纳米技术及其在动物科学中的应用前景

2016-04-05彩霞

兽医导刊 2016年22期

关键词：纳米技术转基因原子

彩霞

(松山区农牧业局,内蒙古赤峰 024000)

纳米技术及其在动物科学中的应用前景

彩霞

(松山区农牧业局,内蒙古赤峰 024000)

作为一门新兴技术—纳米技术以其独特的物理和化学性质在物理、材料学、高分子、生物学以及医学等多个领域都得得到了广泛的应用,同时其发展潜力也是十分巨大的,在未来纳米技术应用过程中,作为生物学的一个重要分支动物科学也必会受到该技术的影响。文章将从纳米技术出发,对其在动物科学中的应用前景进行分析。

纳米技术;动物科学;应用前景

1 纳米粒子特性概述

1.1 小尺寸

从物理学角度出发，在超细微粒同光波波长、德布罗意波长、超导态相干长度等大小相当或者是更小的情况下，将会对晶体周期性的边界条件产生一定的破坏影响；而对于非晶体纳米微粒而言，其表面的原子密度会降低，使得其在声、光、电磁以及热力学等方面的特性表现出一定的“小尺寸效应”。在动物科学领域中，小尺寸效应最重要的就是化学性质。这是因为纳米粒子的大小与其比表面积之间呈负相关，因此粒子越小，比表面积就会越大，那么其化学活性也会不断的增强。另外在催化剂制备过程中，纳米金属粒子在其中的作用越来越大，尤其是最近几年，关于纳米粒子化学活性的研究越来越多，越来越深入，并在动物营养学中的矿物元素和兽药开发领域应用越来越广泛。

1.2 表面效应

粒子直径在与原子直径相当的情况下，大多数原子都会在粒子的表面聚集，这时表面原子周围出现原子不足而导致其处于不饱和的状态，稳定性降低，出现频繁变换位置的现象。位置的不确定性使得这些原子一旦碰到其他原子时，就会迅速与其进行结合并逐渐稳定下来。另外受到纳米粒子小的影响，其表面原子数量较多，使得其表面原子配位数不足，因此纳米粒子的表面能较高，化学活性也就比较高。而所谓的纳米材料“表面效应”就是指在纳米粒子直径减小的情况下，其表面原子数和总原子会增大，在这种情况下，纳米材料的物理性质就会发生较大的改变，这种改变就是“表面效应”。

2 纳米技术在动物科学中的应用

纳米技术应用就是指以纳米尺度环境为基础，并在该尺寸环境下完成物质的制备、研究以及应用，作为综合性要求较高的技术—纳米技术在动物科学领域应用还比较少，各方面尚处于研究阶段，但是其应用潜力是不可估量的。

2.1 遗传育种领域应用

在生物技术发展带动作用下，转基因技术在动物基因组改良方面得到了广泛的推广及应用，对家畜、家禽经济效益的提升具有十分重要的作用，例如通过转基因技术应用，有效的缩短了家畜等的生长周期，提高了瘦肉率，肉质较以往相比有了明显的改善，饲料利用率提高明显。另外再将体细胞克隆技术与转基因技术进行融合后可以加快优良种畜群的扩大，缩短新品种的培育时间，并为动物遗传资源保护提供了支持，缓解了当前濒危物种面临灭绝的紧张局面。现阶段转基因主要包括融合法（如细胞融合、为细胞介导融合等）、化学法（如DNA-磷酸钙沉淀法、染色体介导法等）、物理法（如显微注射法、电脉冲法等）和病毒感染法（如重组DNA病毒感染、重组RNA病毒感染等）四种。其中显微注射法等转基因技术在实践应用过程中随机性和不确定性较为明显，如针对外源基因的拷贝数和整合位点都是不确定的，甚至过程中还容易发生嵌合体，导致整合率不高，从而造成转基因动物数量不多。而纳米技术在应用过程中首先对DNA进行了分解处理并形成一个独立的基因，之后可以根据研究需求对DNA分解部分进行那个重组，据实践研究发现，利用纳米技术其转基因整合率高达100%。

2.2 在饲料产业中应用

动物胃肠道吸收情况与营养物质颗粒大小之间有着密切的关系，实验结果证明：100nm的粒子吸收率是其他类型大粒子的10～250倍。究其主要原因有以下几点。首先在纳米微粒小尺寸效应和表面效应影响下，饲料粒子在胃肠道中的滞留性明显增加，从而使得营养物质与肠道壁之间的接触时间延长，进而有效的提升了动物对营养物质的利用效率。另外通过纳米技术的应用可以将纤维素粉碎转化为葡萄糖和纤维二糖等，因此一些常见的秸秆也可以作为动物营养物质来使用。纳米技术在饲料作业改良方面也发挥着积极的作用，尤其是在蛋白数量和质量提高方面，纳米技术应用有着其他技术无法比拟的优势。纳米技术在研究可吸附霉菌毒素材料方面也发挥着一定的作用，例如动物在使用发霉饲料后可能会出现不适，而这种纳米材料的应用可以将存在动物胃肠道中的有害霉菌进行吸附并排出，避免影响动物健康，但是该纳米材料尚处于研究阶段，还未正式投入使用。但这也是纳米技术在动物饲料研究方面发展的一个主要方向。

2.3 在药物开发方面的应用

在基因工程发展带动作用下，以生物技术为基础的药物研发受到了动物科学领域的广泛关注和重视，尤其是DNA重组技术的应用在临床多肽、蛋白质以及激素等多个方面获得了成功的应用，而这些药物在动物疾病预防和治疗等方面发挥着十分重要的作用，但是应当注意的是目前兽药主要以蛋白质和肽类药物为主，吸收途径以被动扩散和吞噬等为主，且这类药物在动物胃肠道体内会遇到诸多的阻碍，影响药物吸收。而纳米技术在这方面的应用具有一定的优势。首先可以将纳米粒子为载体，进行多肽类药物的动力学参数改进，经改进的肽类药物不受动物生物屏障的影响，降低蛋白质和肽类药物的释放速率，同时也有效的提高了使用药物的利用效率，降低了动物使用药物的剂量，也有效的解决了药物残留等多方面的问题。