畜牧兽医硕士论文库-《探析纳米技术在畜牧兽医领域的应用及其产业化前景》纳米(Nano meter)是几何尺寸的度量单位,1纳米等于十亿分之一米,大约是三四个原子的宽度,DNA链的直径就是1个纳米左右。科学界定义:以0.1~100纳米这样的尺度为研究对象的前沿学科,称为纳米科技。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界,最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。纳米生物技术是国际生物技术领域的前沿和热点问题,除医药卫生外,在畜牧兽医领域也有着广泛的应用和明确的产业化前景。
1 纳米饲料
可利用资源的短缺始终是制约动物饲养业可持续发展的瓶颈,提高营养物质利用率及转化效率和开辟新的饲料资源势在必行。饲料制造采用纳米技术,将饲料原料颗粒粉碎到纳米水平后再加工成颗粒料。这样,饲料摄食后与消化液的接触面积比现在的饲料大数万倍,可以提高畜禽肠胃吸收能力、吸收速度和吸收率,大大降低了料肉比和料蛋比。如果料肉比正常情况下是3∶1,通过采用纳米技术,料肉比可降为2∶1,从而降低生产成本。同时饲料中抗营养因子在纳米水平下将发生质的变化,必将要求重新测定饲料成分和营养标准,重新计算饲料配方,从而带来一场饲料生产革命。在微量元素添加剂方面,第一代是无机,第二代是有机,第三代是氨基酸螯合物,第四代微量元素添加剂将会是纳米微量元素。无机微量元素的利用率较低,在30%左右;有机微量元素的利用率约为49%;氨基酸螯合物的利用率约为65%;纳米微量元素的利用率将可以达到80%以上。因为纳米微量元素可以不通过离子交换而直接渗透被吸收,从而大大提高了吸收的速度和利用率。
2 兽药研制、生产中的纳米技术
随着抗菌药与抗寄生虫药在兽医临床和畜牧业生产中的广泛应用,尤其是滥用或不合理应用,致使畜禽的主要病原菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌等已对许多抗菌药产生耐药性,甚至产生多元耐药性。在医药与兽药中也存在抗生素使用上的交叉耐药性;并且,畜禽使用了医药产品之后,产生耐药性和残留,会导致人体对药物的敏感性降低。这些问题可因纳米技术的应用而得到改善,并能使已禁用的抗生素重新得到使用。兽药采用纳米技术后,药效能够大幅度提高,使用剂量降 低,可以在不换药的前提下解决药物残留问题。医药上已经在应用纳米材料了,如已上市的“正清”消毒剂,由于采用了纳米技术和先进的加工工艺,使药物药效提高了200倍,并且长效、缓释、抗菌谱广,对多种病毒有杀伤和抑制作用。又如,采用“纳米技术”研制成的康必达注射液,具有广谱、高效、低毒、用量少、吸收快、不产生抗药性、药效时间长等特点,能迅速解除畜禽由病毒、细菌、支原体等混合感染所致的各类高热性疾病。Ghadiri等最近发现了另外一种让人惊异的全新的纳米管药,这种药可以杀死细菌,即使细菌已经对传统抗生素形成抗性。通过检测出氨基酸的不同连接,Ghadiri等发现了几个含8个氨基酸的氨基酸环,这些氨基酸环对一种常见病菌葡萄状球菌的抗生素链特别有效。如果将含8个氨基酸的环放在细胞膜附近,它们将自我复制并进入那些细胞膜的管道中,形成细胞膜的细孔,结果细胞的许多重要组分流失从而导致细胞死亡。为了把氨基酸环制成有效的杀菌剂,必须让它们进入危险细菌的细胞膜内。他将组成管道的氨基酸侧链拧成环状,这些侧链是一些对管道不重要的原子团,但是可以改变管道与外界的作用方式。接着他使一些老鼠感染上致命水平的葡萄状球菌,并向不同的老鼠组注射不同剂量的氨基酸环,对照组(没有被注射氨基酸链)死亡,被注射的老鼠继续存活。理论上讲,细菌最终还是能形成对这种纳米管药物的抗性。但是,由于构建它们的方法简单化、模型化,它们的组成很容易改变。因此,随着靶细菌的进化,药物能相应地得以修饰。
3 遗传育种中纳米技术的应用
在家禽,现在的遗传工程育种方法是用限制性内切酶将所要的基因片段切下,再连接到育种鸡的DNA上。由于基因片段和DNA的连接点通常是随机的,所以每次试验成功的几率都不同。纳米技术是先将DNA的全部分解为单个基因,然后再根据人的需要进行组装,成功率几乎可达100%。在哺乳动物,目前国际上转基因动物和克隆动物的制备均需要成熟的卵母细胞作为外源基因或体细胞和干细胞的载体,或者是利用精子作为外源基因的载体通过体外受精、胚胎移植的技术来制备转基因动物。由于上述方法均是在体外操作,各种操作环节复杂,而目前对所选择的卵母细胞成熟的质量和受体动物子宫内膜发育时相的选择又存在许多问题,即使是基因构建和外源基因转入都没问题,也会因上面提到的这些原因而造成胚胎发育失败。因此,如何利用卵巢周期性排卵和睾丸排出精子这一环节使动物排出带有外源基因的卵母细胞或精子,通过自然交配、妊娠、产仔这一生理性过程制备转基因动物将是最理想的方法。