趋磁细菌与磁小体的研究

趋磁细菌是一类能够在一定的磁场内按磁力线方向运动的细菌,菌体内含有磁性颗粒,称磁小体.磁小体具有重要的应用价值.目前,对趋磁细菌的开发和利用主要是在磁性记录材料、分离技术和医疗卫生等方面.     

破解趋磁细菌断裂磁小体链的方式

趋磁细菌是在20世纪70年代由理查德·布莱克默（RichardBlakemore）发现的一类在外磁场作用下能作定向运动的细菌。它们体内有一种叫做"磁小体"的物质,其主要成分是Fe₃O₄和Fe₃S₄。众多的磁小体在趋磁细菌体内聚集成链状,使得它们具有趋磁性。趋磁细菌发生细胞分裂时,面临一个很大的挑战:将体内的磁小体链"折断"为两部分。因为如果像正常的细胞分裂方式一样,那么,从趋磁细菌分裂开始到最终形成两个子细胞的力是不足以断开磁小体链的。     

趋磁细菌的磁小体结构相关蛋白研究进展

趋磁细菌的磁小体由双层脂分子包被,膜上含有很多特异性的可溶和跨膜蛋白,在磁小体基质和颗粒间连接中还存在其他结构相关蛋白.趋磁细菌通过对磁小体膜或结构相关蛋白的遗传调控,实现从铁的吸收、氧化和还原—铁氧化体的沉积和成晶—磁小体链的装配和维护等一系列环节,取得了原核细胞中的最高结构水平之一——膜状细胞器结构.趋磁细菌借助磁小体结构对外界磁场(包括地磁场)信号作出响应亦提供了一个磁感受生物物理机制和地磁生物效应的简单模型.     

一种趋磁弧菌及其磁小体特性的研究

南京城郊一淡水池塘污泥中存在一种弧形趋磁细菌NMV—1,在地磁场作用下一致向北游动,细胞可连接成链状,有2～13个菌体,长达2～10μm,透射电子显微镜(TEM)观察表明每个细胞内含11～15颗磁小体,呈长方体,沿菌体长轴排列成链状,磁小体尺度为:长120nm,宽80nm,处在稳定的单磁畴晶体范围内.能谱分析仪显示该菌磁小体的元素组成为铁(Fe),由晶体衍射分析表明磁小体为单晶结构.NMV—1趋磁弧菌的发现为研究用生物方法制备新型纳米磁性材料提供了必要的基础     

一种具有磁光性能的潜在药物载体的研制

磁小体是磁靶向给药领域的研究热点,为了精准示踪生物体内的磁小体来指导靶向,基于磁小体和量子点构建一种新型磁光载体.利用静置培养和磁吸附的方法收集富含磁小体的趋磁细菌AMB-1,并通过超声破碎及磁吸附方法提取长度为5~10个的磁小体链,运用点击化学反应将含有羧基的CdTe/CdS量子点修饰到磁小体膜上,并利用人肝癌细胞HepG2初步开展光示踪有效性的验证.结果发现该载体可以成功地被细胞摄取,并在细胞内观测到磁小体的分布.笔者成功地研制出磁光载体,为后续的磁靶向给药、磁靶向热疗及荧光一体化的研究及应用提供了坚实的基础.     

—株G~-球形趋磁细菌的发现与表征

在玄武湖水域发现一株 Ｇ－ 球形趋磁细菌 Ｘ Ｗ － １ ,光学显微镜下观察,可见菌体在地磁场的作用下,快速北向游移,平均游动速率约为０ ．１４ ｍ ｍ／ｓ ,该菌株对磁场的作用极其敏感．透射电镜观察显示,在每一菌体的细胞壁上镶嵌了１２ 颗左右的磁小体,磁小体的大小和形状均匀一致,每颗磁小体长约６０ｎ ｍ ,宽４０ｎｍ ,ｘ 射线能谱测试分析表明,磁小体为铁的氧化物．     

一株G^-球形趋磁细菌的发现与表征

在玄武湖水域发现一株Ｇ＾－球形趋磁细菌ＸＷ－１，光学显微镜下观察，可见菌体在地磁场的作用下游移，平均游离速率久为０．１４ｍｍ／ｓ，该菌对磁场的作用极其敏感，管射电镜观察显示，在第五菌体的细胞直镶嵌了１２颗左右的磁小体，磁小体的大小和形状均匀一致，每颗磁小体长约６０ｎｍ，宽４０ｎｍ，ｘ射线能谱测试分析表明，磁小体为铁的氧化物。     

