生物工程的設備有哪些

1. 生物工程技術包括什麼(高中生物)

生物工程技術包括五大工程，即遺傳工程(基因工程)、細胞工程、微生物工程(發酵工程)、酶工程(生化工程)和蛋白質工程。

1、細胞工程是生物工程的一個重要方面。總的來說，它是應用細胞生物學和分子生物學的理論和方法，按照人們的設計藍圖，進行在細胞水平上的遺傳操作及進行大規模的細胞和組織培養。

2、酶工程又稱蛋白質工程學，是指在工業上建立一定的反應器和反應條件，利用酶的催化作用在一定條件下催化化學反應的應用技術。UCE人類所需的產品或服務於其他目的。

3、蛋白質工程就是通過對蛋白質化學、蛋白質晶體學和蛋白質動力學的研究，獲得蛋白質的物理化學和分子特性的信息。在此基礎上，有目的地設計和修飾編碼蛋白質的基因，並利用基因工程技術獲得表達蛋白質的基因。

因為生物系統，這個生物系統可以是轉基因微生物、轉基因植物、轉基因動物，甚至是細胞系統。

4、發酵工程，是指採用現代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產有用的產品，或直接把微生物應用於工業生產過程的一種新技術。發酵工程的內容包括菌種的選擇、培養基的制備、滅菌、擴大培養和接種、發酵工藝和產品的分離純化等。

5、基因工程又稱基因拼接技術和DNA重組技術，是以分子遺傳學和現代分子生物學、微生物學方法為基礎的。它根據預先設計好的體外藍圖，從不同基因構建雜交dna分子，然後將其導入活細胞進行修飾。獲得了原始遺傳特性、新品種和新產品。

(1)生物工程的設備有哪些擴展閱讀：

生物工程技術的應用領域非常廣泛，包括農業、工業、醫葯、葯理學、能源、環保、冶金、化工原料等。它必將對人類社會的政治、經濟、軍事和生活等方面產生重大影響，為解決世界面臨的資源、環境和人類健康問題提供良好前景。

生物工程技術的主要課程：有機化學、生物化學、化工原理、生化工程、微生物學、細胞生物學、遺傳學、分子生物學、基因工程、細胞工程、微生物工程、生化工程、生物工程下游技術、發酵工程設備等。

2. 生物工程有哪些部分組成

生物工程又稱生物工藝或生物技術，它是一門應用現代生命科學原理和信息及化工等技術，利用活細胞或其產生的酶來對以可再生的生物資源甚至廢棄物為主的廉價原材料進行不同程度的加工，提供大量有益社會（化工、機械等）和信息科學（電子學、計算機科學等）的產品；以經遺傳工程或細胞工程改造過的具有優良遺傳性狀的「工程菌」或動、植物的「工程細胞株」的固定化細胞或酶為加工手段；其主要產品是為社會提供大量優質發酵產品，例如生化葯物、化工原料、能源、生物防治劑以及食品和飲料，還可以為人類提供治理環境、提取金屬、臨床診斷、基因治療和改良農作物品種等社會服務。

生物工程主要由5個分支組成，即基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和生化工程，前兩者以獲得優良物種為主要目的，後三者則以對優良物種進行大規模的培養和利用，以使之發揮巨大的經濟效益和社會效益為主旨。

3. 生物工程技術包括哪些

院校專業：

基本學制：四年 | 招生對象： | 學歷：中專 | 專業代碼：083001

培養目標

培養目標

培養目標：本專業培養具備生物學與工程學方面的基本知識以及自然科學和人文科學基礎 知識，能在生物技術與工程等相關領域從事生物工程產品生產、工藝設計、生產管理、新技術研究 和新產品開發的學科交叉應用型人才。

培養要求：按照知識、能力、素質全面協調發展的要求，本專業學生主要學習生物工程產品生 產相關的基礎理論、基本知識和基本技能，接受科學思維與實踐創新方面的基本訓練，掌握生物 工程產品的科學研究方法與操作技術，具備生物產品製造和研發中分析和解決相關問題的基本 能力，同時根據生物制葯、環境生物工程、輕化生物技術、生物材料、生物系統工程等專業方向，確 立人才培養特色。

畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：

1．具有良好的職業道德、高度社會責任感和豐富的人文科學素養；

2．掌握生物學與工程廳滾技術學科的基礎理論及基本知識，具有數理化扎實基礎以及計算機及 信息科學等方面的基本素質；

3．掌握生物工程產品的分析方法，生產設計方法與實驗技術；

4．具有從事生物工程產品生產、研究開發及技術管理的初步能力；

5．熟悉生物工程所涉及領域的相關方針、政策和法規；

6．了解生物工程技術研究的前沿、應用前景、最新技術動態和行業發展趨勢；

7．具有初步的科學研究和實際工作能力，具有一定的批判性思維能力，具有不斷獲取新知 識的能力；

8．具有適應社會需求、繼續深造的潛能以及應對危機與突發事件的初步能力；

9．具有一定的國際視野和初步的交流、競爭與合拆伏隱作能力。

主幹學科：生物學、化學工程與技術。

核心知識領域：生物化學、分子生物學、微生物學、工程制圖、化工原理、發酵工程、生物分離 與反應工程、生物工程設備與設計。

核心課程示例：

示例一：生物化學（96學時）、微生物學（48學時）、細胞生物學（48學時）、化工原理（72學 時）、發酵工程（32學時）、基因工程（32學時）、分子生物學基礎（32學時）、生物分離工程（32學 時）、生物工程設備與設計（48學時）等。

示例二：化工原理（96學時）、生物化學（64學時）、微生物學（48學時）、發酵工程（48學 時）、生物分離工程（48學時）、基因工程（32學時）、生物工程設備（48學時）等。

示例三：化工原理（80學時）、生物化學（80學時）、微生物學（64學時）、分子生物學（32學 時）、生物反應工程（40學時）、生物分離工程（40學時）、生物工藝學（40學時）、發酵設備及工廠 設計（48學時）等。

主要實踐性教學環節：工程基本技能訓練、生產實習、畢業設計（論文）等。

主要專業實驗：微生物學實驗、生物化學與分子生物學實驗、發酵工程實驗、生物分離工程實 驗以及與專業方向相關的特色專業實驗課程。

修業年限：四年。

授予學位：工學學士。

職業能力要求

職業能力要求

專業教學主要內容

專業教學主要內容

《發酵工程》、《生化工程》、《細胞工程》、《基因工程》、《普通微生物學》、《動物學基礎》、《生物信息學》、《生物技術制葯》、《生物分離工程》、《蛋白質工程》 部分高校按以下專業方向培養：食用菌、發酵工程、生物農葯、生物質能源、微生物應用、農業生物技術、食品發酵與生物制劑。

專業（技能）方向

專業（技能）方向

醫葯類企業：生物工程、產品研發、生物制葯、技術開發、工程設計、生產管理、葯物檢測； 農林類企業：產品培育、植物組培、去病毒技術； 食品類企業：發酵工程、轉基因技術。

職業資格證書舉例

職業資格證書舉例

繼續學習專業舉例

就業方向

就業方向

就業方向：

1.出國

生物工程屬於綜合交叉發展學科，且與應用有緊密的結合，國外很多著名大學都很注意其發展，所以出國深造機遇很大，也會有更大的發展空間;

2.讀研

讀研如選擇生命科學類，則向理科研究方向發展，一般會一直從事研究工作，如繼續本專業或轉向發酵工程，制葯工程，食品科學等，碩士畢業後會有很好的就業前景;

3.找工作

適宜於醫葯、食品、環保、商檢等部門中生物產品 的技術開發、工程設計、生產管理及產品性能檢測分析等工作及教學部門的研究與教學工作;

對應職業（崗位）

對應職業（崗位）

其他信息：

三者可以看作是從基礎研究到應用開發研究的上游、中游和下游的關系。生物科學的研究重點在探索自然的規律、揭示生命的本質和奧秘，是最基礎的學科；生物技術可以說是利用生物科學揭旅廳示的規律、機制和途徑，去創造怎 樣利用生物、改造生物的手段和技術，如我們常提到的轉基因技術、分子育種技術、器官移植技術、發酵技術、生物制葯等都是利用前人揭示的生物基本規律和生命本質基礎上創造出來的；而生物工程是如何把這些技術通過工藝、工程的設計，使之實現產業化、商品化，供人類利用。 當然，三者的界限也不是很絕對的，互相是 交叉的。因為生物工程也需要研究一些與生物技術有關的問題，一些生物科學畢業後的學生也去了與生物技術有關的行業，很多生物技術畢業的學生也會到生物科學各二級學科去深造，這些情況都存在。

4. 納米生物工程包括哪些

納米生物工程
靳剛 應佩青
中國科學院力學研究所
（2000年11月-2001年2月）
自中國科學院納米科技網

納米生物工程是什麼意思？它究竟包括哪些內容？籠統地講它包括納米醫學、納米生物技術和納米生物材料等。實際上，醫學、生物技術和生物材料都是人們熟悉的名詞和內容，當戴上一頂納米的帽子就似乎有了懸念。這里我們先來回顧一下和我們所熟悉的名詞相關的物質和事物，然後再把這些與納米概念聯系起來，看看有了哪些新的變化，通過觀察一些相關的科學研究結果和應用實例，來理解納米生物工程。

