纳米材料在植物细胞生物学研究中的应用

纳米材料已广泛应用于药物载体、生物传感器、成像技术以及基因治疗等研究,相对于动物细胞而言,纳米材料在植物细胞生物学中的应用相对滞后,目前主要集中在量子点探针标记技术和纳米基因载体介导外源基因遗传转化两方面。据此,笔者主要介绍了近年来的量子点合成及功能化等方面的进展,特别对于在植物细胞成像中应用进行了评述。另外还介绍了纳米基因载体的种类和特征,以及在植物完整细胞或原生质体中介导外源基因遗传转化等方面的研究进展。笔者认为已有的纳米材料存在粒径过大或自身的细胞毒性过大,限制了其在植物细胞生物学中的进一步应用,所以针对植物细胞自身特征,设计合成新型的纳米材料将是未来研究的焦点。     

用纳米技术诊断与治疗恶性肿瘤的进展

利用纳米技术进行恶性肿瘤早期诊断和治疗是目前国际生物技术领域中最前沿的研究课题,迄今实验室细胞模型(in vitro)研究和临床前动物模型(in vivo)研究已取得了重大进展.纳米生物技术将成为继放疗、化疗和手术治疗后治疗基因疾病的更有效的方法.纳米生物技术涵盖纳米材料科学,构成纳米药物载体平台的纳米材料与药物或基因结合的组装技术以及随后与靶向物质结合的组装技术.目前,实现了纳米生物传感器在肿瘤细胞上的表达,纳米基因药物能够抑制肿瘤细胞的增殖、诱导肿瘤细胞凋亡,但在临床治疗之前为了确保安全、有效,首先应该研制出针对癌细胞表面配位子特意性更强的靶向物质,以减少对正常组织的损害;此外,还需提高纳米材料药物的装载量和稳定性,并研制出适宜的纳米材料以及相应的制备技术.     

携人源TPA基因的慢病毒表达质粒的构建与鉴定

利用PCR扩增人源TPA基因,再用酶切-连接的方法将目的片段亚克隆入慢病毒表达质粒pL-PGK-eGFP中,最后用测序、酶切和在293细胞中瞬时表达的方法进行了鉴定.结果显示：含人源TPA基因的pL-PGK-TPA-eGFP慢病毒表达载体构建成功,为进一步利用转基因技术更加安全高效地生产TPA,治疗血栓类疾病打下基础.     

同源重组敲除三角褐指藻基因的研究

为探索应用基因敲除技术研究三角褐指藻基因功能的研究体系,本文以三角褐指藻甘油激酶基因作为靶基因,构建了同源重组基因敲除载体,利用微弹轰击法将该载体成功转化至三角褐指藻中,经100μg/mL Zeocin筛选和PCR验证获得了34个阳性转基因藻株;并进一步对三角褐指藻甘油激酶基因敲除转基因藻株的甘油激酶表达量和生长两方面进行分析,结果显示胞外甘油兼养不影响转基因藻细胞生长,甘油激酶不表达或表达量降低.本文通过构建敲除载体,完成了遗传转化,筛选获得阳性转基因藻,并进一步研究了转基因藻的性状,最终建立了应用同源重组基因敲除技术靶向研究三角褐指藻基因功能的研究体系.     

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.     

盐芥TOR基因的克隆及对盐芥生长发育的影响

雷帕霉素靶蛋白(TOR)在调节动植物的生长及新陈代谢方面起重要作用.为进一步研究植物中TOR的作用,对盐芥TOR基因进行克隆,采用聚合酶链式反应和cDNA末端快速扩增技术等分子生物学方法获得盐芥TOR基因的cDNA全长及基因组全长,构建了ThTOR基因沉默植物表达载体并成功获得盐芥ThTOR基因沉默的转基因株系.结果表...     

通过pR1aS导肽提高植物中绿色荧光蛋白的激发强度

绿色荧光蛋白在植物细胞胞质表达中对转化植物细胞的再生存在不利的影响,为增强绿色荧光蛋白在植物细胞中的表达,在mgfp的5'端连接了pR1aS信号肽序列,同时在3'末端引入滞留在内质网中的特异序列KDEL,成功构建了植物表达载体pBLG-pR1aS-gfp,经转基因烟草表达分析,结果表明:转化体植株显著增加了绿色荧光蛋白在烟草中的表达,同时消除了绿色荧光蛋白对植物潜在的光毒害。这为植物转基因转化频率的研究和转基因植物安全性评价提供了一种有利的工具。     

