应对生物恐怖袭击和生物战的生物安全材料

生物恐怖袭击和生物战是当今世界人类面临的重大威胁,一旦发生,不仅会对人类和动植物造成巨大危害,还会引起社会动乱、造成经济损失。生物安全材料是保障生物安全的一道重要防线,为生物安全防护提供了手段和方法。发展生物安全材料,将其用于高效检测、消杀和阻隔可制备生物武器的微生物,是未来应对生物恐怖袭击和生物战不可或缺的手段。本文总结了常见的用于制备生物武器的微生物,根据微生物类型,对已报道的应对生物恐怖袭击和生物战的生物安全材料进行了归纳,并在文章最后对其发展做出了总结与展望。     

构筑生物安全材料，发展立体化学抗菌新理念

新型冠状病毒(COVID-19)疫情的大爆发及其周期性变化对人类的健康造成严重的威胁,促使生物安全问题重回公众视野,引起了全世界的重视。各国政府都开始采取更有力的生物安全措施,亟需应对生物安全威胁的有效材料。抗菌材料是生物安全材料的重要组成部分,致力于解决包括病毒在内的微生物感染这一棘手的生物安全问题。传统的抗菌策略包括杀菌、抗菌粘附和复合抗菌。传统策略以杀菌为主,其见效快,但是杀菌剂容易流失,存在生物相容性问题,容易导致微生物产生耐药性。因此,发展新的抗菌策略意义重大。立体化学抗菌策略立足于管控微生物行为,利用微生物能感知不同立体化学结构并做出不同的响应的特点,从而使微生物不主动粘附到材料表面,有效抑制有害微生物的粘附、繁殖和传播,符合抗菌材料发展的新趋势。本文简要评述了近5年抗菌材料的研究进展,综述了立体化学抗菌策略的主要研究内容,探讨了管控微生物的新理念。     

防控新冠肺炎的生物安全材料研究进展

生物安全问题严重地威胁了人类的生存与发展。在新冠肺炎疫情持续蔓延与疫情防控常态化的背景下,生物安全防控越发重要,直接关系到社会、经济和政治的发展。新冠疫情初期的个人防护装备紧缺暴露了医疗紧急物资储备严重不足,应对突发公共卫生事件能力缺乏。面临严峻的疫情挑战,跨学科、多学科合作是科学防疫的关键。材料的光、电、声、磁和热等多特性有助于设计和制备多功能的新型生物安全材料,满足检测、预防和治疗各方面的生物安全防控所需。充分发挥生物安全学与材料学交叉融合的优势,利用新型生物安全材料克服传统材料的不足与缺点来改善检测手段或提供新式检测方法,生产多功能口罩、防护服,开发多种、高效、低毒药物与疫苗,有助于做好医疗紧急物资储备,有利于抗击新冠肺炎大流行。同时,新型生物安全材料的生物安全性是不可忽视的。基于基础研究和实际问题,加快产业化速度,未来才能够更好地应对其他新发突发传染病流行。     

防生物危害学:保障生物安全的新学科

生物安全作为我国12个安全领域之一,已经得到社会各界的重视,《中华人民共和国生物安全法》也于2020年10月颁布,为科学应对生物危害提供了法律基础。生物威胁来源及其危害对象(人、动物、植物和环境)都是多元的。目前,应对生物威胁仍是以"防生物危害医学"学科为基础,但在应对这种多元化生物安全问题上,显示出了该学科的局限性。该文在讨论生物安全概念演化和生物威胁类别的基础上,提出了防生物危害学新学科的发展及其涵盖范畴,以从学科发展角度为保障我国生物安全奠定基础。     

发展生物安全材料学,筑牢中国国家安全城墙

生物安全问题已经成为全世界面临的重大生存和发展威胁之一。 在当前我国常态化抗击新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情的背景下,生物安全的战略地位不断提升,它不仅是对国家安全体系组成元素的不断丰富,而且也将增强我国应对突发公共卫生事件的能力,更是保障国家生物安全的必然选择。 然而,骤然爆发的COVID-19疫情,揭示了世界各国生物安全还存在漏洞。 我国疫情初期,抗疫一线防护装备严重缺乏,检测、监控手段薄弱等,其部分原因是我国生物安全相关的材料研发有所欠缺。 利用新材料来防范生物安全威胁和应对生物安全风险因子,发展生物安全材料学,加强生物安全材料学科建设及人才培养,促进生物安全材料学的发展,具有重大意义。 生物安全材料学的发展,必将满足人民健康、国家战略和国防需求,为我国国家安全提供保障。     

