面向疾病应用的微纳米马达

微纳米马达是能将环境中的化学反应或外场(光、声、磁场、电场等)提供的能量转化为推进力,从而产生自主运动的微纳米级人造机器。由于具有集群效应、比表面积大、运动可控等多种特征,微纳米马达在环境修复、药物递送、微纳手术、抗感染、重金属清除等诸多领域受到关注。在一定条件下,微纳米马达能主动运动并聚集到病灶,将治疗或诊断药物递送到靶部位,有望在人体复杂环境中进行精细化的工作。因此,微纳米马达在疾病预防、诊断、治疗以及预后中具有巨大的发展空间。在此,本综述首先对微纳米马达进行简要介绍,包括其结构设计、驱动方式。其次,详细介绍微纳米马达在不同类型的疾病中的研究进展。最后,提出目前该技术面临的挑战与未来发展方向。     

基于微/纳马达的智能癌症诊断、递送及治疗

癌症严重威胁着人类的生命健康,早期的诊断和治疗对于提高癌症治愈率、挽救人们的生命有着至关重要的作用。随着纳米科技的发展,具有自主运动性能的微/纳马达为癌症的诊断与治疗带来了新的发展契机。微/纳马达能够有效地将多种能量(光、声、磁、电、热等)转化为自身运动的动能,有望在微米或纳米空间内执行各种复杂而精确的任务,这在智能化癌症诊疗领域具有得天独厚的优势。目前,已成功制备出不同形状的微/纳马达,比如线状马达、微管马达、Janus双面神结构马达等,促进了一系列新型诊断方法、胞内递送系统及光治疗策略等的发展。本文主要总结了微/纳马达在智能化癌症诊疗领域的研究进展,首先从化学场驱动与物理场驱动这两个角度总结了微/纳马达在检测和靶向递送方面的最新研究进展,并进一步总结了微/纳马达在癌症光治疗领域的应用进展,最后探讨了目前存在的问题及未来的发展方向。     

微纳米马达在药物递送中的应用

受到自然界中高效生物马达的启发,研究人员提出了人工微纳米马达的概念,即人工微纳米动力装置。目前,通过结合化学与其他交叉学科的先进技术,研究人员已制备出具有不同结构、驱动方式以及控制方式的人工微纳米马达。这些微纳米马达在传感、环境治理、生物医用等方面展现出广阔的应用前景。其中,药物递送是生物医用领域的重要方向。在这一方面,利用微纳米马达可以实现药物的有效递送,给癌症等疾病的治疗带来新的可能。本文将针对用于药物递送的微纳米马达的驱动机理、基本结构、运动控制这几个方面进行综述,首先介绍了马达的运动机理,其驱动机理可分为自场驱动和外场驱动;其次,分别介绍了可用于药物递送的微纳米马达的结构,主要包括聚合物囊泡、空心管、纳米线等;为了实现精准有效的药物递送,微纳米马达的可控运动非常重要,本文将具体阐述微纳米马达的开-关控制、方向控制和速度控制。最后,分析了药物递送微纳米马达的研究现状,并对本领域的未来方向进行了展望。     

自驱动微纳马达在水环境领域的研究进展

可持续发展是当今世界面临的重大挑战,其中水环境问题尤为复杂和困难.微纳马达是具有截然不同物理或化学性质的微纳功能材料,在不同的外部激励条件下可以建立起极大的梯度场并形成自驱动,这一特性为特定的水环境问题提供了有效的解决方案,而水环境也被认为是这一新兴材料重要的应用场所之一.本文重点综述了近年来利用微纳马达的自驱动性质进行水环境监测和水体修复等方面研究的进展.此外,本文还给出了主动输运及膜过滤过程与微纳马达运动机理的关联,并对如何利用自驱动性质回收微纳马达进行了讨论,以减少微纳马达自身对环境的影响.最后对这一领域未来的研究进行了展望.     

微纳米马达的运动控制及其在精准医疗中的应用

人工微纳米马达是模仿自然界中的生物马达制备而成的微纳尺度动力装置,具有稳定性高、制备简单、可批量生产等优点,在生物医学领域有广阔的应用前景.本文详细阐述了磁能、电能、声能、光能及热能等多种微纳米马达的运动控制方式,总结了其在核酸、蛋白质、细胞以及细菌等的装载、运输、释放和检测方面的研究进展,并讨论了其在精准医疗领域面临的挑战和未来的发展方向.     

