趋磁细菌磁小体的生物矿化作用和磁学性质研究进展

趋磁细菌磁小体研究是揭示生物矿化作用和探索生物活动与地磁场之间联系的重要研究内容。细菌成因的磁铁矿颗粒也是部分湖泊和海洋沉积物磁性的主要载体。本文将在介绍趋磁细菌基础上，重点评述磁小体形成过程研究、磁测量技术、沉积物中化石磁小体的识别方法、环境指示意义等方面的新进展，并简要展望未来磁小体研究及其应用前景。     

天然磁靶向纳米药物载体磁小体研究进展

磁小体是一类存在于趋磁细菌体内,表面由脂质双分子层包裹,对磁场具有敏感性的纳米级单磁畴晶体.凭借其良好的生物相容性及表面可修饰等显著优势,可作为一种新型的天然磁性纳米载体应用于多种生物活性物质的固定负载,在靶向治疗方面有着广阔的应用前景.本文主要介绍了天然磁小体的来源及较人造磁性纳米颗粒的结构优势,概括了磁小体用作药物靶向载体的最新研究进展,并在此基础上探讨了磁小体载药研究中存在的问题及其发展前景.     

全球趋磁细菌数据库的建立

趋磁细菌是研究生物矿化的模式微生物.鉴于磁小体在生物矿化、Fe生物地球化学循环、沉积剩磁、环境指示和磁性材料方面的重要性,趋磁细菌研究已成为微生物学、地球科学和材料科学共同关注的重要课题.本文搜集并整理了截至目前全球趋磁细菌的实验观测数据,建立了首个综合性的趋磁细菌数据库.数据库包括了已发表的趋磁细菌16S rRNA基...     

趋磁细菌Magnetospirillum magneticum AMB-1全细胞和纯化磁小体的磁学比较研究

趋磁细菌磁小体化石是湖泊海洋沉积物的重要磁性载体和古环境替代性指标. 对纯培养趋磁细菌Magnetospirillum magneticum AMB-1的全细胞样品和纯化磁小体样品的磁学和电子显微镜分析结果表明: AMB-1合成的磁小体是单畴磁铁矿, 它们在胞内呈片段状的单链排列(由3~5条短链组成). 全细胞和纯化磁小体样品之间的磁学性质的显著差异主要由静磁相互作用(与磁小体的空间排列有关)造成. 对于全细胞样品, 链内磁小体间的静磁相互作用强, 而链间的静磁相互作用弱, 其?比值为3.0; 对于纯化磁小体样品, 磁小体链的坍塌聚集导致链间和颗粒间的静磁相互作用都明显增强, 导致样品的矫顽力降低, ?比值降至1.5. 这些结果对于认识磁小体化石的古地磁学和环境磁学意义以及拓展磁小体在生物材料方面的应用具有参考价值.     

我国趋磁细菌的分布及其磁小体的研究

1975年,美国生物学家Blakemore首次发现趋磁细菌(Magnetotactic bacterium).随后一些学者不断从各地的淡水池塘、河流、海洋沉积物表层及潮湿的草原土壤中分离到各种形态的趋磁菌(球形、杆形、弧形、螺旋形).在北半球分离到的趋磁菌会伺地理北极(即地磁南极S)游动;在南半球趋磁菌则趋向地理南极(即地磁北极N)泳动;在赤道附近则既有趋向S极,也有趋向N极的.趋磁菌为微好氧菌,革兰氏染色阴性(Gˉ),生有端生或丛生鞭毛,其对磁场的反应敏感是由于体内含有排成链状或散列的磁小体(magnetosomes).这些磁小体具有重要的应用价值.近年来,美、英、德、日本等国的学者竞相开展研究,1991年日本的Matsunaga等人又分离出好氧生长的趋磁细菌.目前在我国趋磁细菌的研究很少,国内外更无黄土趋磁细菌的报道.本文就我国淡水湖泊及西安段家坡黄土等土壤中趋磁菌的分布、生物学及培养特征、磁小体的特性作一报道。     

