框架核酸高通量检测芯片

构建了一种基于框架核酸的高通量生物检测芯片.利用超微量移液自动化平台,将包含框架核酸探针的液滴按照预设命令固定至生物芯片微阵列上,在探针捕获核酸靶标后利用集成的基因芯片扫描仪对芯片进行成像,通过分析荧光强度定量化分析靶标浓度.结果表明,此框架核酸芯片能够实现框架核酸探针的高通量制备, 24 h即可制备具有15万个点的微阵列,且点间距离的相对偏差W≤10%、荧光强度的变异系数CV=3.30%,具有较高的稳定性,远高于国家标准.此外,该芯片具备高灵敏度、可寻址的高通量生物分析能力,对核酸靶标的检测限可达100 pmol/L.随着多种探针技术的发展,生物检测微阵列技术在高通量生物分析领域展示出巨大的潜力.     

通过"双离子键"固载于季鏻盐聚合物的[Rh(CO)I3]2–物种在多相乙醇羰基化中的应用

贵金属物种(Rh或Ir络合物)在均相羰基化和氢甲酰化催化过程得到了广泛的应用,但始终存在分离繁琐等问题,其均相多相化可很大程度上简化分离操作,故一直广受重视.单位点催化剂因其具有可与均相相比拟的较高金属利用率和选择性而成为均相多相化的重要研究方向之一.研究发现,在碘物种存在的情况下用于固载金属物种的配位键容易断裂,进而导致金属物种的流失,而通过离子键固载的[Rh(CO)₂I₂]^–物种更加稳定,比如著名的甲醇羰基化“Acetica^TM”工艺中,[Rh(CO)₂I₂]^–负一价阴离子物种是以离子键的方式固定在带有阳离子骨架的甲基化聚乙烯吡啶树脂上.与甲醇羰基化过程类似的乙醇羰基化过程是生产重要化工中间体丙酸的主要途径之一,但该过程的均相多相化始终存在着稳定性差这一关键问题.为了解决这一问题,基于之前将固载于季鏻盐聚合物的[Rh(CO)I₃]^2–应用于甲醇羰基化的工作,我们将类似的季鏻盐聚合物固载Rh基催化剂Rh-TPISP用于多相乙醇羰基化过程,通过多种表征进一步证明了Rh物种和P物种结构,并提出了“双离子键”模型.P的K边XANES证明了聚合物TPISP的季鏻化阳离子骨架特征.HAADF-STEM测试表明Rh-TPISP中的Rh呈现单位点分散的状态.Rh的XPS和XANES结果证明了Rh-TPISP中Rh物种的价态介于0~+1.通过EXAFS的拟合解析给出了[Rh(CO)I₃]^2–活性中心结构.由于[Rh(CO)₂I₂]^–为经典的羰基化活性中心,为了进一步证明该结构的正确性,我们将Rh-TPISP的EXAFS和IR谱图与标样[PPh3Et]⁺[Rh(CO)₂I₂]^–对比发现:在EXAFS谱图中,Rh-TPISP中的Rh-C峰高低于[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–的Rh-C峰高,而Rh-TPISP中的Rh-I峰高高于[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–的Rh-I峰高,这就说明Rh-TPISP中Rh物种的Rh-C配位数小于2,而Rh-I配位数大于2;在IR谱图中,标样[PPh3Et]+[Rh(CO)₂I₂]^–中有两个羰基振动峰,与该物种的两个Rh-C配位键相符,而Rh-TPISP中的只有一个羰基振动峰,说明Rh-C配位数为1.因此,Rh-TPISP催化剂的季鏻盐骨架中的每个P物种带有一个正电荷,每个带有两个负电荷的[Rh(CO)I₃]^2–通过与两个[P]⁺的静电作用进行固载,形成“双离子键”结构.该催化剂在固定床乙醇羰基化过程中表现出优异的羰基化活性、选择性和稳定性.在3.5 MPa、195 oC反应近1000 h后,Rh-TPISP催化剂TOF保持在约350 h–1,丙酰基选择性为95%以上,高出所有文献报道的均相和多相乙醇羰基化活性.其较高的活性主要是因为[Rh(CO)I₃]^2–比传统Rh活性相[Rh(CO)₂I₂]^–具有更强的富电子性,而较高的稳定性主要是由于“双离子键”这种强静电作用比“AceticaTM”工艺中“单离子键”更有利于Rh物种的固载.故Rh-TPISP催化剂中的“双离子键”对其优异的催化性能具有极其重要的作用,对后续多相乙醇羰基化的发展具有重要意义.     

