二维材料的高通量筛选与光催化性能预测

近年来,通过机械剥离法、液相剥离法和分子束外延生长法成功制备了各种性能优异的二维(two-dimensional, 2D)材料,极大推动了对2D材料特殊性质的探索.传统实验的"试错法"面临着低效率、高成本等挑战,相比之下,第一性原理计算不仅能够预测2D材料的结构和物性,还能利用预测的性质设计其可能的制备路径和方法.如β-Sb的结构、黑磷(α-P)的高载流子迁移率和迁移率各向异性以及InSe/Zr₂CO₂的光催化性能等,均得到了实验验证,显示了理论计算的准确性.随着超级计算机性能的提高和大量材料数据库的建立,使用不同的算法筛选出潜在的2D材料,并结合第一性原理计算可以实现2D材料的靶向设计.本文先对理论计算方法作了简要介绍,随后介绍了2D材料理论计算的进展,最后对该领域未来的发展进行了展望.     

高通量筛选ENU诱变产生的遗传疾病小鼠模型

由于小鼠和人类基因组的高度同源, 修饰和改造小鼠基因组已经成为建立人类疾病模型和研究基因功能的最重要的手段. 通过C57BL/6J雄性小鼠的ENU化学诱变和子代的表型筛选的方法, 对G₁代3172只小鼠的形态学、行为学、神经功能、学习记忆、听力、视觉生理、骨代谢、血糖和心功能等一系列生理生化指标进行了高通量检测, 筛选出595只与人类疾病相关的显性基因突变个体, 其中毛色转换、眼疾和听力缺陷发生频率较高, 而代谢性异常的显性突变率较低, 提示血糖和心电等重要代谢功能的遗传调控稳定性高于外周神经系统功能. 小鼠单侧性眼疾存在明显的雌雄不均一性和左右不对称性. 骨密度异常与小鼠性别也有一定相关性. 在对104只G₁代突变小鼠和野生型小鼠交配的可遗传性检测中, 已有14只的异常表型被确认可以遗传, 其中行为学异常小鼠的可遗传性较低, 提示行为学异常可能和多基因突变相关. 这些突变小鼠品系的建立, 为疾病表型的发生和病理过程的细胞生物学及分子生物学机制研究、突变基因的染色体定位和克隆奠定了良好的基础.     

表达人类Bcl-2蛋白的L929细胞模型的建立与应用

将人类ｂｃｌ－２ ｃＤＮＡ以正向克隆于真核表达载体ｐＬＸＳＮ并转染于Ｌ９２９细胞,建立了稳定表达人类Ｂｃｌ－２蛋白的哺乳类细胞模型,利用模型细胞进行研究表明,Ｂｃｌ－２的表达对细胞的正常增殖与存活表型无明显影响,但能增加细胞对肿瘤坏死因子α（ＴＮＦα）和ｓｔａｕｒｏｓｐｏｒｉｎｅ（ＳＴＳ）两种致凋亡因素的抵抗能力。此研究丰富了ｂｃｌ－２基因调控细胞凋亡的资料,为深入探讨ｂｃｌ－２的作用机制及其与其     

基于微流控技术构建3D肿瘤模型用于药物筛选

药物筛选是为了发现在疾病治疗层面上的生长抑制剂,或者找到对某一特点表型细胞有杀伤作用的物质.相比传统的药物筛选模型使用的二维细胞培养方法,三维肿瘤模型可根据肿瘤细胞特性,模拟实体组织状态下药物敏感和耐药模式,从而提高标准抗癌药物筛选的精准性.近年来,三维培养系统用于药物筛选的研究受到广泛关注.此外,由于微流控技术在组织...     

整合组学数据的代谢网络模型研究进展

基因组规模代谢网络模型(genome-scale metabolic model,GEM)是根据化学计量平衡原理,基于基因-蛋白-反应三者关联,建立包含细胞生长必需的生化反应数学模型.细胞代谢网络存在复杂的调控,通过基因和蛋白表达量及代谢物浓度变化调节代谢反应通量,而这些数据无法直接反映代谢反应的通量.GEM研究面临的...     

