纳米颗粒与蛋白质分子的相互作用

纳米技术的快速发展和广泛应用前景,引起了人们对纳米生物效应和安全性问题的普遍关注。为保证纳米技术的健康持续发展,纳米颗粒与生物体的相互作用以及产生的生物学效应不容忽视。为充分了解纳米颗粒物产生的生物学效应,阐明纳米颗粒如何进入生物体以及与生物体相互作用的分子过程至关重要。在总结国内外相关研究的基础上,本文介绍了纳米颗粒进入机体的主要途径,并系统综述了纳米颗粒与蛋白质分子的相互作用及其表征方法,以及纳米颗粒与蛋白质相互作用对蛋白质结构功能和纳米颗粒生物效应的影响。     

基于二氧化硅胶体晶体薄膜和反射干涉光谱的蛋白冠监测方法

生物分子与纳米材料作用形成的"蛋白冠"影响纳米材料的物理和化学性质,目前缺少有效的原位实时技术监测蛋白冠的形成过程.本研究基于二氧化硅胶体晶体薄膜和反射干涉光谱法,研究了三种代表性血液蛋白质在二氧化硅纳米粒子表面的蛋白冠形成过程,结果表明这三种蛋白具有不同的蛋白冠形成过程及参数;研究了人血清白蛋白在三种表面曲率的二氧化...     

基于大科学装置的纳米材料与生物分子相互作用的分析

纳米材料与生物分子的相互作用直接影响着纳米材料的体内行为、状态与生物学效应,建立和发展可靠的分析方法以表征两者的相互作用非常必要.本文围绕纳米材料与蛋白质、脂类等重要生物分子作用过程的科学问题如作用分子类型的鉴定与相对丰度的测量、作用方式与界面结构,重点介绍基于同步辐射与散裂中子源等大科学装置的前沿分析方法在相关领域的应用,概述了相关分析方法的优势与先进性,为纳米生物效应研究、纳米医学应用的研究等提供了重要分析手段.最后,展望了新一代光源助力于纳米材料与生物分子作用研究的前景.     

溶液环境中CdSeS量子点与金纳米颗粒相互作用

选用不同发射波长的合金型CdSeS量子点(QDs), 研究溶液状态下量子点和金纳米颗粒(AuNPs)相互作用及离子强度、pH值、距离等诸多因素对相互作用的影响, 在此基础上对相互作用的机理进行了分析. 在溶液状态下, 金纳米颗粒可以高效地淬灭量子点, Stern-Volmer 淬灭常数K_sv值在108 L·mol^-1数量级. 这种淬灭效应与距离、光谱之间叠合程度等密切相关, 受溶液极性、离子强度、pH值的影响较小. 金纳米颗粒与量子点相互作用的机理较为复杂, 以能量转移为主. 研究结果对设计更高效的生物传感器及更全面认识金纳米颗粒与量子点相互作用的机理具有重要意义.     

基于分子信标探针和生物功能化纳米颗粒的蛋白质分析

随着人类基因组测序计划的完成,生命科学研究热点逐渐由基因组学向蛋白质组学转移.分析化学工作者利用分子信标探针和生物功能化纳米颗粒的固有优势,发展了一系列新原理、新方法和新技术并在蛋白质组学研究领域得到了广泛应用,极大地促进了蛋白质组学的发展和进步.本文主要综述了基于分子探针和生物功能化纳米颗粒开展的一系列实时、原位、灵敏、特异的蛋白质分析研究,包括:非特异性/特异性蛋白质的检测与分离、蛋白质/DNA相互作用研究、细胞表面蛋白质的识别,以及基于抗原-抗体反应的病原菌检测等,并进一步展望了基于分子信标探针和生物功能化纳米颗粒的蛋白质分析研究的发展前景与关键问题.     