生物酶驱动的微纳米马达在生物医学领域的应用

生物酶驱动微纳米马达是指利用天然酶催化分解过氧化氢、葡萄糖、尿素和甘油酯等燃料来提供动力的一种新型微纳米机器。生物酶驱动的微纳米马达具有良好的生物相容性,能够在原位利用生物燃料实现自主靶向运动,无需外加原料,这使得生物酶驱动的微纳米马达在生物医学领域展现出巨大的发展潜力与前景。目前,生物酶驱动的微纳米马达在生物医学领域的应用得到众多科学家的关注,但是时至今日,还没有一篇及时、全面、着重地讨论生物酶驱动微纳米马达在生物医学领域应用的综述文章。基于本课题组的研究经验以及目前该领域的发展情况,本文着重讨论不同种类生物酶驱动微纳米马达在疾病诊疗等生物医学领域应用的最新进展,包括生物标志物的检测与诊断、成像显像剂、癌症和其他疾病的治疗等。最后,本文对该领域的发展与未来研究方向提出展望,为实现以“面向世界科技前沿、面向人民生命健康”为目标的“人类卫生健康共同体”提供新的思路和方向。     

偶氮苯功能化两亲性共聚物的合成与其纳米聚集体光响应行为的研究

以4,4'-二羟乙氧基偶氮苯(BHEAZO)为引发剂引发对二氧环己酮(PDO)开环聚合,与羧基化的单羟甲基聚乙二醇(mPEG)偶联,制备了具有光响应性的两亲性三嵌段共聚物mPEG-BHEAZO-PPDO-mPEG,并对其纳米聚集体的光响应行为进行了研究.采用紫外可见光谱(UV-Vis Spectroscopy)研究了纳米聚集体水溶液的吸光度随着光照时间的变化;用动态光散射(DLS)研究了辐射波长对纳米聚集体的粒径及粒径分布的影响;结合透射电子显微镜(TEM)的研究结果,提出了对纳米聚集体在不同波长光照下聚集行为改变的机理,即反式结构共平面的共轭体系更易形成稳定的低能级电子离域状态,从而使得纳米聚集体之间通过π-π堆积作用形成微聚集现象.     

卷曲管状微马达的调控和应用

通过纳米薄膜自卷曲技术制备而成的微马达因其简便的制备方法、优秀的物理化学性能而在材料科学、化学、生物学等领域有广阔的应用前景.这种微马达从外界获取能量,实现了在低雷诺数环境下模仿自然界中的生物运动.本文详细介绍了自卷曲微米管的制备工艺和运动控制(包括速度控制和方向控制),并综述了近几年微马达应用于化学、生物医药、环境科学等领域的研究成果.     

纳米金的绿色合成与CTAB对金纳米聚集体的解聚集作用

室温下利用鞣酸(TA)既作还原剂又作保护剂,通过绿色还原方法制备了鞣酸包裹的金纳米粒子,并通过紫外可见光谱(UV-Vis)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等分别进行了表征和分析。结果表明,随着nTA/nHAuCl4比率的增加,紫外可见光谱显示鞣酸稳定的金溶胶最大吸收波长明显增大且吸收带变宽,而最大吸光率逐渐减小。TEM观察证实增加鞣酸用量会导致溶胶体系中花状金纳米聚集体的形成。实验发现,阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对鞣酸保护的金纳米聚集体具有强烈的解聚集作用,在剧烈搅拌的条件下CTAB能使金纳米聚集体成功解聚为单分散状态的金纳米粒子,提高体系温度可明显促进CTAB对金纳米聚集体的解聚集作用。     

甘露糖修饰的微马达的制备及其免疫功能初探

为了开发集自驱动运动与免疫功能于一体的新型糖杂化材料,本工作设计并制备了一种甘露糖修饰的哑铃形微马达(Zincoxide/Polydopamine/Mannose微马达,简称ZnO/PDA/Man微马达),其不对称的哑铃结构会引起不均匀的离子分布,从而促使马达运动.该马达能量来源无生物毒性,能够在可见光的照射下,以纯水为燃料,实现离子型自扩散泳运动.通过调节可见光的强度和辐照方向,可实现马达运动速度和方向的精准调控.ZnO/PDA/Man微马达具有良好的生物相容性,且表面修饰生物活性的甘露糖苷可作为免疫激活剂使巨噬细胞极化.相比于传统免疫激活剂,ZnO/PDA/Man微马达有望在可见光照射下,实现肿瘤组织中的自由运动和深度渗透,在肿瘤免疫治疗领域具有潜在的应用价值.     