纳米技术的发展给动物转基因指出了新的研究思路,不论是转基因载体、还是基因导入方法、整合率,都会出现令人惊喜的结果。正常情况下,卵巢中卵母细胞的形成是在胚胎发育过程中由原始生殖细胞经过有丝分裂和减数分裂形成的,在有丝分裂过程中,大量的卵原卵泡形成并进入减数分裂形成初级卵母细胞,卵细胞一旦进入减数分裂必须有颗粒细胞包围在其周围才能进一步成活形成原始卵泡。如能在胚胎卵巢中卵细胞分裂之前的有丝分裂过程中将卵巢在体外经酶消化成单个细胞,在体外转染外源基因后再使其发育成卵泡;或者利用禽类的原始生殖细胞导入外源基因,在性腺内发育成为成熟的配子后产生转基因后代;或者利用纳米转基因载体将外源基因特异性的导入生殖细胞(卵原细胞、初级卵母细胞和精原细胞),并整合在生殖细胞染色体组上,在性腺内发育成为携带外源目的基因的配子,等等,将是整个技术的关键。今后应研究生殖细胞的在体转基因技术,以及转染外源基因的胚胎卵泡体细胞能否形成卵泡。
4 纳米药物和纳米转基因载体
纳米级粒子可使药物在机体内的传输更为方便。在纳米生物材料研究中,目前研究的热点和已有较好基础及做出实质性成果时的药物纳米载体和纳米颗粒基因转移技术。这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体,将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面,同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子,如特异性配体、单克隆抗体等,通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合,在细胞摄取作用下进入细胞内,实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。药物纳米载体具有高度靶向、药物控制释放、提高难溶药物的溶解率和吸收率优点,提高药物疗效和降低毒副作用。论文帮写纳米颗粒作为基因载体具有一些显著的优点:纳米颗粒能包裹、浓缩、保护氨基酸,使其免受核苷酸酶的降解;比表面极大,具有生物亲和性,易于在其表面耦联特异性的靶向分子,实现基因治疗的特异性;在循环系统中的循环时间较普通颗粒明显延长,在一定时间内不会像普通颗粒那样迅速地被吞噬细胞清除;让核苷酸缓慢释放,有效的延长作用时间,并维持有效的产物浓度,提高转染效率和转染产物的生物利用度;代谢产物少,副作用小,无免疫排斥反应等。目前,用于药物载体和转基因载体主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物性颗粒构成。生物降解性是药物载体或基因载体的重要特征之一,通过降解,载体与药物或基因片段定向进入靶细胞之后,表层的载体被生物降解,芯部的药物或基因片段释放出来,http://www.51lunwen.org/xmsy/ 发挥疗效或进行基因整合,避免了药物或基因片段在其他组织细胞释放。研究中超过60%的药物或基因片段采用可降解性高分子生物材料作为载体,如聚丙交脂(PLA)、聚己交脂(PGA)、聚己内脂(PCL)、PMMA、聚苯乙烯(PS)、纤维素、聚羟基丙酸脂、明胶以及它们之间的聚合物,这类材料最突出的特点是生物降解性和生物相容性。生物性高分子物质,如蛋白质、磷脂、糖蛋白、脂质体、胶原蛋白等,利用它们的亲和力与基因片断和药物结合形成生物性高分子纳米颗粒,再结合上含有RGD定向识别器,靶向性与目标细胞表面的整合子(integrins)结合后将药物或基因片断送进靶细胞,达到杀死靶细胞或使靶细胞发生基因转染的目的。
5 防疫诊断
5.1 防疫集约化畜禽养殖中,通常需要对畜禽群进行几次多种易发性传染病的防疫注射,以控制疫病的发生,降低疫病造成的损失。而用纳米技术所制造的携带各种疫苗并能精确释放的微芯片,只要一次性植入体内,就可终身对各种传染病免疫。这样不但避免现行多次免疫接种造成的应激给生产带来损失,而且大大提高了免疫效果,彻底改变现行免疫方法的程序。
5.2 病理诊断方面目前肿瘤诊断最可靠的手段是建立在组织细胞水平上的病理学方法,但存在着良恶性及细胞来源判断不准确的问题。而利用纳米技术制造的具有超高灵敏性的激光单原子分子探测术的问世,使得可通过唾液、血液、粪便以及呼出的气体,及时发现机体中哪怕只有亿万分之一的各种致病或带病游离分子。利用原子力显微镜还可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常纳米结构改变,以解决肿瘤诊断的难题。如:红细胞、巨噬细胞、食管上皮细胞、肝内皮细胞、淋巴母细胞、肾上皮细胞等,以及牙龈组织、骨组织、胃腺体的表面结构等。
6 畜禽产品质量
用纳米技术生产的药物,由于大大地提高药效,所以减少了用药量,可解决禽产品药物的残留问题。用纳米超微薄膜包装禽蛋,用抗菌纳米塑料袋包装禽肉,可大大延长产品保质期。
