结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学

近年来,单颗粒碰撞技术在纳米电化学领域受到广泛关注. 该技术通常控制超微电极处于某一电位,检测单个纳米颗粒随机碰撞到电极表面后产生的瞬时电流. 通过分析电流信号,可以研究单个纳米颗粒的性质. 尽管该技术可以检测单个纳米颗粒的电化学或电催化电流,但是传统的单颗粒碰撞技术缺乏空间分辨率,难以识别和表征特定的纳米颗粒. 因此,结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学来补充电化学技术缺失的空间信息已成为一种趋势. 本文首先简要综述了单颗粒碰撞技术的三种检测原理,主要介绍了近年来单颗粒碰撞技术与荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、全息显微镜和电致化学发光相结合的研究进展,最后展望了单颗粒碰撞技术未来的发展趋势.     

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.     

固态纳米孔对蛋白质易位的实验研究

蛋白质因其多样性和功能性,是生物体内一类非常重要的分子.通常蛋白质的表征需要借助荧光或者酶的标记.而纳米孔技术,得益于免标记、单分子检测等优势,为蛋白质的表征提供了新方向.我们使用固态纳米孔完成了单个蛋白质分子及蛋白质-蛋白质结合物的检测.可以发现,外部电压和电解质溶液的酸碱度会直接影响蛋白质分子表面带电量,从而加快或延迟其在孔内的易位时间.抗原、抗体本质上都是蛋白质,两者之间具有高度特异性.通过比较抗体溶液在添加特异性抗原前后的易位事件,实现了单个蛋白质分子和蛋白质-蛋白质结合物的区分.未来,纳米孔技术有望应用于多蛋白质分子的辨识、蛋白质分子相互作用机制等方面的研究.     

仿生消化-单层脂质体萃取在蕨类植物微量金属形态分析和生物可给性评价中的应用

依据化学仿生原理,将整体药物研究与分子药物研究法(以微量元素为指标)相结合,设计体外仿生消化法用于蕨类植物分析前处理。以单层脂质体为细胞膜模型,萃取分离食糜中微量元素形态(单层脂质体亲合态、水溶态);根据单层脂质体亲合态含量对微量元素的生物可给性和危险性进行评价。比较单层脂质体结合亲和态金属在胃、肠中浓度,可得金属主要吸收部位。沙椤茎、叶和蜈蚣草茎、叶成年人摄入安全剂量分别为210.4、153.5、828.2、367.5 g/day,最大摄入剂量分别为864.1、1208.8、2067.1、1977.3 g/day。     

单颗粒电化学分析

颗粒因其在基础研究和实际应用中均具有重要的价值,因而得到了广泛的关注.由于颗粒的功能和性质与其形貌、尺寸、电荷密度和表面化学性质等密切相关,因此,发展可用于单个颗粒(简称单颗粒)检测和分析的方法对于了解颗粒结构与性能的关系,进而研究其功能将具有重要的意义.单颗粒电化学(electrochemic alanalysis of single nanoparticle)检测技术是在最近几年发展起来的,由于其可以精确地探测单个纳米颗粒的性质(如表面电荷、几何尺寸、表面化学),因而展现出了诱人的应用前景.本文将对最近发展起来的单颗粒电化学检测方法进行详细介绍,并根据检测原理将单颗粒电化学检测分为3类:基于碰撞原理的微电极技术、基于电阻-脉冲原理的纳米通道技术以及基于电化学和其他方法的联用技术.基于此分类,重点综述单颗粒电化学检测的原理、方法和潜在的应用.     

生物医用纳米颗粒表面的两性离子化设计

生物医用纳米颗粒的表面设计对维持纳米颗粒稳定性和抑制蛋白质非特异性吸附从而实现体内长效循环等具有重要意义.具有细胞膜仿生结构的两性离子界面能通过离子静电作用形成高效水合层,不仅可有效增强纳米颗粒的稳定性和抗免疫清除能力,通过提高体内循环时间增强其"被动"靶向能力,而且当与环境响应性或生物活性分子复合后,还可有效实现纳米颗粒的"主动"靶向功能,因此"两性离子化"已经发展为纳米颗粒表面设计的新策略.本文主要概述了两性离子材料在生物医用纳米表面设计中的应用进展,包括小分子和聚合物两性离子对无机纳米颗粒的表面修饰、聚合物两性离子组装体用于抗肿瘤药物传递等,同时也介绍了混合电荷材料的一些特殊性质和应用.     

