原子力显微镜对纳米生物结构的观察和操纵

原子力显微镜不仅能对纳米生物结构进行观察,而且也能对其进行操纵。对纳米生物结构的观察已深入到生物大分子结构水平。原子力显微镜对生物大分子的操纵包括从染色质中提取DNA用于基因分析、对膜蛋白的结构进行观察、对蛋白构象进行可控操纵等。这些纳米技术的应用将揭示生物系统更多的结构和功能信息。     

几种生物大分子分形性质的光散射研究

几种生物大分子分形性质的光散射研究张渭滨庄荣伟林丽莎（华侨大学应用物理系．泉州．３６２０１１）关键词静态与动态光散射生物大分子分形性质ＴｈｅＬｉｇｈｔＳｃａｔｅｒｉｎｇＳｔｕｄｉｅｓｏｆＦｒａｃｔａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｅｖｅｒａｌＢｉｏｍａｃ...     

AFM单分子力谱技术及其在活体细胞和菌体表面生物大分子研究中的最新进展

生命活动过程与生物分子内或生物分子间机械力的作用密不可分.原子力显微镜具有极高的力学分辨率,可以在近生理条件下对生物样品进行力学测量,是研究生物体系力学相互作用的理想工具.基于原子力显微镜的单分子力谱(AFM-SMFS)技术可以在单分子、单细胞水平测量生物分子内或生物分子间的相互作用.本文首先扼要介绍了AFM-SMFS技术,包括AFM-SMFS的基本原理、力谱测量及分析方法(蠕虫链模型、自由连接链模型和自由旋转链模型)以及探针的化学修饰方法(硅/氮化硅探针和镀金探针的修饰);重点介绍了利用AFM-SMFS技术对活体细胞表面蛋白(转化生长因子β1、CD20、热休克蛋白以及蛋白酪氨酸激酶)和糖类分子(葡萄糖和甘露糖)的近期研究进展;随后介绍了利用AFM-SMFS技术对活菌体表面蛋白(肝素结合血凝黏附素和Als5p黏附蛋白)和糖类分子(半乳糖、甘露糖、B族碳水化合物、荚膜多糖、α-甘露聚糖、β-甘露聚糖、β-葡聚糖以及几丁质)的近期研究进展;最后对AFM-SMFS技术的缺点和发展前景进行了总结和展望.     

人类免疫缺损病毒(HIV)的空间结构及金丝桃蒽酮素诱导的HIV光敏损伤的Raman光谱研究

获得了人血清中的HIV1—HIV2及金丝桃蒽酮素诱导的该病毒光敏损伤的Raman光谱. 其中突出的谱线指定为病毒糖蛋白的碳水化合物, RNA, 蛋白质和类脂. HIV1—HIV2的Raman光谱受控于组分碳水化合物的Raman散射. 它的碳水化合物中D-甘露糖和N-乙酰基葡萄糖的谱线非常明显, 并且D-甘露糖的异头Cl位存在着β构型, 结合的病毒RNA双螺旋呈A型构象. 病毒RNA的骨架磷酸基团、核糖和碱基(包括碱基之间氢键)的谱线完整、清晰, 病毒蛋白质的二级结构有α-螺旋、β-折叠、β-回折和无规卷曲, 它的侧链丰富、多彩, 有色氨酸、苯丙氨酸和“埋藏的”酪氨酸, 有稳定的具有扭曲-扭曲-扭曲构象的二硫键和具有扭曲、反式二种构象的碳硫键, 还有巯基、离子化和非离子化的羧基等. 病毒的脂双层分子可能处于有序的液晶相或凝胶相. 金丝桃蒽酮素诱导人类免疫缺损病毒(HIV1—HIV2)的光敏损伤, 使该病毒的各个组分发生了不同程度的变化, 有序的A型RNA变为无序, 它的垂直的碱基-碱基相互作用被破坏, 并有碱基之间氢键的断裂. 此外, 核糖和4个碱基的一些基团有明显的损伤. 与此同时, 病毒蛋白质的有序结构(α-螺旋和β-折叠)减少, 无规卷曲增加, 反式C—S键有较强的损伤. 埋藏在蛋白质三维结构中的酪氨酸虽然有损伤, 但仍是“埋藏的”. 属于病毒包膜糖蛋白的碳水化合物, 包括D-甘露糖和N-乙酰基葡萄糖的一些基团有一些变化. 病毒类脂中亲水的胆碱C—N基团也有损伤, 它可能是金丝桃蒽酮素与类脂的结合地点, 然而该脂双层可能仍处于有序的液晶相或凝胶相. 因此, 在本实验条件下, 人类免疫缺损病毒HIV1—HIV2的空间结构有一些损伤, 这些损伤可能会阻断病毒的传染, 遏制它的发育和繁殖. 激光Raman光谱从分子水平提供了HIV1—HIV2的空间结构光敏损伤的某些直接的证据.     

