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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

5.2.2 S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

5.2.5 S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

5.3.3 S层蛋白结晶模式80

5.3.4 纳米阵列的形成82

5.3.5 S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

12.2.2 SERS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

12.3 SERS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 gp16201

13.2.7 包装RNA（pRNA）202

13.2.8 ATP：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

13.3.2 ？29DNA包装模型208

13.4 ？29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

13.4.3 DNA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

14.2.4 NLS-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

14.3.1 DNA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

15.3.2 P-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

16.3.4 IgA、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

18.3.1 AFM-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

19.3.4 Aβ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