合成纳米生物学——合成生物学与纳米生物学的交叉前沿

近年来,纳米材料因独特的粒径效应、比表面积大、表面易修饰等优点被广泛应用于生物学研究领域。作为生物学中的重要新兴学科,合成生物学与纳米生物学的交叉研究是科学发展的必然结果,推动产生了一个全新的研究领域——合成纳米生物学:一方面,利用合成生物学的技术获取具有特殊生物功能的生物源纳米材料,形成以生物技术驱动的纳米材料合成理论;另一方面,利用纳米材料对生物体进行功能强化或者生命活动模拟,拓展合成生物学的工程化设计构建理念。本文根据本领域的最新进展,将合成纳米生物学分为基于基因工程化改造生物源纳米材料的“仿生命体”研究、基于纳米材料功能强化的杂合生物系统的“半生命体”研究和基于纳米材料模拟生命活动的“类生命体”研究三个细分领域。在此基础上,重点介绍了仿生细胞膜纳米颗粒、外泌体、细菌外膜囊泡、病毒样颗粒和细菌生物被膜等生物源纳米材料的改造及功能研究,以及纳米人工杂合细菌和细胞、人工光合系统的构建与应用。同时也介绍了纳米材料元件组装的纳米类酶、人工抗原递呈细胞、运动纳米机器人、DNA纳米机器人等仿生人工合成生物的最新研究进展。最后展望了纳米技术与合成生物学交叉领域的发展前景,分析了合成纳米生物学在肿瘤治疗、环境修复、能源工程等方面的应用潜力;剖析了当前“活细胞疗法”的优势与临床转化的局限性;对智能化药物输运平台的未来发展空间进行了展望。