基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构研究进展

自然界中的手性现象广泛存在.近年来,具有在可见光波段手性光学响应特性的等离子体金属纳米结构吸引了越来越多的关注.DNA自组装技术以DNA分子为基元构筑纳米材料,具有根据实际需求精准调控并组装得到复杂纳米结构的优点,可以用来构建从静态到动态的各种手性等离子纳米结构.本文综述了基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构的研究历程和最新进展,并对相关研究做进一步展望.     

DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

基于序列信息高度集成的长单链DNA自组装及制备

DNA折纸术(DNA origami)是DNA纳米自组装的一种主流方法,通常1条DNA主链在成百上千条合成的DNA短链辅助下,通过碱基互补配对原则折叠并锁定生成所设计的纳米结构.单链DNA折纸术(single-stranded DNA origami,ssDNA origami)是传统DNA折纸术的一种进化和衍生,它摒除了传统折纸术对众多短序列的需求,通过高度集成序列信息至1条长单链DNA中,实现了由1条DNA序列自组装成复杂可控的纳米结构.由于体系中不存在过量的短DNA链杂质,并且同样可以顺利移植成单链RNA折纸术,单链DNA折纸术较传统DNA折纸术可能具备更好的生物和材料应用前景.本文概括了长单链DNA自组装的研究进展,总结了几种常用的长单链DNA制备的方法,并展望了该技术的应用前景.     

自组装DNA/纳米颗粒分子逻辑计算模型

将AuNP 自组装聚合色变与DNA 计算相结合, 构建了纳米分子逻辑计算模型. 使用了DNA 自组装、DNA/AuNP 结合和AuNP 聚合色变等关键技术方法. 利用DNA 自组装结构变化,通过DNA/AuNP 聚合色变反应, 实现了简单逻辑运算功能. 在此基础上, 构建了求解简单集合运算的DNA/AuNP 计算模型, 对多重输入的简单集合运算进行了逻辑运算. 最后, 进一步拓展该分子逻辑运算模型的应用, 结合分子检测技术, 对H1N1 病毒基因进行检测.     

手性无机纳米粒子:生物应用的新机遇

近年来,以手性生物分子和无机纳米粒子为基元构建的手性纳米结构因其具有新颖而独特的物理化学性质受到研究人员的广泛关注.手性分子与无机纳米粒子的耦合实现了手性从分子尺度向纳米尺度的跨越,将为光学和生物应用带来新的机遇.本文介绍了生物分子诱导的半导体纳米粒子的手性,系统阐述了手性无机纳米结构的构筑及光学性质,对手性纳米粒子的生物效应进行了简要介绍,并展望了手性纳米结构未来发展的前景和挑战.     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

封面说明

正自然界中的手性现象广泛存在.许多生物分子如氨基酸、核酸和糖等在紫外光区具有本征的光学手性.调控具有光学活性的金属纳米颗粒形成具有可设计的光学手性结构,将有利于丰富手性光学和手性结构的研究.近年来, DNA纳米技术为精确调控纳米粒子的空间排布提供了一种有效的方法,能够构建具有复杂几何结构的手性纳米结构.王强斌课题组以具有等离子体光学活性的贵金属纳米粒子为例,综述了利用DNA     

仿生体系的分子组装研究取得新进展

生命体系中诸多基本结构单元在特定的环境下能自发地进行自组装,形成各种各样的纳米结构.自组装是构建新型的超分子结构的一个强有力的手段,它是通过分子间的弱作用力来实现的,例如氢键作用、静电作用、疏水     

基于DNA的自组装等离子共振纳米结构研究进展

等离子共振产生的电磁波的近场效应会使金属表面附近产生各种各样的奇特现象. DNA自组装纳米结构能够利用核酸序列的特异性识别能力,对有机分子和无机纳米颗粒进行纳米尺度的精确排布.这种自下而上的组装方法为构建等离子共振纳米结构提供了新思路,进而推动了纳米光子学的发展.本综述讨论了多种以DNA纳米结构引导的新型等离子共振纳米结构的设计和应用,并对DNA自组装等离子共振纳米结构的发展方向和应用前景进行了展望.     