表面等离子体共振传感器生物识别分子的固定化方法

表面等离子体共振具有无需标记样品和实时检测等优点,广泛应用于药物筛选以及生物、药物、食品等领域的检测。构建合适的生物传感界面是提高检测灵敏度和选择性的重要途径。该文介绍了利用化学偶联生物识别分子的非定向固定方法,以及利用化学键合或生物分子的特异性反应定向固定生物识别分子的方法,比较了两种固定方法的优缺点,并讨论了未来的发展趋势。     

液体环境单分子免疫球蛋白G的原子力显微镜高分辨成像

原子力显微镜技术( AFM)具有纳米级高分辨成像能力,是研究生物大分子结构和功能的重要工具之一。制备合适的样品是获取高分辨成像的关键要素。本研究结合DNA折纸技术,将抗原分子修饰在DNA折纸上,通过分子识别作用,抗体分子与抗原分子特异性结合,形成由DNA折纸和抗原抗体复合物构成的纳米结构。利用DNA折纸在云母表面上的吸附特点,使得抗体分子选择性地吸附在衬底表面上,由此获得了液体环境中的单个地高辛抗体免疫球蛋白G( IgG)分子的“Y”超微结构形貌。本方法简单、方便,为AFM在单分子水平上检测和表征生物分子结构和功能提供帮助。     

表面分子印迹材料的制备及在生物分子分离分析中的应用

表面分子印迹技术是一种新型的分子印迹技术,其解决了传统印迹方法得到的印迹聚合物模板结合位点少、洗脱困难、色谱性能和机械性能差等问题。表面分子印迹聚合物(SMIPs)以其稳定性好、特异性高及实用性强的特点,近年来在生物分子分离分析中的应用引起人们的关注。本文介绍了SMIPs的制备方法,比较了不同方法的优缺点,并对其在生物大分子、生物小分子及微生物分子分离分析中的应用进行了综述。     

Au/硫醇/卵磷脂双层膜的制备及其电化学表征

生命体系的许多过程发生在生物膜上,生物膜模拟体系的制备与研究一直受到人们的重视．自组装单分子膜（ＳｅｌｆＡｓｅｍｂｌｅｄＭｏｎｏｌａｙｅｒｓ,ＳＡＭｓ）特别是在金基底表面的硫醇单分子膜由于其具有良好的稳定性及有序性,因此在基础理论研究及应用技术等方...     

单分子荧光成像研究单颗粒纳米催化机制

纳米颗粒通常具有优异的催化性能,但由于其内在的异质性,宏观水平的表征难以确定单个纳米颗粒可靠的构效关系和潜在的催化反应机制.单分子荧光成像技术具有单分子灵敏度、高时空分辨率的优点,可以在单颗粒水平实现反应产物的超灵敏检测,因而在纳米催化领域得到了广泛应用.本文综述了单分子荧光成像的发展以及该技术在揭示单颗粒纳米催化反应机制中的应用,主要包括尺寸效应、晶面效应、表面缺陷、等离激元效应、双金属效应、活化能、纳米限域效应以及单颗粒催化通讯等方面.最后总结和展望了单分子荧光成像技术在纳米催化研究中的挑战与发展方向.     

基于核酸适体的电化学生物传感器*

核酸适体是一类体外筛选的、可与目标分子高效、高特异亲合的RNA或DNA寡核苷酸片段,与常规识别分子（如抗体等）相比,核酸适体作为一类新型识别分子具有明显特色和优势,已被广泛应用于生物传感等分子识别和应用研究领域。本文就基于核酸适体的电化学生物传感器（标记型和非标记型）的近期进展作简要评述,包括适体简介、标记型（“信号衰减”型、“信号增强”型、酶标记型和纳米粒子标记型）和非标记型电化学适体生物传感器等内容。     

通过三嗪荧光探针的多氢键作用识别胸腺嘧啶

发展新型光学受体分子, 研究其对核酸碱基的选择性识别不仅有助于了解生物体内分子作用和转化的机理, 同时对发展新的生物分子检测方法和研制新药等都具有重要意义. 然而, 由于核酸碱基的性质相近, 因此实现单一碱基的选择性识别较难[1]. 氢键是一种重要的分子间相互作用力, 在生物化学和分子药理学研究中, 尤其在生物大分子的三维结构中起着重要的作用[2,3].     

纳米金标记电化学检测DNA特异性结合蛋白

将单分子发夹寡核苷酸固相延伸形成双链寡核苷酸, 以纳米金颗粒标记NF-κB并银染放大, 采用阳极溶出电位法对NF-κB进行检测. 结果表明, 本法检测序列特异性蛋白质具有高度特异性、高灵敏度和快速等特点, 为转录因子调控机制、开放阅读框识别和功能基因检测等的研究提供了有利工具.     

基于编码微粒的多元与高通量生物分子检测技术研究进展

由于基因组和蛋白质组学的快速发展,生物医学检测、药物发现以及环境监测领域对于大量生物分子的检测提出了多元与高通量的技术需求.而生物分子结合反应是生物分子检测的一个重要基础,微粒技术在编码与识别生物分子结合反应以实现多元生物分子检测方面具有独到的优势,并且可以与高通量样品处理技术相整合,从而满足这一需求.本文主要介绍了多元与高通量生物分子检测技术的发展过程以及最新的微粒编码技术研究进展,同时对该技术的发展方向与面临的问题进行阐述.     