一、納米醫學

大多數人都有生病、吃葯、打針的經歷，醫學就是研究疾病，治病救人的科學。那麼納米醫學又是什麼呢？我們知道人體是由多種器官組成的，如：大腦、心臟，肝，脾，胃，腸，肺，骨骼，肌肉和皮膚；器官又是由各種細胞組成的，細胞是器官的組織單元，細胞的組合作用才顯示出器官的功能。那麼細胞又是由什麼組成的呢？按現在的認識，細胞的主要成份是各種各樣的蛋白質、核酸、脂類和其它生物分子，可以統稱生物分子，它的種類在數十萬種。生物分子是構成人體的基本成分，它們各自具有獨特的生物活性的，正是它們不同的生物活性決定了它們在人體內的分工和作用。由於人體是由分子構成的，所有的疾病包括衰老本身也可歸因於人體內分子的變化。當人體的分子機器，如合成蛋白質的核糖體，DNA復制所需的酶等，出現故障或工作失常時，就會導致細胞死亡或異常。從分子的微觀角度來看，目前的醫療技術尚無法達到分子修復的水平。而納米醫學則是在分子水平上，利用分子工具和人體的分子知識，所從事的診斷、醫療、預防疾病、防止外傷、止痛、保健和改善健康狀況等科學技術，廣義地講都屬於納米醫學的范疇。換句話講，人們將從分子水平上認識自己，創造並利用納米裝置和納米結構來防病治病，改善人類的整個生命系統。首先需要認識生命的分子基礎，然後從科學認識發展到工程技術，設計製造大量的具有令人難以置信的奇特功效的納米裝置，這些微小的納米裝置的幾何尺度僅有頭發絲的千分之一左右，是由一個個分子裝配起來的，能夠發揮類似於組織和器官的功能，並且更准確和更有效地發揮作用。他們可以在人體的各處暢游，甚至出入細胞，在人體的微觀世界裡完成特殊使命。例如：修復畸變的基因、扼殺剛剛萌芽的癌細胞、捕捉侵入人體的細菌和病毒，並在它們致病前就消滅它們；探測機體內化學或生物化學成分的變化，適時地釋放葯物和人體所需的微量物質，及時改善人的健康狀況。最終實現納米醫學，使人類擁有持續的健康。未來的納米醫學將是強大的，它又會是令人驚訝得小，因為在其中所發揮作用的葯物和醫療裝置都是肉眼所無法看到的。但是它的功能會令世人驚嘆。
需要說明，不要馬上跑到大夫那兒去要納米處方。上面所談的納米醫學景觀尚處於設計和萌芽階段，還有很多的未知需要去探索，例如：這些納米裝置該由什麼製成？他們是否可以被人體接受？並發揮所預期的作用？科學家們正在全力以赴地把納米醫學的科學想法變成醫學現實。終有一天，醫葯櫃越小，效力越大。
一定有人會問：納米醫學是不是科學幻想？它離我們到底有多遠？還要等多久才能看到醫學實現？事實上，它已經開始步入現實，並獲得蓬勃發展。下面讓我們看一看這一領域所取得的科學進展。

(1) 智能葯物
這是納米醫學中的一個非常活躍的領域，適時准確地釋放葯物是它的基本功能之一。科學家正在為糖尿病人研製超小型的，模仿健康人體內的葡萄糖檢測系統。它能夠被植入皮下，監測血糖水平，在必要的時候釋放出胰島素，使病人體內的血糖和胰島素含量總是處於正常狀態。最近，美國麻省理工學院的研究者做出了微型葯房的雛形：一種具有上千個小葯庫的微型晶元，每一個小葯庫里可以容納25納升的任何葯物，例如止痛劑或抗生素等。它的研究者之一Robert Langer說，目前這個晶元的尺寸還相當於一個小硬幣，可以把它做得更小，並計劃裝上一個"智能化"的感測器，使它可以適時和適量地釋放葯物。能否在形成致命的腫瘤之前，早期殺滅癌細胞？美國密西根大學的James R. Baker Jr.博士正在設計一種納米"智能炸彈"，它可以識別出癌細胞的化學特徵(chemical "signatures")。這種"智能炸彈"很小，僅有20納米左右，能夠進入並摧毀單個的癌細胞。此裝置的研製剛剛開始，而初步的人體實驗至少要五年以後才能進行。