单细胞水生生物金属纳米颗粒的定量分析

人类活动释放的金属纳米颗粒不可避免地进入水环境中。大量研究表明,金属纳米颗粒会对水生生物产生生殖毒性和遗传毒性等,金属纳米颗粒还可能沿着食物链传递,对环境生物和人类健康造成威胁。细胞内金属纳米颗粒定量分析是研究金属纳米颗粒生物效应的重要基础。此外,单细胞之间存在异质性,具有特殊生理特性的细胞个体可能影响细胞群体的命运。而基于细胞群体平均值的定量分析则忽略了细胞个体的异质性,遗漏了对群落具有重要功能的细胞群体信息。因此,在单细胞水平上定量分析水环境中底层营养级的单细胞微生物细胞内金属纳米颗粒,对认识金属纳米颗粒与水生生物的相互作用,评估其进入食物链的潜在风险至关重要。本文梳理了已用于单细胞水生生物体内金属纳米颗粒的单细胞定量分析方法,阐述了它们的工作原理和在相关研究中的应用,总结了各方法的优缺点,期望为今后相关研究的方法选择提供参考,最后展望了该领域未来的研究方向。     

基于DNA纳米结构的分子间相互作用研究

研究生物分子间的相互作用是研究生命本质过程中必不可少的环节.近年来,DNA纳米技术在分子间相互作用的研究中发挥了重要作用,取得了一系列进展. DNA纳米结构具有高度的可编程性和可寻址性,可以利用这些性质采取不同的方式将待测体系修饰在DNA纳米结构上,而且可以精确控制分子的排布、种类、数目等,因此可以作为研究分子间相互作用的模板.在此基础上结合单分子技术,如单分子荧光成像(SMF)、原子力显微术等(AFM),可以实现对单个分子的行为观测.本文首先简述了DNA纳米结构作为研究平台的构建,然后对DNA纳米结构在研究分子间相互作用中的应用进行了阐述,包括用作锚定平台、提供具有一定机械性能的支架以及提供纳米级的微环境,最后对DNA纳米技术的发展进行了总结与展望.     

纳米生物界面对淀粉样蛋白聚集的调控机制研究

本文以阿尔兹海默症的致病多肽β淀粉样蛋白(Aβ)为例,介绍了疾病相关淀粉样蛋白的分子精细结构、组装和聚集过程、聚集体形貌及神经细胞毒性的研究进展,并在此基础上以纳米生物界面对于淀粉样蛋白构象、组装结构、聚集动力学、神经细胞毒性等生物功能的调控机制进行研究.从分子水平上分析和探讨了纳米生物界面与淀粉样蛋白分子或者聚集体的相互作用方式和机理,有助于加深对淀粉样多肽和调节剂之间复杂多样的相互作用方式的理解,对深入了解淀粉样多肽的组装机理和调控机制以及探索治疗神经退行性疾病的药物设计等方面具有较大意义.     

糖-蛋白质特异性识别在生物材料领域的应用

糖类不仅是组成生命体的基本物质之一,还是很多生理和病理过程中分子识别和细胞间相互作用的基础。糖的生物学功能可通过与蛋白质的相互作用来实现。这种可逆的特异性识别在信号传导、细胞粘附、增殖、分化、病菌感染和免疫应答等生命过程中具有重要意义。本文着重介绍了糖-蛋白质相互作用的种类和机理,综述了糖-蛋白质特异性识别作用在生物材料领域的应用进展,包括将糖类作为靶向分子修饰到纳米粒子或载体分子表面进行药物传递和基因转染,利用糖-蛋白质非共价作用力进行分子组装,以及制备糖基化表面用于调控蛋白粘附和细胞行为。由于糖类特殊的生物学性能和种类的多样性,基于糖-蛋白质特异性识别有望用于制备更加实用和智能的生物材料。     

金纳米颗粒可视化传感器在生物分子分析中的研究进展

基于金纳米颗粒的可视化传感器具有灵敏度高、选择性好、肉眼可见、无需大型仪器等优点,是一种具有应用潜力的分析检测方法。生物分子分析检测与人体健康息息相关。本文综述了近几年基于金纳米颗粒的可视化传感器在生物分子分析中的应用研究。     

