나노바이오테크놀로지

Nanobiotechnology
에 관한 일련의 기사의 일부
나노테크놀로지
영향과 응용 프로그램
나노 물질
분자 자가 조립
나노일렉트로닉스
나노미터학
분자나노테크놀로지

나노바이오테크놀로지, 바이오나노테크놀로지, 나노바이올로지 등은 나노테크놀로지와 [1]생물학의 교점을 일컫는 용어다.바이오노테크놀로지와 나노바이오테크놀로지는 최근 등장한 기술이라는 점에서 다양한 관련 기술을 포괄적으로 일컫는 용어다.

이 분야는 나노기술의 다양한 분야와 생물학적 연구의 통합을 나타내는 데 도움이 된다.나노생물학을 통해 강화되는 개념에는 나노소자(생물기계 등), 나노입자, 나노기술 분야 내에서 발생하는 나노규모 현상이 포함된다.생물학에 대한 이러한 기술적 접근은 과학자들이 생물학 연구에 사용될 수 있는 시스템을 상상하고 만들 수 있게 해준다.생물학적으로 영감을 받은 나노기술은 아직 [2]만들어지지 않은 기술에 대한 영감으로 생물학적 시스템을 사용합니다.그러나 나노테크놀로지나 생명공학처럼 바이오노테크놀로지에도 잠재적인 윤리적 문제가 많다.

리보솜은 생물학적 기계이다.

나노생물학에서 자주 발견되는 가장 중요한 목표는 관련된 의학/생물학적 문제에 나노툴을 적용하고 이러한 응용 분야를 개선하는 것입니다.의학 및 생물학적 목적으로 펩토이드 나노시트와 같은 새로운 도구를 개발하는 것은 나노 기술의 또 다른 주요 목표입니다.새로운 나노툴은 이미 사용되고 있는 나노툴의 응용 분야를 개량하여 만들어지는 경우가 많습니다.나노생물학 연구자들에게는 토종 생체분자, 생체막, 조직의 이미징 또한 주요 주제이다.나노생물학에 관한 다른 주제로는 캔틸레버 어레이 센서의 사용과 살아있는 [3]세포에서 분자 과정을 조작하기 위한 나노포토닉스의 응용이 있다.

최근에는 기능성 나노 입자를 합성하기 위한 미생물의 사용이 큰 관심을 끌고 있다.미생물은 [citation needed]금속의 산화 상태를 바꿀 수 있다.이러한 미생물 과정은 금속 나노 물질의 생합성 같은 새로운 응용 분야를 탐구할 수 있는 새로운 기회를 열어주었다.화학 및 물리적인 방법과는 달리 나노물질을 합성하는 미생물 과정은 온화하고 환경적으로 양호한 조건에서 수상으로 달성될 수 있다.이 접근방식은 지속 가능한 [4]개발을 위한 현재의 녹색 바이오노테놀로지 연구에서 매력적인 초점이 되었다.

용어.

그 용어들은 종종 서로 바꿔서 사용된다.그러나 구별을 의도할 때는 생물학적 아이디어를 적용하는 데 초점을 맞추는지 아니면 나노 기술로 생물학을 연구하는 데 초점을 맞추는지에 기초한다.바이오나노테크놀로지는 일반적으로 생물학적 "기계"가 어떻게 작동하는지를 연구하고 이러한 생물학적 모티브를 기존의 나노테크놀로지를 개선하거나 새로운 [5][6]나노테크놀로지를 창조함으로써 나노테크놀로지의 목표를 어떻게 이끌 수 있는지에 대한 연구를 말한다.반면 나노바이오테크놀로지는 나노테크놀로지가 생물학적 [7]시스템을 연구하기 위한 장치를 만드는 데 사용되는 방식을 말한다.

