燃料电池用碱性阴离子交换膜链结构调控研究进展

碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFCs)因氧还原动力学快、可使用非Pt催化剂、成本低等优点迅速发展成燃料电池的重点研究领域.作为AAEMFCs的核心组件,碱性阴离子交换膜(AAEMs)的性能直接影响着燃料电池的输出性能和使用寿命.为保证燃料电池高效、稳定、长时间的运行,AAEMs应具备高的离子电导率、尺寸及化学稳定性.但目前开发的膜尚难同时满足这些要求,在实际应用中依然面临阴离子传输效率与尺寸稳定性难以兼顾、碱性稳定性较差等问题.本文将结合近年来国内外及本课题组的研究进展,梳理AAEMs发展中存在的关键问题与解决思路,展望未来的发展方向.     

植物开花生热的生物功能及其调控机制研究进展

开花生热是某些植物科属在长期进化过程中形成的一项重要适应机制,有助于植物花器官抵御低温伤害,并且能够促进昆虫访花和传粉受精,对于确保植物的生殖成功具有重要的生物学意义.本文基于国内外近年来植物开花生热研究方面取得的重要进展,结合开花生热活体实时检测的技术发展,对植物开花生热的类型、生物学功能以及调控机制进行综述,并展望了植物开花生热研究领域亟待解决的重要问题.     

辅酶类核开关的种类、结构和调控机制研究进展

核开关是一类保守的RNA元件,可以通过特异性识别小分子配体来开启或关闭下游相关基因的表达,进而调控细胞的生命活动。目前已鉴定出近60种核开关,它们分别识别不同的代谢物或小分子配体。随着这些核开关的发现,它们的序列特征、高级结构以及调控机制逐渐成为核开关领域的研究热点。截至目前,大部分核开关的三维结构已经被解析,相关研究不仅阐明了这些核开关对配体的特异性识别方式,还从分子层面阐释了其对下游基因表达的调控机制,为开发核开关相关应用提供了重要的研究基础。文章综述了目前已鉴定的核开关的种类和主要功能,详细探讨了辅酶类核开关的三维空间结构和配体识别机制,并展望了核开关的研究前景及潜在应用。     

二维冰的结构及其生长机制研究进展

水和冰在自然界中广泛存在,冰的结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学以及行星科学等众多领域具有至关重要的作用,这些过程往往与微观尺度上水分子与表面或者水分子之间的相互作用相关。受限于之前的研究方法和手段,尽管存在大量的实验和理论研究,冰成核和生长的微观机理却仍旧存在许多争议与疑问。因此,从原子尺度上对冰结构和成核生长过程进行准确的表征和研究具有极为重要的意义。研究者利用超高真空低温扫描隧道显微镜(STM)和非接触式原子力显微镜(NC-AFM)联合系统,通过对qPlus针尖进行化学修饰,借助针尖与水分子之间的高阶静电力,成功实现在实空间中对Au(111)表面上的双层二维冰结构的高分辨成像,确认了其"互锁式"氢键构型,并进一步通过对二维冰边界结构的非侵扰式成像,首次观测到二维冰生长过程中边界上的一系列中间态和亚稳态。之后通过结合第一性原理计算和分子动力学模拟,提出了二维冰锯齿状和扶椅状边界的两种生长机制。这在原子尺度上揭示了二维冰成核生长的过程和机理,为研究原子尺度上冰的生长过程提供了一种新途径,并能拓展到广泛的二维材料体系研究中。     

中介体复合物结构与转录调控机制

在真核生物中,中介体复合物 (Mediator complex) 接收转录激活子/基因特异型转录因子携带的转录激活信号,并将之传递给核心转录机器——RNA聚合酶II,在这个过程中起到桥梁的作用。中介体复合物与RNA聚合酶II、各种通用转录因子组装成转录前起始复合物,对于真核生物几乎所有基因的转录都是必需的。中介体复合物成分复杂多变,结构柔性较强,针对它的结构生物学和转录调控机制的研究已超过30年。文章小结了中介体复合物的发现历程、功能和组成以及结构生物学方面的突出成果,并对它可能的转录调控机制进行了初步阐释。     

TRPC通道的结构机制研究进展

经典型瞬时受体电势通道(transient receptor potential canonical channel, TRPC)是一类重要的非选择性阳离子通道.该通道家族包含多个成员,在体内广泛分布,参与多种生理病理过程,是治疗如局灶节段性肾小球硬化症(focal segmental glomerular sclerosis, FSGS)等疾病的药物靶点.得益于单颗粒冷冻电子显微镜技术的快速发展,目前已解析的TRPC通道家族多个成员的结构展示了TRPC通道四聚体的组装模式、各结构域的空间排布、具有调节功能的钙离子结合位点和多种小分子化合物的作用位点.这些结构信息与功能实验相辅相成,共同揭示了TRPC通道被钙离子双向调节的机制、小分子化合物的作用机制,以及在人类遗传疾病中发现的致病突变体的激活机制.这些研究进展为进一步探索TRPC通道的工作原理和靶向TRPC通道的药物开发提供了坚实的基础.     

