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。     

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。     

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。     

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.     

胶体马达

胶体马达亦称微纳米马达、微纳米泳体或游动纳米机器人,是研究复杂系统的绝佳非平衡态物理模型,同时因其具有额外的自推进力、自主导航等独特优势,有望为靶向药物递送等生物医学应用带来颠覆性变革.作为一个新兴的多学科交叉领域,胶体马达拓展了胶体与界面化学的研究范畴,带来了新的现象、理论与应用,是以胶体科学为核心的国际前沿交叉学科研究的热点领域.本文系统地阐述了胶体马达以及基于胶体马达的超分子胶体马达和游动纳米机器人的新概念,同时以本课题组在胶体马达领域取得的研究成果为例,详细综述了胶体马达的结构设计与可控制备、驱动机理及运动行为的界面调控策略、集群行为规律与重构方法以及突破各种生物屏障实现药物主动靶向递送等方面的最新进展,在此基础上展望了胶体马达对于胶体科学发展所带来的新机遇与新挑战.     

铂类抗癌药物的多功能纳米递送体系

以顺铂为代表的小分子铂类抗癌药物是临床应用的一线化疗药物,但其严重的毒副作用和难以克服的耐药性限制了铂类药物的临床应用和研发。运用纳米药物递送技术可以实现药物的靶向递送和可控释放,来提高药物的生物利用度,降低药物的毒副作用以及耐药性,为癌症的治疗带来新的希望。此外,丰富多样的纳米递送体系易于实现药物与具有生物学活性试剂的共运输,从而为各种治疗策略以及诊疗策略的联用提供可能,为最终实现癌症的精准治疗展现广阔前景。本文从靶向递药、药物可控释放、联合治疗、诊疗一体化四个方面对铂类抗癌药物的多功能纳米递送体系在癌症治疗中的最新研究进展进行综述,同时通过列举最新研究成果,展示了新材料、新技术以及新颖设计思想在铂基纳米递送体系中的应用。     

微纳马达的聚集与分散行为及其机理解析

微纳马达是一种能被多种能量(化学能、光能、声能、电能、磁能等)激活而发生运动(旋转、穿梭、聚集、扩散等)且尺寸为微米或纳米级的功能器件。其具有体积较小、可控性好、制备简单等优点,在诸如纳米自组装、聚合物降解、药物运输、水污染治理等多个领域展现出较好的应用前景。微纳马达的聚集与分散行为是马达非常重要的群体行为,聚集状态下可大幅提升马达执行任务的效率,分散状态下又可成为独立的个体,各自运动,执行各自的使命。本文概述了近年来微纳马达在聚集与分散行为方面的重要研究进展和最新研究成果,详细叙述不同刺激下两者之间的转换过程及其机理,为深入开展微纳马达动态行为的科学研究提供一定的借鉴和参考。     

可控分子组装的自驱动胶体马达及其生物医学应用

人造胶体马达是能够将不同形式的能量转化为流体中机械运动的微纳米机器.自2 0 1 2年以来,将自下而上的可控分子组装与自上而下的方法有效结合已成为可控构筑胶体马达的重要策略之一.基于可控分子组装(如层层组装)的胶体马达具有易于实现规模化制备、能够对外界刺激作出响应、便于实现多功能化等优点.本文综述了通过将各种功能性构筑基元集成到组装结构中进而实现胶体马达的可控构筑、运动控制以及生物医学应用等方面的研究进展.主要介绍了基于不同层层组装结构的气泡驱动马达的可控构筑,基于聚电解质多层膜微胶囊及纳米管的近红外光驱动马达的构筑,生物界面化马达的制备,实现对胶体马达运动速度、方向及状态有效控制的主要方法,以及马达在药物靶向递送、光热治疗和生物毒素清除等生物医学领域中的应用.     

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.     

磁应答型药物递送载体的设计与构建

复合磁性生物材料的发展和应用已引起生物医学领域的极大关注。磁性纳米粒子因其易功能化而具有靶向药物传递、可控药物释放及磁成像特性逐渐成为药物传递和新型诊疗领域最有前途的材料之一。基于磁性纳米粒子或掺杂的铁氧化物构建的远程触发磁性载药递送系统,有望实现在运输过程中携载药物不泄露的情况下,提高药物递送效率且对病灶周围的健康细胞无毒或低毒性。为构建理想的可控靶向磁性药物递送系统,多种材料或配体可以与磁性纳米粒子复合来构建更安全有效的磁性药物递送系统。一些生物分子、聚合物及天然产物等通过与磁性纳米粒子相结合,构建出可用于药物传递且具有独特性质的磁性复合新材料。迄今为止,具有磁场应答能力的磁性药物递送载体已经在远程控制药物释放领域得到了长足发展。本文总结了近年来磁性药物递送载体作为远程控制治疗体系在设计与构建上的研究进展。重点关注了磷脂分子、聚合物、多孔微纳米材料以及天然产物等与其构建的复合材料,并对当前磁性复合特定给药载体的优点、局限及发展前景等做了简要阐述。     

二氧化碳和丙烯直接合成甲基丙烯酸的NiPMo/TiO2催化剂的研究

用溶胶-凝胶法以磷钼酸(MPA)的镍盐溶液水解钛酸四丁酯制备了NiPMo/TiO2催化剂.使用ICP、 XRD、 TG-DTA、 IR、 TPD-MS和微反应技术研究了催化剂的化学组成、热稳定性、化学吸附性质和催化反应性能.杂多钼酸盐与TiO2通过O2-在TiO2表面发生了键合.在623 K下,杂多阴离子仍保持原有的Keggin结构.CO2在Lewis酸位Ni(Ⅱ)和Lewis碱位Ni-O-Mo的桥氧协同作用下生成CO2卧式吸附态Ni(Ⅱ)←O-(CO)←(O--Ni).丙烯有多种吸附态在催化剂上吸附.在563 K、 1 MPa和空速1500 h-1的反应条件下,丙烯的摩尔转化率为3.2%,产物MAA选择性为95%.     