즉, 나노바이오테크놀로지는 본질적으로 소형화된 바이오테크놀로지이며, 바이오나노테크놀로지는 나노테크놀로지의 특정 응용 분야이다.예를 들어, DNA 나노 기술이나 세포 공학은 나노 규모의 생체 분자와 함께 일하기 때문에 바이오나노테놀로지로 분류될 것이다.반대로 나노입자를 전달 시스템이나 센서로 사용하는 많은 새로운 의학 기술은 나노기술의 예가 될 것이다. 왜냐하면 나노기술은 생물학의 목표를 발전시키기 위해 나노기술을 사용하기 때문이다.

위에서 열거한 정의는 이 문서에서 나노비오와 바이오나노의 구분이 있을 때마다 사용됩니다.그러나 현대 용어에서 용어의 중복 사용을 고려할 때, 어떤 용어가 더 적합한지 판단하기 위해 개별 기술을 평가할 필요가 있을 수 있습니다.이와 같이 병행하여 논의하는 것이 가장 좋습니다.

개념

미세관 위를 걷는 키네신.나노스케일 상에서 단백질 도메인 역학을 사용하는 분자 생물 기계입니다.

바이오나노테크놀로지의 과학적 개념은 대부분 다른 분야로부터 파생되었다.생물 시스템의 물질적 특성을 이해하기 위해 사용되는 생화학적 원리는 바이오노테놀로지의 중심이다. 왜냐하면 그러한 원리는 새로운 기술을 창조하기 위해 사용되기 때문이다.생체 공학에서 연구된 재료 특성 및 응용 분야에는 기계적 특성(예: 변형, 접착, 고장), 전기/전자(예: 전기기계 자극, 콘덴서, 에너지 저장/배터리), 광학(예: 흡수, 발광, 광화학), 열(예: 열가동성, 열관리 바이오리카) 등이 포함된다.l(예를 들어 세포가 나노물질, 분자 결함/결함, 바이오센싱, 기계감지 등의 생물학적 메커니즘과 상호작용하는 방법), 질병의 나노과학(예: 유전병, 암, 장기/조직의 기능 상실), 생물학적 컴퓨팅(예: DNA 컴퓨팅) 및 농업(농약, 호르몬 및 [8]비료의 표적 전달)[9] [10][11] 나노크기의 생물학적 과정을 구조적이고 기계적으로 분석함으로써 얻어지는 바이오나노사이언스의 영향은 나노테크놀로지를 통한 합성 및 기술적 응용으로의 변환이다.

나노바이오테크놀로지는 그 [clarification needed]기초의 대부분을 나노테크놀로지에서 가져온다.나노 바이오테크놀로지 사용을 위해 설계된 대부분의 장치들은 기존의 다른 [citation needed]나노테크놀로지에 직접 기반을 두고 있다.나노바이오테크놀로지는 특히 광전자, 화학, 생물학, 생물물리학, 나노의학 및 공학이 모이는 바이오센서와 관련된 중복된 다원적 활동을 설명하는 데 자주 사용됩니다.이중 편파 간섭계와 같은 도파관 기술을 이용한 생물학 측정도 한 예이다.

적용들

바이오나노테크놀로지의 응용은 매우 광범위하다.나노바이오테크놀로지는 생물학 연구에 더 많은 도구를 제공한다는 점에서 그 구별이 유지되는 한 훨씬 더 일반적이다.반면 바이오나노테크놀로지는 다른 방법으로 유용한 형태로 생물학적 메커니즘과 경로를 재현할 것을 약속한다.

나노의학

나노의학은 응용이 증가하고 있는 의학 분야이다.

