双分子层膜人工离子通道的合成

离子通道(ion channels)是由细胞膜上的一类特殊亲水性蛋白质构成的微孔道,它的主要功能就是传输离子跨膜,相当于细胞的通气孔。其结构与功能的异常往往引起上千种疾病,统称为离子通道病,这种疾病目前不能靠常规的仪器来检查,在确诊上有一定的难度。因此通过化学手段合成人工离子通道来模拟生物体内细胞膜上的离子通道的结构与功能,对于深入研究这些疾病并发现特异性治疗药物均具有十分重要的理论和实际意义。本论文就近三十年来人们设计合成的不同种类人工离子通道进行了综述,介绍了其研究进展并总结了各种人工离子通道的分子结构设计以及在膜上传输离子行为,展望了其在模拟天然离子通道功能的同时在生物医药以及生命科学等领域的应用前景。     

开拓生命科学的海洋生理活性物质

本文介绍了几种典型的海洋生物生理活性物质——河豚毒素,西加毒素,石房蛤毒素,刺尾毒素的研究。这些生理活性物质不仅能特异地支配着离子通道,而且支配着受体和细胞机能的调节。今天,获得飞跃发展的生命科学领域,用分子和亚分子水平解释复杂的生命现象,海洋生理活性物质正是强有力的工具。因此,海洋生物的生理活性物质对生命科学方面的贡献是不可估量的。     

生命体系与“熵”

阐述了熵对生命体系进行物质、能量、信息交换与交流所起的支柱性作用。运用熵理论描述了生命体系在非平衡条件下的有序现象。从宏观上描述了熵与病理学、遗传学、药物学、细胞学的关系 ;从微观上阐述了熵与细胞恶变的联系及其在抗癌机制中的应用。阐明了熵理论在研究人类的健康和治疗各种疾病中举足轻重的地位     

重金属Cd2+对细胞外向K+通道的影响

重金属镉(Cd)污染及其对动植物的伤害机理,已成为中外相关专家研究的热点,但是细胞毒害机理依然不清楚.分布于细胞膜上的通道蛋白,不仅是外来物质作用于生物体的首要位点,且会影响离子通道的功能.为阐释镉(Cd)污染致病与毒害的细胞学机理,选择具有重要生理功能的细胞钾离子(K+)通道为示踪,并应用全细胞膜片钳技术,研究了Cd...     

固相萃取-高效阴离子交换色谱-积分脉冲安培法检测人体尿液中的异黄蝶呤

建立了固相萃取-高效阴离子交换色谱-积分脉冲安培法(SPE-HPAEC-IPAD)测定人体尿液中异黄蝶呤的分析方法。尿液经ENVI-18与732型阳离子交换柱串联萃取后,除去了大量干扰物质。采用IonPac AS21分析柱(250 mm×2 mm),以0.025 mol/L NaOH溶液为淋洗液,流速为0.40 mL/min,在优化的安培检测波形条件下,异黄蝶呤的质量浓度在0.005～0.200 mg/L范围内与峰面积呈良好的线性关系,相关系数为0.998 4,检出限为0.003 mg/L。健康人及癌症病人尿液在2 mg/L和5 mg/L两个添加水平的平均回收率在95.4%～96.8%之间,相对标准偏差小于5%。此方法环保、快速、准确,可用于健康人与癌症病人尿液中异黄蝶呤的测定。     

钠和钾的生理功能

钠、钾两元素,在人体内是以离子形式存在的,一个在细胞外,一个在细胞内,它们配合默契,共同调整细胞与血液之间的容量、渗透压和酸碱平衡,对维持细胞的正常结构和功能起着非常重要的作用。当肌肉收缩或冲动时,两种元素便迅速透过细胞膜进行交换,交换结果便产生了电脉冲,可以控制肌肉的收缩。细胞膜的这种交换作用很有意思,它能象水泵一样,把钾离子泵入细胞内,而把钠离子泵到细胞外,人们把细胞膜的这种特殊输送机制称为“离子泵”。很多动植物有惊人的浓缩、分离某些物质的能力,也是因为它们的生物膜有物殊输送机制。例如海带能从海水中富集碘…     

