工具、材料、設(shè)備和具有獨特特點的系統(tǒng)。
人類基因組的測序、蛋白質(zhì)組學(xué)完成后的最大影響之一,是建立了一個全新的方法對生物學(xué)和醫(yī)學(xué)進行研究。蛋白質(zhì)是維持細胞正常功能中起重要作用的主要細胞成分。納米技術(shù)承諾,為細胞中數(shù)以萬計的蛋白質(zhì)(即所謂的蛋白質(zhì)組)是如何與生命化學(xué)網(wǎng)絡(luò)進行和諧協(xié)同工作的研究提供工具。特定的基因和蛋白質(zhì)與多種疾病和失調(diào)有關(guān),包括乳腺癌、肌肉疾病、耳聾和失明。蛋白質(zhì)錯誤折疊過程被認為是造成這種疾病的病因,如阿爾茨海默病、囊性纖維化、“瘋!辈、遺傳性肺氣腫,甚至許多癌癥等。在后基因組時代的診斷、治療和藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域,納米技術(shù)也有令人矚目的潛力。納米技術(shù)和光學(xué)分子探針的組合,正在開發(fā)以識別分子變化,從而區(qū)分正常細胞與患病細胞的技術(shù)。這樣的技術(shù)將最終有助于表征和預(yù)測患病細胞的病理行為及細胞對藥物治療的響應(yīng)性。
生物學(xué)和納米技術(shù)的組合已經(jīng)導(dǎo)致了新一代設(shè)備的誕生,這些設(shè)備用于探測細胞體系和闡明迄今人們未知的分子水平的生命過程,F(xiàn)在能在體內(nèi)使用熒光分子探針和納米傳感器,跟蹤細胞內(nèi)的生物化學(xué)過程。科學(xué)家使用功能強大的近場光學(xué)顯微鏡工具,以前所未有的分辨率,探索活細胞的生化過程和亞顯微結(jié)構(gòu)。目前能夠開發(fā)用于遞送藥物的納米載體,被遞送的藥物外表面偶聯(lián)有靶向抗原的抗體和用于活體細胞內(nèi)跟蹤藥物的熒光發(fā)色基團。
本書展示最新的納米科學(xué)和技術(shù)的進展,以及實用的方法和應(yīng)用,包括各種各樣的有關(guān)蛋白納米技術(shù)的重要課題。每章提供了感興趣話題的概述介紹材料;提供方法、設(shè)計方案、儀器和應(yīng)用,同時收集了大量的公開數(shù)據(jù)和參考文獻供進一步研究參考。
撰寫《蛋白質(zhì)納米技術(shù)——方案、儀器和應(yīng)用》的目的是,為對各學(xué)科間交叉研究和開發(fā)感興趣的科學(xué)家、工程師、制造商、教師和學(xué)生提供基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)相關(guān)的納米技術(shù),以及在儀器、方法和應(yīng)用方面的最新進展的綜合綜述。
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Tuan Vo-Dinh是一位企業(yè)理事、集團領(lǐng)導(dǎo)和田納西州高級生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)中心橡樹嶺國家實驗室主任(ORNL)。Vo-Dinh博士是一位美國籍越南人,他在西貢(今胡志明市)完成了他的高中教育,后來去歐洲追求他研究的夢想。1975年,他獲得了瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)生物物理化學(xué)博士學(xué)位。他的研究一直專注于對環(huán)境保護和人類健康改善先進技術(shù)的開發(fā)。他的研究涉及激光光譜學(xué)、分子影像學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷、癌癥檢測、化學(xué)傳感器、生物傳感器、生物芯片、納米傳感器和納米技術(shù)。