(2) 人工紅血球
人工紅細胞的結構和工作示意圖
隨著轉子的轉動，氣體分子與轉子上的結合位點結合再釋放，從金剛石腔體進入到血漿中

納米醫學不僅具有消除體內壞因素的功能，而且還有增強人體功能的能力。我們知道，腦細胞缺氧6至10分鍾即出現壞死，內臟器官缺氧後也會呈現衰竭。設想一種裝備超小型納米泵的人造紅血球，攜氧量是天然紅血球的200倍以上。當人的心臟因意外，突然停止跳動的時候，醫生可以馬上將大量的人造紅血球注入人體，隨即提供生命賴以生存的氧，以維持整個機體的正常生理活動。美國的納米技術專家Robert Freitas初步提出的人造紅血球(respirocyte)的設計,已成為納米技術的標志性結果。這個血球是個一微米大小的金剛石的氧氣容器，內部有1000個大氣壓，泵浦動力來自血清葡萄糖。它輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的236倍，並維持生物炭活性。 它可以應用於貧血症的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運動需要的額外耗氧等。它的基本設計和結構功能，以及與生物體的相容性等已有專著詳細論述。在此僅對其結構功能做簡單介紹。圖是此人工紅細胞的結構和工作示意圖。

它的腔體外殼是與生物體相容的金剛石，腔內儲氧，開口處是一個可以從腔內向外傳遞氧的轉子，隨其旋轉，將氧分子輸入血液。

(3)納米葯物輸運
納米微粒葯物輸送技術也是重要發展方向之一。按目前的認識，有半數以上的新葯存在溶解和吸收的問題。由於葯物顆粒縮小時，葯物與胃腸道液體的有效接觸面積將增加，所以葯物的溶解速率隨葯物顆粒尺度的縮小而提高。葯物的吸收又受其溶解率的限制，因此，縮小葯物的顆粒尺度成為提高葯物利用率的可行方法。 納米晶體技術可將葯物顆粒轉變成穩定的納米粒子，同時提高溶解性，以提高難溶性葯物的葯效率。粉碎過程會使粒子間的相互作用力增加，為了避免納米顆粒在粉碎過程中聚合，加工中，不溶的葯物是被懸浮在含一般認為安全的穩定劑和賦形劑的懸浮液中。深入研究的制粉技術已經能夠將葯物縮小到400納米以下。 同時，這些賦形劑在胃腸道中起表面活性劑的作用，也提高了納米葯物顆粒的溶解率。一旦，不溶性葯物轉變成穩定的納米顆粒，就適合於口服或者注射了。
納米醫學將給醫學界，諸如癌症、糖尿病和老年性痴獃等疾病的治療帶來變革，已經獲得越來越多的認同。利用納米技術能夠把新型基因材料輸送到已經存在的DNA里，而不會引起任何免疫反應。樹形聚合物(dendrimers) 就是提供此類輸送的良好候選材料。因為，它是非生物材料，不會誘發病人的免疫反應，沒有形成排異反應的危險；所以，可以作為葯物的納米載體，攜帶葯物分子進入人體的血液循環，使葯物在無免疫排斥的條件下，發揮治病的效果。這種技術用於糖尿病和癌症治療是很有希望的。

(4) 捕獲病毒的納米陷阱
密西根大學的Donald Tomalia等已經用樹形聚合物發展了能夠捕獲病毒的納米陷阱。體外實驗表明納米陷阱能夠在流感病毒感染細胞之前就捕獲它們，同樣的方法期望用於捕獲類似愛滋病病毒等更復雜的病毒。此納米陷阱使用的是超小分子，此分子能夠在病毒進入細胞致病前即與病毒結合，使病毒喪失致病的能力。
通俗地講，人體細胞表面裝備著含硅鋁酸成分的"鎖"，只准許持"鑰匙"者進入。不幸的是，病毒竟然有硅鋁酸受體"鑰匙"。Tomalia的方法是把能夠與病毒結合的硅鋁酸位點覆蓋在陷阱細胞(glycodendrimers)表面。當病毒結合到陷阱細胞表面，就無法再感染人體細胞了。陷阱細胞由外殼、內腔和核三部分組成。內腔可充填葯物分子；將來有可能裝上化療葯物，直接送到腫瘤上。陷阱細胞能夠繁殖，生成不同的後代，個子較大的後代可能攜帶更多的葯物。盡管原因尚不明確，所觀察的特點是越大效果越好。研究者希望發展針對各種致病病毒的特殊陷阱細胞和用於醫療的陷阱細胞庫。

(5)識別血液異常的生物晶元
美國聖地亞國家實驗室的發現實現了納米愛好者的預言。正像所預想的那樣，納米技術可以在血流中進行巡航探測，即時地發現諸如病毒和細菌類型的外來入侵者，並予以殲滅，從而消除傳染性疾病。 Micheal Wisz做了一個雛形裝置，發揮晶元實驗室的功能，它可以沿血流流動並跟蹤像鐮狀細胞血症和感染了愛滋病的細胞。血液細胞被導入一個發射激光的腔體表面， 從而改變激光的形成。癌細胞會產生一種明亮的閃光；而健康細胞只發射一種標准波長的光，以此鑒別癌變。