在线络合阴离子交换柱分离富集电感耦合等离子体发射光谱法测定海水中痕量钼

采用在线阴离子交换柱预富集ICP-AES法测定海水和河水中痕量钼。在0.2mol/L NaN_3、0.1mol/L NH_4Ac和3％HAc溶液(pH4.5)中,Mo(Ⅵ)与HN_3形成络阴离子,能被强碱性阴离子交换树脂吸附,并能迅速被1 mol/L NH_4Cl/NH_4OH所洗脱。上柱及洗脱均由自动在线富集装置所控制。与常规方法比较,5ml上柱体积的富集倍数为7.0。对标准参考物质海水及河水样品进行测定,结果与定值吻合。     

微量元素的吸收

人体是一个开放系统,必须时刻与外界环境进行物质交换与能量交换,以维持自身的生命机能。微量元素和蛋白质、脂肪、维生素等一样,为人体的一大营养要素,是物质交换与能量交换的载体之一。微量元素吸收的主要途径有皮肤、呼吸道和消化道。     

水和氯化铵提取-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法测定石灰性土壤中交换性钾钠钙镁

为了提高石灰性土壤中交换性钾钠钙镁的分析效率及分析准确度,本文创新性采用水和氯化铵对石灰性土壤进行处理,并采用振荡交换、离心分离的方式进行石灰盐清洗、钾钠钙镁离子交换提取,提取液直接在电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)上测定。该方法交换性盐基钙、镁、钾、钠的检出限分别为0.01、0.009、0.004、0.012cmol/kg。用国家一级标准物质GBW07498-新疆棕漠土和新疆地区石灰性土壤进行验证,方法精密度均小于5%,回收率在97％~105%。方法适用于石灰性（碱性）土壤（特别是新疆土壤）样品中交换性钾、钠、钙、镁的分析测定。     

纳米多孔金的单分子层门控离子输运性质研究

生物离子通道能够对环境刺激作出响应,有效地调节细胞内外的物质平衡,保证体内的正常生命活动.研究具有生物离子通道功能的人工离子通道对发展离子开关具有重要的意义.本工作利用电化学去合金法制备了具有三维通道结构的纳米多孔金膜,并将其应用于离子通道,研究其离子输运性质.在电场作用下,纳米多孔金由于发生极化而使通道表现出离子整流性质.在纳米多孔金表面修饰十二烷基硫醇单分子层,利用其疏水效应,通道能够阻止离子的传输,使其处于“关闭”态.溶液中的化学刺激如表面活性剂能够增强电解质溶液在通道表面的浸润,有利于离子的传输,使通道处于“打开”态.这种单分子层修饰的纳米多孔金表现出表面活性剂响应的离子开关特性.     

单细胞质谱分析方法研究进展

不同的细胞个体之间具有差异性.为了如实地反映细胞在结构和功能上对生物系统的正常运转所起到的作用,就必须从单细胞水平上对细胞中物质的组成和含量进行分析研究.但是单细胞分析研究却由于细胞的极小体积、极多的物质种类、极少的物质含量以及不同物质间显著的浓度差异而一度受阻.质谱是一种很适合于单细胞分析的检测方法,它具有极高的灵敏度、多物质同时检测的能力以及对所感兴趣的分子进行结构鉴定的能力.不同的离子化方法对取样和前处理过程的要求也不同.从某种意义上来说,不同的离子化方法造就了不同的单细胞质谱分析方法.因此,本文从离子化方法学的角度对单细胞质谱分析方法进行了归纳和总结,并进一步讨论了单细胞质谱分析在未来的发展趋势.     