나노봇

이 분야에는 나노로봇과 생물학 기계가 포함되어 있으며, 이는 이 지식을 발전시키는데 매우 유용한 도구가 됩니다.지난 몇 년 동안 연구자들은 동작 및 자기 [12][13]유도와 같은 기능성 나노로봇 개발에 필요한 다양한 장치와 시스템에서 많은 개선을 이루어 왔습니다.이;용 나노 로봇 덕분에, 화학 요법의 부작용, 심지어 탈락해 줄었다면, 지금부터라도 몇년, 암 환자들은 대체 그런 병보다는 2차적인 영향 su의 원인 chemotherapy,[표창 필요한]을 치료하기 위해 제공될 수 있는 통제될 수 있고 암과 같은 질병에 대처하는 치료의 새로운 길임을 상정한다.탈모로 ch,피로나 메스꺼움은 암세포뿐만 아니라 건강한 세포도 죽인다.나노봇은 다양한 치료법, 수술, 진단 및 의료[14] 영상촬영에 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 뇌(나노 입자와 유사) 및 기타 [15][16][17]부위에 표적 약물 전달을 통해 사용할 수 있습니다."조직 침투, 사이트 타깃팅, 자극 반응성 및 화물 적재"와 같은 기능의 조합에 대한 프로그래밍 가능성은 그러한 나노 로봇이 "정밀 의약품"[18]의 후보가 될 가능성이 있다.

임상적 차원에서 나노의약품으로 암 치료를 하는 것은 건강한 세포는 그대로 두고 암세포를 찾는 주사를 통해 환자에게 나노로봇을 공급하는 것이다.나노의학을 통해 치료되는 환자들은 그 안에 있는 나노기계의 존재를 알아차리지 못할 것이다; 눈에 띄는 것은 그들의 [citation needed]건강의 점진적인 향상이다.나노바이오테크놀로지는 의약품 [clarification needed]제조에 유용할 수 있다.

"정밀 항생제"는 표적 항생제에 [19][20]박테리오신 메커니즘을 활용하기 위해 제안되었다.

나노 입자

나노 입자는 이미 의학에 널리 사용되고 있다.나노봇과 응용이 겹쳐서 구별이 어려울 수 있다.진단 및 표적 약물 전달, 캡슐화 [21]약물에 사용할 수 있습니다.일부는 자기장을 사용하여 조작할 수 있으며, 예를 들어, 실험적으로 원격조종 호르몬 방출이 이 방법으로 [22]달성되었습니다.

개발 중인 고급 응용 사례로는 "트로이[23][24][25] 목마" 디자이너 나노입자가 있는데, 이는 혈액세포가 심장 마비를 일으키고 세계적으로 [26][27]가장 흔한 사망 원인인 아테롬성 경화성 플라크의 일부를 내부에서 바깥쪽으로 침식하게 한다.

인공 세포

자연 세포의 알려진 광범위한 자연 특성과 능력을 가진 합성 적혈구와 같은 인공 세포는 헤모글로빈, 약물, 자성 나노 입자, 그리고 추가적인 비본질적 [28][29]기능을 가능하게 할 수 있는 ATP 바이오 센서와 같은 기능적 화물을 적재하는 데 사용될 수 있다.

다른.

세포 주변의 기질을 모방하고 꿈틀거리도록 설계된 분자를 포함하는 나노 파이버는 [30][31][32]생쥐의 척수 손상에 대한 잠재적 치료법인 것으로 나타났다.

엄밀히 말하면 유전자 치료는 나노바이오테크놀로지의 한 형태이거나 나노바이오테크놀로지를 [33]지향하는 것으로 여겨질 수 있다.기존 유전자 치료법보다 나노바이오테크놀로지가 뚜렷한 게놈 편집 관련 발전의 한 예는 조직 내 기능성 물질의 합성 제작이다.연구자는 C. elegans 지렁이들이 뇌세포에서 생체 전자 물질을 합성, 제작, 조립하도록 만들었다.그들은 특정 뉴런 집단의 막 특성 조절과 살아있는 동물의 행동 조작을 가능하게 했다. 이는 특정 다발성 경화증과 같은 질병에 대한 연구와 치료에 유용할 수 있고 그러한 합성 생체 내 [34][35][36]제작의 생존 가능성을 보여준다.게다가, 그러한 유전자 변형 뉴런은 의족과 같은 외부 구성요소를 [37]신경에 연결하는 것을 가능하게 할 수 있다.

예를 들어 나노튜브, 나노와이어, 캔틸레버 또는 원자력 현미경을 기반으로 한 나노센서는 진단 장치/센서에[21] 적용될 수 있다.

