人类基因组计划的完成，大大促进了生命科学的发展，人类基因序列的了解展现了生老病死的蓝图；催生了后基因组学、蛋白质组学、生物工程和精准医学的深入研究。然而，这些基因表达的数以万计的蛋白质是如何在生命系统中工作和协调的？它们是如何相互作用和进行信号传导的？细胞内复杂的生物化学动态变化如何？重要疾病（如癌、阿尔茨海默病、囊性纤维化等）与特定基因和蛋白质的变化有关，如何诊断和早期发现并治疗？药物治疗和细胞应答的跟踪，预防治疗潜在的药物靶点的确定等，目前的技术还不能达到和满足上述工作的要求。蛋白质纳米技术的应用和发展，为上述问题的解决提供了全新的思路、方法和途径。本书呈现最近纳米科学和技术的进展，以及实用的方法和应用，包括各种各样的有关蛋白质纳米技术的重要课题。每章提供了感兴趣项目的概述材料介绍、提供方法、设计方案、仪器和应用，同时收集了大量的公开数据。
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第1章蛋白质纳米技术——生物科学新前沿1
概述1
1.1导论：纳米技术的历史远景1
1.2蛋白质纳米技术的重要性2
1.3蛋白质结构：基本构件3
1.4蛋白质机器：生命的天然引擎4
1.5纳米工具盒6参考文献8
第2章蛋白质分子水平结晶和机制10
概述10
2.1导论10
2.2方法11
2.2.1原子力显微镜11
2.2.2原子力显微镜数据12
2.2.3台阶速率的测定14
2.3测试系统的表征15
2.3.1分子质量、大小和分子间相互作用15
2.3.2结晶溶解度和驱动力16
2.3.3独立分子质量溶解度统计热力学参数16
2.4生长位点17
2.4.1纽结和纽结密度17
2.4.2纽结的能量和分子相互作用能18
2.5结晶热力学和结晶形态19
2.5.1宏观热力学观点19
2.5.2分子过程潜在的焓、熵及结晶自由能20
2.6生长分子水平动力学21
2.7是什么限制分子在纽结中掺入速率？24
2.7.1扩散限制动力学或过渡态动力学24
2.7.2有限扩散动力学情况下分子掺入纽结的通量评价25
2.7.3按照有限扩散动力学规律如何明确分子类型？27
2.8从溶液到晶体的分子途径29
致谢31
参考文献32
第3章生物材料的纳米结构体系37
概述37
3.1导论37
3.1.1溶胶-凝胶制备38
3.2溶胶-凝胶基质包埋生物分子40
3.3溶胶-凝胶包埋生物分子的稳定性41
3.3.1热稳定性42
3.3.2贮存稳定性43
3.3.3化学稳定性43
3.3.4其他注意事项43
3.4溶胶-凝胶包埋稳定性研究：肌酸激酶44
3.4.1在室温下长期贮存44
3.4.2高温和加热对酶活性的影响45
3.4.3基质-酶表面相互作用47
3.5溶胶-凝胶基质中光化学辅酶再生48
3.6生物活化溶胶-凝胶薄膜的生物传感元件50
3.7结论52
致谢53
参考文献53
第4章组织再生药物递送系统的纳米材料56
概述56
4.1导论56
4.1.1组织再生的必要技术56
4.1.2组织工程综述57
4.2材料60
4.3方法60
4.3.1吸收生长因子明胶水凝胶的制备60
4.3.2明胶水凝胶结合生长因子的表征60
4.4注意事项63
4.4.1控制生长因子释放的明胶水凝胶特征63
4.4.2明胶水凝胶结合成纤维细胞生长因子的组织再生64
4.4.3血管的再生术64
4.4.4骨的再生66
4.4.5脂肪形成66
4.4.6结论67参考文献68
第5章S层蛋白纳米技术71
概述71
5.1导论71
5.2材料73
5.2.1菌株、连续培养和分离73
5.2.2S层蛋白固相载体74
5.2.3结晶S层蛋白模式75
5.2.4纳米阵列的形成76
5.2.5S层支持的脂质膜76
5.3方法77
5.3.1菌株、连续培养和分离77
5.3.2固相载体上的S层蛋白78
5.3.3S层蛋白结晶模式80
5.3.4纳米阵列的形成82
5.3.5S层支持的脂质膜83
5.4注意事项85
致谢86
参考文献86
第6章自组织肽β结构纤维蛋白的折叠89
概述89
6.1导论89
6.2方法90
6.2.1伸展研究和稳定结构域鉴定90
6.2.2纤维蛋白的重组产生91
6.2.3结晶91