凝胶过滤/离子交换全二维液相色谱系统的构建与评价

基于蛋白质的尺寸及带电性质,将凝胶过滤色谱(GFC)与离子交换色谱(IEC)两种分离模式结合,采用双捕集柱接口构建了GFC/2×IEC二维液相色谱(2-D LC)分离系统,同时考虑离子交换色谱分离蛋白质对等电点范围的限制,进一步结合中心切割平行柱的方法实现对蛋白质的全二维分离。为与后续蛋白质在线酶解、多肽分离及质谱鉴定匹配,系统中采用常规柱以保证蛋白质质谱鉴定对样品量的要求,3种常规分离柱分别选用凝胶过滤色谱柱TSK-GEL G3000SW_(XL)(300 mm×7.8 mm,5μm)、强阴离子交换色谱柱Hypersil SAX(100 mm×4.6 mm,10μm)和强阳离子交换色谱柱Hypersil SCX(100 mm×4.6 mm,10μm)。最终以酵母细胞蛋白质提取液为样品,对构建的二维系统加以评价,在总蛋白质浓度13.5 mg/mL、上样体积100μL的条件下,将第一维分离等时间切割17次,并将切割馏分全部导入第二维继续分离,二维系统在148 min内获得的总峰容量达到884。说明所构建的系统可以用于蛋白质的在线全二维分离。     

阴离子交换分离-电感耦合等离子体质谱法测定钛铁矿中的铀、钍

称取过0.074mm筛孔样筛的钛铁矿样品0.10～0.50g置于预先铺垫了粉状焦硫酸钾2g的瓷坩埚中,再加入焦硫酸钾3g,混匀,加盖,置于马弗炉中,温度升至350℃时,摇动坩埚使样品与熔剂均匀接触,继续升温至600℃,熔融1h,除去坩埚盖,继续保持30min。取出坩埚,稍冷却后,加水将熔块溶解并定容至100.0mL。按规定方法对D201型阴离子交换树脂进行预处理后装入交换柱中。经试验,在硫酸浓度为0.01mol·L~(-1),K_2SO_4浓度为0.5mol·L~(-1)的硫酸盐溶液中,铀及钍的硫酸盐阴离子在交换树脂上的交换吸附率均超过98%。据此,在交换柱的储液杯中加入上述硫酸盐溶液20mL后,定量加入样品溶液5.0mL,使溶液逐滴通过交换柱。当溶液滴尽时,用0.01mol·L-1硫酸溶液淋洗树脂2次(每次用5 mL),随即用0.5 mol·L~(-1)盐酸溶液14mL及水6mL洗脱吸附于树脂上的铀和钍。收集淋洗液并加水定容至50.0mL,此溶液在仪器工作条件下进行电感耦合等离子体质谱分析,并利用三通活塞在线加入10μg·L~(-1)的铑标准溶液作为内标,在标准模式下选择原子丰度较高的同位素238 U、232 Th、103 Rh进行测定。铀、钍的标准曲线的线性范围均在100μg·L-1以内,检出限(3s)依次为0.029,0.036μg·L~(-1)。对两种元素的测定进行精密度试验,测得相对标准偏差(n=5)值均小于10%。应用本方法测定了4件国家一级标准物质的铀、钍的含量,测定值与认定值基本相符。     

聚二甲基硅氧烷-纸复合微流控芯片上的肝癌细胞三维培养

研发了一种聚二甲基硅氧烷-纸复合型微流控芯片用于肝癌细胞三维培养.芯片使用明胶处理硝酸纤维素薄膜作为细胞培养基底,以水凝胶网格作为三维培养支撑.结合微通道主动灌流与水凝胶中的被动扩散,模拟体内的流体运输形式实现细胞与外界物质交换.实验结果显示,芯片上的液滴生成以及细胞定位种植简便可靠.连续监测显示肝癌HcpG2细胞在水凝胶微球中增殖形成类似组织的三维结构.细胞增殖动力学分析以及生化检测结果显示了芯片三维培养与二维培养的差别.这种芯片三维细胞培养方法操作简便可靠,仿真度高,适合于肿瘤细胞研究.     

科学家成功开发荧光光谱新技术

加拿大和美国科学家联合研究小组开发出一种应用荧光光谱技术观察研究单个膜蛋白运动的新方法。膜蛋白的主要功能是控制细胞与其周边环境的离子交换。专家认为,该项研究成果有助于人们增强对离子通道的认识和了解。相关研究文章发表在最新出版的《美国国家科学院院报》上。离子通道类似于一台小型纳米机器或纳米阀门,如果这些微小阀门运转失灵,将引发人体肌肉、中枢神经系统和心脏等发生各种遗传疾病。与照相机的光圈原理相似,这些膜蛋白通过开启和关闭动作来控制细胞与其周边环境的离子交换运动,这种离子交换运动促成了沿着我们神经细胞的电信号的传输。这些细微阀门的尺寸大约是人眼瞳孔大小的百万分之一。加、美科学家所采用的新技术可测量到单离子通道,并可研究离子通道内部不同部分之间如何进行信息沟通。由加拿大蒙特利尔大学物理系教授里卡德.布朗克牵头的联合小组对基于4个同样的亚单元建立的钾离子通道进行了研究,这种钾离子通道形成了可以穿过膜的微细小孔,小孔能够打开和关闭以开通或阻断离子传导。科学家使用新开发出的荧光光谱技术,区分出4个亚单元,首次实现了对4个亚单元的运动分别进行跟踪研究。他们发现,4个亚单元分子是协同发挥作用的,从而解释了为何在电生理学实验中...     