国际社会对转基因植物食品安全性的关注

 现代生物技术的进步 ,为生命科学的发展提供了强大的技术支撑 ,在物种间（植物、动物、微生物）实现了分子水平或细胞水平的基因转移、修饰或重组 ,加快了培育农业生物新性状的步伐。但是任何科学技术都有它的两面性 ,既可以造福人类 ,也可能致祸世界。正因为如此 ,转基因植物安全性问题已成为当今世界共同关注的焦点。一、公众对转基因植物食品安全性的反响自从1983年世界上第一批转基因植物问世以来 ,人们一直对转基因植物的安全性问题心存疑虑。     

拟南芥CGP1基因启动子克隆及其GUS转基因植株的构建

前期研究发现一个功能未知基因响应植物镉胁迫,将之命名为CGP1。文章为探究植物基因CGP1的表达模式及其在响应镉胁迫中的表达变化情况,以野生型拟南芥为实验材料构建CGP1基因启动子接pART7-GUS载体及其转基因植株。通过提取野生型拟南芥的DNA,并以DNA为模板利用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)技术克隆得到CGP1基因启动子序列,将启动子序列和GUS载体双酶切后进行连接,并转化到大肠杆菌感受态细胞中,通过测序获得构建成功的ProCGP1-GUS载体。利用浸染花序法将ProCGP1-GUS载体转入野生型拟南芥中,并通过抗性筛选获得ProCGP1-GUS转基因阳性植株,为研究镉胁迫下CGP1基因的功能奠定了基础。     

Graphene meets biology

Graphene features a shining star in the material sciences since its discovery in 2004. Biomedical application of graphene-family materials has been driven recently. In this paper, we overviewed the cutting-edge research in the biomedical application of graphene-based biomaterials, such as bio-sensing and bio-imaging, drug/gene delivery and scaffold for tissue engineering. We emphasized on the effect of graphene substrates on cellular behaviors of adhesion, proliferation~ and differentiation. The develop- ment of three-dimensional scaffolds based on graphene- based nanomaterials and the potential of these constructs in tissue engineering are discussed. The perspectives and challenges are also addressed.     

Autophagy as new emerging cellular effect of nanomaterials

The biosafety issue of nanoscale materials is getting more and more attention with their increasing manufacture and application.In the research of cellular effects and underlying mechanisms related to toxicity of nanomaterials,most emphasis were placed on processes such as apoptosis,metabolic inhibition and oxidative stress.Recent evidence suggests that autophagy is part of the biological effects by nanomaterials and various kinds of nanomaterials are capable of disturbing the autophagic process.This review will highlight the importance of autophagy as an emerging mechanism of nanomaterial toxicity and the implication in the therapy of autophagy-related diseases.We summarize current research status of interaction between nanomaterials and autophagic pathways.It is of note that nanomaterials can either induce or block autophagy,which result in similar phenotype but completely different biological consequence.It is therefore important to perform comprehensive analysis of the whole autophagic flux in the future research.     

纳米材料的应用和产业化

自从20世纪80年代末纳米科学技术诞生以来，纳米材料的应用和产业化就成为人们关注和研究的重点，并可能成为21世纪新一轮产业革命的支柱之一。我国纳米材料的应用和产业化现状可以用纳米粉体材料初步实现了产业化、纳米复合材料和纳米涂层技术出现了产业化趋势和传统产业应用纳米技术全面展开来描述。本文将简要介绍纳米科技和纳米材料，并对纳米材料在催化、环保、能源、新型工程材料、高性能磁性材料和防护材料等方面的应用，纳米材料的产业化现状和亟待解决的问题进行综合评述。     

Nano-bio interfaces probed by advanced optical spectroscopy: From model system studies to optical biosensors

Research in biology and medicine is a rapidly expanding field incorporating some of the most fundamental questions concerning structure, function, and purpose. The forefront of new research demands access to advanced techniques and instrumentation capable of probing these unanswered questions. Over the past several decades, nano-scale materials and devices ranging from quasione dimensional quantum dots to two dimensional graphene sheets have been engineered and have found applications in nano-bio imaging and spectroscopy. In this review, the incorporation of nanomaterials into three influential spectroscopic and microscopic techniques including fluorescence microscopy, surface plasmon resonance, and sum frequency generation will be introduced. Fluorescence imaging has visualized nanomaterials as compliments or replacements to comparable organic fluorphores, act as a quencher for FRET-based sensing, and serve as a nanoscaffold for molecular beacons. Their versatility in coating materials makes nanomaterials an excellent targeting molecule for any cellular macromolecule or structure. In addition to the targeting capabilities of nanomaterials in fluorescence imaging, surface plasmon resonance has incorporated nanomaterials for applications in signal enhancement, selectivity of target molecules, and the development of more refined and accurate detection. Functionalized nano-particles enhance the capabilities of sum frequency generation vibrational spectroscopy by providing unique surface chemistry which alters target molecule interactions and orientations. In summary, the incorporation of nanomaterials has greatly enhanced the field of biology and medicine and has allowed for the continual advancement of not only research but instrument development.     