二、納米生物技術

納米生物技術是納米技術和生物技術相結合的產物，它即可以用於生物醫學，也可以服務於其它社會需求。所包含的內容非常豐富，並以極快的速度增加和發展，難以概述。在此僅舉一些研究結果為例。

(1) 生物晶元技術
生物晶元是不同於半導體電子晶元的另一類晶元。半導體電子晶元是集成具有特定電子學功能的微單元，所形成的電子集成電路；而生物晶元則是在很小幾何尺度的表面積上，裝配一種或集成多種生物活性，僅用微量生理或生物采樣，即可以同時檢測和研究不同的生物細胞、生物分子和DNA的特性，以及它們之間的相互作用，獲得生命微觀活動的規律。生物晶元可以粗略地分為細胞晶元、蛋白質晶元(生物分子晶元)和基因晶元(即DNA晶元)等幾類，都有集成、並行和快速檢測的優點，已成為二十一世紀生物醫學工程的前沿科技。
近兩年，已經通過微製作(MEMS)技術，製成了微米量級的機械手，能夠在細胞溶液中捕捉到單個細胞，進行細胞結構，功能和通訊等特性研究。美國哈佛大學的Whitesides教授領導的研究人員，發展了微電子工業普遍使用的光刻技術在生物學領域的應用，並研製出效果更好的軟光刻方法(soft lithography)。以此，制出了可以捕捉和固定單個細胞的生物晶元，通過調節細胞間距等，研究細胞分泌和胞間通訊。此類細胞晶元還可以作細胞分類和純化等。它的功能原理非常簡單，僅利用晶元表面微單元的幾何尺寸和表面改性，即可達到選擇和固定細胞，及細胞面密度控制。

圖2：多元蛋白質晶元模型 圖中按順時針方向分別表示：
1）在格式化的改性表面上，固定配基；
2）含配基的晶元與蛋白溶液相互作用，蛋白特異性結合形成蛋白復合物；
3）對晶元進行檢測以確定蛋白間的相互作用。

蛋白質晶元的發展已經經歷了約十年的時間，現已出現了相對成熟的技術，如瑞典的BIACORE的單元晶元，中科院力學所的多元蛋白質光學晶元和美國的SELDI質譜晶元等。它們的共同特點都是將生物分子作為配基，固定在固體晶元表面或表面微單元上，以單一、或面陣、或序列式。利用生物分子間的特異結合的自然屬性，待測分子與配基分子在晶元表面會形成生物分子復合物。然後，檢測此復合物的存在與否，達到對蛋白質的探測、識別和純化的目的。以上不同技術的差異僅在探測方法的不同。BIACORE技術利用表面等離子體共振技術檢測晶元，進行單一蛋白質檢測；多元蛋白質光學晶元是光學成象法，可以同時檢測多種混合的蛋白質；SELDI技術則採用質譜法，以時間順序檢測序列蛋白質。

圖3：研究蛋白相互作用的晶元 Protein G、p50和FRB等三種蛋白分別以點狀陣列固定到玻片上。三種熒游標記的探針IgG（藍）、 I B （綠） 、FKBP12（紅）分別以其中的一種（A、B、C）或三種（E）同時出現進行探測。三種探針分別與三種蛋白發生特異性相互作用。D表示無任何探針的狀態。

隨著人類基因工程的發展，基因晶元(即DNA晶元)得到迅速的發展。DNA 晶元又稱為寡核苷酸陣列或雜交陣列分析，它是根據DNA雙螺旋原理而發展的核酸鏈間分子雜交的技術。它的基本結構類似於面陣型蛋白質晶元，在晶元表面能夠制備成千上萬的基因單元作為配基，對待測基因進行篩選。待測基因通過PCR擴增技術得到數量放大，再進行熒游標記，使其在篩選過程中產生可識別的熒光發射或光譜轉移。此熒光信號被熒光顯微鏡檢出，達到基因識別的目的。將已知的DNA（探針）和未知的核酸序列之間的一方以有序的陣列固定到載玻片或矽片上，再與熒游標記的另一方進行雜交。當熒游標記的一方在DNA晶元上發現互補序列時即發生雜交，雜交的結果以熒光和模式識別分析來檢測。DNA晶元技術可以快速分析大量的基因信息，從而使生物醫學工作者可以研究並收集基因表達和變異信息。目前國內外已有公司生產並銷售的DNA晶元有兩類，一類是在晶元上原位合成待測的寡核苷酸，再與熒游標記的DNA探針放在一起，當DNA探針雜交到寡核苷酸陣列上後，互補序列通過熒光掃描確定。該寡核苷酸陣列格式可用於檢測變異，在基因中定位目標區域，和基因表達的研究，以及確定基因功能。另一類DNA晶元利用微量點樣技術在晶元上製作互補DNA（cDNA）陣列，再與熒游標記的DNA探針雜交。cDNA陣列格式用於快速篩選。如位於Santa Clara, CA 的Affymetrix公司生產的GeneChip? 含高密度的DNA探針陣列，可以用於人類基因組中遺傳信息的分析。具特殊用途的DNA探針陣列可以在人類基因組中快速篩選已知的DNA序列。
DNA晶元還可用於監測不同的人體細胞和組織基因表達，以檢測癌症或其它疾病所對應的基因的變化。隨著DNA晶元及雜交技術的發展，DNA晶元將有可能直接應用於臨床診斷，葯物開發和人類遺傳診斷。

