纳米与生命

　　21世纪以来，科学的逐步融合，特别是物理学、纳米技术、生物和医学等学科的交叉融合，横跨不同的大陆，也跨越了不同的科学与文化。这种科学的融合正带来一场变革，不只是在技术领域，也涉及我们与物质世界在生理、文化和哲学层面的联系。 这本书为我们展示了物理学、生物学和纳米科学技术交叉融合的科学领域——以生命为核心的新科学。作者具备多个学科的研究背景，她将对生命的研究置于广阔的语境中，思索并探讨着快速变化的现在，也带我们想象让新技术美梦成真的光明未来。 作为普及性读物，这本书在科学性、思辨性与可读性之间达成了微妙的平衡，它言简意赅，为前沿科学进展配上令人惊叹的彩图。这本书能够为我们推开通向纳米尺度之窗，展现跨领域材料的力量，带来新视角的深入思考。

　　索尼娅·孔特拉（Sonia Contera） 牛津大学物理系生物物理学教授、牛津马丁学院医用纳米科学研究中心联席主任。她的研究方向是物理学、生物学和纳米科学技术的交叉领域，具备多个学科的研究背景。

封面
版权信息
前言及致谢
绪论 科学融合于生物学，重塑健康
生物学与医学中的纳米技术
定量生物学的诞生：生命的全新物理学
生物学和医学的转变
创新材料的未来
第1章 最终，我们拥抱生物学的复杂性
分层的宇宙，分层的生命
近距离对焦生物的复杂性：还原生物
拉远镜头：解释由复杂性形成的生物学行为
利用纳米技术工具研究生物
观察进行纳米尺度行走的蛋白质
调查多尺度的细胞行为
细胞如何对机械作用力与环境做出反应？
将机械信号翻译成生物语言
用机械信号与电学信号连接不同尺度
生物电对器官活动的程序控制
分层的生物、分层的大脑以及分层的思维
接纳生物的复杂性
第2章 边制作，边学习：DNA和蛋白质纳米技术
DNA纳米技术的诞生
利用DNA创造纳米结构
DNA折纸术
DNA纳米机器人
DNA纳米技术的挑战
蛋白质纳米技术
通过生物演化优化自身的纳米结构
利用纳米技术制造仿生材料和仿生设备
未来设备：量子物理、生物学与纳米技术的相遇
第3章 医学中的纳米
药物发现简史与纳米医学的到来
抗生素耐药性与纳米技术
利用定制化蛋白质进行药物合理化设计
用于可编程化学合成的DNA纳米机器人
用于靶向输送药物的纳米技术
增强癌症免疫疗法的纳米技术
用于基因编辑与基因递送的纳米颗粒
药物与分子从聚合材料中可控释放
将应用生物响应材料的皮肤贴剂中的药物可控释放
用于改进免疫疗法的植入体
迈向超增强的免疫系统
第4章 组织与器官再生
从细胞的发现到干细胞的发现
早期的组织工程
操控干细胞的命运
用于组织工程的纳米结构材料
器官工程
三维生物打印
芯片上的器官
将生物学、物理学与数学用于工程和再生组织
第一个生物杂化的跨领域材料机器人
第5章 总之，生命改变一切
结语 生物变成物理：我们成为技术物种的时代正在来临？
科学家为新的技术文化而努力
科技与平等
创造积极技术未来的愿景
在过去的光辉中前行
译后记 人类的又一次三岔路口

　　这本书借助作者对分子尺度工程学领域的探索，宣示了纳米技术时代的到来，以及它重塑组织和改变生命的承诺。
——《新科学家》杂志

　　前言及致谢
21世纪以来，科学的逐步融合，特别是物理学、纳米技术、生物和医学等学科的交叉融合，构成了我自己科学生涯的图景，横跨不同的大陆，也跨越了不同的科学与文化。2007年，我的学习与工作的旅程指引着我从物理走向纳米技术，再到生物学，最后又重回物理学，在我游学过西班牙、中国、捷克、日本、丹麦和英国之后，我成为医用纳米科学研究中心的联席主任，从事牛津大学牛津马丁学院的一个科研项目。这所学院由詹姆斯·马丁与莉莉安·马丁捐助设立，旨在成为一个交汇中心，让所有相关的学术科研都可以在这里汇集起来，以调查并讨论21世纪面临的挑战与机遇。牛津马丁学院建立了与公众沟通的机制，在此鼓舞之下，我开始进行一些有关纳米技术以及医学与生物之未来的讲座，这些都深深地源于我用物理学家的眼光看待世界。尽管科学融合的步伐在加快，对于学科融合如何重塑我们的工作方式以及对自然界进行思考的方式这些问题，科学界的反应却较为迟缓，因此我的讲座也是在试图满足自己作为科学实践者的需要。在公开场合对着学术界或非学术背景的观众谈论这些话题，已经成为我学术生涯的重要组成部分，也让我能够反思更多我自己科研的内涵、历史与背景。如今我在世界各国，对着不同的观众开展我的讲座，这让我得以与很多群体交流，也能够认识到公众对这些融合技术抱有极大的兴趣。这些技术定义了我们的现在，而且很有可能塑造我们的未来。

　　分层的宇宙，分层的生命
由蕾·伊姆斯和查尔斯·伊姆斯[3]在20世纪60年代制作的传奇短片《十的力量》，开场画面展现了从上空拍摄的1米（1米=100米）见方范围，一名男子与一名女子正在芝加哥附近的某处，坐在毯子上享用着他们的野餐。10秒之后，视角开始从毯子远离，其速度是每10秒就远离10倍：从1米（100米）见方的野餐地毯，到10米（101米）见方的伯纳姆公园；随后视角继续以此速度远离，可以看到整个芝加哥城市面貌（104米），再然后是整个地球、太阳系、我们所在的银河系……最后直到1024米见方，那是宇宙中可见范围的一张快照。这部短片通过数量级让视角来了一场宇宙之旅，从而发现在视野中再添加一个“零”（也就是翻10倍）会有什么效应。这种视角效应的神奇之处在于，我们宇宙的物理实体穿越时间与空间尺度，分层的结构引起了我们对真实构造的反思。