奈米技術/奈米生物入門
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構成細胞膜，這些膜是控制物質進出細胞的重要屏障。從三分之一的蛋白質都是膜蛋白這一事實可以看出其重要性。
線粒體是細胞能量代謝的動力工廠。
它合成 ATP，這是細胞中許多過程的基本能量來源。合成過程由線粒體內膜上的電勢 (~150mV) 驅動，該電勢由膜中的離子泵維持，使外部更酸性，而內部基質區域更鹼性。梯度約為 0.5 個 pH 單位 [1]。膜電位線上粒體上並不均勻 [2]
ATP 合成的化學滲透理論由彼得·米切爾於 1961 年提出，他後來因其在 1978 年獲得了諾貝爾化學獎。
線粒體的當前研究在 1998 年 8 月 28 日和 1999 年 3 月 5 日的《科學》雜誌上進行了回顧。
膜電位差很小，但膜也很薄；大約 5-7nm，導致跨膜的電場約為 30MV/m——這會讓任何設計高能粒子加速器的物理學家都感到羨慕——與使大規模物質分解的電場相比，該值非常大。它與討論脂質膜的物理性質時遇到的其他弱力形成對比。儘管它是一層薄而柔軟的膜，很容易被機械接觸破壞，但它能夠承受極端的電場。
可以使用熒光探針 JC-1 觀察膜電位——或者更詳細地說是 5,5',6,6'-四氯-1,1',3,3'-四乙基苯並咪唑基碳氰化物碘化物。JC-1 是一種親脂性陽離子，可以穿透細胞和線粒體的（脂）膜。JC-1 可以被綠色雷射激發並以單體形式發射 530nm 的綠色熒光，但如果膜電位增加到 80-100mV 的閾值以上，JC-1 將聚集，熒光在 590nm 處變為橙色 [3]。JC-1 是一種經過充分測試和可靠的膜電位標記物 [4] [5]。在 [6] 中可以找到使用 JC-1 的方法。
在光學顯微鏡下觀察時，天然細胞和生物結構通常對比度很低。取一個普通的酵母細胞，在顯微鏡下觀察它，你只會看到沒有結構的小球。熒游標記和染料可以用來染色細胞內部的特定物質，否則這些物質不會發出明顯的的光學訊號。多年來，這種標記物一直是獲得生物樣品適當影像的必要條件。無論使用哪種型別的顯微鏡，熒游標記物都廣泛用於增強測量中的對比度和信噪比。
使用熒光染料並記錄從整個細胞或選定部分細胞發射的光的光譜可以提供有價值的資訊 [7]，例如
- 正常細胞或惡性細胞的功能和結構特徵
- 天然存在的或新增到細胞中的分子的細胞內動力學，例如藥物。
- 細胞之間相互作用或細胞與其周圍介質相互作用的特徵。
- 使用研究中的化學物質和電位的熒游標記物來研究離子（如 Ca++、Mg++）或其他重要變數（如 pH 或膜電位）的細胞內動力學。
熒游標記物除了顯微鏡之外還用於許多其他技術。一種稱為流式細胞術的方法對於分析大量單個細胞非常有效。單個細胞依次透過一個細通道，在那裡它們暴露在激發雷射光下，發射的熒光和吸收由光感測器檢測。該技術可以獲得非常好的統計結果，但它不能檢測到例如功能正常的細胞內的單個線粒體，而只會給出單個細胞中所有線粒體狀態的平均值。
資源
1Da 是一個原子質量單位，大約等於一個質子的質量。它大約是 zeptogram 的千分之一 = 10^-24g
- 1 Da 氫
- 8-30 kDa 細胞因子
- 950 kDa 典型的長 PMMA 聚合物鏈
- 10.000 DNA 鹼基對重約 40ng
- 一個生物體通常有數十條染色體，每條染色體可以包含多達數千個基因，並由多達 1 億個鹼基對組成。
- 奈米生物 奈米生物是在一些岩石和沉積物中首次發現的微小的絲狀結構。從 20 奈米開始。
- 細小病毒——一種病毒家族，小至 20 奈米
- '奈米細菌' 或 '鈣化奈米顆粒 (CNP)'——最近發現的一類奈米顆粒，似乎與體內各種鈣化過程有關，可能是活的 [另請參見 2007 年 6 月 23 日的《新科學家》第 38 頁]。50-100 奈米
- 奈米級微生物（納古菌 一種古菌）[科學 314 卷 1933 頁]
- 最小的細菌 '解脲支原體' -解脲支原體也被認為是最小的基因組生物體。300 奈米
- 奈米古菌 嗜熱菌 400 奈米
- 最大的病毒 '巨病毒'，感染變形蟲 400 奈米
- 地球上可能數量最多的生物體，海洋細菌 '無處不在的球菌 (SAR11)' 500 奈米
- 典型的腸道細菌 '大腸桿菌' 2000-6000 奈米。
有關如何新增參考文獻，請參閱此書的編輯說明 奈米技術/關於#如何貢獻。
- ↑ 人類和小鼠的線粒體疾病，Wallace DC，Science，第 283 卷（5407）：1482-1488 1999 年 3 月 5 日。
- ↑ 用 J-聚集形成的親脂性陽離子 JC-1 揭示的線粒體膜電位的細胞內異質性，Smiley St，Reers M，Mottolahartshorn C，Lin M，Chen A，Smith Tw，Steele Gd，Chen Lb，美國國家科學院院刊，第 88 卷（9）：3671-3675 1991 年 5 月 信件，第 78 卷（11）：1637-1639 2001 年 3 月 12 日。
- ↑ 用靈敏的熒光探針 JC-1 分析線粒體膜電位，Andrea Cossarizza 和 Stefano Salvioli，普渡大學細胞計量學 CD-ROM 系列，第 4 卷[1]。
- ↑ 評估熒光染料用於檢測培養心肌細胞中線粒體膜電位變化，Mathur A，Hong Y，Kemp BK，Barrientos AA，Erusalimsky JD，心血管研究，第 46 卷（1）：126-138 2000 年 4 月
- ↑ JC-1，而非 DiOC(6)(3) 或羅丹明 123，是評估完整細胞中 Delta Psi 變化的可靠熒光探針：對研究細胞凋亡過程中線粒體功能的影響，Salvioli S，Ardizzoni A，Franceschi C，Cossarizza A，FEBS Letters，第 411 卷（1）：77-82 1997 年 7 月 7 日
- ↑ 用靈敏的熒光探針 JC-1 分析線粒體膜電位，Andrea Cossarizza 和 Stefano Salvioli，普渡大學細胞計量學 CD-ROM 系列，第 4 卷[2]。
- ↑ Manfaits 在法國國家科學研究中心 1860 研究小組的網頁，[3]