圖4：基因表達的微陣列圖 以兩種顏色的熒游標記來自於兩種細胞的樣品，雜交後，對微陣列的每一位點進行熒光掃描。每一位點的光強度正比於它所結合的熒光cDNA的量。光強越強，樣品中該基因的表達水平越高。如微陣列的位點無熒光，說明兩種細胞均不表達該基因。如某一位點顯示一種熒光，說明該標記的基因只在此細胞樣品中表達。同一位點顯示兩種熒光，說明該基因在兩種細胞樣品中均表達。

（2）分子馬達
分子馬達是由生物大分子構成，利用化學能進行機械做功的納米系統。天然的分子馬達，如：驅動蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等，在生物體內參與了胞質運輸、DNA復制、細胞分裂、肌肉收縮等一系列重要生命活動。分子馬達包括線性推進和旋轉式兩大類。其中線性分子馬達是將化學能轉化為機械能，並沿著一條線性軌道運動的生物分子，主要包括肌球蛋白（myosin）、驅動蛋白（kinesin）、DNA解旋酶（DNA helicase）和RNA聚合酶(RNA polymerase)等。其中肌肉肌球蛋白是研究得較為深入的一種，它們以肌動蛋白（actin）為線性軌道，其運動過程與ATP水解相偶聯。而驅動蛋白則以微管蛋白為軌道，沿微管的負極向正極運動，並由此完成各種細胞內外傳質功能。目前對於驅動蛋白運動機制提出了步行（"hand-over-hand"）模型，驅動蛋白的兩個頭部交替與微管結合，以步行方式沿微管運動，運動的步幅是8 nm（圖5）。目前， ATP水解與肌球蛋白和驅動蛋白的機械運動之間的化學機械偶聯的關系還不清楚。近來的研究發現它們有相同的中心核結構，並以相似的構象變化將ATP能量轉變為蛋白運動。DNA解旋酶作為線性分子馬達，以DNA分子為軌道，與ATP水解釋放的能量相偶聯，在釋放ADP和Pi的同時將DNA雙鏈分開成兩條互補單鏈。RNA聚合酶則在DNA轉錄過程中，沿DNA模板迅速移動，消耗的能量來自核苷酸的聚合及RNA的折疊反應。

圖5：肌肉肌球蛋白（左）和驅動
蛋白（右）的運動周期模型

旋轉式分子馬達工作時，類似於定子和轉子之間的旋轉運動，比較典型的旋轉式發動機有F1-ATP酶。ATP酶是一種生物體中普遍存在的酶。如圖所示：它由兩部分組成，一部分結合在線粒體膜上，稱為F0；另一部分在膜外，稱為F1。F0-ATP酶的a、b和c亞基構成質子流經膜的通道。當質子流經F0時產生力矩，從而推動了F1-ATP酶的g亞基的旋轉。g亞基的順時針與逆時針旋轉分別與ATP的合成和水解相關聯。F1-ATP酶直徑小於12 nm，能產生大於100 pN 的力，無載荷時轉速可達17轉/秒。F1-ATP酶與納米機電系統（nanoNEMS）的組合已成為新型納米機械裝置。

圖6：ATP酶的結構示意圖

美國康納爾大學的科學家利用ATP酶作為分子馬達，研製出了一種可以進入人體細胞的納米機電設備--"納米直升機"。該設備共包括三個組件，兩個金屬推進器和一個附屬於與金屬推進器相連的金屬桿的生物分子組件。其中的生物分子組件將人體的生物"燃料"ATP轉化為機械能量，使得金屬推進器的運轉速率達到每秒8圈。這種技術仍處於研製初期，它的控制和如何應用仍是未知數。將來有可能完成在人體細胞內發放葯物等醫療任務。