蛋白功能化磁性纳米颗粒的制备及应用

蛋白功能化磁性纳米颗粒作为一种新型功能复合材料,已成为众多领域的研究热点。蛋白质在颗粒表面的稳定性、负载量及构象显著影响复合粒子的应用性能,而磁性纳米颗粒表面物化性质对颗粒的稳定性、分散性及磁性能对蛋白质的高效负载有重要影响。本文综述了磁性纳米颗粒表面修饰、蛋白功能化的方法以及蛋白在界面处构象变化的表征方法,介绍了蛋白功能化磁性纳米颗粒在酶催化合成、免疫分析检测及生物传感器等领域的应用,并对其未来的发展趋势进行了展望。     

荧光纳米颗粒的化学与生物传感

荧光纳米颗粒,比如量子点、染料包被的纳米颗粒、稀土纳米颗粒等,在过去的几十年里得到广泛的研究和应用,这主要因为它们具有特殊的化学与光电子性质,比如较强的发光强度、较高的稳定性、较大的Stocks位移以及灵活的加工制作性能等.将荧光纳米颗粒引入分析化学将为荧光分析检测提供新的平台.我们立足国内的研究,重点介绍荧光纳米颗粒的化学与生物传感应用,包括对pH值、离子、有机化合物、生物小分子、核酸、蛋白、病毒、细菌等的分析检测.另外,也介绍了荧光纳米颗粒的体外、体内的成像应用.对纳米颗粒应用于分析检测的优势以及信号传导模式也进行了讨论.     

金纳米棒:合成、修饰、自组装、SERS及生物医学应用

纳米颗粒作为信号感应单元在化学与生物传感应用中已引起广泛关注,这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关.表面增强拉曼散射(SERS),是指吸附在粗糙的金属纳米结构表面的被分析物,在光照射下其拉曼光谱获得显著增强的异常表面光学现象,近年来.SERS技术已广泛用于物质检测和生物传感等研究,在生物医学领域表现出巨大的应用潜力并取得了令人瞩目的研究成果.本文阐述了金纳米棒的制备方法、表面修饰和共轭生物分子的方法.并从金纳米棒表面增强拉曼散射的角度系统阐述基于金纳米棒表面增强拉曼散射的1D,2D,3D自组装,并介绍了近期金纳米棒表面增强拉曼散射在生物医学检测与成像中最具有代表性的应用研究.     

纳米尺度和单分子水平上的化学生物学研究

化学生物学是化学与生命科学交叉融合的新兴学科。在纳米尺度和单分子水平上原位、活体、实时研究化学生物信息是化学生物学的重要研究方向。分析化学工作者利用纳米技术和分子生物学的最新研究成果 ,在这一研究方向取得了重要进展 ,为化学生物学的发展做出了积极贡献。本文重点介绍实验室利用生物亲和性核壳纳米颗粒和分子信标核酸探针所发展的一系列原位、活体、实时检测、分离生命体内痕量活性物质的新原理、新技术及其在化学生物学研究中的应用。     

碳纳米材料的超分子表面修饰及应用

目前碳纳米材料已经成为纳米科学研究中的热点,它的特殊结构使其具有特殊的物理化学性能,对其进行超分子修饰可以提高其分散性以及赋予其新的性能,已经引起研究人员的广泛兴趣.本文综述了近年来碳纳米材料的超分子修饰以及其应用研究.重点阐述碳纳米管和石墨烯通过不同的超分子作用,如pi-pi相互作用、疏水相互作用、氢键相互作用、静电相互作用等进行修饰制备具有不同功能的超分子碳纳米材料,以及在光电材料、药物和基因传输以及化学生物传感器等领域的应用.     