나노바이오테크놀로지

의학에서의 나노바이오 테크놀로지(나노바이오학이라고도 함)는 현대 의학이 증상 치료에서 치료제 생성, 생체 조직 재생으로 발전하는 것을 돕는 것으로 가장 잘 묘사될 수 있다.

세 명의 미국 환자들이 나노생물학 기술을 사용하는 의사들의 도움으로 배양된 방광을 통째로 받았다.또한, 아기를 낳기 위해 자궁을 몸 밖에서 성장시키고 몸 안에 넣을 수 있다는 것이 동물 연구에서 증명되었습니다.줄기세포 치료법은 인간의 심장에서 발견되고 미국에서 임상시험 중인 질병을 고치기 위해 사용되어 왔다.또한 사람들이 보철물에 의지하지 않고도 새로운 사지를 가질 수 있도록 하는 연구를 위한 자금도 있다.인공 단백질은 또한 가혹한 화학 물질과 값비싼 기계 없이도 제조할 수 있게 될 것이다.심지어 2055년까지 컴퓨터는 생화학제품과 [38]유기염으로 만들어질 것으로 추측되고 있다.

생체내 바이오센서

현재 나노생물공학 연구의 또 다른 예는 형광 폴리머로 코팅된 나노스피어를 포함한다.연구진은 특정 분자를 만나면 형광이 소멸되는 폴리머를 설계하려고 한다.서로 다른 중합체는 서로 다른 대사물을 검출할 것이다.폴리머로 코팅된 구체는 새로운 생물학적 분석의 일부가 될 수 있고, 이 기술은 언젠가 종양과 다른 건강 문제와 관련된 대사물을 추적하기 위해 인체에 유입될 수 있는 입자로 이어질 수 있다.다른 관점에서 보면 나노바이오텍 파마가 [citation needed]한 것처럼 나노박테리아(25~200nm 크기)의 치료와 같은 나노박테리아 수준의 평가와 치료를 들 수 있다.

시험관내 바이오센서

DNA로 만든 나노 스케일 광학 안테나 '나노안테나스'는 단백질에 부착돼 생물학적 기능, 특히 뚜렷한 구조 변화를 수행할 때 형광을 통해 신호를 생성할 수 있다.이것은 다양한 종류의 나노 기계와 같은 나노 기술, 신약 개발, 생물 연구 및 [39][40]생화학에서의 새로운 방법에 사용될 수 있다.

에너지

또한 지속 가능한 에너지에서도 유용할 수 있다: 2022년에 연구자들은 3D 프린팅된 나노 "스카이 빌딩" 전극이 비록 마이크로 스케일이지만, 광합성으로부터 실질적으로 더 지속 가능한 바이오 에너지를 추출하기 위한 시아노박테리아(나노테크놀로지)를 수용하는 금속 나노 입자 잉크로 인해 다공성의 나노 특성을 가졌다고 보고했습니다.초기 [41][42][43][44][45]연구보다 더 많이 연구되었습니다.

나노생물학

나노생물학은 아직 걸음마 단계이지만, 미래에는 나노생물학에 의존할 수 있는 많은 유망한 방법들이 있다.생물학적 시스템은 본질적으로 나노 규모이다; 나노과학은 자연과 유사한 생체 분자와 분자 기계를 제공하기 위해 생물학과 결합해야 한다.분자로 구성된 소자와 프로세스를 [46]제어하고 모방하는 것은 나노바이오테크놀로지의 융합 분야에는 커다란 도전입니다.인간을 포함한 모든 생물은 나노 음향으로 간주될 수 있다.자연 진화는 수백만 년 동안 나노 생물학의 "자연" 형태를 최적화해 왔다.21세기에 인간은 나노생물학을 인위적으로 이용하는 기술을 발전시켰다.이 과정은 "합성과의 유기적 병합"으로 가장 잘 설명됩니다.노스 텍사스 대학의 군터 그로스 박사의 연구에 따르면 살아있는 뉴런 군체는 바이오칩 장치에서 함께 살 수 있다.자기조립 나노튜브는 구조시스템으로 사용될 수 있는 능력이 있다.그것들은 로돕신과 함께 구성될 것이며, 이는 광학 컴퓨팅 프로세스를 촉진하고 생물학적 재료의 저장을 도울 것이다.DNA(모든 생물에 대한 소프트웨어로서)는 분자 컴퓨팅의 논리 컴포넌트인 구조 프로테오믹 시스템으로 사용할 수 있습니다.뉴욕 대학의 연구원 네드 시먼은 다른 연구원들과 함께 현재 서로 [47]유사한 개념을 연구하고 있다.