Vo-Dinh博士已經(jīng)發(fā)表了300多篇同行評審科學(xué)論文,他是光譜教科書的作者,是4本書的主編。他擁有超過28項專利,其中6項已經(jīng)授權(quán)給環(huán)境和生物技術(shù)公司用于商業(yè)開發(fā)。Vo-Dinh博士是美國化學(xué)家協(xié)會會員、國際光學(xué)工程學(xué)會(SPIE)會員,并擔(dān)任分子光譜學(xué)、分析化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)光學(xué)和醫(yī)療診斷等各種國際刊物編委。他還通過廣泛參加政府和工業(yè)界咨詢委員會為科學(xué)社團服務(wù)。
此外,Vo-Dinh博士共獲7項R&D100大獎,他是“研發(fā)具科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢”的開創(chuàng)性研究和創(chuàng)新技術(shù)發(fā)明者。這些獎項是獎勵他發(fā)明的化學(xué)劑量計(1981)、抗體生物傳感器(1987),SERODS光學(xué)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(1992)、環(huán)境污染物斑點試驗(1994)、用于DNA檢測的SERS基因探針技術(shù)(1996)、用于醫(yī)學(xué)診斷和病原菌檢測的多功能生物芯片(1999)和Ramits傳感器(2003)。他獲得的獎項還有:應(yīng)用光譜學(xué)會(1988);多克,魯西永獎(法國,1989);橡樹嶺國家實驗室科學(xué)家年度大獎(1992);托馬斯·杰斐遜獎,馬丁·瑪麗埃塔公司金獎(1992);還有兩個技術(shù)轉(zhuǎn)讓獎,聯(lián)邦實驗室聯(lián)合體年度獎(1995、1986),田納西州發(fā)明家發(fā)明者協(xié)會(1996);洛克希德馬丁公司的技術(shù)商業(yè)化獎(1998),UT-Battelle(2003)杰出發(fā)明家獎,和橡樹嶺國家實驗室杰出科學(xué)家年獎(2003)。1997年,美國能源署向Vo-Dinh博士頒發(fā)了對公民健康杰出貢獻特別獎。
目錄
第1章蛋白質(zhì)納米技術(shù)——生物科學(xué)新前沿1
概述1
1.1導(dǎo)論:納米技術(shù)的歷史遠景1
1.2蛋白質(zhì)納米技術(shù)的重要性2
1.3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu):基本構(gòu)件3
1.4蛋白質(zhì)機器:生命的天然引擎4
1.5納米工具盒6參考文獻8
第2章蛋白質(zhì)分子水平結(jié)晶和機制10
概述10
2.1導(dǎo)論10
2.2方法11
2.2.1原子力顯微鏡11
2.2.2原子力顯微鏡數(shù)據(jù)12
2.2.3臺階速率的測定14
2.3測試系統(tǒng)的表征15
2.3.1分子質(zhì)量、大小和分子間相互作用15
2.3.2結(jié)晶溶解度和驅(qū)動力16
2.3.3獨立分子質(zhì)量溶解度統(tǒng)計熱力學(xué)參數(shù)16
2.4生長位點17
2.4.1紐結(jié)和紐結(jié)密度17
2.4.2紐結(jié)的能量和分子相互作用能18
2.5結(jié)晶熱力學(xué)和結(jié)晶形態(tài)19
2.5.1宏觀熱力學(xué)觀點19
2.5.2分子過程潛在的焓、熵及結(jié)晶自由能20
2.6生長分子水平動力學(xué)21
2.7是什么限制分子在紐結(jié)中摻入速率?24
2.7.1擴散限制動力學(xué)或過渡態(tài)動力學(xué)24
2.7.2有限擴散動力學(xué)情況下分子摻入紐結(jié)的通量評價25
2.7.3按照有限擴散動力學(xué)規(guī)律如何明確分子類型?27
2.8從溶液到晶體的分子途徑29
致謝31
參考文獻32