自组装型紫杉醇键合物前药的合成与性能

以p-氨基苯乙酸(APA)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为连接基团,将短链聚乙二醇单甲醚(mPEG)键合到紫杉醇(PTX)上,获得双亲型PTX前药mPEG-APA-PTX和mPEG-HDI-PTX.考察了这两种前药在自主装、体外药物释放动力学、体外细胞毒性和体内血浆清除速率等方面的表现.结果表明:两前药均能在水中自组装形成稳定的纳米颗粒,载药量高达28％;mPEG-HDI-PTX纳米颗粒在水溶液中非常稳定,细胞毒性很弱,在血液系统中清除很快,而mPEG-APA-PTX纳米颗粒在pH=7.4的环境下可缓慢释放出原药PTX,细胞毒性与临床用紫杉醇针剂Tax-ol(R)相当,体内循环时间较Taxol(R)明显延长;mPEG-APA-PTX是一种可自组装、载药量高、体内循环时间长的新型纳米前药.     

LiFePO4单颗粒电化学本征性能的快速精确评测

通常需要将电活性材料与导电剂、粘接剂等辅助物质混合后,制成复合电极来评测材料的电化学性能,但辅助物质和复合电极结构可能影响评测结果的准确性. 由于单颗粒微电极可选取单一颗粒进行测试,无需加入添加剂材料,因此,采用单颗粒微电极评测材料性能可以得到材料的本征性能. 同时,单颗粒微电极还可以实现对材料的快速、精确评测. 本文利用单颗粒微电极方法测试了球形LiFePO4颗粒的循环伏安特性、循环稳定性和动力学性能. 结果表明,单颗粒微电极可以20 mV?s-1的速率快速扫描、精确测试,测得锂离子在该颗粒中的扩散系数约为2.4 ~ 3.2?10-11 cm2?s-1,电化学反应的控制步骤为锂离子的固相扩散控制. 另外,LiFePO4颗粒在该单颗粒微电极构成的电池中表现出良好的循环稳定性. 这些显示了单颗粒微电极在电极材料特性研究中的可行性.     

电形成法制备脂质体

脂质体具有类似生物膜的双分子层结构,利用电形成法制备的脂质体多为10-100μm的巨型单层囊泡,在光学显微镜下容易观察,因此利用电形成法制备的脂质体在模拟和替代细胞等方面的研究和应用具有较大潜力。本文对电形成法制备脂质体的研究进行了综述。文中介绍了传统的及改进后的电形成装置,对双分子层厚度、渗透压、电解质、固体表面、电压、频率、温度、pH值等过程参数对脂质体形成的影响作了详细阐述。     

脂筏微区超分子聚集体结构的稳定性

生物膜中脂筏微区结构的动态特征与稳定性决定着生物膜的功能。通过从动物细胞提取脂筏,实验不但观测到质膜微囊烧瓶状凹陷结构,而且还观测到大量的球状和椭球状结构.通过模拟脂筏微区结构,重点对二元体系和三元体系的超分子聚集体结构的多形性进行了研究和探索。研究发现随着表面压力的增加,鞘磷脂和胆固醇双层膜出现了紧密聚集不规则的微区结构,在 SM/Chol/DOPC双层膜中,SM/Chol形成的微区结构漂浮在液态DOPC小颗粒上部。当 DOPE加入到SM/Chol中,三种成份形成不稳定的双层膜结构.Ceramide促进了SM/Chol结构发生重排,微区形状从原来的不规则向着紧密聚集的圆形结构演变;混合单层膜的分子面积与表面吉布斯自由能决定了分子间的相互作用, 当过量分子面积与过量吉布斯自由能为负值时,分子间相互作用表现为吸引力, 出现凝聚现象; 为正值时,分子间相互作用表现为排斥力, 促使单层膜出现相分离现象. 过量吉布斯自由能值越小, 单层膜的热稳定性越高.通过动物细胞提取脂筏与体外模拟脂筏相结合的方法,从超分子水平阐述了脂筏微区结构与功能的生物学意义,为生物膜的研究提供了理论依据和实验支持。     

应用体外仿生模型分析海藻水煎液中微量金属的形态和生物可给性

将体外"半仿生消化"和"全仿生消化"法分别应用于海藻分析前处理,即模拟人体消化环境,加入消化液所含有机物和无机物,模拟海藻(海带和紫菜)水煎液在胃肠中的吸收和转运机制.鉴于消化管和血管间的生物膜是类脂质膜,以单层脂质体为细胞生物膜模型考察海藻水煎液中微量金属在单层脂质体-水体系中的分配行为.以单层脂质体结合态、水溶态界定水煎液中微量金属的形态; 以单层脂质体结合态含量评价微量金属的生物可给性; 比较单层脂质体结合态金属在胃肠中浓度,确定微量金属的主要吸收部位.消化酶对海藻中微量元素的形态和生物可给性影响明显.水煎液全仿生消化后,海带和紫菜中的Fe均主要在胃被吸收,海带中的Mn和Zn主要在肠被吸收;紫菜中的Mn和Zn在胃与肠均有吸收.