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2006年上海生命科学与生物技术研究进展:生物交叉篇

供稿人:王萍  供稿时间:2007-3-21   关键字:生命科学  生物技术  生物工程  生物交叉  进展  回顾  
近年来,上海科学家开始尝试纳米、信息、计算等与生物技术的融合,以期创出新天地。2006年,有五项重要成果代表了上海在这些交叉领域的科学研究进展。
纳米、信息、生物等多领域交叉融合显露良好前景
纳米管是一类应用广泛的新型高科技材料,这种比人的头发丝还要细1万倍、硬度可比钢材高100倍、具备超高导电导热性并在极低温度下可具有超导性能的材料,被预言未来将对很多工程领域产生革命性的影响。中科院上海硅酸起研究所研究人员在常温常压下,用一种生物氨基酸——半胱氨酸作为“分子钥匙”,成功设计并制备出半导体“纳米管”,成果发表在国际权威学刊《德国应用化学》上,并受到外界高度评价,该项技术在红外成像、红外激光器、半导体红外探测、光敏电阻器、太阳能电池和热电器件等领域具有良好应用前景。《德国应用化学》杂志审稿人评论说这是国际上首创的技术策略,对探索其它化学体系具有启发性,是一项很有价值的成果。
 
近年来,纳米技术的飞速发展推动了生物和化学检测技术的进步,不断有微米、纳米量级的生物传感器的报道。纳米生物传感器具有体积小、分辨率高、响应快、所需样品量少、对活细胞损伤小、可进行动态微创测量等优点。2006年,中科院上海应用物理研究所研制出一种新型的电化学DNA纳米生物传感器——CDS,具有高灵敏度和高特异性,该项成果发表在国际权威学刊《美国化学会志》,被认为是一个概念上的突破,而且可以使DNA分析方法变得简单。发展新型DNA检测方法是后基因组时代的需求,诸如生物安全、人体健康(肝炎、HIV等)等领域都需要迅速、便捷的DNA或RNA检测技术。这种电化学技术、纳米技术与生物技术融合的技术产物,集快速、灵敏、低能耗、易于微型化和集成化等优点于一身,被认为是在时效、成本等有较高限定要求的场合实现DNA检测的首选技术之一。
 
中科院上海应用物理所的另一项重要进展来自纳米尺度的生物分子自组装研究。研究人员应用核分析单分子探测技术首次发现了一种生物分子短肽GAV-9有两种截然不同的生长方式:“站立”和“躺下”。这种短肽与三种神经疾病有密切关系,这种现象的发现对研究老年性痴呆症等疾病的机理具有重要启示。近年来,该所致力于研究纳米尺度生物分子的自组装现象,探索蛋白质晶体生长和结构解析新方法,期望为将来依托上海光源(同步辐射)开展蛋白结构与功能研究奠定特色基础,这次的发现是他们系列研究的最新进展,发表在《德国应用化学》上,进一步的工作将探索多肽自组装的机制和应用。
 
由于DNA分子天生具有强大的并行运算和超高的存储能力,DNA计算被认为将可能解决一些电子计算机难以完成的超复杂问题,特别是可能在生命科学研究中发挥重要作用,这个方向的研究在国际上尚处于初始阶段,但竞争激烈。2006年,上海交通大学与中科院上海应用物理所组成的DNA计算机交叉创新团队,汇聚了生物、计算、数学、机电设计、软件、微电子、纳米等多学科专家,在DNA计算机这一国际新兴前沿领域先后取得了两项突破。首先是应用DNA核酶研制成功一类新型“DNA逻辑门”,成果登上了《德国应用化学》。之后,他们又实现了DNA单链折叠,并且折叠出了一幅中国地图,实现了非对称的二维形状,成果刊载在《科学通报》上,被认为是国际上迄今为止利用DNA折叠出的最为复杂的图案。DNA分子逻辑门和分子链折叠是实现DNA计算和储存的重要基础,而且还能为突破集成电路目前的最小加工瓶颈、实现未来“小身材,大智慧”电子产品提供可能的新技术路径。如果上海能在DNA计算机核心理论和关键技术的研制上有所突破,将可能在相关知识产权上掌握很大的主动权,为国家谋取巨大的经济利益和战略价值。
 
 
本文中涉及的各项进展主要取自以下信息源:
 
1、《科学》杂志网http://www.sciencemag.org/
 
2、《自然》出版集团网http://www.nature.com/
 
3、《细胞》网http://www.cell.com/
 
4、中国科学院网http://www.cas.ac.cn/
 
5、科学网http://www.sciencetimes.com.cn/
 
6、科技网http://www.stdaily.com/
 
7、生物谷http://www.bioon.com/
 
8、国家重点基础研究发展计划网http://www.973.gov.cn/
 
9、中国高技术研究发展计划网http://www.863.org.cn/
 
10、国家自然科学基金网http://www.nsfc.gov.cn/

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