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.     

纳米羟基磷灰石/聚合物生物复合材料体内外生物活性研究

当生物活性材料植入体内后, 在其表面可以形成一层类骨磷灰石. 这层类骨磷灰石对于组织与材料之间形成骨键合至关重要. 研究了纳米羟基磷灰石/聚酰胺在体内和体外环境下表面形成类骨磷灰石的情况, 考察了兔体内复合材料植入体与周围骨组织的界面. 结果显示, 在体外模拟体液中和植入兔背部肌肉内, 复合材料表面都可形成类骨磷灰石. 当植入兔皮质骨时, 复合材料可与自然骨形成紧密结合, 中间没有纤维组织. 研究表明, 纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料具有良好的生物活性, 是一种良好的骨替换材料.     

植物体内草酸钙的生物矿化

草酸钙晶体在特化的植物晶异细胞内的形成是一种基本的、重要的生理代谢过程.不同植物草酸钙晶体在形态/结构上存在多样性和种间专一性,它们具有特定的尺寸和形貌,并且成核后晶体的生长和特化细胞的发育间存在显著的协同作用,这表明草酸钙的生物合成不是一种简单的化学结晶过程,而是受遗传和生物大分子的精确调控.被塑造的矿化相在特定的膜包覆空间内经历了各自不同的生物化学途径,最终形成热力学稳定相.草酸钙晶体赋予植物许多不同的功能,主要包括对高容量钙的调节和植物自我保护作用,从而间接地反映出植物在不同生境中进化的印迹.本文介绍了草酸钙晶体在植物体内合成的草酸代谢途径、钙的吸收和累积,主要讨论晶体生长过程的植物调节机制以及体外模拟生物分子对草酸钙结晶动力学过程的调控等,以期揭示植物体内草酸钙的生物矿化机制,并为仿生材料合成和人类病理结石的抑制等提供重要线索.     

苯丙氨酸镁配合物对磷酯键的水解作用

合成了苯丙氨酸镁配合物, 并就该配合物对磷酯键的水解作用进行了研究. 结果表明该配合物对磷酸对硝基苯酯的表观水解速率常数达7.45×10^-2 min^-1; 能将质粒DNA水解成不同分子量的片段; 对某些有机磷农药也有很好的水解效果, 在48 h内对氧乐果的水解率可达100%, 甲胺磷、敌敌畏和乐果的水解率分别为71.11%, 55.34%和49.05%. 因此, 苯丙氨酸镁配合物在农业上的应用不仅有利于提高产量, 还将有助于减少有机磷农药的残留.     

生物复杂环境下的核磁共振技术和应用:机遇与挑战并存

核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术是研究生物大分子结构、动力学和相互作用最理想的工具之一.近年来,高场NMR波谱仪的使用和NMR实验方法的不断创新,在很大程度上提高了NMR技术检测的灵敏度和分辨率,使NMR技术得到快速发展和广泛应用.目前,生命科学与物质科学的交叉融合使生命科学研究从观察、描述性科学转向定量、可预测性科学,多种学科交叉渗透发展已成为科学研究领域十分普遍的现象.在这种趋势下,生物复杂环境下的磁共振谱学研究体系日趋成熟,本文重点回顾和讨论了多学科交叉研究趋势下NMR技术在生物复杂体系中的应用和发展,主要包括复杂膜环境下的膜蛋白研究、复杂细胞环境下的细胞内NMR(in-cell NMR)研究以及骨组织的固体NMR研究等.     

LiNbO_3∶Mg,Ti晶体中钛的浓度对镁浓度阈值的影响

铌酸锂晶体是制造光波导的重要材料,扩散钛的光波导已经得到了广泛的应用。但是,光折变效应限制了扩散钛的纯铌酸锂光波导的应用范围。自从1980年仲跻国等人发现了高掺镁会使铌酸锂晶体的抗光折变能力大大提高以后,以高掺镁铌酸锂晶体为基片的扩散钛的光波导得到了广泛的研究。实验发现,高掺镁扩散钛的光波导的性能有很大的提高,但扩散钛后抗光折变性能有所下降,说明铌酸锂晶体中同时掺入镁和钛离子后,非本征缺陷发生了变化。我们利用OH~-红外吸收光谱,研究了高掺镁、钛铌酸锂晶体的缺陷结构,分析了掺镁、钛铌酸锂晶体抗光损伤能力下降的微观机制。     