表面主客体复合自组装纳米结构的STM 研究

基于自组装的基本原理, 以“自下而上”的方式在表面构筑主客体复合纳米结构是纳 米科学与技术研究的重要内容之一, 并在单分子科学和纳米电子学等领域具有重要意义. 扫描隧道显微镜(STM)以其原位、实时、实空间和原子级分辨的优点, 在主客体复合体系 表面自组装的研究中发挥了不可替代的作用. 在表面组装中, 主客体分子之间有多种不同 的复合模式, 最常见的是客体分子填充于由主体分子构成的含有空腔的二维骨架结构, 空 腔的大小和对称性由主体分子的结构调节, 客体分子通过尺寸匹配等效应填充; 客体分子 能够沿着主体分子形成的单层结构外延生长, 在主体分子层上面形成第二层客体结构; 此 外, 主体分子形成的组装结构能够根据客体分子的尺寸和形状做出相应的改变来适应不同 的客体分子, 进一步丰富了主客体复合结构的内涵. 本文以主客体分子之间的复合方式为 主线介绍固体表面构筑主客体复合纳米结构的最新进展.     

α-螺旋跨膜蛋白的折叠和自组装

膜蛋白参与细胞中的各项生命活动,具有复杂而特殊的生理功能,同时它也是重要的药物标靶,因此研究膜蛋白的结构及功能对于保持人类健康和治疗疾病具有重要的意义.α-螺旋跨膜蛋白是生物体内最为重要和广泛的一类膜蛋白,本文综述了α-螺旋跨膜蛋白在折叠和自组装特性上的最新研究进展,总结了跨膜过程中的两阶段模型;详细介绍了α-螺旋跨膜蛋白的跨膜性质及其跨膜的影响因素,包括跨膜序列的长度和疏水性、疏水性错配和界面锚固、极性残基和脯氨酸等;进一步总结了α-螺旋跨膜蛋白通过跨膜螺旋相互作用形成高度有序自组装体的结构基础;并介绍了研究α-螺旋跨膜蛋白折叠和自组装常用的化学和生物学方法,希望能为进一步开展该领域研究提供参考。     

入侵生态学最新研究动态

生物入侵是生态学研究的热点问题.近年来,诸多研究在入侵机理及入侵后效等方面取得一系列进展.在全球变化背景下,外来生物凸显出形式更为多样的入侵过程并为入侵生态学带来新的挑战.本文紧扣生物入侵的发生机理、途径及其生态学后效等关键问题,从入侵机制、生物入侵对生态系统及人类健康的影响、全球变化下的入侵响应等方面介绍了入侵生态学近期取得的最新进展;指出在入侵生态学未来的研究中,生物入侵与人类健康、全球变化下的入侵态势、水域生态系统中的外来生物入侵等问题将会引起更大重视.     

皮肤伤口修复的过程与机制

正常的伤口修复能力对于生存与健康十分重要。皮肤伤口修复是一个极其复杂的生物学过程，涉及多种不同类型细胞、细胞外基质和细胞因子在时间、空间上有序的相互作用，最终完成皮肤屏障修复与组织内稳态维持。文章总结了伤口修复的主要过程，并重点阐述不同类型细胞在损伤修复过程中的作用，讨论了无疤痕修复的潜在机制。     

光镊与DNA纳米技术在膜生物学研究中的应用

生物膜是生命活动中信号传导和物质运输的平台。近年来,多学科的交叉应用为膜蛋白介导的膜融合与分裂、囊泡形成与分泌,以及脂质代谢的调控机制等膜生物学研究带来了新的信息。例如,单分子光镊力谱方法通过精准、定量地检测蛋白与膜的相互作用,为在时空维度上理解这一生物过程的复杂调控机制提供了强有力的手段。此外,DNA纳米技术通过构建纳米尺度可编程的自组装结构,提供了可精确修饰与功能化的分子器件。经过疏水修饰的核酸纳米器件可以作用于磷脂膜或生物膜,进而对膜进行表面改性、诱导形变、控制理化参数以及跨膜通信等调控操作。该领域的进步将为细胞生物学机制研究、分泌囊泡的分析检测、人工脂质体的制备优化、新型分子载具开发以及新型药物开发提供特色的工具手段,并构建新颖的体系平台助力合成生物学、化学生物学以及分子医学的发展。     