趋磁螺菌AMB-1磁小体合成相关基因的克隆及功能分析

为了更清楚的了解趋磁螺菌产磁小体的合成机理和调节途径,用Tn5转座子诱变的方法筛选得到了2株磁小体合成降低的突变株,并克隆了突变株中被插入失活的基因,分别为编码ABC型Fe3+转移系统中的离子结合蛋白的amb3385基因和功能未知的锄b3672基因.互补实验表明携带amb3385和amb3672基因的广宿主载体可以不同程度地恢复突变株中磁小体的合成,证明了D.schuler关于磁小体合成假说的第一个步骤,即Fe3+从胞外向经由Fe3+转运蛋白运输至了胞内.由于amb3672基因比对时未发现特殊相似基因,其功能尚需进一步研究.     

趋磁螺菌AMB-l磁小体合成相关基因的克隆及功能分析

为了更清楚的了解趋磁螺菌产磁小体的合成机理和调节途径,用Tn5转座子诱变的方法筛选得到了2株磁小体合成降低的突变株,并克隆了突变株中被插入失活的基因,分别为编码ABC型Fe3+转移系统中的离子结合蛋白的amb3385基因和功能未知的amb3672基因.互补实验表明携带amb3385和amb3672基因的广宿主载体可以不同程度地恢复突变株中磁小体的合成,证明了D.Schüler关于磁小体合成假说的第一个步骤,即Fe3+从胞外向经由Fe3+转运蛋白运输至了胞内.由于amb3672基因比对时未发现特殊相似基因,其功能尚需进一步研究.     

趋磁细胞研究：I.武昌东湖水体中趋磁细胞WD—1的分离

武昌东湖水域中存在杆状，螺旋状和旺状等不同形态的趋磁细胞，通常在细胞内有２～１０个数量不等的磁小体，在微好氧条件下利用半固体培养基分离到一株Ｇ＾－，短杆状的趋磁细胞ＷＤ－１，能谱电镜分析表明，该菌磁小体的元素组成是Ｆｅ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｐ和Ｓ，共含量分别占８４，５７％，３．９８％，２．７５％、２．２１％、１．１２％和０．９３％。     

Biomineralization and magnetism of bacterial magnetosomes

Magnetosomes of magnetotactic bacteria are of great interest in understanding biomiueralizatiou and possible links between organisms and geomagnetic field. Fossil maguetosomes are ubiquitous in marine and lake sediments and may significantly contribute to magnetic signals. In this review, we firstly introduce some characteristics of magnetotactic bacteria, followed by considering recent progress in maguetosome formation, magnetic measurements, and identification of bacterial magnetites in bulk sediments as well as their paleoenviroumeutal implications. Finally, we briefly discuss potential future breakthroughs in magnetosome studies and its applications.     

DMTB: A comprehensive online resource of 16S rRNA genes,ecological metadata,oligonucleotides, and magnetic properties of magnetotactic bacteria

Magnetotactic bacteria (MTB) are of interest in microbiology, biomineralization, advanced magnetic materials, and bio-geo-sciences because of their ability to form highly ordered intracellular magnetic minerals. Great strides for MTB studies have been made in the past four decades. In this paper we complied the first internet-accessible database for MTB, Database of Magnestotactic Bacteria (DMTB). It contains information of 16S rRNA gene sequences, corresponding ecological metadata, oligonucleotides, and magnetic properties of MTB. The comprehensive information contained in DMTB will provide a very useful data resource for researchers from different disciplines. The website of DMTB is at http://database.biomnsl.com/.     

An acidic protein aligns magnetosomes along a filamentous structure in magnetotactic bacteria

Magnetotactic bacteria are widespread aquatic microorganisms that use unique intracellular organelles to navigate along the Earth's magnetic field. These organelles, called magnetosomes, consist of membrane-enclosed magnetite crystals that are thought to help to direct bacterial swimming towards growth-favouring microoxic zones at the bottom of natural waters. Questions in the study of magnetosome formation include understanding the factors governing the size and redox-controlled synthesis of the nano-sized magnetosomes and their assembly into a regular chain in order to achieve the maximum possible magnetic moment, against the physical tendency of magnetosome agglomeration. A deeper understanding of these mechanisms is expected from studying the genes present in the identified chromosomal 'magnetosome island', for which the connection with magnetosome synthesis has become evident. Here we use gene deletion in Magnetospirillum gryphiswaldense to show that magnetosome alignment is coupled to the presence of the mamJ gene product. MamJ is an acidic protein associated with a novel filamentous structure, as revealed by fluorescence microscopy and cryo-electron tomography. We suggest a mechanism in which MamJ interacts with the magnetosome surface as well as with a cytoskeleton-like structure. According to our hypothesis, magnetosome architecture represents one of the highest structural levels achieved in prokaryotic cells.     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器研究