第3章生物材料的納米結(jié)構(gòu)體系37
概述37
3.1導(dǎo)論37
3.1.1溶膠-凝膠制備38
3.2溶膠-凝膠基質(zhì)包埋生物分子40
3.3溶膠-凝膠包埋生物分子的穩(wěn)定性41
3.3.1熱穩(wěn)定性42
3.3.2貯存穩(wěn)定性43
3.3.3化學(xué)穩(wěn)定性43
3.3.4其他注意事項43
3.4溶膠-凝膠包埋穩(wěn)定性研究:肌酸激酶44
3.4.1在室溫下長期貯存44
3.4.2高溫和加熱對酶活性的影響45
3.4.3基質(zhì)-酶表面相互作用47
3.5溶膠-凝膠基質(zhì)中光化學(xué)輔酶再生48
3.6生物活化溶膠-凝膠薄膜的生物傳感元件50
3.7結(jié)論52
致謝53
參考文獻53
第4章組織再生藥物遞送系統(tǒng)的納米材料56
概述56
4.1導(dǎo)論56
4.1.1組織再生的必要技術(shù)56
4.1.2組織工程綜述57
4.2材料60
4.3方法60
4.3.1吸收生長因子明膠水凝膠的制備60
4.3.2明膠水凝膠結(jié)合生長因子的表征60
4.4注意事項63
4.4.1控制生長因子釋放的明膠水凝膠特征63
4.4.2明膠水凝膠結(jié)合成纖維細胞生長因子的組織再生64
4.4.3血管的再生術(shù)64
4.4.4骨的再生66
4.4.5脂肪形成66
4.4.6結(jié)論67參考文獻68
第5章S層蛋白納米技術(shù)71
概述71
5.1導(dǎo)論71
5.2材料73
5.2.1菌株、連續(xù)培養(yǎng)和分離73
5.2.2S層蛋白固相載體74
5.2.3結(jié)晶S層蛋白模式75
5.2.4納米陣列的形成76
5.2.5S層支持的脂質(zhì)膜76
5.3方法77
5.3.1菌株、連續(xù)培養(yǎng)和分離77
5.3.2固相載體上的S層蛋白78
5.3.3S層蛋白結(jié)晶模式80
5.3.4納米陣列的形成82
5.3.5S層支持的脂質(zhì)膜83
5.4注意事項85
致謝86
參考文獻86
第6章自組織肽β結(jié)構(gòu)纖維蛋白的折疊89
概述89
6.1導(dǎo)論89
6.2方法90
6.2.1伸展研究和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)域鑒定90
6.2.2纖維蛋白的重組產(chǎn)生91
6.2.3結(jié)晶91
6.2.4研究案例1:腺病毒纖維92
6.2.5研究案例2:噬菌體T4短尾纖維93
6.3自組裝肽95
6.4應(yīng)用95
6.5結(jié)論96
致謝97
參考文獻97
第7章用魯棒納米傳感器識別檢測的核磁共振方法的應(yīng)用100
概述100
7.1導(dǎo)論100
7.2材料102
7.3方法102
7.3.1核歐沃豪斯效應(yīng)轉(zhuǎn)移譜實驗理論102
7.3.2核磁共振實驗裝置104
7.3.3樣品的制備106
7.3.4篩選/核歐沃豪斯效應(yīng)轉(zhuǎn)移譜競爭分析109
7.4注意事項112
致謝113
參考文獻113
第8章熒光光譜學(xué)研究蛋白質(zhì)納米級三維亞結(jié)構(gòu)域117
概述117
8.1導(dǎo)論117
8.2方法118
8.3結(jié)果122
8.3.1非共價結(jié)合122
8.3.2綠色熒光蛋白變異體標記的蛋白質(zhì)124
8.3.3其他類型的共價結(jié)合125
8.4下一步做什么?126
參考文獻128
第9章生物傳感的碳納米管和納米線133
概述133
9.1導(dǎo)論133
9.2材料的生長和設(shè)備制造135
9.2.1碳納米管的生長135
9.2.2結(jié)晶納米線的生長136
9.2.3納米生物傳感設(shè)備136
9.2.4生物傳感碳納米管/納米線的功能化139
9.3生物傳感的應(yīng)用和機制141