바이오나노테크놀로지

나노바이오 테크놀로지와의 차이점

바이오나노테크놀로지는 나노테크놀로지와는 크게 구별될 수 있다.원칙적으로 비생물학적 성분을 사용할 수도 있고 대신 사용할 수도 있다.그것은 의학에서 더 작은 역할을 한다.그것은 대부분 생물학적인 응용보다는 독특한 나노스케일 구조 및 생물학과는 방향성이 없을 수 있는 다양한 응용을 위해 자연 또는 생체 모방 시스템 또는 요소를 사용합니다.반면 나노바이오테크놀로지는 나노미터 크기로 소형화된 생명공학을 이용하거나 나노분자를 생체시스템에 통합한다.향후 응용 프로그램에서는 두 필드를 병합할 [48][49][50][additional citation(s) needed]수 있습니다.

DNA

DNA나노테크놀로지는 바이오나노테크놀로지의 [51]중요한 한 예이다.유용한 물질이나 장치(바이오센서[52] 등)를 만들기 위해 DNA와 같은 핵산의 고유한 특성을 활용하는 것은 현대 연구의 유망한 영역입니다.

DNA 디지털 데이터 스토리지는 주로 디지털 데이터를 저장하기 위해 합성된 DNA 가닥을 사용하는 것을 의미하며, 5D 광학 데이터 스토리지의 대안으로 자주 액세스 및 쓰이지 않는 고밀도 장기 데이터[53] 스토리지 또는 다른 나노바이오테크놀로지와 함께 사용하는 데 유용할 수 있습니다.

막재

또 다른 중요한 연구 분야는 합성막을 생성하기 위해 막의 특성을 이용하는 것이다.기능성 물질을 생성하기 위해 스스로 조립하는 단백질은 프로그램 가능한 나노 물질의 대규모 생산을 위한 새로운 접근법으로 사용될 수 있다.한 가지 예는 다른 특성을 가지도록 유전적으로 프로그램될 수 있는 [54]공학 나노물질로서 박테리아 바이오필름에서 발견되는 아밀로이드의 개발이다.

지질 나노테크놀로지

지질 나노테크놀로지는 바이오나노테크놀로지의 또 다른 주요 연구 분야입니다.이 분야에서는 오염방지 및 자가조립과 같은 지질 물리화학적 특성이 의학 및 엔지니어링 [55]분야에서 응용된 나노디바이스를 구축하기 위해 이용됩니다.지질 나노 기술 접근법은 또한 지용성 영양소의 흡수와 그것들을 인기 있는 [56]음료에 통합하는 능력 모두를 최대화하는 차세대 유제 방법을 개발하는 데 사용될 수 있다.

컴퓨팅

앞서 설명한 것보다 훨씬 낮은 전압에서 기능하는 지오박터 유황 레듀센스의 단백질 나노와이어로 만들어진 "멤리스터"는 생물학적 활동 전위의 전압에서 기능하는 인공 뉴런의 건설을 가능하게 할 수 있다.나노와이어는 실리콘 나노와이어보다 다양한 이점을 가지고 있으며, 멤리스터는 바이오센싱 신호를 직접 처리하거나 신경형 컴퓨팅(웨트웨어 컴퓨터 참조) 및/또는 생물학적 [57][58][59]뉴런과의 직접 통신을 위해 사용될 수 있습니다.

다른.

