ナノ生物学

接頭辞「 nano 」は、1 ～ 100 ナノメートル (1 ナノメートル = 0.000000001 メートル) のサイズのものを意味します。 ナノ生物学 は、生物学の知識と原子および分子スケールでの材料の操作からなるナノテクノロジーの分野を統合する研究分野です。これには、ナノデバイスの開発、ナノ粒子の操作、およびこのナノスケール内で発生する現象などの分野が含まれます。

ナノ生物学の最も重要な目標には、関連する医学/生物学的問題へのナノツールの適用が含まれます。ナノスケールで作業する場合、これらの問題の解決を容易にするいくつかの利点があります。特定の物質を 1 ～ 100 nm の間で微細化すると、新しい特性が現れます。この効果は、ナノスケールのサイズでは、システムおよび材料の表面積/体積比が高いという事実と密接に関係しています。したがって、たとえば吸収関連のプロセスは、表面積が大きいと有利になります。この材料の内部よりも表面の原子または分子の数が相対的に多いことも、この材料が他の特性を持つ根拠となります。その中には、光学的、電気的、機械的、磁気的、化学的特性があり、これらの材料のサイズ、形状、化学組成を調整することで、制御された方法で操作することができます。

さらに、生物系では多くの場合、ナノスケールで組織化された物質が存在します。たとえば、 タンパク質 の直径は 1 ～ 20 nm 程度、脂質小胞の直径は 5 ～ 100 nm、細胞膜の厚さは 3 ～ 5 nm です。このように、ナノスケール材料の開発により、細胞内に人工成分を導入して、病気の診断や治療などの用途が可能になります。

材料の種類には、無機粒子（金属粒子やイオン性化合物など）、有機分子（ ポリマー や 脂質 など）、有機部分と無機部分のハイブリッド構造などがあります。これらのユニットは、化学反応の触媒、生体分子の輸送と制御などのさまざまなタスクを実行するために組織されています。ナノ構造材料は、ナノ粒子や カーボン ナノチューブのように硬い場合もあれば、ミセルや二重層構造のように柔らかい場合もあります。これらの構造は、細胞への薬物や遺伝物質のナノトランスポーターとして使用されます。ナノマテリアルと生体分子の組み合わせは、特定の薬剤が標的細胞に直接作用することで、医学的診断と疾患の治療の両方を促進するイノベーションの可能性を生み出します。これにより、 アルツハイマー病 、 HIV 、および多くの形態の 癌 などの衰弱性または致死性の疾患の治療に貢献する研究の機会が開かれます。

たとえば、がんの治療については、これらの人工生物学的コンポーネントとナノロボットの助けを借りて進歩することができます。科学者たちは、それらを使用することで、 化学療法 の副作用を制御し、軽減し、さらには排除することが可能であると信じています。ナノ医療によるがん治療は、注射によって患者にナノロボットを提供し、治療を行うためにがん細胞を探すことからなる。

参考文献:

Marques、EF 2014。ナノサイエンスからナノテクノロジーへ。初等科学ジャーナル、2(3): 1-5。

Venkatesan, M. & Jolad, B. 2010. がん治療におけるナノロボット。インタラクト 2010、258-264。