納米生物技術
活的細胞是造化所賜的天然納米技術。如今人工納米技術將為這種天然納米技術提供輔助。
納米技術好像無處不在，然而，它的全部就是一種基于納米尺度的技術，由于大分子就是納米尺度，許多批評者認為它只是一個有趣的化學名詞。
最先用納米一詞的人是Eric Drexler，當時他是麻省理工大學的一名工程師，并且雄心勃勃。在他1986年寫作出版的一本專著中，他極力證明：將來有一天可能會構建具有自我復制功能的納米機器，這種機器能夠將原子送進分子中，從而生成新物質。
事實上活細胞已經在這樣工作著。如果Drexler博士納米機器的設想某天變為現實，它將不會利用分子大小的齒輪和飛輪，而是通過人造產品與天然納米生物技術互相作用。
納米醫藥又稱納米生物技術，是人工納米技術與天然納米技術的結合。細胞就像納米機器的倉庫，這個倉庫由微管構成，而微管只能以納米測量其直徑。細胞的蛋白質在核糖體的納米流水線上制造，并被另外一種叫做戈爾吉器的納米裝置包裹起來。那些蛋白質常常本身就是納米機器———酶，可以根據細胞的需要將分子分開或將分子連接起來。同這些納米機器相互作用的人工器件能夠分析細胞的內容物，將藥傳送給細胞，從而殺死有害的細胞或利用功能正常的細胞像一個微型加工廠一樣工作。
人造胰臟———糖尿病患者的福音
納米生物技術的典型例子是Desai博士的人造胰臟。Desai博士在波士頓大學工作，她正在研制一種可以注入糖尿病患者體內的新藥。目前病人必須注射胰島素來控制病情，而胰島素是在胰腺的島細胞內生成的一種激素類蛋白質。Desai博士選擇老鼠的島細胞進行試驗，這種細胞容易獲得，但通常只在人體內持續幾分鐘就被來自免疫系統的抗體破壞。這里就涉及到納米技術，雖然相當粗糙。Desai博士將她的老鼠胰腺細胞裝進布滿納米孔的膜中，這些納米孔的直徑只有7個納米，利用光刻技術———這種技術也應用在計算機芯片上。當血液中的葡萄糖通過納米孔滲透進來，島細胞會相應地釋放胰島素，7個納米的毛細細孔足以讓小分子的葡萄糖和胰島素通過。但是相對較大的抗體分子卻不能通過，因而不會毀壞胰島細胞。
迄今為止這種技術還停留在老鼠試驗階段，被植入膠囊的糖尿病鼠在沒有注射胰島素的情況下活了好幾個星期。因此這種裝置有可能成為一個成功的納米醫藥發明。
納米孔膠囊也能用作傳送穩定劑量的藥物，這種情況下毛細孔將擔當十字轉門而不是看門者。由于比藥物分子略大，這些細孔將控制藥物分子的滲透率，從而保持細胞中的藥量恒定，與膠囊內剩余的藥量無關。Desai博士將這種膠囊比作一間帶門的房子，門的寬度只能一次允許一人通過，房子的空置率更多地依賴于人們擠過房門有多快，而不是房間有多滿。
生物探針
有些研究者正在設計能以更加復雜的方式與生物分子相作用的納米裝置。例如，納米制造業需要設計出比現在所用的靈敏得多的控制生物試驗的探針。一種方法是用半導體納米晶體或量子點代替當前用有機色素來標記生物分子的辦法。有機色素在化學上是不穩定的，因而會隨著時間慢慢消失，而且用色素同時標記不同種類的分子難度較大，因為每一不同的色素必須特定波長的光照射，以便能反射足夠的光進行探測。
量子點納米晶體（QDNs）能解決這些問題，這些直徑只有5－10納米的晶體有3種組分組成，它們的中心含有類似鎘和硒的兩串原子，這兩串原子連接起來會形成一種半導體，在寬頻紫外光的激發下這個半導體發射特定顏色的光。這些原子串周圍環繞著一層無機物，以保護原子串。整個QDNs外面包覆一層有機物表面，可以吸附蛋白質或DNA分子。通過改變中心的原子數，QDNs能發出不同顏色的光。
即使用一個納米晶體標記，蛋白質也能正常地與其它分子起反應，因此將含有這種標記蛋白質的細胞放在紫外光下，通過顯微鏡可以找到被標記的蛋白質的位置，追蹤它們在細胞內的活動。加利福尼亞的量子點公司的Mitch Gave說，采用納米晶體標記有可能同時跟蹤5－10種標記物。
另外一種可能用來標記細胞內物質的樹枝狀分子dendrimer，尺度為2－20納米，這種物質有許多分枝，分枝的頂端被修飾后能攜帶具有反應能力的化學基，或被連接到抗體、DNA片段、金屬原子上，而且這些樹枝狀納米分子擅長于改變它們在細胞膜內的路線。