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。     

超磁致伸缩材料内部磁场与涡流损耗理论分析

在对纵向激励磁场中超磁致伸缩材料进行分析的基础上,利用Maxwell's方程建立了用Bessel函数描述的超磁致伸缩材料内部磁场分布函数,由Bessel函数解析方法确立了超磁致伸缩材料内部磁场Kelvin表达式.通过对材料内部磁场分布的定性分析,得出内部磁场具有典型滞回特性.利用磁能理论对材料内部涡流损耗进行了初步理论分析,得出由Kelvin函数表示的材料内部涡流损耗表达式.并对激励频率、电导率、材料半径等因素对涡流损耗的影响进行了初步讨论,为超磁致伸缩材料参数的选取奠定了基础.     

Transition-metal-based magnetic refrigerants for room-temperature applications.

Magnetic refrigeration techniques based on the magnetocaloric effect (MCE) have recently been demonstrated as a promising alternative to conventional vapour-cycle refrigeration. In a material displaying the MCE, the alignment of randomly oriented magnetic moments by an external magnetic field results in heating. This heat can then be removed from the MCE material to the ambient atmosphere by heat transfer. If the magnetic field is subsequently turned off, the magnetic moments randomize again, which leads to cooling of the material below the ambient temperature. Here we report the discovery of a large magnetic entropy change in MnFeP0.45As0.55, a material that has a Curie temperature of about 300 K and which allows magnetic refrigeration at room temperature. The magnetic entropy changes reach values of 14.5 J K-1 kg-1 and 18 J K-1 kg-1 for field changes of 2 T and 5 T, respectively. The so-called giant-MCE material Gd5Ge2Si2 (ref. 2) displays similar entropy changes, but can only be used below room temperature. The refrigerant capacity of our material is also significantly greater than that of Gd (ref. 3). The large entropy change is attributed to a field-induced first-order phase transition enhancing the effect of the applied magnetic field.     

考虑介电常数影响的GMA内部磁场特性分析

以Maxwell’s方程为基础,结合超磁致伸缩材料压磁方程,建立了考虑介电常数、预压应力等参数的超磁致伸缩材料内部磁场径向分布模型,并对其进行了理论分析和数值仿真.讨论了介电常数、预压应力、激励频率等参数对材料内部磁场分布及滞回特性的影响.结果表明,超磁致伸缩材料径向内部磁场分布具有明显的集肤效应和滞回特性;受电导率与介电常数共同影响,材料的磁场分布出现了双峰现象;沿磁致伸缩材料半径增大方向,外激励磁场与材料内部磁场的滞回特性逐渐减弱,磁场损耗随之降低;随着预压应力的增大,材料内部的集肤效应逐渐减小.     

脉冲磁场对高速钢刀具材料微观硬度的影响

研究脉冲磁场对W9Mo3Cr4V高速钢刀具材料微观硬度的影响规律. 利用自行构建的磁处理试验平台对高速钢试样进行定向脉冲磁化处理. 研究不同的脉冲磁场强度、磁场频率和磁化时间对高速钢材料微观硬度的影响规律,通过观察高速钢材料金相组织,分析脉冲磁场作用下高速钢材料的微观组织变化机制. 试验结果表明,在选择合适的脉冲磁化工艺参数条件下,高速钢材料的微观硬度能够明显提高. 脉冲磁场作用促使金属材料中一部分残余奥氏体转化为硬而脆的马氏体,使马氏体含量升高,材料组织变得均匀.      

基于超磁致伸缩材料的驱动器设计及磁场仿真

基于超磁致伸缩材料的工作原理,设计了具有微位移可控特性的驱动器。为了探究驱动器内部磁场设计的合理性以及超磁致伸缩驱动器的磁感应强度与激励电流之间的关系,应用ANSYS有限元分析软件对超磁致伸缩驱动器的内部磁场进行仿真。研究结果表明,超磁致伸缩驱动器磁场设计合理;随着电流的增大,超磁致伸缩材料中的磁感应强度也随之增加并且磁感应强度逐渐趋于饱和。