microRNA与靶基因相互调控机制的研究进展

microRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约22个核苷酸的单链非编码RNA分子,其通过剪切信使RNA或非编码RNA、沉默或激活转录、primary miRNA(pri-miRNA)加工及mRNA翻译,调控几乎所有细胞增殖分化、个体生长发育及内环境稳态.大量研究已对miRNA的生物发生和调控机制进行了清晰阐...     

单分子膜调控草酸钙晶体成核和生长的研究进展

近年来, 来自医学、生物、材料和化学等领域的学者从不同的侧面对尿结石主要组分草酸钙(CaOxa)的矿化进行了深入研究, 具有类似细胞膜结构的单分子膜是重要的模型体系之一. 本文综述了单分子膜对CaOxa晶体成核、生长和晶面取向的调控作用的研究进展, 讨论了单分子膜亲水头基、疏水尾链、膜聚集态、亚相抑制剂等因素对膜控晶体生长的影响, 从晶格匹配、分子模型、静电作用、氢键、异相成核理论、空间定位与约束等方面深入探讨了单分子膜诱导晶体生长的本质原因, 并论述了采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和计算机模型等方法得到的最新结果.     

轻质复合材料及结构热膨胀调控设计研究进展

热膨胀系数是材料热物理性能的重要参数.在温度剧烈变化服役环境下,航空航天工程中卫星、高超声速飞行器以及精密仪器仪表,微电子封装中大量结构的热变形需要精确的控制.发展热膨胀可调控的材料具有重要的科学意义和工程应用价值.轻质复合材料凭借其轻量化,力学性能优异且热膨胀系数可设计的优点已成为热变形控制领域的重要材料.本文首先概括了材料和结构的热变形控制在工程中的重要应用以及已有低、负膨胀均质材料的研究现状.其次详细介绍了层合、颗粒增强及拓扑优化复合材料的热膨胀设计研究成果.最后重点综述了轻质点阵复合材料的几何结构设计方法,热膨胀调控机理,制备工艺及实验表征的最新研究成果.     

细胞及其增殖、调控机制的发现历程

细胞是生命结构与功能的基本单位。生命科学发展到今天 ,人类已有可能鉴定出完成细胞功能所需的全部基因。但有关的基因是如何作用以产生细胞组织的 ?细胞内的所有基因是按什么规则协同作用的 ?进一步弄清楚这些问题 ,将有助于我们充分了解细胞 ,从而充分了解生命本身     

细胞及其增殖、调控机制的发现历程

续上期 )核查与控制分子机器需要调控 ,才能顺利运行。我们对细胞周期调控系统的理解来自两个概念。首先是核查点(ｃｈｅｃｋｐｏｉｎｔ)观念。开始的想法是 ,细胞周期是一系列的依赖性步骤 ,后来事件之启动 ,依赖于先前事件的完成。核查点的观念是在萌芽酵母菌的研究中形成的。该研究揭示细胞如何在一些特定“点”上“核查”在其周期中先前事件是否已准确完成。如果没有 ,细胞就发出阻止后来事件的信号。例如 ,没完成的Ｓ -期 ,导致发送阻止有丝分裂的信号。这使细胞免于在ＤＮＡ只部分地复制了的情况下进行潜在致死的有丝分裂。其他核查点…     

决策支持系统的基本结构及其研究进展

决策支持系统（ＤＳＳ）是一个用系统技术描述动态领域的术语，是信息和决策科学领域里最重要和发展最快的研究分支之一．本文介绍了ＤＳＳ的基本概念和特征，给出了ＤＳＳ的基本结构框架，并详细概述了ＤＳＳ基本结构的研究进展状况．本文最后提出了一种新型的多专家系统集成式决策支持系统的基本结构．     

植物膜蛋白的囊泡转运及调控机制的研究进展

膜蛋白的囊泡转运对维持植物的生长发育、细胞内外的物质交换、细胞识别、免疫应答、信号转导等生物学过程具有重要的生理学意义.近年来,随着超分辨显微技术和蛋白标记方法的更新和进步,对膜蛋白转运相关机制的研究也取得了很大进展.尽管当前对囊泡转运机制的研究手段或技术方法有很多,但关于膜蛋白囊泡转运途径及其研究技术方法缺少系统的总结.本综述首先介绍了膜蛋白囊泡转运所涉及的相关细胞器,全面总结了植物膜蛋白的不同囊泡转运途径,并在此基础上,系统概括了研究植物囊泡转运所使用的化学方法和突变体;最后,展望了植物膜蛋白囊泡转运途径中的研究前景,以期为了解和阐明植物体如何感知及适应环境的调控机制提供一定的思路和见解.     

