关于纳米技术的思考:从原子团簇基础研究到纳米技术应用探索

纳米技术的本质是在原子分子层次上,研究尺度在10~(-9)~10~(-7)米范围内物质的结构及物理、化学和生物性质所呈现的重要变化。其目的是对纳米尺度的物质进行操控,在探索其性质基础上构建自然界还没有的新材料和新器件。     

无机纳米材料的生物催化活性

目前,无机纳米材料模拟生物酶催化活性的报道得到了纳米技术领域的广泛重视,模拟葡萄糖氧化酶的纳米金和过氧化物酶的磁性纳米颗粒就是其中的典型代表.与常规的生物酶相比,无机纳米颗粒稳定性较强,受酸碱、温度等因素的影响较小;而且易于制备和纯化,生产成本低,容易被标记和修饰,具有广泛的研究和应用前景.此外,由于无机纳米材料低毒、生物相容性好的特点,这些纳米颗粒还有望在生命体的生理代谢过程中发挥重要的作用.相关的研究已经证明了无机纳米材料的酶学性质,并在催化机理层面进行了初步的探讨.本文综述了无机纳米材料在生物酶催化活性方面的研究进展与应用前景,希望能够为此类纳米材料更加科学合理地运用于生物催化领域提供参考.     

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.     

纳米伦理: 研究现状、问题与挑战

20 世纪90 年代以来, 伴随着纳米科学与技术的蓬勃发展, 有关纳米技术的社会和伦理问题的研究悄然兴起并逐渐成为一门跨学科的研究领域. 本文主要从纳米伦理研究的兴起、纳米伦理研究的主要内容、以及纳米伦理研究所面临的挑战与应对等三个方面评述纳米伦理研究的现状、存在的问题以及未来发展的方向.     

纳米材料的环境行为与生物毒性

随着纳米科技迅猛发展, 越来越多的人开始关注并研究纳米材料的环境行为和生物毒性. 本文概括地介绍了纳米材料的排放途径和可能发生的环境行为, 重点分析了纳米材料与环境中共存物质的复合行为; 综述了碳纳米材料、金属及氧化物纳米材料、量子点等对细胞、细菌、水生生物、陆生生物等的毒性效应, 阐述了当前对纳米材料致毒机理的有关争论; 最后, 展望了纳米材料环境行为和生物毒性领域的研究方向.     

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。     

纳米技术环境安全性的研究及纳米检测技术的发展

纳米技术发展到今天,在短短的几十年时间里取得了重大的成绩、为人类社会创造了巨大的财富,但是我们是否忽略了对纳米技术本身安全性的研究呢？它的发展会不会给生态环境造成污染呢？这是纳米技术发展的一个新课题,纳米检测技术的发展是解决这个疑问的关键所在。     

纳米富勒烯聚集体与阿特拉津复合体系对水生生物的毒性

研究了nC₆₀与阿特拉津复合体系对日本青鳉(Oryzias latipes)胚胎发育和大型蚤(Daphnia magna)慢性繁殖的影响. 结果表明, nC₆₀在浓度达8 mg/L时尽管不影响青鳉胚胎孵化率, 但能增加孵化幼鱼的畸形率. nC₆₀的存在能显著延长胚胎暴露于阿特拉津中的孵化时间. nC₆₀在浓度低至0.5 mg/L时能显著降低大型蚤14 d暴露的孵化幼蚤数. 这可能在种群水平对大型蚤产生影响. 由于阿特拉津对大型蚤的繁殖没有显著影响, nC₆₀与阿特拉津复合体系对大型蚤的繁殖影响与nC₆₀没有显著差异. 这些结果显示nC₆₀对水生生物具有一定毒性效应. 因此, 加强研究其他污染物与nC₆₀形成的复合体系的生物效应将有助于富勒烯的环境风险评价.     

微观世界的奇迹——美国国家纳米技术计划(NNI)十年历程回顾

自2000年1月21日美国时任总统克林顿在加州理工学院宣布启动国家纳米技术计划(NNI)以来,作为当时联邦科研与开发第一优先计划,至今已在亚微观领域内投入了数十亿美元,而民间筹资或风险投资资金更达120多亿之巨。针对美国纳米科技发展走过的十年历程,本文作者科里·洛克(Corie Lok)作了如下较为详细的阐述。     

不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒与人皮肤角质形成细胞系(HaCaT)的生物效应

系统地研究了纯硅纳米颗粒(SiNP)、磷酸化硅纳米颗粒(PO4NP)和氨基化硅纳米颗粒(NH2NP)与人皮肤角质形成细胞系(HaCaT)的生物效应. 考查了3种不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒对HaCaT细胞的细胞黏附效率、细胞增殖及细胞周期的影响, 以及HaCaT细胞对SiNP, PO₄NP和NH₂NP的吞噬情况. 结果表明: SiNP, PO₄NP以及NH₂NP 3种颗粒对HaCaT细胞的影响均存在浓度依赖关系, 当3种不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒在细胞培养液中的终浓度低于0.2 μg/μL时, 与HaCaT细胞具有良好的生物相容性, 但是随着纳米颗粒在细胞培养液中终浓度的增大, PO₄NP, SiNP和NH₂NP对HaCaT细胞的影响也逐渐增大, 其中PO₄NP所产生的影响随浓度增大的趋势最慢, SiNP次之, NH₂NP最快; 同时, HaCaT细胞对纳米颗粒的吞噬量和吞噬速度也因其表面修饰的不同而存在差异, 在同样的作用浓度和作用时间下, NH₂NP进入到细胞的量最多、速度最快, SiNP次之, PO₄NP则最少、最慢. 这些研究结果的获得为指导硅纳米颗粒在生物医学研究中的安全应用以及硅纳米颗粒的后续修饰提供了理论依据, 有利于进一步拓展硅纳米颗粒在生物医学领域中的应用.     