细胞信息代谢的分子基础

细胞信息代谢即生物信号在细胞内的传递,其传递放大基本原理是多级瀑布效应,传递的物质基础是细胞第二代谢体系,传递的基本和主要方式是蛋白邀酶催化的蛋白质磷酸化和蛋白磷酸酶催化的蛋白质去磷酸化(即“可逆蛋白质磷酸化作用”).     

基于高通量计算的反渗透淡化三维传递MLP模型构建

全球淡水资源日趋紧张.反渗透(reverse osmosis, RO)是目前最先进的淡化技术之一,占据了50%以上淡化市场.高性能RO膜可显著提高产水效率,但其高通量的特性也导致了严重的浓差极化与膜污染等共性难题,严重制约其进一步广泛应用.因此,在传统膜组件迭代设计方法的基础上,开发更高效的优化设计方法,可加速高性能RO膜的商业化,极具研究意义.本文采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)和深度学习方法,结合超级计算,构建了多工况下基于高性能RO膜的海水淡化复杂进水通道的高维非线性传递模型:建立了RO膜组件进水通道中流体流动与盐组分传递的“多物理场全耦合高保真三维模型”;基于商业进水隔网在设计参数空间范围内进行类拉丁超立方抽样,生成726组不同工况CFD模型,并行计算规模可达2万核以上;基于数据驱动的深度学习方法,建立代理传递模型,可预测整个设计参数空间内大规模参数组合工况模型的三维局部速度、压力以及浓度分布,通过计算相对均方根误差,得到预测精度分别为93.5%、98.3%和95.1%,计算效率相比传统有限元方法提高了1～2个数量级.本文提...     

细胞钓蛋白带法制备与红细胞分化有关的单克隆抗体及其基因的筛选

哺乳类红细胞在生长分化过程中,受一系列调控因子的影响。例如造血干细胞早期发生依赖于白细胞介素-3(IL-3L IL-9,红细胞激烈形成单位(BFU-E)红细胞集落形成单位(CFU-E)和红细胞生成素(EPO)协同作用,但对红细胞分化末期出现自然排核现象的作用机理尚未阐明。薛社普等提出并证明了哺乳类中晚幼红细胞可能存在红细胞分化(排核)因子(EDDF),为进一步了解红细胞排核与分化机理提供了理论依据。为进一步纯化该因子,本文报道以“细胞钓蛋白带法”进行单克隆抗体的制备及其基因的筛选。     

发展亲和质谱技术加速G蛋白偶联受体的配体筛选和药物发现

基于靶蛋白 配体亲合作用检测的亲和质谱技术与常规高通量筛选技术相辅相成,已发展成为药物先导化合物早期发 现流程中的关键技术之一。G蛋白偶联受体（GPCR）家族由于其特殊的生化性质,对基于亲合作用的配体筛选和配体表征 提出了巨大的技术挑战。文章主要介绍亲和质谱技术用于GPCR配体筛选的基本原理及其特点,并总结该技术用于大规模化 合物库及天然草本粗提物筛选的前沿进展。     

自身免疫性肝炎、原发性胆汁性胆管炎及其重叠综合征的临床代谢组学表征及区分

自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis, AIH)、原发性胆汁性胆管炎(primary biliary cholangitis, PBC)及其重叠综合征(overlap syndrome, OS)是临床常见的3种自身免疫性肝病,由于其发病机制的复杂性和混杂性,给临床准确区分诊断带来了挑战.本研究采用非靶向代谢组学方法,尝试对42例AIH、103例PBC和57例AIH-PBC OS患者血清筛选可辅助区分诊断3种肝病的代谢组学特征标志物.结果表明,在与AIH和PBC相关的所有变量中共鉴定出101个特征代谢物,并进一步筛选出富集于胆汁、磷脂和氨基酸代谢途径的29个代谢物,作为对AIH和PBC区分能力最强的指纹性代谢物.从指纹性代谢物中压缩降维得到的特征代谢物向量,显示出良好的区分诊断AIH与PBC的能力,受试者工作特征曲线下面积达到0.797(P<0.0001).基于指纹性代谢物主成分分析的可视化分布图, PBC和AIH样本呈现出3个区域:单纯PBC样本区、单纯AIH样本区和混合区.而将AIH-PBC OS样本放入该模型后发现, AIH-PBC OS样本在上述3个区域...