生物作用对海岸带泥沙运动的影响

海岸带泥沙运动输移及海岸地貌演变规律是海岸带海陆相互作用研究中重要的科学问题.海岸带地区丰富而活跃的生物因子与泥沙颗粒相互影响,赋予了泥沙颗粒"生物特性",深化了对传统海岸泥沙运动力学的认知,相关研究正逐渐成为研究热点.本文针对海岸带泥沙运动中的生物作用,结合国内外文献,综述了植物、底栖动物、微生物等生物因子在海岸带地区的分布特征、对海岸泥沙运动的贡献及其作用方式.目前,生物作用对海岸泥沙运动影响的研究尚处于发展阶段,大多为宏观层面的定性成果,尚未形成完整的理论体系,海岸泥沙与生物相互作用的机理研究、泥沙运动及地貌演变预测模型的建立应成为今后研究的重点.     

典型环境及生物因子对商品化纳米银颗粒稳定性的影响

纳米银在商品化产品中的广泛应用使其潜在环境风险备受关注.纳米银在环境中的危害程度与其在环境中的分散性以及颗粒稳定性密切相关.目前,关于纳米银稳定性的研究数据还非常匮乏.本文探讨了离子强度、价态、生物分子成分、pH等环境及生物因素对纳米银颗粒特征吸收峰、粒径、Zeta电位、银离子释放率等性质的影响.发现离子强度、价态、无...     

粒径对纳米氧化锌的生物累积和氧化应激的影响

纳米ZnO的大量生产和使用,使其不可避免地被释放到水环境中,对水生生物产生潜在危害.研究表明,粒径是影响纳米ZnO水生毒性的重要因素之一.然而,纳米ZnO的粒径对其在生物体累积及诱导氧化应激的程度尚不清楚.为了阐明粒径对纳米ZnO的生物累积和诱导氧化应激的影响,本研究考察了大型溞(Daphnia magna)分别暴露于...     

环境污染物对人体生物有效性测定的胃肠模拟研究现状

环境污染物对人体健康产生了巨大的危害, 污染物的生物利用度是人体健康风险评估中的关键因子. 本文系统介绍了模拟胃肠消化系统测定污染物对人体生物有效性的实验方法、主要控制条件、影响生物有效性的因素及其在健康风险评估研究中的应用. 同时对其在开展有机污染物的生物有效性及其代谢研究、Caco-2细胞在该类研究中的应用以及体外模拟方法的验证方面进行了展望.     

黏土矿物对病毒生物地球化学作用的影响探讨与展望

作为自然界丰度最高的生命体,病毒活跃于海洋、土壤、冰川等各类生态系统.通过侵染细菌、古菌及真核微生物,病毒在调控微生物群落和元素生物地球化学循环过程中扮演着关键角色.在自然环境中,病毒与无机或有机颗粒存在广泛的相互作用.黏土矿物是广泛分布于陆地和海洋环境的无机颗粒,陆地生态系统中的黏土矿物可在大气、河流和冰川的作用下搬运至海洋,并在水体中沉降形成深海沉积物.黏土矿物对病毒具有高度亲和力,影响着环境中病毒的丰度、活性和感染能力.因此,黏土矿物对病毒介导的生物地球化学循环过程有着重要的影响.本文从各类生境中病毒的生态功能、病毒的生物地球化学作用模型和黏土矿物对病毒的吸附作用3个方面进行了概述,并讨论了陆地和海洋生态系统中黏土矿物的吸附作用对病毒功能和生物地球化学作用的潜在影响,提出黏土矿物是影响病毒驱动的生物地球化学循环不可忽视的因素,未来应将黏土矿物作为评估病毒生物地球化学作用的参数之一.     

接枝高分子对纳米-生物界面黏附性能的调控

接枝高分子调控纳米-生物界面的黏附行为在生物医学领域具有广泛应用,相关研究也具有重要的理论意义,从而获得了持续的关注.本文对接枝高分子调控纳米-生物界面的黏附行为所涉及的物理化学机制进行了梳理.通过在纳米药物表面接枝聚合物,可以抑制生物小分子的随机吸附,从而减少蛋白冠厚度,减轻免疫反应,延长药物的体内循环时间.此外,聚合物接枝还能改变药物载体的表面结构性能,从而提高其在生理组织中的输运效率.本文涉及的机理分为两大类:界面物理和界面化学.前者主要关注微观结构和形态,可以通过接枝密度、接枝长度、链拓扑等进行调节.本文着重介绍了与接枝聚合物的高熵特性密切相关的两种物理机制:熵弹空间位阻和链段动力学.后一类机理通过特殊的化学基团实现,特别是官能团的亲疏水性.通过在接枝链上加入适当的化学基团修饰,可以获得更好的稳定性和更强的生物分子吸附抑制.此外,通过化学基团对温度、光照、pH的依赖性,可以对接枝聚合物涂层的生物黏附性能进行动态调节,实现对外部刺激响应智能化.本文有望为该领域未来的基础理论研究和先进材料开发提供参考.     