단백질 접힘 연구는 세 번째 중요한 연구 방법을 제공하지만, 충분히 높은 정확도로 단백질 접힘을 예측할 수 없기 때문에 크게 억제되었다.그러나 생물학적 시스템이 단백질에 대해 무수히 많은 용도를 가지고 있다는 것을 감안할 때, 단백질 접힘을 이해하는 연구는 매우 중요하며 [citation needed]미래에 바이오노테놀로지에 큰 성과를 낼 수 있을 것이다.

농업

농업에서, 조작된 나노 입자는 제초제, 화학 물질 또는 유전자를 포함한 나노 운반체 역할을 해왔고,[60][61] 그 성분을 방출하기 위해 특정 식물 부분을 목표로 한다.

이전에는 제초제를 함유한 나노캡슐이 큐티클과 조직을 통해 효과적으로 침투하여 활성 물질의 느리고 지속적인 방출을 가능하게 하는 것으로 보고되었다.마찬가지로, 다른 문헌들은 나노 캡슐 비료의 느린 방출이 비료 소비를 절약하고 정밀 농사를 통해 환경 오염을 최소화하는 추세가 되었다고 기술하고 있다.이것들은 농업에서의 나노바이오 테크놀로지 응용의 흥미로운 기회를 열어줄 수 있는 수많은 연구 작업들의 몇 가지 예에 불과하다.또한 이러한 종류의 공학적 나노 입자의 식물에 대한 적용은 농업 실무에 적용되기 전에 친화적인 수준으로 고려되어야 한다.철저한 문헌 조사를 바탕으로, 가공된 나노 입자가 처리 식물에 미치는 생물학적 영향을 설명하는 데 사용할 수 있는 확실한 정보는 제한적이라는 것을 이해했다.어떤 보고서들은 농도와 크기의 주제에 의해 야기된 공학적 나노 입자의 다양한 기원의 식물독성을 강조한다.그러나 동시에 같은 수의 연구가 보고되었으며,[62] 나노 입자의 양성 결과가 보고되었으며, 이는 식물을 치료하기 위해 자연 성장을 촉진하는 것을 촉진하는 나노 입자의 양성 결과이다.특히 다른 나노입자에 비해 은 및 금 나노입자 기반의 응용은 독성이 [63][64]적거나 없는 다양한 식물 종에 대해 유익한 결과를 도출했다.아스파라거스의 은나노입자(AgNPs) 처리 잎은 아스코르브산염과 엽록소의 함량이 증가했음을 보여주었다.마찬가지로 AgNPs 처리된 콩과 옥수수는 앞서 [65]보고된 새싹과 뿌리 길이, 잎 표면적, 엽록소, 탄수화물, 단백질 함량이 증가했다.금 나노 입자는 브라시카 [66]준체아에서 성장과 종자 수확을 유도하는 데 사용되어 왔다.

도구들

이 분야는 실험 도구(예: AFM/광 핀셋을 통한 특성화), X선 회절 기반 도구, 자가 조립을 통한 합성, 자가 조립의 특성화(예: MP-SPR, DPI, 재조합 DNA 방법을 사용하는 경우), 이론(예: 통계학, 나노역학 등) 등 다양한 연구 방법에 의존한다..) 및 계산 접근법(보텀업 멀티스케일 시뮬레이션, 슈퍼컴퓨팅)을 제공합니다.

리스크 관리

상세 정보:기술 수정 » 우려 사항 및 기술 발전의 차이

2009년 현재 나노바이오테크놀로지의 위험성에 대한 이해가 부족하고 미국에서는 어떤 규제정책 원칙을 [33]따라야 하는지에 대한 국민적 합의가 이루어지지 않고 있다.예를 들어 나노바이오테크놀로지는 환경이나 생태계, 인간의 건강에 미치는 영향을 통제하기 어려울 수 있다.

보닌은 "나노테크놀로지는 특정한 결정적 동질적 실체가 아니라 다양한 능력과 애플리케이션의 집합"이며, 나노바이오테크놀로지의 연구개발은 여러 분야 중 하나로 이중 사용 [67]문제에 영향을 받고 있다고 지적한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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