硫化金包覆金纳米棒局域等离子体共振的纳米生物传感器研究

纳米生物传感技术是近年来迅速发展起来的一种超微生物传感技术,具有高选择性、高灵敏度、快速、方便检测等优点.尤其基于金纳米颗粒的生物探针的研究备受关注.近年来,对基于棒状金纳米结构的生物探针合成及在生物传感及医学成像中的应用的研究是金纳米棒研究的重要方向.纳米金由于其制备简单、易于修饰、稳定性和生物相容性好等优点,被广泛应用于生物分子的识别和检测领域.     

碳纳米管与生物分子的相互作用*

碳纳米管是一种具有特殊结构和性质的新型一维纳米材料,在生物学和临床医学上已有许多应用研究。大量研究表明,碳纳米管在药物载体、医学成像、疾病检测等方面有广泛的应用前景,碳纳米管与生物分子相互作用的具体机理和形式也成为目前研究的热门方向。本文总结了近几年来碳纳米管与氨基酸、多肽、蛋白质、酶、DNA等多种生物分子之间的相互作用,并对碳纳米管的生物学效应进行了相关综述。     

电泳技术在纳米颗粒分离中的应用

合成纳米颗粒常在尺寸和形状方面具有广泛分布.在很多实验中,需要利用一定大小及形状的纳米颗粒的独特物理化学性质,因此,简便快速的纳米颗粒分离技术越来越受到诸多科学领域的重视.电泳技术以其高分辨率,被广泛用于多种生物大分子如核酸、蛋白质等的分离纯化.纳米颗粒在尺寸上与生物体中的蛋白复合物、细胞器和微生物等十分接近,考虑到带电纳米颗粒与生物分子在电场中的运动行为的相似性,运用电泳技术进行纳米颗粒的鉴定、分离和纯化是一种新的思路,并取得了良好的实验结果.本文主要介绍了琼脂糖凝胶电泳、毛细管电泳以及其他一些电泳技术在纳米颗粒分离中的研究进展.     

纳米孔道单分子电化学测量的低噪音控温系统研究

纳米孔道检测技术是一种利用单个分子测量界面实现在单分子水平上测量DNA、RNA、蛋白、多肽等生物分子的高灵敏的单分子检测技术. 由于单个分子与纳米孔道的相互作用受热力学控制,亟需精准控制纳米孔道单分子分析的实验温度. 因此,本文研制了一种低噪音控温系统用于具有皮安级电流分辨的纳米孔道单分子实验,以实现精确调控测量时的环境温度. 该系统利用半导体制冷片的热电效应对检测池环境加热/制冷,通过对高精度热敏电阻进行电磁屏蔽以实现在温度反馈的同时避免噪音的引入. 利用比例-积分-微分算法进行控制,达到高精度快速控温的要求. 该系统控温精度为±1 °C,无额外噪音引入至超灵敏纳米孔道单分子测量,获得了25 °C到5 °C下Poly(dA)5与单个气单胞菌溶素（Aerolysin）分子界面间作用产生信号的差异,应用于研究单分子与纳米孔道相互作用的热力学行为.     

石墨烯材料与蛋白质的相互作用

石墨烯材料凭借其优异的物理化学性质在生物化学以及生物医学领域备受关注,展现出了广阔的应用前景。值得注意的是,石墨烯材料在应用于载药、医学检测与诊断及生物成像等诸多领域时,会不可避免地与生物体内的各种蛋白质分子产生相互作用,进而改变石墨烯材料自身的理化性质并影响蛋白质的构象及生物学功能。因此研究石墨烯材料与蛋白质分子之间的相互作用,对于理解和评估其生物学效应,开发新型生物化学技术,具有至关重要的意义。本文综述了近年来针对石墨烯材料与蛋白质分子相互作用开展的代表性的科学研究,分类介绍了石墨烯家族中的各种材料与蛋白质相互作用的分子机制与规律,并介绍了基于蛋白质分子与石墨烯材料相互作用开发的新型应用技术,最后对这一领域未来的热点研究方向进行了分析和展望。