CO2/生物基环氢化合物共聚制备绿色聚碳酸酯材料

以CO_2为原料合成脂肪族聚碳酸酯材料不仅利用了廉价、可再生的CO_2资源,而且可以实现全生物降解高分子材料的制备,是一条绿色可持续的高分子材料合成路线。但长期以来,该领域研究多集中在利用CO_2与一些石油来源的环氧烷烃(如环氧丙烷、环氧环己烷等)共聚方面,未能完全摆脱对石油资源的依赖。因此,发展基于生物基的环氧单体制备全生物基高分子材料逐渐成为CO_2基高分子材料研究的热点。生物基来源化合物的引入有助于丰富CO_2基高分子材料的结构和性能,拓展其应用领域。本文综述了近年来利用生物基环氧化合物与CO_2共聚合成全生物基高分子材料的研究进展,并对未来该领域发展的趋势进行了展望。     

FDCA基聚酯的合成、性能及应用研究进展

生物质资源是一种储量丰富的可再生资源。生物质资源的高效利用不仅具有非常巨大的经济和生态价值,而且对新能源与生物基合成材料的可持续发展战略具有重大意义。由植物纤维素等生物质材料经生物或者简单化学过程处理,可获得丰富的生物基单体2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。FDCA可用于生物基聚酯材料的合成。FDCA系列聚酯材料性能优异,可作为由石油基单体对苯二甲酸(PTA)而合成的芳香族聚酯材料(例如PET)的一种潜在的高性能生物可降解替代材料。本文简要说明了生物基单体FDCA的物性及制备方法,并重点阐述了包括聚呋喃二甲酸乙二酯(PEF)与聚呋喃二甲酸丁二酯(PBF)等一系列FDCA基聚酯材料的合成及性质,同时对FDCA基聚酯材料的应用进展进行了简要介绍,最后对FDCA基聚酯生物基合成材料的发展前景作了初步展望。     

生物医用功能高分子专辑 前言

正生物医用功能高分子材料广泛用于疾病诊断与治疗、组织器官再生和功能替代、生物体免疫调控、生物安全控制等方面。生物医用功能高分子材料隶属于医疗器械产业。国务院印发的《中国制造2025》明确指出,要大力发展生物医药及高性能医疗器械。随着大健康时代的来临,生物医用功能高分子及产品转化迎来了新的发展机遇,目前该领域的科技产出和人才培养正在逐步提升。基于面向国家发展大健康产业和转变经济发展方式对生物医用高分子材料的重大战略需求,为了展示我国生物医用功能高分子的最新进展,并对其发展前景和趋势进行预测,《功能高分子学报》组织出版了生物医用功能高分子专辑,邀请了国内专注于功能高分子相关生物或医学应用和产品转化的7个研究团队,撰写综述7篇,主要涉及生物医用功能高分子的制备、功能化和表征及其在抗凝血医疗器械、抗氧化体系、药物递送载体、医用膜材料、医用胶黏剂、组织再生支架等领域中的应用。     

生物炼制工业过程及产品

生物炼制是人类面对日益枯竭的化石资源和其所产生的严重环境污染的必然选择。本文从生物炼制和石油炼制的比较出发简要介绍了生物炼制的概念、基本分类和理论框架,并重点分析了生物炼制过程工程的相关技术和进展,主要包括生物质原料的预处理、过程相关的酶水解技术以及发酵菌种改良等。本文还概括了生物炼制相关的碳水化合物、脂肪类以及其他类产品的相关产品群,分析了一些重要生物基产品的生产过程、研发趋势以及所面临的机遇和挑战。     

生物炼制工业过程及产品

生物炼制是人类面对日益枯竭的化石资源和其所产生的严重环境污染的必然选择.本文从生物炼制和石油炼制的比较出发简要介绍了生物炼制的概念、基本分类和理论框架,并重点分析了生物炼制过程工程的相关技术和进展,主要包括生物质原料的预处理、过程相关的酶水解技术以及发酵菌种改良等.本文还概括了生物炼制相关的碳水化合物、脂肪类以及其他类产品的相关产品群,分析了一些重要生物基产品的生产过程、研发趋势以及所面临的机遇和挑战.     

