分子刚度对膜锚定受体-配体结合动力学影响的理论与模拟研究

人体内大部分生物学过程都离不开细胞黏附.细胞黏附行为主要由锚定于细胞膜上的特异性分子（又称受体和配体）的结合动力学关系来决定.已有研究表明，特异性分子的结合关系受外力及细胞膜波动等多种因素影响.然而，特异性分子刚度对细胞膜锚定受体 配体结合关系的影响机制仍不清楚.近期关于新冠病毒强传染力的研究表明，特异性黏附分子刚度对病毒与细胞结合具有重要影响.该文通过建立生物膜黏附的粗粒度模型，借助分子模拟和理论分析来研究分子刚度在黏附中的作用.结果表明，始终存在一个最佳膜间距及最佳分子刚度值，使得黏附分子亲和力和结合动力学参数达到最大值.这项研究不仅能加深人们对细胞黏附的认知，还有助于指导药物设计、疫苗研发等.     

船舶水下减阻抗污涂层的研究综述

船舶由于在航行时受到各种阻力,消耗了大量能量,增加了航行成本。船舶水下阻力的来源可以大致分为船体阻力和生物质附加阻力。本文基于对阻力和生物质黏附形成过程的分析,介绍了水下减阻领域的进展突破,总结了具有减阻、抗污性质的涂层研究情况,从超疏水、超亲水减阻材料和自抛光防污涂料、低表面能抗黏附材料、防污剂等方面,对其中相关的科学问题和解决方法进行了综述。     

凝胶改性基底微藻细胞黏附特性及热力学分析

为强化微藻生物膜成膜过程中藻细胞与基底黏附,同时解决藻细胞残留造成的基底重复利用性差的问题,用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)温缩型凝胶修饰基底。傅里叶红外光谱分析改性表面化学特性;结合微藻培养温度给出适宜藻细胞黏附的基底浸润特性;通过构建热力学模型,明晰温度对藻细胞与温缩型凝胶改性基底界面作用自由能的影响规律,结果表明,随温度从15℃升高到30℃,藻细胞与改性基底的界面作用自由能变从-39 mJ·m-2变化到-67 mJ·m-2,即黏附能力随温度升高而增强。黏附实验表明,随温度从15℃升高到30℃,温缩型凝胶改性基底的藻细胞黏附密度提高了50%,这与热力学模型预测结果吻合,说明该模型对分析温缩型凝胶改性基底藻细胞黏附有重要指导意义。     

17-β-雌二醇对心肌缺氧/复氧NF-κB及ICAM-1和VCAM-1表达的影响

利用乳鼠原代培养心肌细胞建立缺氧/复氧模型,采用流式细胞术、Western blot、RT-PCR及Elisa等方法,研究了17-β-雌二醇对缺氧/复氧诱导的ICAM-1和VCAM-1表达的影响,分析雌激素在心肌缺氧/复氧损伤中的抗炎作用.结果表明,心肌缺氧/复氧使NF-κB p65活化,雌激素对NF-κB活化有明显的抑制作用.雌激素对NF-κB途径和对非NF-κB途径ICAM-1和VCAM-1的mRNA和蛋白表达都有抑制作用.以上结果说明雌激素在心肌缺氧/复氧过程中的抗炎作用是通过多途径实现的.     

骨髓基质干细胞在等离子体处理PEGDA基凝胶表面的黏附和增殖

通过低温等离子体技术对聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)/甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)共聚物水凝胶生物材料进行表面改性,以骨髓基质干细胞(BMSc)为细胞模型,考察了细胞在等离子体表面改性前后的水凝胶材料的黏附和增值行为,材料的表面性能通过 X 射线光电子能谱、接触角和扫描电镜进行表征.研究结果表明,材料表面经氩等离...     

基于超疏水高黏附结构的痕量农药分子现场检测SERS基底研究

多种农药,包括孔雀石绿（MG）作为禁用兽药,存在食用致癌的风险。由于MG低廉的价格和极好的药效,在渔业养殖中一直被不法商贩非法使用,使得鱼类生鲜中时有MG残留检出。针对MG分子痕量残留的检测,目前一般是抽取少量养殖水样,再利用高效液相色谱柱、液相色谱-光谱等方法来评估其是否超标。这类传统的检测方法一般需要依赖价格昂贵的大型设备,且检测过程操作繁琐复杂,单次检测耗时长、价格高,因而与农贸市场中商品流通量大、速度快、价格需亲民低廉等特点和要求不相符合。近年来,表面增强拉曼散射（SERS）检测技术以及便携式拉曼光谱仪的出现,有望实现对痕量农药分子的现场快速检测,进而很好地解决这一问题。SERS检测技术利用金属纳米结构的表面等离激元效应感应位于其结构表面附近的分子,得到分子种类和浓度信息。为了降低可检测的浓度极限,一般会在SERS基底上利用咖啡环效应或其他手段将待测分子蒸发富集,以获得足够高的信号强度。针对亲水基底,液滴与基底相接触后,会在基底表面摊开,使其分布面积扩大,导致其咖啡环周长变长,分子分布浓度随之降低。而当采用疏水基底富集时,由于常规的疏水基底表面黏附性小,液滴在其表面处于随处滚动无法抓取的状态,极大增加了操作的难度。以MG分子痕量残留的检测为例,由于农贸市场人员众多、无专业实验平台,磕碰撞击时有发生,在此环境下采用疏水SERS基底对农药分子进行检测显然是不可取的。该研究提出一种基于超疏水高黏附纳米森林结构的SERS基底用于痕量MG分子的快速现场检测。相比于超疏水SERS基底,所提出的超疏水高黏附基底利用其高黏附性可牢固抓取待测液滴,解决了以往超疏水基底在实际现场检测中存在液滴滚动无法操作的问题。此外,与亲水基底相比,超疏水高黏附基底由于接触角大,可将咖啡环面积缩小5.73倍,继而使分子的富集浓度提高5.73倍,最终使检测极限浓度降低了至少两个数量级。研究所提出的超疏水高黏附SERS基底有望在痕量农药分子快速现场检测中得到应用。     