Effect of Dai-Bai-Jie on the proliferation and migration of the A549 cells

Lung cancer is the most malignant tumor disease with the highest diagnosis and mortality rate in China.The development of therapeutic drugs is the current research focus.Dai-Bai-Jie is a traditional medicine of the Dai nationality,which is commonly used in the treatment of decreasing swelling,alleviating pain and detoxification.Most of the current researches focused on the component analysis of Dai-Bai-Jie,but few researches studied on its antitumor and pharmacological effect.In this study,we incubated A549 cells with different concentrations of Dai-Bai-Jie.The cell proliferation experiment showed that the DaiBai-Jie solution inhibited the proliferation of A549 cells and caused cell apoptosis.In this work,we confirmed that Dai-Bai-Jie had an inhibitory effect on the proliferation and migration of non-small cell lung cancer A549,which may be used as a novel candidate of anti-tumor therapy for lung cancer patients.     

二杂芳基乙烯光二聚反应与二聚体的晶体结构

通过反-1,2-双(2-苯并唑基)乙烯(BBE)和反-1-(2-苯并咪唑基)-2-(2-苯并唑基)乙烯(BME)的光二聚反应合成了r-1,c-2,t-3,t-4-四(2-苯并唑基)环丁烷(BBC)和r-1,c-2,t-3,t-4-1,3-双(2-苯并咪唑基)-2,4-双(2-苯并唑基)环丁烷(BMC).用元素分析、红外、紫外、核磁共振谱、质谱及X射线衍射表征了二聚体的结构.BBC晶体属三斜晶系,空间群为P1.晶胞参数:a=0.64684(13)nm,b=1.3242(3)nm,c=1.6245(3)nm;α=74.66(3)°,β=78.77(3)°,γ=76.06(3)°,Z=2.BBC晶胞中分子有两种取向,两种取向不同分子的苯并唑平面间存在着π-堆积现象.π-堆积面间的距离在0.330～0.376nm之间,与石墨晶体中分子平面片层间的距离非常接近.BBC和BMC都具有中心对称性,光二聚反应的高度立体选择性以及BBE和BME的光二聚反应不受空气中氧的影响的事实表明它们是经激发单线态历程以面对面的方式进行二聚反应的,本文检测到了BBE和BME在高浓度溶液中的激基缔合物荧光.     

ZSM-5分子筛酸性质对甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响

ZSM-5分子筛是合成三聚甲醛的有效催化剂。本工作通过XRF、XRD、SEM、NH₃-TPD、Py-FTIR和²⁷Al MAS NMR等手段对一系列不同SiO₂/Al₂O₃物质的量比的ZSM-5分子筛催化剂进行了表征,研究了ZSM-5分子筛中Brønsted酸中心和Lewis酸中心对其甲醛合成三聚甲醛催化性能的影响。结果表明,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有合适的Brønsted酸中心用于催化甲醛缩聚为三聚甲醛的反应,同时其Lewis酸中心量极少,可有效抑制Cannizzaro或Tishchenko等副反应,提高三聚甲醛的选择性,因而具有最佳的合成三聚甲醛催化性能。寿命实验评价结果显示,SiO₂/Al₂O₃物质的量比为250的ZSM-5分子筛具有良好的催化稳定性,单程寿命长达114 h,并且可通过550℃焙烧再生恢复其催化活性。     

以笼烯为接头的球棒式碳纳米管的电子结构

按照Hamada构造一维至三维球棒式碳纳米管,构造了一些球棒式的笼烯接头的具有C₃/C₅旋转轴的单层碳纳米管.在Hückel近似下,利用群论约化定理计算了它们的π电子结构,并对其稳定性进行了探讨.     

Reconstruction of the surface layer of platinum group metals in the thermal treatment in various gases and propane hydrogenolysis

The enrichment with ruthenium of the surface layer of a Pd−Ru alloy tube during the propane hydrogenolysis was observed. Metal particles immobilized within carbonaceous deposits and filamentous crystals of the metals with a carbon cover are formed on the Rh and Ir wires. Thermal treatment in gases free of carbon compounds does not cause such a deep reconstruction. The deep reconstruction occuring during the propane hydrogenolysis is the stronger, the greater the amount of carbon this metal dissolves. Dedicated to the memory of Academician M. E. Vol'pin timed to his 75th birthday. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk, Seriya Khimicheskaya, No. 6, pp. 1100–1103, June, 1998.     

Simulation of the structure of some silicon carbide clusters by the MNDO method

Simulations of the geometric and electronic structure of C₄₄, C₄₅, Si₄₅, C₄₀Si₅, and C₄₄Si clusters were performed by the MNDO method. The geometries of the filled clusters, calculated by the MM2 method, were used as initial approximations. It was found that the filled clusters C₄₅ and C₄₄Si are transformed into endohedral clusters X@C₄₄ (X-C or Si, respectively) after energy optimization. The highest occupied energy level of the HOMO of the filled tetrahedral cluster Si₄₅ ofT symmetry is triply degenerate and is only occupied by four electrons. The structure of Si₄₅ ²⁻ dianion ofT symmetry was calculated. Two filled structures for the C₄₀Si₅ cluster were found. The coordination numbers of the central Si atom in these structures are 4 and 3, respectively. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk, Seriya Khimicheskaya, No. 1, pp. 54–56, January, 1997.     