生物炼制工业过程及产品

生物炼制是人类面对日益枯竭的化石资源和其所产生的严重环境污染的必然选择.本文从生物炼制和石油炼制的比较出发简要介绍了生物炼制的概念、基本分类和理论框架,并重点分析了生物炼制过程工程的相关技术和进展,主要包括生物质原料的预处理、过程相关的酶水解技术以及发酵菌种改良等.本文还概括了生物炼制相关的碳水化合物、脂肪类以及其他类产品的相关产品群,分析了一些重要生物基产品的生产过程、研发趋势以及所面临的机遇和挑战.     

矿物材料在超级电容器电极中应用的研究进展

矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础,是人类社会生产和发展的动力,矿物资源的合理利用在人类的每一次进步飞跃中起着重要意义。目前而言,在能源社会的背景下,人类对矿物资源的利用也在越来越深入。同时,在能源储存方面有着很广阔的应用前景。本文通过晶系分类法综述了各类天然矿物材料在超级电容器上的研究进展,目的是为以后对天然矿物材料在电化学领域进行深入研究奠定一个基础。对存在的问题进行了分析,为下一步的研究提出了建议。     

新型吸附材料分离和富集贵金属的研究进展

每年有大量含贵金属的废水和电子垃圾被排放到大自然,对自然环境、人类健康造成严重威胁。贵金属具有独特的物理、化学性质,作为一类重要的资源,被广泛应用于各领域,但数量相对有限的贵金属与人类绝对增长的需求量相比造成了贵金属资源的稀缺。从二次资源中高效回收贵金属既保护环境,又使贵金属资源循环利用,是一项具有重要意义的研究内容。吸附法是分离富集贵金属的有效途径之一,吸附材料是吸附法的核心,致力于开发吸附容量大、吸附速率快、选择性高、稳定性好和绿色环保的吸附材料以解决实际问题,目前已涌现出各类新型吸附材料。综述了近3年以来吸附材料在分离和富集贵金属领域的研究进展,总结了5类吸附剂,包括碳基纳米材料、聚合物基质材料、骨架材料、无机纳米材料和生物质基材料,并在此基础上提出当前分离富集贵金属领域面临的主要挑战,展望未来发展趋势。     

生物医用高分子

生物医用高分子是生物材料的最重要组成部分,是保障人类健康的必需品;其应用不仅挽救了数以千万计人的生命,提高了生命质量,且对医疗技术和保健系统的革新、降低医疗费用也具有引导作用.同时,生物医用高分子又是高分子材料科学     

纳米孔生物分子检测研究

纳米孔单分子检测技术是一种集操作简单、灵敏度高、检测速度快、无需标记等优点的传感检测技术,广泛应用于蛋白质检测、基因测序和标志物检测等领域。基因测序的费用、灵敏度和精度是该检测技术的发展中亟待解决的主要问题,而开发新型的纳米孔材料则是解决这些问题的关键手段。本文从纳米孔材料的选择和设计角度出发,综述了三种不同的纳米孔,即蛋白质等生物纳米孔、固态纳米孔和新型二维材料纳米孔在生物分子检测方面的应用现状,并比较了生物纳米孔与固态纳米孔的差别。本文也重点阐述了二维材料纳米孔在生物分子检测中的实验和模拟研究进展。最后,对纳米孔检测技术的发展前景进行了展望。     