单开口膜泡形状转变的研究

基于双层耦合模型,先通过求解无黏附能情况下满足给定边界条件的欧拉-拉格朗日方程组,找到了约化面积差?a稍大于1的内凹开口形状解,并发现以往Umeda和Suezaki(2005 Phys.Rev.E 71 011913)给出的杯形解是对应?a1的另一支解,该支解在?a趋于1时开口是外凸的.进而在无黏附能和有黏附能的情况下对开口膜泡的两支解进行了深入研究,发现在?a=1附近这两支解之间有一个间隙,在该间隙内不存在开口解.随着黏附半径的增大,该间隙的位置较缓慢地向右移动.在?a=1附近,在无黏附能时的闭合形状只有球形一个解,而在有黏附能的情况下,闭合形状在1附近的一个区间内都有解.在无黏附及有黏附情况下的计算结果都表明这两支开口解及闭合形状属于不同的分支,它们之间不能连续演化.在间隙右侧的这一支解随着?a的增大可以通过自交形状连续地演化到开口哑铃形.在有黏附的情况下,在?a参数空间,同一支解会发生折叠,即出现同一?a值对应多个解(形状)的情况,这在以往双层耦合模型的计算中没有出现过.讨论了?a对无黏附和有黏附开口膜泡的形状和能量的影响.     

同轴静电纺丝法制备具有核-壳纤维结构的多功能敷料

利用同轴静电纺丝制备了具有核壳结构纳米纤维的未交联敷料,其中纤维内核为载有抗菌药物莫匹罗星的聚己内酯(PCL),外壳则由载有麻醉剂利多卡因的胶原构成;通过京尼平将胶原外壳交联后得到交联敷料.用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察了未交联敷料的表面形貌和纤维的核壳结构.体外药物释放实验结果表明,在2种敷料中,2种药物在1 h内均出现了突释现象,而在随后的60 h中,2种药物均能从敷料中缓慢释放出来,说明2种敷料均具有较好的持续止痛与抗菌性能.二辛可宁酸(Bicinchonininc acid,BCA)蛋白测试结果表明,未交联敷料外壳上的胶原蛋白能够持续地释放出来.体外细胞培养结果表明,与交联敷料相比,未交联敷料能够更好地促进成纤维细胞L929的黏附和生长,具有更好的促进伤口愈合作用.体外抗菌实验结果显示,负载了莫匹罗星的2种敷料的抗菌性能均明显高于对照组,具有良好的抗菌性能.     

拉扭耦合作用下柱形纤维与基底的界面黏附性能研究

受壁虎刚毛可逆黏附性能的启发,本文建立了单根弹性圆柱纤维与刚性基底黏附接触的理论和数值模型,同时考虑了拉伸和扭转载荷的耦合作用及纤维半径对界面黏附性能的影响.研究发现耦合载荷作用下柱形纤维同样存在一个临界半径,当纤维半径小于该临界尺寸时,界面应力达到均匀的理论强度分布,接触边界应力集中消失,出现缺陷不敏感现象;当纤维半径大于该临界尺寸时,界面以裂纹扩展而失效.在耦合载荷作用下纤维的临界半径小于纯拉伸而大于纯扭转时的临界尺寸,且该临界半径随着施加扭转载荷的增大而减小.表明在纯拉伸载荷下使界面黏附强度达到最优的柱形纤维,在拉伸和扭转载荷耦合作用下,由于界面失效形式的转变使界面易发生脱黏,并且界面脱黏时的拉脱力随着扭转载荷的增大而减小,理论和数值结果一致.本文结果进一步应用揭示了壁虎可以通过调控施加在其最小黏附单元上的载荷形式实现纯拉伸载荷下强黏附及耦合载荷下易脱黏的力学机制.     

力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究

细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的界面,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础.细胞膜上力敏感受体可通过力学作用方式参与并影响细胞的力信号转导等功能.整合素和钙黏素是细胞膜上典型的力敏感受体,可介导细胞与细胞周围基质或邻近细胞发生力学作用,并将力学刺激信号转导为生化信号,进而激活细胞内一系列应答反应,最终影响细胞生长、分化、增殖、凋亡和迁移等功能.力敏感受体介导细胞功能调控研究已成为探索细胞主动响应外界复杂力学微环境的力学生物学机制的关键,为进一步深入认识生理和病理状态下细胞功能变化规律,为揭示疾病的发生、发展机制提供重要的力学生物学理论与实验依据.本文总结了力敏感受体介导细胞功能调控的国内外研究进展;介绍了黏附界面处典型力敏感受体的结构和功能;总结了这些力敏感受体参与的细胞力信号感知与响应的数理模型;概述了细胞通过力敏感受体进行力学信号转导的过程;介绍了黏附介导细胞功能调控的力学生物学过程和机制;简述了体外构建模拟细胞力学微环境中细胞-细胞外基质和细胞-细胞力学相互作用的技术;指出了力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究发展趋势和未来方向.