圖7：美國康納爾大學研製成的"納米直升機"示意圖

（3） 硅蟲晶體管
美國和北愛爾蘭的研究者偶然發現了一種活的半導體(half bacterium, half microchip)，它能夠嗅出生物戰所用的毒氣。這一發現竟來自科學家為消除計算機晶元生產線上的某些特殊細菌的屢屢失敗。為消除這些微生物，研究者試用了從紫外線到強氧化劑，但是，細菌仍可倖存。紐約州立大學的生物學家Robert Baier解釋了此現象。在清洗半導體晶元時，超純水能夠溶解一些半導體材料，如氧化鍺，而這些半導體材料會圍繞細菌結晶，使細菌在晶體的"家"中存活得極好，而不會受到損傷。微生物用半導體材料建立了一個"活"的單元。此現象提出了廣闊的想像空間。亞利桑納大學的物理學家O'Hanlon 和 Baier認為外麵包上硬殼的細菌可以用於製造生物晶體管。在普通三極體中，由源極到漏極的電流受門極電壓的控制。而這種細菌半導體晶體恰好可以用作生物晶體管的門極。當在呼吸和光合作用等產生電子轉移的生物過程中，光照或者器官的水汽能誘導細菌產生電子，猶如打開了這個生物晶體管。這種精巧的靈敏裝置能夠探測到生物戰毒氣。
他們在半導體表面用純水製作細菌晶體單元，下一步是使它發揮晶體管的功能，並獲得更多的應用。

圖8： 載激光束（藍色）的納米感測器探針穿過活細胞，以檢測該細胞是否曾置於致癌物質下

（4） 納米探針

一種探測單個活細胞的納米感測器，探頭尺寸僅為納米量級，當它插入活細胞時，可探知會導致腫瘤的早期DNA損傷。
為了模仿暴露於致癌物質，將細胞浸入含有苯並吡 (BaP)的代謝物的液體中。 苯並吡是城市污染空氣中普遍存在的致癌物質。在一般暴露情況下，細胞攝取苯並吡,並代謝掉。苯並吡和細胞DNA的代謝反應形成一種可水解的DNA加合物BPT （ benzo(a)pyrene tetrol)。納米探針是一支直徑50納米，外麵包銀的光纖，並傳導一束氦-鎘激光。它的尖部貼有可識別和結合BPT的單克隆抗體。325納米波長的激光將激發抗體和BPT所形成的分子復合物產生熒光。此熒光進入探針光纖後，由光探測器接收。Tuan Vo-Dinh和他的同事認為此高選擇和高靈敏的納米感測器，可以用於探測很多細胞化學物質，可以監控活細胞的蛋白質和其它所感興趣的生物化學物質。
此感測器還可以探測基因表達和靶細胞的蛋白生成，用於篩選微量葯物，以確定哪種葯物能夠最有效地阻止細胞內，致病蛋白的活動。隨著納米技術的進步，最終實現評定單個細胞的健康狀況。


三、納米生物材料

生物材料已是大家熟知的內容，例如：用於制衣、皮帶的動物皮革是生物材料；用於鑲牙和製作隱形眼睛的材料，盡管不是生物製品，但是被用於生物體內，也可以歸於生物材料。納米生物材料也可以分為兩類，一種是適合於生物體內應用的納米材料，它本身即可以是具有生物活性的，也可以不具有生物活性，而僅僅易於被生物體接受，而不引起不良反應。另一類是利用生物分子的特性而發展的新型納米材料，它們可能不再被用於生物體，而被用於其它納米技術或微製造。

(1) 活的電線
在很多方面，DNA幾乎是構築納米尺度結構的理想材料。近來，科學家通過在DNA的表面覆蓋金屬原子的培植方法，合成了導電的DNA鏈。然而，由於DNA完全被金屬覆蓋，僅起一種支架的作用，不再具備選擇性結合其它生物分子這一很有價值的特性。 Saskatchewan大學的研究者逐漸發現了將DNA發展成新一代生物感測器和半導體導線的途徑。生物化學教授Jeremy Lee 實驗室的研究者發現DNA很容易把鋅、鎳、鈷等離子並入它的雙螺旋的中心，並找到了在高pH值等基本條件下，穩定DNA含有金屬離子的狀態，獲得了新的DNA導電體。 並且，此類金屬DNA仍然保持選擇性結合其它分子的能力。正在開發的應用之一是遺傳畸變探測生物感測器。類似於其它的DNA探測，在此感測器上裝配上所要探測的特製DNA序列。在此，DNA鏈是導電的。雜交DNA所引起的刪除或變化，均起阻礙電流的作用，計算機能夠簡單地通過測量電導的變化，來識別DNA的異常。
這種生物感測器還能用於鑒別混合物，如：環境毒素、毒品、或蛋白質等，當這類分子結合到金屬DNA上，將把金屬離子排斥出來，導致電流中斷。由於，信號強度的減小正比於污染物的濃度，所以，能夠很容易地確定環境毒素的量。金屬DNA還可以用於篩選結合於DNA的抗腫瘤葯物，用作微細半導體線路的導線等。