纳米结构及其自旋量子态调控的前沿进展

在纳米尺度上对物质的结构及其特性实行有效控制,是纳米器件研究中最重要的基础问题之一,其中认识和理解纳米结构单元,利用其结构特点可控制备人工纳米结构,从而调控其单分子自旋量子态,在纳米器件与量子调控中具有潜在的应用前景.     

RNA聚合酶动态调控DNA转录的单分子水平研究进展

真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)和原核生物的RNA聚合酶(RNAP)主要负责转录合成信使RNA(mRNA),调控不同基因的转录水平,以调节生物体的生长发育和应对复杂多变的环境。研究者采用传统的荧光显微镜观测到RNAP可形成团簇,据此针对DNA转录调控提出“转录工厂”模型。随着单分子技术的发展,研究者在单分子水平上观测到了活细胞中RNAP动态调控DNA转录,提出RNAP可以通过液-液相分离机制进行转录调控。该综述总结了不同单分子荧光显微镜的技术原理,以及相关的荧光探针标记方法,并介绍了在真核生物和原核生物中应用单分子成像技术可视化RNA聚合酶动态调控DNA转录过程的研究进展,最后展望了单分子技术在转录调控研究中的应用前景。     

石墨烯片层孔道设计及其结构调控

石墨烯——最薄的二维碳材料,因其具有卓越的机械、光学、电子和热性能,使其在复合材料、电子器件、能源储存和吸附分离等许多领域都具有广泛的应用.石墨烯筛(graphene nanomesh)作为一种在石墨烯片层引入纳米孔的多孔石墨烯,除了具有石墨烯本身固有的特性之外,其可调控的孔结构设计为石墨烯筛功能性应用提供了新的选择.本文综述了常见的石墨烯筛合成方法并展望了其未来发展前景.     

异亮氨酸调控大鼠小肠黏膜形态和结构的作用机制

作为动物体重要的必需氨基酸,异亮氨酸除了作为蛋白合成底物外,还可促进肠道的吸收功能和屏障功能,但其作用机制尚不清楚.本研究通过体内动物试验和体外细胞试验探究了异亮氨酸对肠道黏膜结构和功能的可能作用机制.试验选用80只远交群大鼠,随机分为4组,饮水添加不同浓度异亮氨酸(0、0.5、2.5和5 mg/mL),试验期为28 d,测定大鼠小肠各段组织结构和空肠中紧密连接蛋白表达水平.体外试验选用大鼠空肠上皮细胞系IEC-6并用不同浓度异亮氨酸处理,通过噻唑兰测定细胞活力,流式细胞术测定细胞的周期和凋亡情况, Western blot分析细胞中紧密连接蛋白表达情况.结果表明,饮水中添加2.5 mg/mL异亮氨酸显著提高了小肠的绒毛高度和绒毛高度隐窝深度比,显著降低了隐窝深度,并显著提高空肠紧密连接表达;适宜浓度异亮氨酸显著促进了IEC-6细胞的增殖并提高细胞中紧密连接蛋白表达量,而高浓度异亮氨酸呈现抑制作用.综上,异亮氨酸可改善小肠的组织结构,尤其促进绒毛生长并提高吸收表面积,其可能作用机制是适宜异亮氨酸可促进小肠上皮细胞的增殖并降低凋亡,进而增大了绒毛的高度;异亮氨酸提高了上皮细胞中紧密连接蛋...     

电场调控磁性的研究进展:材料、机制与器件

电控磁效应利用电场作用实现对材料磁学特性的调控,对推动低能耗、高速度、高密度自旋电子学器件的发展具有重要意义.本文将以电控磁的机制为主线展开,按照载流子调控、应变、交换耦合、轨道重构和离子迁移5种机制,从材料、性能和器件应用的角度对电场调控磁性领域的研究进展进行系统总结和归纳,以期尽量全面地为读者呈现出该领域的发展现状...     

基于限域传质机制的膜过程定量描述的研究进展

作为新型的化工单元操作,膜分离具有高效、节能等优势,然而相关的传质理论,尤其在限域条件下(如渗透汽化、反渗透、纳滤等),对其传质出现的反常现象普遍缺乏共性传质机制及调控方法的认识,严重制约了相关膜材料的设计开发.针对这一现状,本文首先剖析了经典传质模型在限域条件下存在的挑战;其次,探讨了非平衡热力学线性化方法在限域传质模型建立中的应用;最后,由于影响限域流体行为的因素众多且相互耦合,增加了单因素分析及确定控制因素的难度,为此,系统分析了针对限域传质影响因素的模拟和实验研究进展.