光生物调节作用的细胞康复机理

光生物调节作用(photobiomodulation,PBM)是激光或单色光(laser irradiation or monochromatic light,LI)对生物系统的非损伤调节作用,包括低强度LI(low intensity LI,LIL)的PBM(uL PBM,LPBM)和中等强度LI(moderate intensity LI,MIL)的PBM(MIL PBM,MPBM).功能内稳态(function-specific homeostasis,FSH)是生物系统维持某种功能稳定发挥的负反馈状态.从FSH的角度可以将PBM分为内稳态PBM(FSH PBM,fPBM)和发展PBM(developmental PBM,dPBM).fPBM只能调节生物系统的功能,但对处于FSH的生物系统无效.dPBM可以打破FSH.LPBM属于fPBM.MPBM由内源性光敏剂所产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)介导,ROS低者属于fPBM,ROS高者属于dPBM.低水平u治疗(low level LI therapy,LLLT)是fPBM的临床应用.只要LI的参数选择合理,LLLT可以实现细胞康复作用.     

细胞穿膜肽介导生物大分子入胞机制研究进展

生物大分子药物与传统治疗方式相比作用靶点具有高度的专一性,成为21世纪药物研发中最具发展前景的领域之一,但由于细胞膜的天然屏障作用致使许多潜在的胞内药物靶标无法应用于新药研究。细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides,CPP)是一类具有穿膜功能的小分子短肽,可高效携带核酸、蛋白质等生物大分子穿过细胞膜进入胞质发挥功能,在介导生物大分子药物入胞上有着高效、低毒等诸多优势,但仍存在效率低、靶向性差等问题。CPP携带货物分子入胞的方式可以根据是否依赖能量分为直接入胞和内吞。直接入胞依据孔隙形成的方式不同分为四种模型:桶板模型、超环面模型、地毯模型和反向胶团模型。内吞则根据受体的不同又分为巨胞饮、网格蛋白介导的内吞、小窝蛋白介导的内吞、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖介导的内吞以及神经毡蛋白-1介导的内吞。CPP自身的类型、浓度、效应分子的物理化学性质以及分子大小都会影响CPP的入胞过程,进而决定CPP携带生物大分子入胞的途径。对CPP介导生物大分子的入胞机制进行综述,为研究更加高效、靶向性强的CPP提供依据,从而推动其在生物、医学领域的应用。     

基于生物阻抗谱的生物细胞活性免标记检测方法

目的 基于生物阻抗谱（bioelectrical impedance spectroscopy,BIS）技术,提出一种免标记的生物细胞活性实时检测方法。该方法依据不同浓度、生理、病理状态下细胞组织的电学特性差异来判断细胞是否具有活性,以协助医师在临床手术中快速精准定位患者烫伤组织并实现有效切除。方法 使用具有活性的斑马鱼胚胎干细胞来模拟人体烫伤组织,采用生物阻抗谱技术来鉴别细胞组织的生理状态。结果 在不同状态下,细胞的阻抗幅值变化有显著的差异,可以从中发现同等浓度下活性细胞的阻抗幅值比死亡细胞平均高出17.25%,活性细胞发生弛豫频率的时间也比死亡细胞早25%。结论 实验数据表明,生物阻抗谱法能有效区分胚胎干细胞的两类生理状态;从聚类区域中可以看出,BIS检测法具有明显的细胞活性及浓度区分能力,理论上能够快速地协助医师完成对患者烫伤组织检测。     

