纳米细菌研究的现状与展望

探讨纳米细菌的分离培养、形态特征、极端环境适应性,生物矿化特性,致病性等方面的研究进展,指出目前纳米细菌研究存在的问题.提出应整合现代微生物学技术、分子生物学技术、纳米生物技术等多种研究方法,通过对纳米细菌的研究,力求在海洋环境、极地环境及极端生态环境中发现具有嗜酸、嗜盐、嗜热、抗高压等特殊生理生化特性,以及具有降解多环芳香烃、农药等特殊生态功能的菌种资源.     

矿化细胞的仿生合成及其性能

为适应生存环境的不断变化,生物体可以在细胞的调控下组装生成胞内或胞外复杂且有序的无机有机复合纳米矿物质,从而得到具有胞内(外)无机纳米颗粒的矿化细胞.这些无机有机复合纳米矿物质赋予了生物体新的功能,使其在催化、电学、光学及生物医学等领域展现出了广泛的应用前景,同时也引起了人们极大的关注.受自然界生物矿化现象的启发,通过设计、修饰矿化基团,改性非矿化的生物体,人们构造出了类型多样、功能各异的矿化生物体.在此综述了利用仿生合成的方法,通过在细菌、真菌、植物及人体细胞等细胞内外合成不同种类无机有机复合纳米材料,从而得到具有新的应用性能矿化细胞的研究进展;着重评述了矿化细胞的仿生矿化合成方法、合成机制以及应用研究现状与前景,并对矿化细胞合成技术的发展趋势进行了展望.     

纳米硒的界面化学作用

纳米硒的化学和生物学特性源于其界面特性,纳米硒与表面修饰剂之间的界面结构、界面电子结构和电子传递能力以及表面修饰的纳米硒与外部离子、分子和其他个体之间的界面化学反应与纳米硒在材料和生物学中的神奇作用密切相关.开展纳米硒界面化学研究有可能在分子水平上揭示纳米硒的生物活性和生物矿化作用的机制.     

生物矿化及其模拟应用

生物矿化重要的特征是细胞分泌的有机基质控制无机矿物的成核和生长,形成具有特殊组装方式和多级结构特点的生物矿化材料(如贝壳、骨等)。通过对生物矿化机理的模拟,已经合成了纳米微粒、有机-无机复合物、类生物矿物结构物质。     

细菌纤维素组织工程支架的仿生矿化研究

骨骼创伤已经成为当今影响人类健康的一大病症。因此,骨修复材料就成为研究的一大热点。骨组织工程支架作为重要的骨修复材料,可以诱导成骨细胞生长并为新骨生长提供条件。传统的骨组织工程支架包括合成高分子(如聚乳酸、聚乙醇酸等)和天然高分子(如胶原、壳聚糖等)。与传统支架材料相比,细菌纤维素(BC)具有良好的生物相容性、精细的纳米空间三维网络结构,有作为组织工程支架的潜能。通过仿生矿化处理,BC纳米纤维表面可以生长出羟基磷灰石(HA)的晶体颗粒,且HA颗粒均匀覆盖在纳米纤维表面。通过热分析得出,仿生矿化处理会使BC的热稳定性得到一定的提升。     

细菌纤维素中羟基在仿生矿化中的作用

据仿生学原理,室温下以正硅酸乙酯(TEOS)为硅前驱体,以细菌纤维素(BC)及其改性产物为模板,制备了纳米二氧化硅.借助扫描电子显微(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外吸收光谱(IR)等分析手段,研究了羟基在矿化过程中的作用.结果表明:细菌纤维素中的羟基对矿化反应起到至关重要的作用,结构单元中的3个羟基一起与硅源发生协同效应,使得硅源在模板表面进行均匀沉积,最终将模板形貌完整地复制下来.     

骨再生修复材料的仿生制备及生物分子调控矿化

采用冷冻干燥和纳米合成技术,仿生制备出BG-COL-HYA-PS骨修复材料,并利用体外仿生矿化实验、生物组装技术、动物体内植入实验和组织形态学观察以及扫描电镜(SEM)、能谱微区分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等技术,对材料分别在模拟体液、培养液中以及体内的生物矿化及其调控机制进行了研究.实验表明,胶原蛋白、透明质酸、磷酸丝氨酸等生物分子作为天然细胞外基质,在调控矿化方面起到了重要作用;所制备的材料可促进骨再生修复.     

