碳点的研究进展

碳点具有优良的光学特性、良好的生物相容性和低毒等优点,被广泛用于生物检测、药物传输和生物成像等领域,是极具发展潜力的碳基质材料.近年来,碳点的新型制备方法、性质探索及应用研究引起广泛关注.本文根据碳源和制备方法的不同,将碳点分为石墨烯纳米点和碳纳米点两类,综述了碳点的制备方法,剖析了碳点的发光机理,总结了碳点在生物传感、药物传输和生物成像中的应用;最后分析了碳点存在的问题及应对策略.     

动脉粥样硬化光学成像探针研究进展

心血管疾病(Cardiovascular disease, CVD)是全球疾病致死的主要原因之一. 动脉粥样硬化(Atherosclerosis, AS)是引发各种CVD的首要危险因素, 其发生发展通常经历持续的慢性炎症过程. 因此, 及时高效地检测AS, 对于早期评估、 诊断和治疗CVD具有重要临床意义. 光学探针成像拥有极高的灵敏度和空间分辨率以及超快的信号采集处理速度, 被广泛应用于生物医学检测与成像. 本文综合评述了6种常见用于AS成像的光学探针, 涉及小分子荧光探针、 聚集诱导发光(Aggregate-induced emission, AIE)纳米探针、 量子点探针、 上转换纳米探针、 光声探针和多模态探针等; 并对各种探针的优缺点进行了分析比较. 在此基础上, 展望了光学探针在AS成像领域的发展前景, 并提出了相应建议.     

不同力场对B-DNA到A-DNA构型转变的影响

采用分子动力学模拟方法比较了最新版CHARMM和AMBER(包括bsc1和OL15)力场对水溶液中B-DNA到A-DNA转化过程的影响,利用扩展自适应偏置力(eABF)方法计算了转化过程的自由能变化.研究结果表明,在不同力场下,水环境中的DNA最稳定结构存在差异,AMBER力场比CHARMM力场更符合实验结果.AMBER力场下DNA最稳定结构的小沟较窄,稳定于B构型;而CHARMM力场下DNA最稳定结构的小沟较宽,介于B构型与A构型之间.通过分析DNA周围离子及水的分布情况发现,CHARMM力场下DNA小沟周围的离子密度明显低于AMBER力场,不能很好地抵消2条磷酸骨架之间的排斥作用,这是CHARMM力场下小沟较宽且趋向A构型的主要原因.     

O-GlcNAcase抑制剂

O-连接的N-乙酰葡糖胺糖基化修饰 (O-GlcNAcylation) 是一种存在于蛋白质Ser/Thr上的翻译后修饰。与磷酸化相似,它参与细胞内的信号传递,并与神经退行性疾病、Ⅱ型糖尿病、癌症等许多疾病的发病机理密切相关。O-连接的N-乙酰葡糖胺水解酶 (O-GlcNAcase, OGA) 是生物体内唯一水解蛋白质O-GlcNAc修饰的糖苷酶。因此,研究高效、专一的OGA小分子抑制剂是调节细胞中蛋白质O-GlcNAc水平的有效策略,利于阿尔茨海默病等相关神经退行性疾病新型药物的开发。结合本实验室对OGA抑制剂的研究,本文介绍了OGA的结构、催化机理及目前OGA抑制剂的研究进展,讨论了各种抑制剂的构效关系,并对OGA抑制剂的研究前景进行了展望。     

生物可降解高聚物P3HB4HB热性能、结晶性能和力学性能研究

P3HB4HB是3β-羟基丁酸酯(3HB)和4β-羟基丁酸酯(4HB)的共聚物。由微生物合成的P3HB4HB具有良好的生物相容性和生物降解性。本研究通过示差扫描热分析(DSC)研究了P3HB4HB的热性能;通过广角X-射线衍射(WAXD)分析了材料的结晶度;通过拉伸力学试验研究了材料的力学性能。结果表明,4HB含量越高,玻璃化转变温度越低,结晶温度越高,结晶度越低;P3HB4HB是一类力学性能接近于PCL或PLGA的生物高分子,通过调节4HB的含量,可以制备出具有不同力学性能的生物材料。     

自由能计算揭示苏氨酸对抗冻蛋白与冰晶结合能力的影响

采用分子动力学模拟和自由能计算研究了中等活性黑麦草抗冻蛋白(Lolium perenne antifreeze protein, LpAFP)冰结合位点(Ice-binding site, IBS)上苏氨酸(Thr)含量对其吸附冰晶能力的影响. 构建了一系列LpAFP突变体结构, 使其IBS上苏氨酸含量逐步增加, 其中包括一个对IBS上11个位点的突变, 使每个β片段均具有Thr-x-Thr基序(x是非保守的氨基酸, 主要是疏水氨基酸). 利用重要性采样算法(WTM-eABF)计算了LpAFP及其突变体与冰晶结合过程的自由能变化, 该算法结合了Well-tempering metadynamics的“填谷”和扩展拉格朗日自适应偏置力方法的“削峰”的优点, 显著提高了算法的采样效率. 结果表明, LpAFP突变体的IBS苏氨酸含量越高, 其与冰的结合在能量上越有利. 当突变体具有重复Thr-x-Thr基序时, 其与冰的结合能力最强. 进一步分析表明, 苏氨酸含量越高, IBS结合的液态水分子越多, 与冰晶结合时锚定包合水稳定存在的时间就越长, 抗冻蛋白的IBS与冰面之间的氢键网络也越稳定, 从而提高了抗冻蛋白与冰的结合能力. 增加苏氨酸残基的含量是提高中等活性抗冻蛋白抗冻活性的方法.     