磁螺菌(Magnetospirillum gryphiswaldense)氢酶基因功能分析及对细胞生长的影响

探讨了磁螺菌(Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1)氢代谢与细胞生长、磁小体合成之间的关系. 分别构建了吸氢酶大亚基基因hupL缺失突变株L206和氢酶大亚基基因hyaB与hupL的双缺失突变株B206. 比较了野生型菌株与突变株在摇瓶培养条件下的吸氢量、放氢量、细胞生长曲线和铁的吸收, 并结合电子显微镜观察了细胞内磁小体合成情况. 结果表明, 磁螺菌HupSL为专一性的吸氢酶, HyaAB为专一性的放氢酶; L206在磁小体合成过程中的放氢量相对较高, 其生长速度、铁吸收速度明显快于MSR-1及B206. 推测磁螺菌可通过上述吸氢酶和放氢酶的作用适当调节细胞内还原力的平衡, 促进铁的吸收和磁小体合成.     

红条毛肤石鳖齿舌牙齿内的纳米磁性矿物质

生物矿化是自然界常见的生物现象，而石鳖齿舌是磁性生物矿化研究中极其有意义的研究对象之一。利用高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜、磁力显微镜以及超导量子磁强计磁测量装置，从磁学的角度探讨了红条毛肤石鳖齿舌成熟的主要横向牙齿内的纳米磁性矿物质的成分、结构分布与易磁化方向、磁畴结构的关系，旨在为理解磁性生物矿化齿舌的生物功能提供依据。     

基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗研究进展

磁热疗是一种新型的肿瘤物理治疗方法,是肿瘤纳米医学范畴的重要研究内容之一,相对于传统的肿瘤热疗,具有低毒、可控等优势,已被证明其在临床肿瘤治疗中具有巨大应用潜力.然而当前纳米氧化铁热疗剂磁热转换效率低、纳米靶向递送效率不足,以及磁场发生设备的限制等问题,严重制约了肿瘤治疗效果.随着纳米材料合成技术的快速发展以及人们对于磁性纳米材料生物学效应的深入理解,以四氧化三铁为代表的磁性纳米材料作为可介导外场的新型智能材料在肿瘤磁热疗应用方面取得了长足的发展.鉴于此,本文围绕如何提高肿瘤磁热疗效,从磁性纳米材料的产热机制、优化磁热剂转换效率、提高磁纳米制剂的肿瘤靶向性、肿瘤磁热疗应用以及磁场发生设备等方面展开讨论,综述了基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗最新研究进展.     

磁螺菌MSR-1磁小体缺失突变株NM21 Tn5侧翼序列的克隆及功能分析

利用mini-Tn5 lacZ2对磁螺菌(Magnetospirillum gryphiswaldense) MSR-1进行转座插入突变, 获得磁小体缺失突变株NM21. 通过锚定PCR从NM21中克隆出Tn5插入位点的侧翼序列, 获得长3073 bp的DNA片段, 其中含有3个ORF, Tn5插入在ORF1中, 互补实验证明该片段与磁小体合成相关. 对ORF1编码的蛋白进行同源比较和功能分析, 发现ORF1编码的蛋白中部有4个跨膜螺旋, 与其同源性较高的序列全部为二价阳离子转运蛋白. BLAST软件分析表明, ORF1编码的蛋白具有COG0053和PRK09509结构域, 与FieF和MMT1等二价阳离子转运蛋白家族CDF (cation diffusion facilitator)有相同的结构域, 推测其为磁小体膜上Fe2+的转运蛋白, 且可能在去除Fe2+对细胞毒害的过程中起着重要作用.     