一种新型高效生物可降解ε-多聚赖氨酸修饰阳离子聚合物抗菌剂的合成与性能（英文）

目前临床上使用的大多数抗生素杀菌或抑菌的主要机制为:选择性的作用于细菌细胞核酸和蛋白合成系统的特定环节,妨碍细菌生命活动,导致细菌死亡.然而,细菌形态结构完整性仍然保持,导致细菌产生耐药性.最近研究发现大肠杆菌和金黄色葡萄球菌感染是一些慢性疾病发生的重要因素.纳米颗粒能够选择性的作用于微生物表面,破坏细菌结构完整性,抑制细菌耐药性的产生.本文设计并合成一种生物相容性好且生物可降解ε-多聚赖氨酸修饰阳离子聚合物(EPL-PCL).该多聚物能够自主装形成单分散的纳米颗粒,且对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌具有广谱的抗菌活性.相比于ε-多聚赖氨酸,EPL-PCL纳米颗粒具有更强的抗菌活性.进一步研究发现,EPL-PCL纳米颗粒抗菌作用的主要机制为:(1)带正电的EPL-PCL纳米颗粒与带负电的细菌表面相互作用并穿透细胞壁和细胞膜,破坏细菌表面完整性,抑制细菌耐药性的生成;(2)EPL-PCL纳米颗粒暴露显著提高细菌内ROS水平;(3)ROS水平升高显著的破坏细菌细胞代谢,例如提高碱性磷酸酶活性破坏细菌磷的稳态平衡.因此,本文合成的可降解ε-多聚赖氨酸修饰阳离子纳米聚合物可以作为一种有效且广谱的抗菌剂,特别是用于病原菌感染的疾病.     

含磷化合物生物矿化铀的形态转化与机理

磷元素作为微生物生存生长的必要元素,能有效与铀结合矿化成稳定的U-P沉淀或相应矿物。采用混合细菌介导法,添加含磷化合物处理铀污染地下水-沉积物,探究磷和土著菌相互作用下铀的形态变化及产物稳定性。结果表明：含磷化合物的添加使得溶液中铀去除率高达99.84%;改进连续提取实验得知,沉积物中磷作用后的铀稳定态比例约75%。根据X射线光电子能谱分析和改进连续提取实验结果,细菌可以有效地介导U-P沉淀,含磷化合物可以与六价铀络合形成稳定的沉淀物,结合X射线衍射表明在细菌作用下,磷与铀发生生物矿化可生成Ca-U-P沉淀,实现铀从可转移相到稳定相的转化与固定。     

纳米抗菌剂可对付细菌耐药性

现在细菌耐药性的情况已非常严峻，尤其是耐药的革兰氏阴性菌（如大肠杆菌、绿脓杆菌等），是医院里最难对付的细菌。中国国家纳米科学中心中科院纳米生物效应与安全重点实验室蒋兴宇研究组的赵玉云博士及其合作者，在研究中利用纳米抗菌剂对抗这种有了耐药性的细菌，取得进展。     

生物矿化与仿生材料的研究现状及展望

对于天然生物材料中的矿化组织结构和矿化机理的充分认识,可以为仿生设计与合成具有特定结构和功能的材料和器件提供理论依据。生物矿化组织的显微分级结构主要取决于生物控制的分子过程,包括晶体生核、生长,以及矿物结构的堆积方式,材料科学家和化学家首先在这一关键问题上做出了贡献。随着研究的深入,分子生物学家的加入,使这一研究已发展到细胞和基因的水平。探讨生物矿化过程中分子控制机理,即有机模板对无机晶体的调制作用,最具代表性的就是有机/无机界面分子识别理论。在此基础上给出生物矿化机理以及仿生制备的研究方向。     

硫酸软骨素／SDBS协同作用下球霰石的简易合成

通过模拟生物矿化过程，利用CO2缓慢扩散，在硫酸软骨素和十二烷基苯磺酸钠二元体系中，与富集在有机/无机界面的钙离子相结合，合成了碳酸钙晶体。系统地研究了室温下各种因素对碳酸钙晶体形貌和晶型的影响，利用粉末X-射线衍射（ XRD）、扫描电子显微镜（ SEM）等对所得的碳酸钙晶体进行了形貌与结构表征。结果显示，在不同浓度比下的硫酸软骨素和十二烷基苯磺酸钠二元体系或在不同时间下，生成的碳酸钙都具有不同的晶体结构和形貌。     

Localization of calmodulin and calmodulin-like protein and their functions in biomineralization in P. fucata

Calmodulin （CAM） and calmodulin-like protein （CaLP） are two proteins involved in biomineralization. Their localizations in Pinctada fucata mantle epithelia were studied by Western blot （WB） analysis of the nuclear/cytosol fraction of primary cultured P. fucata mantle cells and immunogold electron microscopy. The results showed a completely different distribution of these two proteins at the subcellular level. CaM was distributed throughout both the nucleus and cytoplasm of the mantle epithelium but CaLP was distributed only in the cytoplasm. The functions of these two proteins in biomineralization were investigated by shell regeneration. During this pro- cess, the expressions of CaM and CaLP were greatly enhanced in different organelles of the mantle epithelium. Overexpression of these two proteins and a mutant of calmodulin-like protein （M-CaLP） that lacks an extra C-terminal tail in MC3T3-E1 promoted the mRNA expression of osteopontin, a biomineralization marker for osteoblasts. All of the results indicated that CaM and CaLP have completely different distributions in the mantle epithelium and affect the biomineralization process at different levels. The extra C-terminal tail of CaLP is important for its functions in biomineralization in P. fucata.     