Toward new camptothecins. Part 6: Synthesis of crucial ketones and their use in Friedländer reaction

In the context of the preparation of camptothecin and luotonin A analogs, the synthesis of some key keto-precursors and their use in Friedländer condensation are described. This paper also focuses on the stability of these keto intermediates and emphasizes the major differences between indolizinones and pyrroloquinazolinones series. Noteworthy is also the report of some original structures isolated as by-products of some experiments.     

α-Amino acid derived enaminones and their application in the synthesis of N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates and other heterocycles

A new and simple synthesis of novel N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates, which exist in equilibrium with their 4-oxo tautomers, has been developed in two steps starting from N-protected α-amino acids. The key intermediates are enaminones, which can also be isolated, characterized, and used for the construction of other functionalized heterocycles, before they spontaneously decompose to pyrrole products. 4-Hydroxypyrroles are prone to partial aerial oxidation but can be efficiently alkylated or reduced to stable polysubstituted pyrrolidine derivatives.     

Specific intramolecular aromatic CH insertion of diazosulfonamides

The chemoselectivity in the intramolecular CH insertion of various diazosulfonamides has been experimentally studied. The results reveal that the aliphatic 1,4-, 1,5-, or 1,6-C(sp³)?H insertions of diazosulfonamides are not accessible, while the aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion can be realized specifically by adjusting the diazo-adjacent group. In addition, the general chemoselectivities in the intramolecular CH insertions of diazosulfonyl compounds are summarized. Generally, diazosulfones undergo both aromatic 1,5-C(sp²)?H and aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions, while diazosulfonates undergo aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions. However, diazosulfonamides only undergo aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion.     

CoFe2O4自形成磁性液体场致结构化对磁化的影响

The Langevin paramagnetic theory can’t describe the relation between magnetization of ferrofluids and applied magnetic field. The structuralization of ferrofluids, which is considered the main influence factor of the magnetization, is regarded. The part of magnetization works is deposited when the structure is forming. This action influences the magnetization of ferrofluids directly or indirectly. On the base of the “compressing” model, the Langevin function that usually describes the magnetization of ferrofluid is modified, and a well-fitted curve is obtained. An equation of the relation between the equivalent volume fraction after being “compressed” and the intensity of magnetic field is discovered, which approximately describes the process of magnetization. The relation between the approximate initial susceptibility and the volume fraction can be obtained from modified formula.     

KMnO4-mediated oxidative CN bond cleavage of tertiary amines: Synthesis of amides and sulfonamides

KMnO₄-mediated oxidative CN bond cleavage of tertiary amines producing secondary amine was introduced, which was trapped by electrophiles (acyl chloride and sulfonyl chloride) to form amides and sulfonamides. The reaction could take place at mild condition, tolerating a wide range of function groups and affording products in moderate to excellent yields.     

Chemistry of heterocyclic compounds at the A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, over 50 years (Review)

The review contains a concise historical account and information on the most significant researches undertaken by the staff at the A. E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences on the Chemistry of Heterocyclic Compounds. Dedicated to Academician of the Russian Academy of Sciences B. A. Trofimov on his 70th jubilee. Translated from Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii, No. 10, pp. 1443–1502, October, 2008.     

Highly regioselective Buchwald–Hartwig amination at C-2 of 2,4-dichloropyridine enabling a novel approach to 2,4-bisanilinopyridine (BAPyd) libraries

The highly regioselective Buchwald–Hartwig amination at C-2 of the cheap and readily accessible reagent, 2,4-dichloropyridine with a range of anilines and heterocyclic amines is described. This new methodology is robust and provides a facile access to 4-chloro-N-phenylpyridin-2-amines on 0.25 mol scale. These intermediates undergo a further Buchwald–Hartwig amination at higher temperature to enable rapid exploration of the chemical space at C-4 and to provide a library of 2,4-bisaminopyridines.     

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes: synthesis,characterization and their applications in the C-N coupling and α-arylation of ketones using aryl chlorides

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes 3 were successfully achieved in a one-pot procedure under mild conditions. The structure of 3a was unambiguously confirmed by X-ray single crystal diffraction and it was an active catalyst in the Buchwald-Hartwig amination and α-arylation of ketones even at very low catalyst loadings (0.01?mol%).     

Iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction using terminal alkyne as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of 1-aroyl-β-carbolines and fused-nitrogen heterocycles

An efficient iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction in dimethyl sulphoxide (DMSO) using terminal alkynes as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of aryl (9H-pyrido[3,4-b]indol-1-yl)methanones is described. The scope of the protocol includes the total synthesis of Fascaplysin, Eudistomins Y₁ and Y₂. The methodology is extended for preparing pyrrolo[1,2-a]-quinoxaline and indolo[1,5-a]quinoxaline derivatives. The utility of 1-aroyl-β-carbolines was demonstrated by performing palladium-catalyzed β-carboline directed ortho-C(sp2)-H functionalization of the phenyl ring with thiomethyl (SMe) group using DMSO as source and for accessing 4-aryl-canthin-6-ones.