铁氧化物的生物矿化

生物无机化学的很多内容虽然都是研究水溶液中金属络合物的结构和光谱性质,但目前化学家们正在将注意力转向研究生物无机固态过程。研究生物无机铁氧化物可以很好地来了解生物化学反应的复杂性和精密性。例如,趋磁性的细菌能够利用磁铁石的特有性质在地磁场内遨游。普通的帽贝依靠一种铁—蛋白的复合物来获取它们的食物。     

CoFe2O4纳米材料的燃烧法合成及磁性研究

以燃烧法合成了纳米相尖晶石钴铁氧体，通过控制反应条件可以控制产物的颗粒尺寸。磁性研究表明，颗粒尺寸４ｎｍ的样品表现出超顺磁现象，矫顽力为０；８５ｎｍ左右（临界单畴尺寸）的颗粒样品有最大的矫顽力。钴铁氧体颗粒间存在负的磁相互作用，颗粒接近临界磁单畴尺寸的样品负磁相互作用较强。     

黄土-古土壤序列中趋磁细菌分布和磁小体形成的古环境研究

选择甘肃西峰和陕西段家坡两个黄土剖面，采取磁化率变化显著的L₆-S₅-L₅层段，在8~18℃室温、25,26和30℃左右等多种条件下富集培养趋磁细菌(MB),通过透射电子显微镜(TEM)观察各样品中MB,的多少、大小、形态，以及其中磁小体(MS)的特征．总的来说,MB广泛存在于黄土－古土壤序列之中，古土壤中MB及其细胞内的MS相对较多，菌体形态亦较多，有杆状菌、弧形菌等；其中的MS基本呈链状沿细胞长轴排列．其次，黄土剖面中趋磁细菌的分布与古气候环境存在一定的关系．从黄土剖面中MB和MS的分布可推测：在整个黄土－古土壤序列形成时期，黄土高原地区古气候一直处于频繁波动状态，由西北而东南，气候呈逐渐变暖趋势，波动也更趋频繁     

铁稳态代谢分子机制及铁磁纳米颗粒研究进展

铁是人体必需微量元素,参与血红蛋白及多种酶的合成,在氧气运输、免疫调节、核酸合成及基因表达调控等多种生理过程中发挥重要作用.铁稳态代谢的维持对于机体正常生长发育至关重要,铁稳态代谢失衡会引发多种疾病.机体铁稳态代谢的调控由多个环节协调控制;在分子水平上,铁调素Hepcidin作为铁稳态代谢的关键调控因子,通过降解小肠上皮细胞和巨噬细胞上的铁外排蛋白Ferroportin,调控机体铁稳态.由此可见,机体内铁稳态代谢的维持是由多因素、多层次的复杂调控网络协调完成.铁不仅是必需的营养物质,还是新型生物材料的重要组分.铁磁纳米颗粒是一类以铁蛋白或Fe_3O_4等作为基础的生物大分子纳米粒子,因其较强的磁导向性和较好的生物兼容性,已被广泛应用于生物医学领域.本文围绕我们团队近年在铁稳态代谢领域的系列原创发现,就铁调素调控铁代谢稳态的分子网络及铁磁纳米颗粒研究国际前沿进展进行系统综述.     

光化学原位制备PDEA-磁性纳米凝胶用于DNA 固定及缓释研究

应用光化学原位聚合法合成了聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯)包覆的磁性纳米凝胶 (PDEA-磁性纳米凝胶). 应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计 (VSM)、光子相关光谱(PCS)等对PDEA-磁性纳米凝胶的结构、形貌、磁学性质、粒径及表面 ζ-电位等进行了表征. 结果表明, PDEA-磁性纳米凝胶形状较规则, 为“核-壳”结构, 表面PDEA高分子层约为26%, 平均水合粒径为43 nm, 具有超顺磁性. 该磁性纳米凝胶具有明显的pH敏感性, 在室温、 pH 5.0时可结合DNA分子, 最大结合量为51 μg/mg, 在pH 7.4条件下能够将DNA高效释放出来, 且呈现出明显的缓释效应, 加之良好的磁响应性能, 使其可作为一种新型磁靶向转基因载体应用于生物医学研究.     