（2） 組織工程中的納米生物材料
材料支架在組織工程中起重要作用，因為貼壁依賴型細胞只有在材料上粘附後，才能生長和分化。模仿天然的細胞外基質--膠原的結構，製成的含納米纖維的生物可降解材料已開始應用於組織工程的體外及動物實驗，並將具良好的應用前景。國內清華大學研究開發的納米級羥基磷灰石/膠原復合物在組成上模仿了天然骨基質中無機和有機成分，其納米級的微結構類似於天然骨基質。多孔的納米羥基磷灰石/膠原復合物形成的三維支架為成骨細胞提供了與體內相似的微環境。細胞在該支架上能很好地生長並能分泌骨基質。體外及動物實驗表明，此種羥基磷灰石/膠原復合物是良好的骨修復納米生物材料。
通過以上所述，可以明顯地看出納米醫學、納米生物技術和納米生物材料等內容，並無明顯的界線，可以說是相互交叉，相互依賴，共同發展的。這正是納米生物工程的含義。
隨著進入21世紀，納米技術的發展將使今天的科學幻想成為明天世人普遍接受的實用技術。

5. 生物工程設備有哪些東西

第一章 培養基制備設備
第一節 培養基的滅菌設備
第二節 味精生產原料的處理與培養基制備設備
第三節 酒精生產原料的處理與培養基制備設備
第四節 啤酒生產原料的處理與麥芽汁制備設備
第二章 空氣凈化除菌
第一節 空氣凈化除菌的方法與原理
第二節 空氣介質過濾除菌設備及計算
第三章 生物反應器概述
第一節 生物反應器
第二節 生物反應動力學基礎
第三節 生物反應器的通風與溶氧傳質
第四章 通風發酵設備
第一節 機械攪拌通風發酵罐
第二節 其他類型的通風發酵罐
第三節 通風固相發酵設備
第五章 厭氧發酵設備
第一節 酒精發酵罐
第二節 啤酒發酵設備
第六章 動植物細胞培養裝置和酶反應器
第一節 動物、植物細胞培養裝置
第二節 酶反應器
第七章 生物反應器的檢測及控制
第一節 概述
第二節 生物反應過程主要參數檢測方法及儀器
第三節 生物反應器的控制
第八章 生物反應器的比擬放大
第一節 生物反應器的放大目的及方法
第二節 通氣發酵罐的放大設計概述
第九章 微生物細胞破碎
第一節 細胞壁的組成與結構
第二節 常用破碎方法
第十章 過濾、離心與膜分離設備
第一節 過濾速度的強化
第二節 過濾設備
第三節 離心分離設備
第四節 膜分離設備
第十一章 萃取與離子交換設備
第一節 萃取分離原理及設備
第二節 浸取
第三節 超臨界萃取
第四節 離子交換分離原理及設備
第十二章 蒸發和結晶設備
第一節 蒸發設備
第二節 結晶設備
第十三章 乾燥設備
第一節 固體物料乾燥機理及生物工業產品乾燥的特點
第二節 非絕熱乾燥設備
第三節 絕熱乾燥設備
第四節 冷凍乾燥及其他乾燥設備
第十四章 蒸餾設備
第一節 蒸餾分離提純原理
第二節 粗餾塔
第三節 精餾塔
第十五章 設備與管道的清洗與滅菌
第一節 常用清洗劑、清洗方式及設備
第二節 設備及管路的滅菌
第十六章 物料輸送設備與產品包裝設備簡介
第一節 固體物料的輸送設備
第二節 液體物料的輸送設備
第三節 產品包裝設備簡介
第十七章 生物工程供水與製冷系統及設備
第一節 水處理設備
第二節 生物工廠製冷系統與設備

6. 什麼是生物工程它包括哪些內容

生物工程包括五大工程,即遺傳工程(基因工程)、細胞工程、微生物工程(發酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反應器工程.在這五大領域中,前兩者作用是將常規菌(或動植物細胞株)作為特定遺傳物質受體,使它們獲得外來基因,成為能表達超遠緣性狀的新物種——「工程菌」或「工程細胞株」.後三者的作用則是這一有巨大潛在價值的新物種創造良好的生長與繁殖條件,進行大規模的培養,以充分發揮其內在潛力,為人們提供巨大的經濟效益 和社會效益.