生物基类玻璃高分子材料的研究进展

高分子材料在人类生活中应用广泛,它给人类带来便利的同时也存在2个急需解决的问题.其一,使用后产生的塑料垃圾正在破坏人类赖以生存的环境,尤其是热固性塑料,受到交联网络的限制,材料一旦成型就难以被再次加工.通过引入"类玻璃(vitrimer)"高分子概念,能够使损坏的热固性塑料得到修复,延长其使用寿命并减少塑料垃圾.其二,高分子材料的制备往往需要消耗不可再生的化石资源.面对化石资源的减少及其造成的污染问题,使用可再生的生物质资源制备高分子材料成为有效的解决办法.本文以交联高分子材料为主线,综述了近年来关于使用可再生生物质资源制备类玻璃高分子材料的研究进展,其内容主要包括两方面.第一个方面综述了类玻璃高分子材料的发展史和特点,着重强调了动态共价键往往同时具有重排和分解2种机理;第二个方面综述了生物基类玻璃高分子材料的研究进展,其中涉及的动态共价键种类包括羟基-酯、席夫碱、二硫键和羟基-氨酯,涉及的生物质原料主要包括植物油、木质素、纤维素、天然橡胶、松香及香草醛等.本综述旨在推动解决塑料污染治理及绿色材料的研究和应用.     

生命的基础元素:碳的认知、生理功能和医学应用

碳元素是人类最早发现和利用的元素之一，也是组成生命的重要基础元素。在人体内碳主要以糖类、蛋白质、脂类等有机物的形式存在，还有部分以无机盐的形式存在，主要是碳酸氢盐缓冲系统，这些含碳化合物在机体内发挥着重要的生理功能。碳材料可作为人工组织、器官植入材料、药物或基因载体、生物成像剂、生物传感器等，在医学领域为人类疾病的病因探究、诊断和治疗等提供了新的方案。     

功能化金属-有机框架材料在肿瘤治疗中的研究进展

恶性肿瘤由于其易转移、复发等特点，已经严重危害到人类的生命健康.近年来，研究人员设计了大量纳米药物载体，将抗肿瘤药物安全有效地运载到肿瘤，有效地提高了药效并降低了毒副作用.金属有机框架材料（metal-organic frameworks，MOFs）是一类有序、多孔的晶态材料，具有比表面积大、结构可设计性强、易生物降解等独特优势，已经被广泛应用于气体吸附与分离、催化、药物传递、生物大分子固载以及肿瘤治疗等方面.目前，基于MOFs的生物医用研究主要集中在MOF材料的可控合成，表面修饰，基于MOF独特理化性质发展的多模式成像技术以及肿瘤靶向的药物运载技术等几个方面.主要介绍了基于MOFs构建的生物功能化材料在肿瘤治疗中的应用，并对其在生物医学领域的应用进行了展望.     

生物制造2,3-丁二醇:回顾与展望

2,3-丁二醇是生物制造产品体系中一种重要的精细化工原料和潜在平台化合物,广泛应用于材料、医药、食品及航空航天等领域。利用生物质可再生资源为原料生产2,3-丁二醇符合当前发展低碳经济的国家需求。本文回顾了生物制造2,3-丁二醇的研究历史,分析了微生物合成2,3-丁二醇的代谢机理,总结了提高生物制造2,3-丁二醇经济性的有效途径,包括廉价原料的替代、菌株选育与遗传改造和发酵过程控制等,并对2,3-丁二醇的各种下游分离过程进行了对比分析;指出今后研究重点应着眼于努力提高生物质的利用效率,同时实现高效的2,3-丁二醇生物转化两方面,并在此基础上开发2,3-丁二醇的系列高值衍生物,以进一步拓展其应用领域。     

MXene在癌症精准诊疗中的应用

癌症是威胁人类健康的第二号杀手,精准的筛查诊断技术和高效的治疗手段是治愈癌症的关键。纳米技术的迅猛发展为癌症的诊疗带来了新的思路和希望。新型二维材料MXene具有大的比表面积、高的导电性、良好的亲水性和优异的生物相容性,可以作为优良的基底材料构建生物传感平台,并通过兼容其他材料,形成具有高催化性能的MXene复合物,从而实现癌症生物标志物的精准检测。此外,MXene组分可调,且在可见光到红外区域具有强烈吸收和高光热转换效率,是理想的肿瘤光热治疗(PTT)试剂。迄今为止,关于MXene在癌症诊疗领域的专题论述鲜有报道。鉴于此,本文根据癌症生物标志物进行分类,综述了近年来基于MXene的生物传感平台在癌症标志物检测中的应用,并归纳了不同的MXene材料在PTT领域的最新研究进展,进而提出MXene在癌症诊疗领域面临的挑战和未来发展趋势。