仿生学的科学意义与前沿——分子仿生，本文主要内容关键词为：仿生学论文,分子论文,意义论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“分子仿生”即是在分子水平上，对生物体的某一组成，结构单元或功能，用化学的方法进行模拟组装，人为地构造新型的体系，以模仿其生物功能或性质。
细胞是组成人体和生物体的基本单元，细胞膜的组成、结构和功能对细胞的生命活动具有决定性的意义。对细胞膜的结构与功能在分子水平上进行组装，制成“仿生物膜”，将会创造出化学与生物工程和材料的新概念和新技术。自1997年至今，七年的时间间隔里，三次将诺贝尔奖授予与生物膜有关的工作，其中两次给了化学家，一次授予了生物学家。由此可见细胞生物膜研究方面的重要性。2003年10月瑞典皇家科学院宣布，将2003年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，以表彰他们在细胞膜通道研究方面做出的开创性贡献。
在分子仿生领域内仿生膜的研究是当今一个研究热点。仿生膜的研究，概括起来，就是在充分了解和认识生物膜的组成、结构和功能，尤其是磷酯、脂质体和膜蛋白及其结合体的结构和功能的基础上，设计与制造出与其组成或结构相似的仿生膜材料，模仿出生物膜的信息传输和识别功能。仿细胞膜的分子识别，将促进发展新型和高灵敏度的生物分子器件如生物传感器。
不同功能基元的组装和协调功能，对小分子物质的输运，并将它们应用于药物的载体、靶向输送和控制释放，对重大疾病的诊断与治疗，以及在生物传感器的设计与制造方面，具有直接意义，还可能创造出基于细胞膜原理和功能的其它功能材料和微系统，是未来仿生学研究的重要内容和分支。
近年来，由于自组装技术的发展，使得有可能构造出具有表面纳米阵列的固体支撑膜的生物膜模拟材料，即具有表面纳米阵列的固体支撑磷脂膜。自组装膜是瞬间、高度有序的共价结合到金属表面的有机分子膜，典型的膜厚为1-2纳米，分子间距是1-0.5纳米。经过磷脂膜修饰的自组装单层能够键合到贵金属和半导体等表面，将材料的表面性质变为生物界面，经此处理的自组装膜可用于细胞和蛋白质耦合到表面的交联剂。
目前，已经有许多技术被用来制作具有阵列结构的自组装单层，这其中将电子束印刷术与自组装单层相结合是最受关注的方法之一。德国海德堡大学M.Grunze等将电子束印刷术与一类新的硫醇自组装单层相结合，构造出了纳米尺寸的阵列。利用分子组装的方法，将磷脂与纳米阵列接合，获得了具有表面纳米阵列的固体支撑类脂膜。使用微阵列的生物功能化材料能够组织和控制细胞在表面上的吸附及生长。它使无机固体材料和高分子材料生物功能化，在不变性的条件下为固定蛋白质（如荷尔蒙受体及抗体）提供了天然的环境。同时也允许在导体上制备镶嵌受体的超薄、高电阻膜，用于以配体结合的光电检测为基础的生物传感器设计。固体支撑的类脂－蛋白质复合膜在许多方面有重要的应用包括生物分子分离，药物输送和生物分子催化等。此外，固体支撑类脂膜也提供了调节细胞行为的生物功能化表面。
用来源于生物膜的组分材料制备成微胶囊，是用于药物控制释放的良好的生物兼容性材料。微胶囊技术是一种用成膜材料把固体、或液体包覆，使其形成微小粒子的技术。所得到的微小粒子称为微胶囊。微胶囊能保护物质免受环境影响，具有屏蔽味道、颜色，改变物质重量、体积、状态、或表面性能，隔离活性成分，降低挥发性和毒性，控制释放等多重作用，因而可广泛应用于医药、食品、农药、化妆品等诸领域。成膜材料的生物兼容性，是胶囊化技术在医药及生物领域应用的基本要求。报道的微胶囊壁材，通常是天然的或合成的高分子材料。许多高分子材料都不能进行生物降解，对人体和环境有害的。近期发展起来的蛋白质／磷脂复合膜制成的仿生膜微胶囊具有良好的生物兼容性和稳定性。利用蛋白质与磷脂在胶体粒子表面上进行层层吸附，制备仿生膜微胶囊，可在常温常压下进行，所用条件温和，易于控制，在胶囊化工程中不易破坏蛋白质的性质。
对于药物控制释放来说，仿生膜微胶囊化技术是一种灵活多样的技术，如脂质体、微凝胶、微乳液、聚合物微囊以及胶体粒子等均被广泛应用为药物的载体。形式多样的微结构为药物的装料、调剂、以及释放提供了多种选择，对这些微结构进行识别单元的修饰，可以制备出具有生物识别功能的微载体。如用分子组装方法制备具有识别功能的仿生膜微胶囊，可以将药物包封在选定的材料进行靶向控制释放。