在2001年12月的自然生物技術（Nature Biotechnology）雜志上，巴爾的摩的約翰．霍普金斯大學的Jeff Bulte和他的同事們發表文章說，被磁化標記的樹枝狀納米分子可以用來跟蹤被移植到活鼠腦內的干細胞。Bulte博士和他的隊伍合成連有氧化鐵分子的dendrimers，并將它們放進含有由干細胞培養出的腦細胞的培養液中，這一磁化dendrimers被腦細胞吸收，接著將它們注射進老鼠的腦內。運用磁共振成像來探測dendrimers中的氧化鐵，研究者能夠追蹤被移植細胞的位置從而觀察到它們何時生成大腦中的新組織。研究人員正在利用納米生物學的思想來開發藥物，這種藥物專門作用于帶病組織，而dendrimers特別適合于這個目的。
如果將dendrimers加以修飾使其攜帶五個化學功能基，它將成為一種復雜的抗癌藥物。一個分支擁有一個可作用于癌細胞中受體分子的分子，第二個分支擁有一個遇到與癌相關的基因變異就會發出熒光的分子，第三個分支含有能夠容易被X射線探測的金屬原子或其它物質，以顯示腫瘤的形狀；第四個攜帶一種可以按需釋放的藥物分子，而且第五個含有只遇到死亡的癌細胞才釋放的信號分子。Baker博士已經在實驗中生成一種7納米的dendrimers，它攜帶上述所有要素。被培養出的細胞中，帶有適當受體和致癌基因變異的細胞吸收了這些dendrimers，之后立刻被毒死；而不含這種受體的細胞不受影響。現在該實驗室又在試圖驗證dendrimers是否對活體動物有相同作用。
類似技術最終可以使C－60產生一種新的用途，目前C－60最有前途的當屬一種抗艾滋病藥物，這種藥物由兩邊粘帶dendrimers的C－60組成。由于dendrimers是水溶性物質，整個復合物能溶入生物溶液中，而只有C－60是不能溶解的。Wilson博士和他的研究組已經發現，這一復合物能找到稱作反轉錄酶的病毒性酶的活性部位，這種酶對HIV的生命周期至關重要，因為它將病毒的遺傳物質轉譯進DNA，而宿主細胞卻不知情地用這種DNA制造更多的病毒，C－60藥與這種酶的活性部位緊密結合，從而阻止這個過程。
這與現存的蛋白酶抑制劑類抗艾滋病藥的作用方式沒有大的區別，蛋白酶抑制劑類通過化學方式結合到酶的活性部位來阻止酶的活性，但是機理卻完全不一樣。代替化學結合，C－60藥形成一個針對活性部位的機械塞子，因此它對活性部位精確化學組成的敏感性較低。C－60藥具有重要意義的原因是，對蛋白激酶藥產生抗性的 HIV鏈開始出現。對HIV而言，形成對C－60藥的抗性困難得多，這是因為酶必須經受劇烈的改變才能毀壞C－60，而一點小變化就足以使現存的化學類藥物效果全失。除了進化中發生這種劇烈變化的機會很小以外，病毒酶活性部位的較大變更會使病毒失去活性。
納米管藥將取代抗生素
Reza Ghadiri，一位化學家，最近發現了另外一種讓人驚異的潛在納米藥。他發現一種全新的納米管藥，這種藥可以殺死細菌，即使細菌已經對傳統抗生素形成抗性。Ghadiri博士發現如果將含8個氨基酸的環放在細胞膜附近，它們將自我復制并進入那些細胞膜的管道中。這些管道大約直徑為3納米、長6納米，這足夠形成細胞膜的細孔，結果細胞的許多重要組分流失從而導致細胞死亡。
為了把他的氨基酸環制成有效的殺菌劑，Ghadiri博士必須讓它們進入危險細菌的細胞膜內。他將組成管道的氨基酸側鏈擰成環狀，這些側鏈是一些對管道不重要的原子團，但是可以改變管道與外界的作用方式。
細胞膜由脂類分子組成，但有機體之間的細胞膜脂質是不同的，特別是，細菌的細胞膜不同于人類的。通過檢測出氨基酸的不同連接，Ghadiri博士發現了幾個含8個氨基酸的氨基酸環，這些氨基酸環對一種常見病菌葡萄狀球菌的抗生素鏈特別有效。接著他使一些老鼠感染上致命水平的葡萄狀球菌，并向不同的老鼠組注射不同劑量的氨基酸環，對照組（沒有被注射氨基酸鏈）死亡，被注射的老鼠繼續存活。Ghadiri博士說這些環不到一個小時就能發揮作用。
理論上講，細菌最終還是能形成對這種納米管藥物的抗性。但是，由于構建它們的方法簡單化、模型化，它們的組成很容易改變，因此，隨著靶細菌的進化，藥物能相應地得以修飾。相反，能找到一般抗生素的有效替代物非常困難，所以，許多藥物公司對Ghadiri博士的工作表示有興趣，盡管這種藥進入臨床試驗階段還需要等待好幾年。
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