9.3.1單細胞/單分子探針141
9.3.2熒光能量轉(zhuǎn)換生物傳感器143
9.3.3基于陣列電化學(xué)生物傳感器納米電極144
9.3.4碳納米管多孔薄膜電極146
9.3.5碳納米管/碳納米線生物自組裝模板146
9.3.6納米線組裝的生物分子模板148
9.4結(jié)論149
致謝149
參考文獻149
第10章酶通信的碳納米管系統(tǒng)155
概述155
10.1導(dǎo)論155
10.1.1氧化還原蛋白通信的碳納米管電極156
10.1.2實現(xiàn)直接將電子轉(zhuǎn)移給酶的定向碳納米管電極157
10.2材料161
10.3方法162
10.3.1金表面的制備162
10.3.2單壁碳納米管的切割162
10.3.3切割的單壁碳納米管長度表征163
10.3.4電極表面單壁碳納米管的組裝163
10.3.5定向單壁碳納米管的原子力顯微鏡成像163
10.4注意事項164
參考文獻165
第11章生物分子識別的分子印跡聚合物168
概述168
11.1導(dǎo)論168
11.2材料169
11.3方法170
11.3.1聚合物的合成170
11.3.2合成聚合物程序170
11.3.3高效液相色譜分離實驗171
11.3.4評估172
11.3.5應(yīng)用:測定紅酒中槲皮素的分子印跡固相萃取173
11.4注意事項173
致謝174
參考文獻174
第12章表面增強拉曼散射生物分析的等離子納米結(jié)構(gòu)177
概述177
12.1導(dǎo)論177
12.2方法178
12.2.1表面增強拉曼散射活性金屬電極的發(fā)展178
12.2.2SERS活性金屬納米膠體的發(fā)展178
12.2.3基于金屬納米結(jié)構(gòu)的固體SERS基質(zhì)的發(fā)展179
12.2.4在SERS基底上的外包被182
12.3SERS作為一種免疫分析讀出方式184
12.4表面增強拉曼散射(SERS)基因探針184
12.5近場掃描光學(xué)顯微技術(shù)表面增強拉曼散射探針188
12.6表面增強拉曼散射作為單分子檢測的工具188
12.7表面增強拉曼散射納米探針的細胞內(nèi)分析189
12.8結(jié)論190
致謝190
參考文獻191
第13章細菌病毒29DNA包裝馬達及其在基因治療和納米技術(shù)中的潛在應(yīng)用198
概述198
13.1導(dǎo)論198
13.2 29DNA包裝馬達的組件200
13.2.1原衣殼和DNA包裝馬達200
13.2.2衣殼蛋白200
13.2.3支架蛋白200
13.2.4連接器201
13.2.5基因組DNA201
13.2.6 gp16 201
13.2.7包裝RNA(pRNA)202
13.2.8ATP:馬達能量的來源206
13.3病毒DNA填充馬達的運動機制207
13.3.1試圖闡明29馬達機制的實驗207
13.3.229DNA包裝模型208
13.429納米馬達在研究和納米技術(shù)中的應(yīng)用211
13.4.1具有組成納米設(shè)備潛力的納米馬達211
13.4.2馬達pRNA多價基因遞送系統(tǒng)211
13.4.3DNA包裝馬達作為DNA測序儀或分子分類儀212
13.4.4其他生命系統(tǒng)中RNA二聚體和三聚體的研究模型212
13.4.5新的抗病毒策略設(shè)計模型213
13.4.6病毒DNA易位和其他核酸滑動/騎行過程之間的類似機制214
13.4.7大分子穿過細胞膜易位機制的見解214
13.5結(jié)論214
致謝215
參考文獻215
第14章有序蛋白質(zhì)陣列結(jié)構(gòu)227
概述227
14.1導(dǎo)論227
14.2三地址陣列有序組裝228
14.2.1分子模型229
14.2.2寡核苷酸制備229
14.2.3微流控芯片監(jiān)控Y形結(jié)組裝231
14.2.4NLS-M.EcoRⅡ融合蛋白的克隆與表達231