复杂网络视角研究反应系统

 网络科学作为统计物理与复杂性科学的一个重要分支, 在近十几年中取得了长足的发展。巴拉巴希(A-L. Barabási)等人提出的“无标度”模型和瓦茨(D. Watts)等人提出的“小世界”模型用简洁优雅的规则开创性地描述了现实世界的复杂系统。网络的思想源于图论这一研究顶点和边所组成图形的数学分支, 它将系统中的个体看作节点, 个体间的关系看作边, 将节点连边的数量称为度值。“无标度”模型认为, 新加入的节点在连边时服从“偏好依附”规律, 即更加倾向于连接度值大的节点, 最终形成的网络所有节点的度值呈P(k)=k^-a形式的幂律分布(k为度值, a为幂律分布指数, 常见网络的a值在2到3之间), 这种分布下k的取值可以相差悬殊, 无法用一个值标度k的范围, 故模型被称为“无标度”。“小世界”模型解释了著名的“六度分离”现象(图1), 发现现实世界中许多系统介于规则网络与随机网络之间, 具有较短的平均最短路径(两个节点之间的边数)和较高的聚类系数(节点的两个邻居相互也是邻居的概率)。一个远方的朋友, 或是一个出国的亲戚就能大大扩展社交范围;人与人之间往往只需要通过几个人就能联系上, 相对于几十亿的人口, 我们所处的世界真不大。这些研究工作将图论与统计物理、计算机、生物乃至社会学等诸多学科进行了交叉, 将科学的疆域拓展到了新的广度与深度。     

质子治疗装置动态电源控制系统研发

针对质子治疗装置中主环动态电源多平台能量的引出需求,研制了基于开源平台的高速实时动态电源控制系统,该控制系统以开源平台Beaglebone作为顶层硬件接口,以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制器作为底层硬件接口,采用分布式的实验物理及工业控制系统(EPICS)进行远程控制。该系统可实时传输任意动态电源的输出参考电流波形数据,并结合定时系统与联锁系统,控制动态电源按预设电流波形进行输出,并实现多平台能量的引出。实验结果显示该控制系统能实现每秒最高十万条指令传输,百万次数据传输零误码率。同时,该系统结构灵活、扩展性强,可作为通用控制平台。     

微量元素与脑卒中(2)

脑卒中是目前中国最重要的公共卫生问题,正以其高发病率、高死亡率对我国造成巨大的社会、经济困难。从脑卒中的流行病学特征、脑卒中发病的危险因素、脑卒中患者的微量元素失衡及微量元素检测的临床意义四个方面阐述了微量元素与脑卒中的关系。     

脱氧核糖核酸分子设计在电化学生物传感器中的应用

基于特殊DNA序列的构型变化的电化学生物传感器是一种高灵敏、高特异性的生物分析方法.固定在电极表面的特殊DNA探针(茎环、核酸适配体、四聚体等)因为目标物质的结合而发生构型变化,从而产生可检测的电化学信号,这种策略操作简便而且特异性强,引起了研究者的广泛关注.本文总结了目前基于基因构型变化的电化学生物传感器的发展历程.     

溴的生物必需性(二)

根据微量元素必需性的经典定义,从溴的生态地球化学、溴的生物学功能及溴的人体健康效应方面论述了溴是生命必需微量元素的16项理由.分3期刊出.本期发表第二部分.     

脂质修饰DNA复合结构的可控制备及膜生物学研究

综述了脂质-DNA复合结构的设计、 可控制备和结构特性; 并重点讨论其在膜生物学中的应用, 包括对活细胞膜的动态分析、 膜上纳米孔道的构建、 对活细胞的空间排布与相互作用调控以及活体药物递送等; 总结了该领域存在的一些挑战, 并对未来发展进行了展望. 利用这些精确可控的脂质-DNA复合结构, 研究者可以更深入地理解细胞膜在分子尺度上的工作原理, 实现对细胞膜功能的精确调控, 为细胞成像诊断、 纳米机器与人工细胞构建等应用提供有力的工具.     

单碱基多样性的非测序检测

单碱基多样性（SNP）是最常见的基因突变形式之一,经研究证明与很多疾病相关。虽然测序是检测SNP的重要方法,但其需要检测仪器,且检测时间较长,限制了其临床应用。本文综述了SNP的常见非测序分析方法。首先讨论了检测的热力学问题,并归纳了主要的检测策略：基于杂交的检测,基于链取代反应的检测和酶介导的检测。在三维均相检测方法中,主要介绍了不同信号开关策略,如荧光开关、酶识别开关和场效应开关。三维原位检测不仅能检测SNP,还能提供其细胞定位信息,在细胞异质性较高时更具优势。二维界面检测的识别反应速率和杂交效率受到一定影响,但界面检测能进一步减小干扰,亦便于实现高通量检测。以DNA正四面体探针界面为代表的改良界面具有优良的灵敏度和特异性。同时本文亦讨论了现有方法的局限性,并对SNP非测序检测研究进行展望。