纳米材料介导植物遗传转化的研究进展

植物遗传转化对于改善农作物的性状,培育高产、优质、多抗性的新品种,从而降低农药和肥料的使用量等至关重要.传统的遗传转化方法存在着诸多局限性,如物种的不普适性,植物组织易被破坏,成本高、耗时长和转化效率低等.近几年,纳米材料介导的植物遗传转化策略逐渐被研究和尝试,并显示出了不受物种限制、生物相容性良好和操作简单等一系列优势.文章对常用的传统遗传转化方法进行了总结,重点介绍了近年来多种纳米材料在植物遗传转化中的研究和应用进展,并讨论和展望了纳米材料在植物遗传转化应用领域的挑战和发展前景.     

纳米材料毒性机制及其影响因素

纳米材料以其独特的物理化学性质被广泛应用到工农业和人们生活的各个领域,随着纳米材料的生产加工和使用,纳米材料可以经过大气循环、水循环、生物循环进入生态环境,进而侵染生物体,影响人类健康.因此,纳米材料的毒性问题日益受到人们的关注,而纳米材料毒性机制和影响因素是纳米材料毒性研究的热点问题之一.目前,氧化应激和炎症反应是解释纳米材料毒性的两种主要机制,此外,越来越多的研究表明自噬也是纳米材料毒性的一种潜在机制,并且自噬可能与氧化应激和炎症反应相互关联.另一方面,纳米材料的物理化学性质如尺寸、形状、表面修饰等对其毒性产生重要影响.本文首先概括了纳米颗粒进入环境及侵染生物体的方式,分析纳米材料引起生物和环境毒性的机制,最后对影响纳米材料毒性的因素进行深入探讨,以期为纳米毒理学研究提供帮助.     

纳米材料/环氧复合涂层的耐蚀性能研究进展

结构保护法、保护层法、防护层材料法、电化学保护法和介质处理法等是金属防腐蚀的主要方法,在诸多缓蚀方法中,防护层材料法是一种经济高效且广泛使用的防腐方法。环氧树脂是一种高效的防护层材料,需经过常温固化或加热固化后使用。然而,其固化过程存在的微孔会弱化环氧涂层的耐蚀性。将纳米材料加入环氧树脂中形成环氧树脂复合涂层,可填补环氧涂层中的微孔,提升环氧涂层的防腐效率。首先,详细讨论了影响纳米材料/环氧复合涂层耐蚀性能的因素,探讨了纳米材料/环氧复合涂层的防腐机理。其次,简要介绍了用于环氧涂层的2种纳米材料（石墨烯和金属有机框架材料）,总结了石墨烯和金属有机框架材料的改性和修饰方法。最后,从树脂成分、填料成分、机理探究以及开发自愈合涂层等方面对纳米材料/环氧复合涂层应用存在的问题和发展前景进行了展望,提出纳米材料/环氧复合涂层是一种长期防护金属免受腐蚀的方法,未来应致力于研发用于环氧涂层的二维和三维材料。     

纳米科学和碳基纳米技术

纳米科学是一个宏大的科学,纳米材料的种类很多,本文将众多的纳米材料归结为三大类,即天然纳米晶体材料、人工纳米结构材料和聚合物功能分子材料.重点评述了碳基纳米材料的发展,包括结构特征、光电性质及其在光电子科学技术中的应用,并对石墨烯作了详细介绍,特别强调了碳基纳米技术要在应用中发展及其重要性.     

A review of the large-scale production of carbon nanotubes: The practice of nanoscale process engineering

Carbon nanotubes (CNTs) are nanomaterials that have attracted great research interest because of their unique properties and promising applications. The controllable synthesis of CNTs is a precondition for their broad application. In this review, we consider nanoscale process engineering and assess recent progress in the mass production of ultra-long, inexpensive CNTs with good alignment as well as tunability in wall number and diameter for fundamental and engineering science applications across multiple scales. Cutting-edge nanoscale process engineering research in the areas of physics, chemistry, materials, engineering, ecology, and social science will allow us to obtain high added value and multi-functional advanced CNTs. The synthesis of CNTs with controllable chirality, good-alignment, and predetermined sizes and lengths still presents great challenges. Through multidisciplinary scientific research, advanced CNT-based materials will promote the development of a sustainable society.