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DNA 201
13.2.6 gp16 201
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