仿生离子通道研究进展:从一维到二维

在生物电体系中,细胞膜中层级排列的离子通道和离子泵构成集成化的纳米尺度的离子导体,它们成为生命体系能量转换的关键结构基础.从生物离子通道上获得相关启示,通过构筑一维、二维纳米孔道来模拟生物离子通道的结构和功能,实现了可控的离子传输和能量转换.本文总结了仿生离子通道从一维直通构型到二维层状构型的发展,各自的特点、材料的制备方法,以及在仿生能量转换方面的应用.二维仿生离子通道提供了一种大规模、低成本、更为高效的纳米孔道材料制造技术,向纳米孔道材料的实用化迈出了重要一步.本文还重点介绍了二维层状材料及其构筑的二维离子通道在超滤、能量转换与存储等方面的应用.     

二极管器件SPICE电路模型对锥形离子通道I-V特性曲线的模拟

离子整流性是纳米离子通道的一个重要特征,具有整流性的离子通道体系也被称为纳米流体二极管.本文比较了离子通道的泊松-能斯特-普朗克(PNP)方程组模型和固体半导体的扩散-漂移模型,提出可以使用二极管器件的仿真电路模拟器(SPICE)电路模型对离子通道体系的电流-电压(I-V)曲线进行模拟.以锥形离子通道的PNP数值模型的计算结果为基础,通过对这一体系进行讨论,给出一个锥形离子通道的SPICE电路模型,它可以较好地模拟I-V特性曲线.离子通道SPICE电路模型的建立可用于研究纳米流体二极管作为一个器件在电路中的应用.     

生物细胞电化学噪声分析仪的研制及应用

本文提出了细胞离子通道的生物电化学噪声测试方法,设计并研制了电极电位和电流噪声测试电路。普鲁士蓝修饰的玻碳电极作为钾离子传感器,以测量细胞钾离子通道的开关周期。试验结果表明,宫颈癌细胞(HeLa细胞)钾离子通道的电流噪声功率谱分别在0.04Hz和0.06Hz出现峰值,说明HeLa细胞钾离子通道的开关周期在16s至25s之间。对离子通道的开关周期11次测量结果的标准偏差(RSD)10%。     

粉防己碱拮抗α-石英细胞毒性的机理

借助于单细胞阳离子测定系统研究了α-石英诱发细胞毒性过程中,不同外钙浓度时粉防己碱作用后,细胞存活率与胞浆游离钙浓度的变化关系。研究发现粉防己碱可以通过阻断细胞离子通道,拮抗α-石英的细胞毒性。     

细胞内游离离子及离子通道的核磁共振研究

生物细胞内游离离子及离：子通道(Ca^2 、Mg^2 、Na^ 、K^ 以及Na^ ／Ca^2 和Na^ ／Li^ 交换等)在生理病理过程中起着重要作用。用于这些方面研究的生物核磁共振方法主要包括有：^31PNMR、^19NMR、^7Li NMR及^23Na NMR等。^31P NMR主要用于对细胞内小分子代谢物、pH及游离Mg^2 的分析测定；^19F NMR是利用氟代指示剂间接地测定细胞内游离Mg^2 和Ca^2 的浓度，进而对钙镁离子通道进行分析研究；^7Li NMR、^23Na NMR等方法分别用于研究Li^ 、Na^ ／Li^ 交换、Mg^2 ／Li^ 交换、Na^ 及K^ 等。为了更好地理解和阐释细胞内离子的调控机制，本文对近几年核磁共振技术在这些方面的应用进行了综述。