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.     

黄孢原毛平革菌菌球对多环芳烃的生物吸附和生物降解作用

以黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium,Pc)为代表,研究了死体和活体Pc菌球对水中菲、芘等多环芳烃(PAHs)的生物吸附和生物降解作用及其相对贡献,探讨了碳源、氮源浓度和共存Cu2+的影响,考察了连续多次输入下菲的生物吸附和生物降解作用,试图为准确掌握微生物作用下PAHs的迁移转化行为及其调控作用提供理论指导.结果表明,死体Pc菌球对水中菲、芘的去除机制为生物吸附,分配系数分别为4040和17500L/kg.活体Pc菌球的去除机制包括生物吸附和生物降解,3d时生物吸附对水中菲、芘的去除率分别为19.71%和52.21%;随着作用时间延长(3～40d),生物降解对菲、芘的去除作用逐渐增大(20.40%～60.62%和15.55%～49.21%),且菌体中PAHs残留量不断下降.富碳限氮营养条件下,活体Pc菌球对PAHs的去除作用和降解效果最优,在60d时分别为99.55%和92.77%(菲),99.47%和83.97%(芘),主要源于富碳增加Pc菌体生物量而增强生物吸附、限氮则触发Pc对PAHs的生物降解作用.活体Pc菌球在富碳限氮强化条件下可连续多次去除和降解新输入的PAHs,其中单次生物降解率随循环次数(6d/次)增加而增大,循环3次后菲的生物降解率高达90%.     

磁性竹荪生物炭材料对水中铀的高效去除与机理

核工业发展所消耗的核燃料会不可避免地将大量含铀(U(VI))废水排放到自然界,给生态和环境带来一定的威胁,因而去除水环境中的U(VI)成为一项迫切的任务.本研究通过水热法制备了磁性竹荪生物炭材料(magnetic-dictyophora indusiata derived biochar, M-DI)并将其用于水溶液中U(VI)的高效去除.利用光谱分析表征其微观结构,证明了目标材料的成功制备和其良好的理化性质.通过宏观试验探究了反应时间、温度、pH、离子强度等因素对M-DI复合材料去除U(VI)的影响,并综合讨论其去除机理.结果表明, M-DI复合材料对U(VI)的吸附过程在30 min内达到平衡,吸附行为符合Langmuir模型,最大吸附量达到122.8 mg g^-1,去除机理为受静电作用影响的内层表面配位作用,且在吸附完成后在外加磁场作用下易进行固液分离. M-DI复合材料对U(VI)优异的去除效果显示了其在放射性核废水净化方面的巨大潜力.     

利用被动式采样膜评估水中腐殖酸对苊和(卄屈)生物有效性的影响

以苊和(卄屈)两种多环芳烃(PAHs)为研究对象,在实验室模拟条件下,研究了水中不同含量的腐殖酸(HA)(0～15 mg·L-1,以溶解性有机碳浓度表征)对PAHs在三油酸甘油酯-醋酸纤维素复合膜(TECAM)中和日本青鳉鱼体内富集的影响,比较了两种采样介质中PAHs表观富集速率常数随HA浓度变化的趋势,并利用模型拟合计算了两种方法得到的苊和(卄屈)的腐殖酸-水平衡分配常数(KDOC)值.结果表明,水中存在的HA对TECAM和青鳉富集两种PAHs有显著影响,随着HA浓度的增大,PAHs在TECAM膜中和青鳉体内的富集浓度显著降低,其表观富集速率常数也随HA浓度的增大而减小.用TECAM萃取和青鳉富集实验得到的两种PAHs的lg KDOC分别为4.63和4.52(苊),以及5.83和5.76((卄屈));两种方法所得的lg KDOC值相互之间有很好的可比性,并与文献报道值相吻合.研究结果证明,TECAM能够选择性地富集水相中自由溶解形态的PAHs,且富集行为与鱼体类似,因此可作为一种生物模拟采样器来研究水环境中存在的溶解性有机碳对PAHs生物有效性的影响.     