两种顺铂磁性纳米颗粒制备及其特性的比较

探讨了不同连接物质对顺铂(cis-dichlorodiamine platinum, CDDP)与磁性纳米颗粒(magnetic nanometer particles, MNP)形成复合物的影响及所形成CDDP-MNP的特性. 分别采用高分子海藻酸钠(sodium algi-nate, SA) 和小分子油酰肌氨酸(N-oleoylsarcosine, NOSARK)作为CDDP与磁性纳米颗粒的连接物, 并与以羧甲基葡聚糖(carboxymethyl dextran, CM-dex )为载体的CDDP复合物作对照, 用透射电子显微镜、光子相关光谱(PCS)法、分光光度法等测定CDDP-MNP的理化特征, 并通过载药量和稳定性的比较来评价两种分子量不同的连接物的优劣. 透射电子显微镜下SA改性的CDDP-MNP呈基本均匀的圆球体, PCS直径分布约为43~52 nm, 磁核平均粒径为(8.8±1.3) nm. SA的载药量大于NOSARK, 与CM-dex相当. 以溶液形式保存在4℃条件下40 d后, SA改性的CDDP-MNP复合物仍然稳定. 结果表明, SA作为CDDP与磁性纳米颗粒结合的修饰物明显优于NOSARK, 天然的SA可替代CM-dex作为CDDP与磁性纳米颗粒的连接物. 实际应用时则要同时考虑最大可逆荷CDDP量和可逆结合的CDDP的利用率.     

进化与生物多样性研究的新纪元

中山大学植物学家施苏华正在探索一个崭新的领域:红树的进化。她认为这已超越了对人类基因的研究,对新领域的研究亟需国际间同行的相互合作。施苏华于2002年参加了由芝加哥基因进化学家吴仲义(Chung-I Wu)教授在昆明动物研究所开设的专题研讨班,同行之间的相互交流给予她很大的启发。随着来自中国、德国和美国的科学家们筹备建立一个新的     

人造纳米颗粒呼吸系统毒性及生物效应的研究进展

随着纳米技术在全球的迅猛发展,人造纳米颗粒已经广泛应用于生物医学领域,其生物安全性成为研究者的关注热点.由于呼吸道是人造纳米颗粒进入机体的主要途径之一,纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性和生物效应的相关研究越来越多.本文介绍了人造纳米颗粒和纳米药物在治疗呼吸系统疾病中的应用,重点归纳了几种常见人造纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性效应和可能的毒性作用机制,阐述了影响纳米颗粒毒性的几点因素,为今后人造纳米颗粒的研究和应用提供有价值的参考.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

并行计算的一体化研究现状与发展趋势

在过去的20多年里, 中国科学技术大学的研究团队逐渐形成了并行计算“结构-算法-编程-应用”一体化的研究体系, 也就是所谓的并行计算研究的生态环境. 该文就并行计算的一体化研究现状进行简要的综述, 并结合多核系统、云计算、个人高性能计算机等对于并行计算一体化研究的影响, 概要的展望了其发展趋势.     

薄膜太阳电池的研究现状与发展趋势

笔者主要对目前薄膜电池研究和产业化的主流技术进行论述,包括硅基薄膜太阳电池、碲化镉与铜铟镓硒等化合物薄膜太阳电池、以及染料敏化电池等,对每种技术分别从国内外研究现状以及产业化状况进行介绍。     

抗菌肽的研究现状

抗菌肽的开发和应用研究已成为国内外昆虫学、免疫学、医药学等领域的研究热点,文章主要对抗菌肽的结构、生物学活性以及研究现状作一综述.     

抗菌肽的研究现状

抗菌肽的开发和应用研究已成为国内外昆虫学、免疫学、医药学等领域的研究热点,文章主要对抗菌肽的结构、生物学活性以及研究现状作一综述。     

生物质的低温热解预处理实验研究

农作物秸秆类生物质水分含量高、能量密度低、资源分散,因此储存运输成本高,而且可磨性差不易制粉用于煤粉锅炉或气化炉的混合燃烧与气化.生物质低温预处理技术是一种能够解决上述问题的温和热解方法,能够显著改善生物质的特性.在固定床实验台进行了棉花秆和小麦秆N2氛围下的低温热解试验,200,230,250,270和300℃下加热时间均为30min.热解得到的固体焦产物能量密度显著提高,对比原始的生物质其可磨性得到明显改善,并且具有了疏水性,便于储存运输和磨粉用于气流床气化.热解气体产物以CO2,CO为主还有少量CH4,液体产物主要是水分和焦油.随着热解温度升高,液体产物和气体产物量均增加,固体焦的质量产率和能量产率都下降.对热解气体产生的动力学分析,作为相互平行独立的一级反应求解生成的动力学参数.