6.2.4研究案例1：腺病毒纤维92
6.2.5研究案例2：噬菌体T4短尾纤维93
6.3自组装肽95
6.4应用95
6.5结论96
致谢97
参考文献97
第7章用鲁棒纳米传感器识别检测的核磁共振方法的应用100
概述100
7.1导论100
7.2材料102
7.3方法102
7.3.1核欧沃豪斯效应转移谱实验理论102
7.3.2核磁共振实验装置104
7.3.3样品的制备106
7.3.4筛选/核欧沃豪斯效应转移谱竞争分析109
7.4注意事项112
致谢113
参考文献113
第8章荧光光谱学研究蛋白质纳米级三维亚结构域117
概述117
8.1导论117
8.2方法118
8.3结果122
8.3.1非共价结合122
8.3.2绿色荧光蛋白变异体标记的蛋白质124
8.3.3其他类型的共价结合125
8.4下一步做什么？126
参考文献128
第9章生物传感的碳纳米管和纳米线133
概述133
9.1导论133
9.2材料的生长和设备制造135
9.2.1碳纳米管的生长135
9.2.2结晶纳米线的生长136
9.2.3纳米生物传感设备136
9.2.4生物传感碳纳米管/纳米线的功能化139
9.3生物传感的应用和机制141
9.3.1单细胞/单分子探针141
9.3.2荧光能量转换生物传感器143
9.3.3基于阵列电化学生物传感器纳米电极144
9.3.4碳纳米管多孔薄膜电极146
9.3.5碳纳米管/碳纳米线生物自组装模板146
9.3.6纳米线组装的生物分子模板148
9.4结论149
致谢149
参考文献149
第10章酶通信的碳纳米管系统155
概述155
10.1导论155
10.1.1氧化还原蛋白通信的碳纳米管电极156
10.1.2实现直接将电子转移给酶的定向碳纳米管电极157
10.2材料161
10.3方法162
10.3.1金表面的制备162
10.3.2单壁碳纳米管的切割162
10.3.3切割的单壁碳纳米管长度表征163
10.3.4电极表面单壁碳纳米管的组装163
10.3.5定向单壁碳纳米管的原子力显微镜成像163
10.4注意事项164
参考文献165
第11章生物分子识别的分子印迹聚合物168
概述168
11.1导论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高效液相色谱分离实验171
11.3.4评估172
11.3.5应用：测定红酒中槲皮素的分子印迹固相萃取173
11.4注意事项173
致谢174
参考文献174
第12章表面增强拉曼散射生物分析的等离子纳米结构177
概述177
12.1导论177
12.2方法178
12.2.1表面增强拉曼散射活性金属电极的发展178
12.2.2SERS活性金属纳米胶体的发展178
12.2.3基于金属纳米结构的固体SERS基质的发展179
12.2.4在SERS基底上的外包被182
12.3SERS作为一种免疫分析读出方式184
12.4表面增强拉曼散射（SERS）基因探针184
12.5近场扫描光学显微技术表面增强拉曼散射探针188
12.6表面增强拉曼散射作为单分子检测的工具188
12.7表面增强拉曼散射纳米探针的细胞内分析189
12.8结论190
致谢190
参考文献191
第13章细菌病毒29DNA包装马达及其在基因治疗和纳米技术中的潜在应用198
概述198
13.1导论198
13.2 29DNA包装马达的组件200
13.2.1原衣壳和DNA包装马达200
13.2.2衣壳蛋白200
13.2.3支架蛋白200
13.2.4连接器201
13.2.5基因组DNA201
13.2.6 gp16 201
13.2.7包装RNA（pRNA）202
13.2.8ATP：马达能量的来源206
13.3病毒DNA填充马达的运动机制207
13.3.1试图阐明29马达机制的实验207
13.3.229DNA包装模型208
13.429纳米马达在研究和纳米技术中的应用211
13.4.1具有组成纳米设备潜力的纳米马达211
13.4.2马达pRNA多价基因递送系统211
13.4.3DNA包装马达作为DNA测序仪或分子分类仪212