DFT研究SiN与ClO反应的产物通道

利用量子化学从头算和密度泛函理论(DFT)对SiN和ClO反应机理进行了理论研究.在B3LYP/6-311 G(d,p)水平上优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型;通过频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态与反应物和产物的连接关系进行确认.在CCSD(T)/cc-pVTZ水平上对各物种的能量进行校正,得到了反应势能面.计算结果表明：该反应体系存在单态和三态势能面,其中单态势能面上反应通道(1)和(2)是主反应通道,P4为主产物.     

NaOH后处理对多级孔Hβ分子筛上木质素催化热解性能的影响

采用碱性条件下"后处理"脱硅的方法,制备了一系列多级孔Hβ分子筛,考察了Na OH浓度对Hβ分子筛上木质素催化热解性能的影响。结果表明,当Na OH浓度小于0.2 mol/L时,碱处理后的多级孔Hβ分子筛的介孔数量增加,木质素热解液体产物的收率随着Na OH浓度提高而显著增加。当Na OH浓度小于0.5 mol/L时,碱处理可以保持多级孔Hβ分子筛的微孔结构基本不被破坏,木质素催化热解具有较好的脱氧效果;产物以芳烃为主,含氧化合物的收率始终小于3%。当Na OH的浓度增加到1 mol/L时,会造成Hβ分子筛过度脱硅,骨架坍塌;由于Hβ分子筛的多级孔结构被破坏,此时不仅木质素热解液体产物的收率降低,而且脱氧效果变差。     

Analysis of Volatile Molecules Present in the Secretome of the Fungal Pathogen Candida glabrata

Candida albicans, Candida glabrata, Candida parapsilosis and Candida tropicalis are the four most common human fungal pathogens isolated that can cause superficial and invasive infections. It has been shown that specific metabolites present in the secretomes of these fungal pathogens are important for their virulence. C. glabrata is the second most common isolate world-wide and has an innate resistance to azoles, xenobiotics and oxidative stress that allows this fungal pathogen to evade the immune response and persist within the host. Here, we analyzed and compared the C. glabrata secretome with those of C. albicans, C. parapsilosis, C. tropicalis and the non-pathogenic yeast Saccharomyces cerevisiae. In C. glabrata, we identified a different number of metabolites depending on the growth media: 12 in synthetic complete media (SC), 27 in SC-glutamic acid and 23 in rich media (YPD). C. glabrata specific metabolites are 1-dodecene (0.09 ± 0.11%), 2,5-dimethylundecane (1.01 ± 0.19%), 3,7-dimethyldecane (0.14 ± 0.15%), and octadecane (0.4 ± 0.53%). The metabolites that are shared with C. albicans, C. glabrata, C. parapsilosis, C. tropicalis and S. cerevisiae are phenylethanol, which is synthesized from phenylalanine, and eicosane and nonanoic acid (identified as trimethylsilyl ester), which are synthesized from fatty acid metabolism. Phenylethanol is the most abundant metabolite in all fungi tested: 26.36 ± 17.42% (C. glabrata), 46.77 ± 15.58% (C. albicans), 49.76 ± 18.43% (C. tropicalis), 5.72 ± 0.66% (C. parapsilosis.) and 44.58 ± 27.91% (S. cerevisiae). The analysis of C. glabrata’s secretome will allow us to further our understanding of the possible role these metabolites could play in its virulence.     

应用先进光谱技术研究无机离子的环境界面化学

发生在环境界面的吸附-解吸和氧化-还原等反应对于污染物在环境介质间传输、转化以及归趋起着重要的调控作用。传统的研究方法虽然可以在实验室模拟并进而描述污染物环境界面过程,但是不能揭示界面反应机制,限制了对污染物环境界面行为的认识。近二十年来,各种谱学技术(例如X射线吸收精细结构和傅里叶红外光谱等)应用于环境界面反应的研究,推动了这一领域研究的发展,特别是在分子水平研究污染物的环境界面过程。通过现代光/波谱技术原位分析,可以实时获取界面反应的定量与结构信息,从而更准确地判断反应机制,极大促进了对污染物在多介质环境界面迁移转化规律的认识。本文将在概述环境界面化学反应的基础上,针对无机离子在环境界面的反应过程,重点介绍几种关键光/波谱技术(X射线吸收精细结构光谱、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、核磁共振谱和穆斯堡尔谱等)在环境界面化学研究中的应用,并展望其在环境界面过程研究中的应用前景。