海绵动物的演化意义及其生物硅的仿生应用

海绵动物是地球上最古老、最简单的动物, 但对它在生物进化中的定位却经历了一个漫长而复杂的认识过程. 作为“活化石”, 海绵动物为生物演化研究提供了最好的证据; 而对海绵动物研究更令人入胜的是近年来人们发现硅质海绵动物骨针的独特结构和良好光纤特性, 从而开辟了利用纳米生物技术进行仿生合成的广泛研究领域. 综述了海绵动物的发现及新的分子生物学进化证据, 骨针硅蛋白催化合成生物硅的研究进展及仿生合成在纳米生物技术和医学领域的潜在应用.     

巨磁电阻效应

巨磁电阻效应具有重要的基础研究意义,又有宽广的应用背景.本文将综述铁磁金属与合金的各向异性磁电阻效应,磁性多层膜、颗粒膜、钙钛石型化合物薄膜以及磁性隧道结的巨磁电阻效应.巨磁电阻效应的物理机理在于传导电子自旋平行与反平行局域磁化矢量具有不同的散射几率.磁学与电子学的结合开拓了新的磁电子学研究领域.     

细菌鞭毛推进器复杂的蛋白组成和精致的空间结构

鞭毛推进游动是细菌寻找最佳营养源的有效运动方式之一.细菌鞭毛由鞭毛基体、鞭毛钩和鞭毛丝3部分构成,该结构的合成和组装由50多个基因参与,是在精密的时、空调控下进行的生物过程.对鞭毛结构和功能的认知主要源自对几个常见模式细菌的研究.近期,针对海洋趋磁细菌的研究结果揭示了一种新型鞭毛运动器官复杂的蛋白组成及其高度精致的空间结构.12种鞭毛蛋白经不同程度的糖基化修饰后装配成7根鞭毛,并与24根纤毛在一个鞭毛鞘中排列成7个相互交织的六角形阵列.目前,这种鞭毛结构只在海洋趋磁球菌中观察到,推测是这类细菌为了适应海洋沉积物生境,经生态分化演变的结果.这种精巧的结构对现有的鞭毛组装和运行机制模型提出了挑战,并将推进今后对细菌表面附属物的装配与演化的深入研究.     

等离子激元纳米颗粒组装及其生物应用

近年来,通过自组装技术能够可控地将单个纳米颗粒组装成一维、二维或三维空间构象的新型复合材料.相对于单独的纳米颗粒,纳米颗粒组装材料可表现出许多新颖或优异的物理性质,具有巨大的应用前景,因此在纳米材料领域越来越受到关注并快速发展.尤其是贵金属纳米颗粒组装体具有独特的等离子激元光学性质,在生物传感、成像和治疗等方面具有广阔的应用前景.本文回顾了近年来通过分子介导方法对纳米颗粒进行组装及其生物应用的最新研究进展,重点介绍了几种分子介导的纳米颗粒组装技术,以及纳米颗粒组装体的生物医学应用,并展望了其发展前景.     

磁性氧化铁纳米颗粒的生物相容性研究进展

磁性氧化铁纳米颗粒的生物相容性是其应用于临床研究的前提之一. 生物相容性一般是指材料与宿主之间的相容性, 包括组织相容性和血液相容性. 目前认为, 对生物材料的生物相容性研究与评价应从整体、细胞和分子这3 个水平全方位进行. 本文主要将近期通过细胞、分子和整体水平相关试验进行的磁性氧化铁纳米颗粒生物相容性评价工作的进展及其研究中存在的问题作一综述.     

Fe/Ag多层膜的巨磁电阻效应

自1988年Baibich等人在Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻(GMR)效应以来,人们对各种磁/非磁金属多层膜做了大量的研究.Fe/Cr,Co/Cu和Fe/Cu是最为人们熟悉的存在GMR效应的多层膜系统.金属多层膜中出现GMR效应的必要条件之一是相邻磁性层之间必须存在反铁磁耦合.最初人们对Fe/Ag多层膜的研究没有观察到反铁磁耦合.然而,Bruno等人对磁性过渡族金属/贵金属多层膜的理论计算表明,其中存在铁磁-反铁磁层间耦合振