嗜水气单胞菌hfq2基因对生物被膜形成的影响

Hfq蛋白是一种进化上保守的sRNA分子伴侣蛋白,在转录后水平调控RNA翻译,涉及细菌重要生理功能的调节.嗜水气单胞菌ATCC 7966基因组中含有两个hfq基因拷贝(AHA_0924与AHA_3797),目前对AHA_3797(简称hfq2)基因功能的研究比较少.本研究首先利用同源重组技术敲除该基因,发现hfq2缺失后形成生物膜的能力显著降低(P0.001),进一步通过SWATH(sequential window acquisition of all theoretical spectra)定量蛋白质组学技术比较野生型与Δhfq2在生物膜状态下的蛋白表达差异,共鉴定出1538个蛋白,其中131个蛋白表达上调, 140个蛋白表达下调.生物信息学分析表明,生物被膜状态下Δhfq2导致细菌铁离子转运相关蛋白表达上调,趋化作用相关蛋白则大幅度下调.进一步利用Western Blotting对部分差异蛋白的表达进行了验证.最后通过铁离子螯合剂添加试验证实, Hfq2蛋白可以通过影响铁离子动态平衡过程来影响细菌生物被膜的形成.了解Hfq2蛋白在细菌生物被膜形成过程的调控机理,对病原菌的防治以及新型抑菌策略的研发具有重要的科学意义.     

氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿的生物氧化作用研究

以氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)为实验菌株, 对黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿的生物氧化过程进行了实验研究. 结果表明, 在A. ferrooxidans菌作用下3种硫化物的氧化过程具有不同的特征. 三者的氧化速率存在差异, 即: 磁黄铁矿 > 黄铜矿 > 黄铁矿. 黄铁矿生物氧化过程中pH总体呈下降趋势, 而黄铜矿和磁黄铁矿生物氧化过程中溶液pH则呈先上升再下降的趋势. 由于黄铁矿反应溶液pH较低, 在反应过程中无明显的沉淀作用发生, 而黄铜矿和磁黄铁矿氧化过程中产生了元素硫和黄钾铁矾沉淀. 黄铁矿的平整表面和溶蚀坑中均有细菌吸附, 并且溶蚀坑的形状与细菌外形较相似, 可能是吸附于黄铁矿表面的细菌分泌出的有机酸导致其表面的微区溶解所致. 在黄铁矿表面未发现生物膜形成, 而黄铜矿和磁黄铁矿表面均有生物膜形成. 构成生物膜的A. ferrooxidans菌被胞外聚合物质 (EPS)包裹, 生物膜被沉淀物质所覆盖. 实验结果显示了黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿具有不同的生物氧化过程, 造成这种差异的主要原因可能是矿物自身性质以及反应溶液pH的影响.     

抗生素耐药性的微生物调控:原生生物对细菌抗生素耐药性的影响

抗生素耐药性在环境中的存在、进化和传播对人类健康构成了全球性的威胁.随着抗生素的使用,我们对人类影响的生态系统中抗生素耐药性的了解正在迅速加深.然而,在人类干扰有限的自然生态系统中,微生物的相互作用作为抗生素耐药性进化的主要驱动因素在很大程度上仍被忽视.本文首先综述了抗生素耐药性的起源、进化和传播,指出前抗生素时代细菌耐药性进化的主要动力是微生物之间对资源的竞争,而抗生素时代人类活动向环境中施加的高浓度的抗生素则成为细菌耐药性进化的主要动力.然后在个体水平分别梳理了自养型原生生物和吞噬型原生生物在调控细菌耐药性方面的重要作用.并且指出由于方法上的局限性,目前在群落水平的研究相对缓慢,了解原生生物在微生物食物网中的地位和影响原生生物群落分布的因素则有利于我们解析其中的机制.最后对利用原生生物遏制抗生素耐药性带来的危害进行了展望,以期为缓解抗生素耐药性并控制其在环境中的传播提供科学依据.     

宽阔的视野 巨大的挑战——《自然—生物技术》对美国生物经济发展蓝图的述评

●如果要你提出振兴美国21世纪生物经济潜能的主张,你会怎样做?这是美国科技政策办公室在2011年10月发表的信息征询(RFI)中提出的问题。令人费解的是,RFI提出的重点领域却让人觉得缺乏深谋远虑。