内核/壳层微结构上应力诱导点阵花样研究

力学性能失配较大的多层结构自高温状态冷却收缩时会积聚很大的应力, 其应力失稳模式可表现为多种有序的应力花样, 可用于微纳米结构的自组装, 其中支撑面的几何结构对其上的应力分布点阵具有决定性的影响. 本文介绍了在球形和圆盘形内核/壳层上通过应力工程形成的三角铺排和菲波纳契螺旋花样, 探讨了以相互排斥粒子的最小能量构型为模型的特征应力花样与其支撑结构的几何之间关系的普适性, 并将此模型用于解释自然界中花叶序的多样性与特征不变性.     

生物钟：基因和环境决定的行为——2017年诺贝尔生理学或医学奖简介

2017年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位研究果蝇生物钟行为的美国科学家——杰弗里 • 霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔 • 罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔?杨(Michael W. Young)，奖励他们发现了决定生物钟行为的基因和这些基因产物的工作原理。生物钟，也叫生物日节律或昼夜节律(circadianrhythm)，是生物以约昼夜24小时为周期的节律性行为。生物钟行为是一个在各种动植物中都普遍存在的自然现象。生物钟基因的发现和对这些基因产物工作原理的揭示对了解生命和生命的运行原理，特别是对基因、行为和环境三者之间的关系有着重要的理论意义，同时也为利用生物钟原理来解决生产活动和健康医疗中的生物学问题奠定了应用基础。     

细胞囊泡运输系统与人类健康——2013年诺贝尔生理学或医学奖简介

人类对健康的孜孜以求推动了生命科学领域的不断创新和发展,从20 世纪80 年代兰迪·W?谢克曼(Randy W. Schekman)和詹姆斯?E?罗斯曼(James E. Rothman)分别对酵母细胞进行研究,通过生物电镜观察到囊泡运输系统并给出定义,到托马斯?C?苏德霍夫(Thomas C. Südhof)在神经细胞突触传导中证实了囊泡运输系统的时空调控性,囊泡运输系统作为细胞的基本组成,受到了越来越深入的研究。囊泡运输系统经由精密的调控广泛地参与诸多生命活动过程,与多种生命现象相关,囊泡运输系统障碍可能导致多种人类疾病,深入透彻地理解这些生物学现象和作用机制,对于攻克人类疾病,保障人类健康具有十分深远的意义。     

外来海洋物种入侵风险评估模式*

以外来海洋生物入侵过程和机制分析为基础,结合多层次模糊综合判别,构建外来生物入侵的风险分析框架和风险评估模式。通过建立海洋生物入侵风险评估的分层指标体系,确定指标因子的隶属度和损害权重赋值标准,明确外来海洋物种入侵风险综合指数的计算方法、风险级别划分标准和入侵风险预警分析方法。以米草属植物(大米草、互花米草、狐米草)为例,进行海洋植物入侵种的风险评估。结果表明：互花米草和大米草为高风险海洋植物入侵种,狐米草为中等风险的海洋植物入侵种。     

太阳驱动地球环境变化研究进展

太阳是地球表层系统最重要的能量来源,地球表层环境变化记录中含有太阳辐射变化或太阳活动的印记,实际观测的太阳辐射变化却被认为不足以引起地球气候系统的剧烈变化,不同学者发展了多种物理模型来解释太阳驱动地球环境变化的机制。本文从地质记录入手,综述了太阳影响不同时间尺度气候变化的地质[CD*2]生物记录,评述了几种放大机制,发现这些物理模型在解释某种气候现象时具有很好的适用性,但在其他方面也往往存在一定缺陷。我们认为：太阳变化是驱动地球环境变化的最根本因素;地球环境变化可能直接响应太阳变化。要么太阳活动引起的辐射量变化在气候系统中的作用被低估,要么还有未被发现的新机制,未来的研究应该针对这两个问题展开。