石墨烯诱导水凝胶成核的高强韧人造蛛丝

天然蜘蛛丝是由β-sheet交联的蛛丝蛋白溶剂流入S-型导管后经牵引拉伸形成,它显示了高强度与高韧性的完美结合。其优异的力学性质主要源于它的多级结构：交联、线性排列的纳米组装体以及核壳结构。受此启发,我们合成了一种交联的水凝胶,通过牵引拉丝的方法,制备了交联的、含有取向排列的纳米组装体结构以及核壳结构的凝胶纤维,并通过少量引入二维纳米材料—氧化石墨烯(0.01%),进一步调控纳米组装体的取向和尺寸,实现了蜘蛛丝般优异的力学性能(断裂强度560 MPa,断裂韧性200 MJ·m^–3,缓冲能94%)。这种纤维可以用于高速下落物体的能量耗散和降低冲击力。     

结晶性的多孔高分子-金属配合物的最新研究进展——合成、表征和性质

由于高分子具有尺寸长短不一、柔性等特点,很难通过普通方法合成具有结晶性和多孔性的高分子材料。而高分子金属配合物材料不仅继承了高分子材料的传统性质,同时也可以获得配合物的优点,比如高结晶性和多孔性。本文系统总结了合成结晶性的多孔高分子配合物材料的方法,包括光诱导聚合法、配位自主装法、分步合成法以及后修饰法。同时介绍了它们的表征方法以及潜在应用领域,并讨论了该领域研究中存在的各种机遇与挑战。     

纳米酶

纳米酶(Nanozymes)是由我国科学家首次提出的新概念,它是一类具有生物催化功能的纳米材料,能够基于特定的纳米结构催化天然酶的底物并作为酶的代替品。自2007年首次报道以来,全球已有来自于55个国家的420多个研究机构证实了纳米酶的普遍规律。纳米酶的发现第一次揭示纳米材料蕴含一种独特的纳米效应——类酶催化效应。纳米酶作为一种新材料,既有纳米材料本身的理化性质,又有类似酶的催化功能,兼具天然酶与人工酶的优势于一身。其中,纳米结构不仅赋予纳米酶高效催化功能,而且使纳米酶比天然酶稳定,易于规模化生产。另外,纳米酶独特的多酶活性将为设计廉价、稳定、各种各样全新的催化级联反应提供功能分子。纳米酶是多学科交叉融合的典范,2022年被IUPAC评为十大化学新兴技术。在全球从事化学、酶学、材料学、生物学、医学、理论计算等多领域科学家的共同推进下,如今纳米酶已经成为新的研究热点。我国科学家在这一新兴领域一直发挥着引领作用,解析了纳米酶的构-效关系,将其催化活性提高了约1万倍,实现了超越天然酶的理性设计,创造了全球首个纳米酶产品,出版了纳米酶学英文专著,发布纳米酶术语及中国/国际标准化。更可喜的是,纳...     

基于水杨醛席夫碱锌配合物交联稳定化荧光聚合物胶束的合成及其对铜离子的荧光响应性

以S-十二烷基-S'-(α,α'-二甲基-α″-乙酸)-三硫代碳酸酯(DMAT)为链转移剂、2-羟基-5-乙烯基苯甲醛(HVB)为单体,利用可逆加成-断裂链转移自由基聚合法(RAFT)合成结构明确、数均相对分子质量可控的水杨醛聚合物(PHVB)。将PHVB直接地与单端胺基功能化聚乙二醇(m PEG-NH2)按n(—NH2group)/n(—CHO group)=0.50投料进行醛-胺缩合反应,获得接枝率为50%的两亲性接枝水杨醛席夫碱聚合物PHVB-graft-PEG。采用凝胶渗透色谱仪(GPC)和核磁共振氢谱(1H NMR)对合成的聚合物的数均相对分子质量和结构进行了确证。将PHVB-graft-PEG直接地分散于无水乙醇中,自组装形成以聚乙烯水杨醛席夫碱为核、聚乙二醇为壳的胶束,然后以所得胶束为微反应器,与Zn(OAc)2进行配位反应得到外壳为可溶性链段PEG,内核为发光水杨醛席夫碱锌配合物的PHVB-graft-PEG/Zn~(2+)交联稳定化胶束。通过紫外-可见分光光谱(UV-Vis)、荧光发射光谱(FLL)、动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)分别对胶束的交联稳定化过程进行了表征。研究结果表明,经交联稳定化后,PHVB-graft-PEG/Zn~(2+)胶束在干燥后仍可在水和常见有机溶剂中再分散形成粒径大小约为100 nm、在约460 nm处发射出蓝光荧光的纳米粒子,并且可作为荧光传感器,在水溶液中对Cu~(2+)离子进行选择性识别,其荧光淬灭率与Cu~(2+)离子浓度(0~50μmol/L范围内)呈线性关系,最低检测下限至0.5μmol/L,而其它共存离子如Cd~(2+)、Mg~(2+)、Ni~(2+)、Pb~(2+)、Ca~(2+)、Hg~(2+)、Al3+、Mn~(2+)等对Cu~(2+)离子的荧光响应性没有干扰,即可实现对Cu~(2+)离子进行定量检测。