13.4.4其他生命系统中RNA二聚体和三聚体的研究模型212
13.4.5新的抗病毒策略设计模型213
13.4.6病毒DNA易位和其他核酸滑动/骑行过程之间的类似机制214
13.4.7大分子穿过细胞膜易位机制的见解214
13.5结论214
致谢215
参考文献215
第14章有序蛋白质阵列结构227
概述227
14.1导论227
14.2三地址阵列有序组装228
14.2.1分子模型229
14.2.2寡核苷酸制备229
14.2.3微流控芯片监控Y形结组装231
14.2.4NLS-M.EcoRⅡ融合蛋白的克隆与表达231
14.2.5基于微流控芯片蛋白质迁移率监测最终装配232
14.3有序阵列智能药物设计的应用233
14.3.1DNA甲基转移酶抑制肿瘤生物学233
14.3.2第一代抑制剂234
14.3.3第二代抑制剂234
14.3.4第三代抑制剂238
14.3.5第四代抑制剂240
14.4结论240参考文献241
第15章DNA-蛋白质在载体膜上漂浮组装的生物工程和特征244
概述244
15.1导论244
15.2材料245
15.3方法246
15.3.1方案和仪器246
15.3.2P-DNA的应用251
15.4注意事项256致谢257参考文献257
第16章生物传感器纳米系统——蛋白质芯片上的多重免疫分析259
概述259
16.1导论259
16.2材料260
16.3方法261
16.3.1光刻模式261
16.3.2电沉淀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粒子阵列的组装262
16.3.6化学发光信号的测定262
16.3.7蛋白质芯片衬底粒子阵列的制备和装配263
16.3.8多重免疫分析步骤概述264
16.4结论265
致谢266
参考文献266
第17章检测单个活细胞中蛋白质和生物标记物的光学纳米传感器268
概述268
17.1导论268
17.2生物传感器和纳米传感器的原理269
17.2.1近场光学和纳米传感器269
17.2.2生物传感器组件269
17.2.3生物受体270
17.3材料和方法271
17.3.1光纤纳米探针的制作271
17.3.2纳米纤维探针上生物受体的固定化273
17.3.3实验方案274
17.3.4光学检测仪器274
17.4应用275
17.4.1单个活细胞生物标记物的监测275
17.4.2单个活细胞中细胞凋亡蛋白酶蛋白信号对细胞凋亡的检测277
17.5结论278
致谢278
参考文献279
第18章原子力显微镜微悬臂纳米电极集成的原位酶活性成像281
概述281
18.1导论281
18.2材料282
18.3方法282
18.3.1AFM-SECM探头的制备282
18.3.2样品的制备285
18.3.3酶活性的同时形貌和电化学成像286
18.4注意事项289
致谢290
参考文献290
第19章蛋白淀粉样错误折叠——机制、诊断和病理意义292
概述292
19.1导论292
19.2淀粉样蛋白纤维形成的机制293
19.2.1聚集的概念293
19.2.2构象变化假说293
19.2.3纤维特性294
19.3临床上参与阿尔茨海默病的重要蛋白质294
19.3.1甲状腺素视黄质运载蛋白294
19.3.2溶菌酶296
19.3.3免疫球蛋白297
19.3.4A.淀粉样肽和阿尔茨海默病297
19.3.5朊病毒298
19.4共同的纤维特性299
19.5淀粉样纤维的X射线衍射研究301
19.6淀粉样蛋白形成的联合机制302
19.7治疗策略303
参考文献304
第20章纳米分辨率生物测定的近场扫描光学显微镜306
概述306
20.1导论306
20.2材料308
20.2.1细胞系308
20.2.2近场光学显微镜仪器309
20.3方法310
20.3.1样品制备311
20.3.2样品和探头安装及激光耦合311
20.3.3样品成像311
20.3.4形貌和NSOM图像参数311
20.3.5结果和讨论312
20.4注意事项314
致谢315
参考文献315
索引317
京公网安备 11010102004214号