肌球蛋白的结构及工作机制

在生物界中,化学能转化成定向的机械能的分子机理是一个基本问题.有一类能利用化学能/化学势进行机械做功的生物大分子,称为分子马达.分子马达依据其作用的方式可分为线性分子马达与旋转式分子马达两大类.线性分子马达是一类将化学能转化为机械能,并沿着一个线性轨道运动的生物     

分子马达五配位磷化学结构分析

分子马达运动的“动因”是研究分子马达的关键问题．目前无论是线性分子马达还是旋转分子马达的研究,由分子马达构象变化引起整个分子马达运动的理论得到普遍认可．分子马达与高能物质(特别是含磷物质)发生构象变化,例如ATP与分子马达部件上氨基酸的弱结合(Weak binding)、强结合(Binding)及释放(Release)等引起的构象变化,往往被用来解释分子马达运动的原因．其化学机理国际     

旋转型单分子机器

分子机器是一种分子水平上的机器,它是一类通过外部刺激（如化学能、电能、光照等）将能量转化为可控运动的分子器件。由于人工分子机器在纳米科技领域的应用越来越普遍,已经引起人们的广泛关注。人工合成的分子机器在模拟机器运动时主要有线性运动和旋转运动两种基本运动方式,本文重点介绍了几种旋转型的单分子机器,包括分子齿轮、分子转门、分子闸和分子棘轮、分子马达等。这类分子机器的结构特点是由轴、转子和定子三部分组成,其运动特点是转子通过轴围绕定子进行双向或单向旋转。本文在介绍这类分子转子的同时,简单讨论了其设计理念和在溶液状态下所表现出的动力学行为,同时还展望了分子转子和分子马达的发展前景和面临的挑战。     

分子马达的三态周期跳跃模型

研究了在一维三态周期跳跃模型下分子马达的定向运动.对于给定的任意初始分布,得出了与时间有关的几率分布的解析表达式,包括到达稳态之前的所有的瞬态过程,由此可获得马达在各个时刻的漂移速度v、扩散系数D以及描述马达随机性质的随机参数r(randomness parameter ).同时还计算了马达到达稳态所需要的特征时间.并把计算结果同实验进行了比较.     

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。     

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.     

酶促反应分子马达的研究进展

传统观点认为酶促反应并不会影响酶本身的扩散运动.最近的研究表明,在酶促反应过程中,酶分子的扩散系数会增大,而且其增大强度具有底物依赖性,即随着底物浓度的增加而增大.酶促反应分子马达,是利用酶促反应过程中产生的能量驱动纳米或微米级物体的运动.尽管在几种不同的酶体系中的研究已经证实了酶在催化过程中的底物依赖性,但是造成酶扩散增强的原因至今仍不清楚.本文从酶促反应过程中酶自身扩散系数的变化、酶自身扩散系数变化的可能机理及其应用等3个方面,对酶在催化过程中的底物依赖性以及酶促分子马达的研究进展进行了综述.     

甘露糖修饰的微马达的制备及其免疫功能初探

为了开发集自驱动运动与免疫功能于一体的新型糖杂化材料,本工作设计并制备了一种甘露糖修饰的哑铃形微马达(Zincoxide/Polydopamine/Mannose微马达,简称ZnO/PDA/Man微马达),其不对称的哑铃结构会引起不均匀的离子分布,从而促使马达运动.该马达能量来源无生物毒性,能够在可见光的照射下,以纯水为燃料,实现离子型自扩散泳运动.通过调节可见光的强度和辐照方向,可实现马达运动速度和方向的精准调控.ZnO/PDA/Man微马达具有良好的生物相容性,且表面修饰生物活性的甘露糖苷可作为免疫激活剂使巨噬细胞极化.相比于传统免疫激活剂,ZnO/PDA/Man微马达有望在可见光照射下,实现肿瘤组织中的自由运动和深度渗透,在肿瘤免疫治疗领域具有潜在的应用价值.     

含BN旋转轴的光驱动分子马达的理论设计和机理研究

依据B=N键与C=C键的电子结构相似性,以Feringa型二苯乙烯型光驱动分子马达（CC-stilbene）为母体,设计了含极性旋转轴的模型马达BN-stilbene.CASPT2//CASSCF计算结果表明,优化所得的BN-stilbene分子的基态存在四个与CC-stilbene马达结构相似、相对能量一致的螺旋异构体;B=N极性共价双键对BN-stilbene的基态和激发态电子结构有显著影响.对BN-stilbene模型马达的工作机理研究表明,极性旋转轴的引入使得BN-stilbene中S₁/S₀-CI与激发态中间体构型更加相似且能量更低,同时可增加旋转的驱动力,起到改进分子马达光异构化过程的单向性的目的.     

顺反异构的转化与应用

作为立体化学的一部分，顺反异构反应是一类重要的有机反应。在其教学过程中，对顺反异构体间性质和结构变化的讲解，有助于学生理解顺反异构现象。从介绍偶氮苯分子、共轭多烯分子和芳香亚胺分子的顺反异构在如分子马达等领域的应用，增强学生学习该部分知识的兴趣，了解有机化学的发展。