四苯卟啉及其金属配合物对Fe~(3+)离子在水/硝基苯界面迁移的推动作用

关于四苯卟啉(H_2TPP)及其第一过渡金属配合物(MTPP,M=Mn,FeCl,Co,Ni,Cu,Zn)对H~+通过W/NB界面所产生的推动作用前文已作报道。本文研究上述两者对Fe~(3+)在W/NB界面迁移的影响,并根据实验事实提出可能的微观机理。 实验仪器、电化学测试方法及主要试剂的制备、纯化参照前文。主要结果如下。H_2TPP对Fe~(3+)在W/NB界面迁移的影响     

A Novel Approach for Entrapment of Biopolymers in Silica Matrix by Sol-gel Technique

1 Results The entrapment of biopolymers into silica by the sol-gel technique meets with incompatibility of inorganic and bioorganic components. The aim was to develop a compatible procedure biomimicking the biomineralization processes in the living nature. A suggested solution in Ref.[1-2] for the biopolymer entrapment into silica matrix is based on a novel silica precursor. The developed approach is distinguished from the common technique for fabrication of hybrid biopolymer-silica nanocomposite materi...     

Fe-Cu催化还原法处理硝基苯类化合物废水

以硝基苯、4-氯硝基苯、4-硝基苯酚与2-硝基苯酚为目标污染物，对比了铁单独处理和铁铜联合处理的效果，并研究了硝基苯与4-氯硝基苯、4-硝基苯酚、2-硝基苯酚双组分混合以及2-硝基苯酚与4-硝基苯酚双组分混合状态下，Fe-Cu催化还原体系降解各组分的效果和相互影响．结果表明：铜可以催化铁屑法对硝基苯的还原；无论是单一组分还是混合状态下，硝基苯类化合物的催化还原降解反应均符合准一级反应动力学；除2-硝基苯酚以外，其他硝基苯类化合物均是以混合状态存在时催化降解速率比其单独存在时的慢；在双组分混合溶液中，另一种化合物对硝基苯催化还原降解产生的抑制作用大小为：2-硝基苯酚〉4-硝基苯酚〉4-氯硝基苯．化合物的扩散速率越快，表面反应速率越慢时，它对混合溶液中其他共存硝基苯类化合物的催化还原反应速率抑制作用越大．     

Localization of calmodulin and calmodulin-like protein and their functions in biomineralization in P. fucata

Calmodulin (CaM) and calmodulin-like protein (CaLP) are two proteins involved in biomineralization. Their localizations in Pinctada fucata mantle epithelia were studied by Western blot (WB) analysis of the nuclear/cytosol fraction of primary cultured Pinctada fucata mantle cells and immunogold electron microscopy. The results showed a completely different distribution of these two proteins at the subcellular level. CaM was distributed throughout both the nucleus and cytoplasm of the mantle epithelium but CaLP was distributed only in the cytoplasm. The functions of these two proteins in biomineralization were investigated by shell regeneration. During this process, the expressions of CaM and CaLP were greatly enhanced in different organelles of the mantle epithelium. Overexpression of these two proteins and a mutant of calmodulin-like protein (M-CaLP) that lacks an extra C-terminal tail in MC3T3-E1 promoted the mRNA expression of osteopontin, a biomineralization marker for osteoblasts. All of the results indicated that CaM and CaLP have completely different distributions in the mantle epithelium and affect the biomineralization process at different levels. The extra C-terminal tail of CaLP is important for its functions in biomineralization in Pinctada fucata.     

碳酸钙生物矿化的体外研究进展

研究生物矿化的机理,可以为仿生制备新材料提供理论依据和合成手段,而碳酸钙是生物矿化的主要无机体系之一。近年来碳酸钙的体外研究使用了生物提取的或者人工合成的添加剂和模板,调控出了不同的碳酸钙晶型以及特殊的晶粒形貌,对于有机无机界面诱导矿化的机理给出了更多的原子水平的分析和验证,这些进展已经逐渐将生物矿化的研究带入了仿生的机理模拟阶段。在一些最新的研究成果中,使用微印法控制结晶位点,或者使用原子力显微镜观察微观生长形貌,或者从相转变角度认识矿化过程,这些研究为矿化研究今后的发展提供了新方向。