14.2.5基于微流控芯片蛋白質(zhì)遷移率監(jiān)測最終裝配232
14.3有序陣列智能藥物設(shè)計的應(yīng)用233
14.3.1DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制腫瘤生物學(xué)233
14.3.2第一代抑制劑234
14.3.3第二代抑制劑234
14.3.4第三代抑制劑238
14.3.5第四代抑制劑240
14.4結(jié)論240參考文獻241
第15章DNA-蛋白質(zhì)在載體膜上漂浮組裝的生物工程和特征244
概述244
15.1導(dǎo)論244
15.2材料245
15.3方法246
15.3.1方案和儀器246
15.3.2P-DNA的應(yīng)用251
15.4注意事項256致謝257參考文獻257
第16章生物傳感器納米系統(tǒng)——蛋白質(zhì)芯片上的多重免疫分析259
概述259
16.1導(dǎo)論259
16.2材料260
16.3方法261
16.3.1光刻模式261
16.3.2電沉淀261
16.3.3粒子制作261
16.3.4IgA、IgG和IgM在粒子上的免疫分析261
16.3.5粒子陣列的組裝262
16.3.6化學(xué)發(fā)光信號的測定262
16.3.7蛋白質(zhì)芯片襯底粒子陣列的制備和裝配263
16.3.8多重免疫分析步驟概述264
16.4結(jié)論265
致謝266
參考文獻266
第17章檢測單個活細胞中蛋白質(zhì)和生物標記物的光學(xué)納米傳感器268
概述268
17.1導(dǎo)論268
17.2生物傳感器和納米傳感器的原理269
17.2.1近場光學(xué)和納米傳感器269
17.2.2生物傳感器組件269
17.2.3生物受體270
17.3材料和方法271
17.3.1光纖納米探針的制作271
17.3.2納米纖維探針上生物受體的固定化273
17.3.3實驗方案274
17.3.4光學(xué)檢測儀器274
17.4應(yīng)用275
17.4.1單個活細胞生物標記物的監(jiān)測275
17.4.2單個活細胞中細胞凋亡蛋白酶蛋白信號對細胞凋亡的檢測277
17.5結(jié)論278
致謝278
參考文獻279
第18章原子力顯微鏡微懸臂納米電極集成的原位酶活性成像281
概述281
18.1導(dǎo)論281
18.2材料282
18.3方法282
18.3.1AFM-SECM探頭的制備282
18.3.2樣品的制備285
18.3.3酶活性的同時形貌和電化學(xué)成像286
18.4注意事項289
致謝290
參考文獻290
第19章蛋白淀粉樣錯誤折疊——機制、診斷和病理意義292
概述292
19.1導(dǎo)論292
19.2淀粉樣蛋白纖維形成的機制293
19.2.1聚集的概念293
19.2.2構(gòu)象變化假說293
19.2.3纖維特性294
19.3臨床上參與阿爾茨海默病的重要蛋白質(zhì)294
19.3.1甲狀腺素視黃質(zhì)運載蛋白294
19.3.2溶菌酶296
19.3.3免疫球蛋白297
19.3.4A.淀粉樣肽和阿爾茨海默病297
19.3.5朊病毒298
19.4共同的纖維特性299
19.5淀粉樣纖維的X射線衍射研究301
19.6淀粉樣蛋白形成的聯(lián)合機制302
19.7治療策略303
參考文獻304
第20章納米分辨率生物測定的近場掃描光學(xué)顯微鏡306
概述306
20.1導(dǎo)論306
20.2材料308
20.2.1細胞系308
20.2.2近場光學(xué)顯微鏡儀器309
20.3方法310
20.3.1樣品制備311
20.3.2樣品和探頭安裝及激光耦合311
20.3.3樣品成像311
20.3.4形貌和NSOM圖像參數(shù)311
20.3.5結(jié)果和討論312
20.4注意事項314
致謝315
參考文獻315
索引317