納米與生命

這是一本關於納米技術及其應用的科普讀物，涉及生物物理學、醫學及工程科學等領域。 納米技術是生物學與醫學領域的明星，也讓物理學家為之著迷，是多學科交叉融合的典型科學領域之一。一直以來，像生命的起源、生命的多樣性等吸引各個領域科學家的問題，遠未得到明確的解答；然而，逐漸加快的學科融合已經成為必然趨勢，讓我們意識到自己正處於一個拐點上：科技即將改變我們對於生命的認識，而這會帶給人類更強大的治癒疾病的力量。

這本書言簡意賅地講述了生物學、醫學、物理學等學科融合的歷程，介紹了由此產生的新科學。作者將對生命的研究置於廣闊的語境中，旨在對支配整個宇宙運行的規則有全新的理解，也展望了這種學科融合對人類的健康和生活品質的提升有怎樣的深遠影響。
 

前言及致謝 V
緒論 科學融合於生物學，重塑健康 001
生物學與醫學中的納米技術 003
定量生物學的誕生：生命的全新物理學 005
生物學和醫學的轉變 010
創新材料的未來 014

第1章 最終，我們擁抱生物學的複雜性 019
分層的宇宙，分層的生命 023
近距離對焦生物的複雜性：還原生物 025
拉遠鏡頭：解釋由複雜性形成的生物學行為 030
利用納米技術工具研究生物 041
觀察進行納米尺度行走的蛋白質 045
調查多尺度的細胞行為 048
細胞如何對機械作用力與環境做出反應？ 051
將機械信號翻譯成生物語言 052
用機械信號與電學信號連接不同尺度 058
生物電對器官活動的程式控制 060
分層的生物、分層的大腦以及分層的思維 061
接納生物的複雜性 065

第2章 邊製作，邊學習：DNA和蛋白質納米技術 069
DNA納米技術的誕生 073
利用DNA創造納米結構 077
DNA折紙術 080
DNA納米機器人 081
DNA納米技術的挑戰 083
蛋白質納米技術 086
通過生物演化優化自身的納米結構 096
利用納米技術製造仿生材料和仿生設備 097
未來設備：量子物理、生物學與納米技術的相遇 099

第3章 醫學中的納米 103
藥物發現簡史與納米醫學的到來 105
抗生素耐藥性與納米技術 112
利用定制化蛋白質進行藥物合理化設計 118
用於可程式設計化學合成的DNA納米機器人 121
用於靶向輸送藥物的納米技術 122
增強癌症免疫療法的納米技術 128
用於基因編輯與基因遞送的納米顆粒 133
藥物與分子從聚合材料中可控釋放 135
將應用生物回應材料的皮膚貼劑中的藥物可控釋放 137
用於改進免疫療法的植入體 138
邁向超增強的免疫系統 140

第4章 組織與器官再生 143
從細胞的發現到幹細胞的發現 147
早期的組織工程 151
操控幹細胞的命運 154
用於組織工程的納米結構材料 156
器官工程 157
三維生物列印 162
晶片上的器官 164
將生物學、物理學與數學用於工程和再生組織 166
第一個生物雜化的跨領域材料機器人 168

第5章 總之，生命改變一切 171
結語 生物變成物理：我們成為技術物種的時代正在來臨？ 183
科學家為新的技術文化而努力 184
科技與平等 189
創造積極技術未來的願景 193
在過去的光輝中前行 196

譯後記 人類的又一次三岔路口 199
注釋 203
 

索尼婭·孔特拉（Sonia Contera）
 
牛津大學物理系生物物理學教授、牛津馬丁學院醫用納米科學研究中心聯席主任。她的研究方向是物理學、生物學和納米科學技術的交叉領域，具備多個學科的研究背景。