DNA浓度与其Raman光谱强度间的线性相关的分析

Ｒａｍａｎ光谱法业已广泛应用于生物医学,生物化学和分子生物学等很多领域,尤其是近年来傅立叶转换Ｒａｍａｎ光谱技术（ＦＴ—Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）的兴起,引起人们极大兴趣。本文介绍Ｒａｍａｎ光谱技术应用的一个新领域一对溶液中ＤＮＡ浓度的测定。溶液中ＤＮＡ浓度的测定,是生物化学和生物医学上经常遇到的问题,通常采用紫外分光光度法。当要分析ＤＮＡ构型变化时,最常用的方法是Ｘ线晶体衍射,核磁共振和Ｒａｍａｎ光谱法。为了进一步研究ＤＮＡ构型变化与浓度变化之间的关系,进行了ＤＮＡ的Ｒａｍａｎ光谱强度与浓度间的线性相关研究。以ＨＰＫ１Ａ细胞ＤＮＡ的８１０ｃｍ－１Ｒａｍａｎ光谱峰作为线性相关分析的内标,实验结果表明该ＤＮＡ的Ｒａ－ｍａｎ光谱强度与浓度间存在着良好的线性相关（Ｒ＝０．９９３）。其检出限为０．１０μｇ／μｌ,标准差（ＳＤ）为０．００３（ｎ＝１１）,相对标准差（ＲＳＤ）为２．７３％。应用ＦＴ—Ｒａｍａｎ光谱术测定溶液中ＤＮＡ浓度,方法简单,样品不需特殊处理,灵敏和准确。本文详细讨论了该法的操作步骤和注意事项。     

突触细胞黏附分子在应激中作用的研究进展

突触细胞黏附分子是一类介导突触前、后膜结构和功能互作的膜表面糖蛋白,可以动态调节突触活动和可塑性,其表达与功能受到环境因素调控。突触细胞黏附分子亦是应激反应重要的效应分子之一,可介导应激对认知和情绪的不良影响。本文综述近年来突触细胞黏附分子在应激中作用的研究进展,旨在为应激相关障碍的分子机制研究和药物研发提供思路。     

离体马尾松胚萌发过程中IAA及其氧化酶和生物大分子合成的变化

离体马尾松（Pinus massoniana Lamb.)胚萌发过程中,过氧化物酶活性逐步增强,10h和40h出现两个剧增期,IAA氧化酶活性逐渐降低、10h和40h出现两个剧降期,IAA含量则一直维持上升趋势,同位素前体标记检测表明,蛋白质合成速率在5h明显提高,15h速率加快,30-40h出现一个平缓阶段,40h后剧增;RNA合成速率,在15h以前处于低水平,15h开始加快,25-30h出现一个平缓阶段,30h后速度提高;DNA合成速率在40h才明显加快。     

基于AFM单细胞力谱技术的淋巴瘤细胞黏附力测量

细胞黏附在细胞生理功能中起着重要的调控作用,对细胞黏附行为进行定量研究有助于理解生命活动内在机制.原子力显微镜（AFM）的出现为研究溶液环境下微纳尺度生物系统的生物物理特性提供了强大工具,特别是AFM单细胞力谱（SCFS）技术可以对单细胞黏附力进行测量.但目前利用SCFS技术进行的研究主要集中在贴壁细胞,对于动物悬浮细胞黏附行为进行的研究还较为缺乏.本文利用AFM单细胞力谱技术（SCFS）对淋巴瘤细胞黏附行为进行了定量测量.研究了淋巴瘤细胞与其单克隆抗体药物利妥昔（利妥昔单抗与淋巴瘤细胞表面的CD20结合后激活免疫攻击）之间的黏附力,分析了利妥昔浓度及SCFS测量参数对黏附力的影响,并对淋巴瘤细胞之间的黏附力进行了测量.实验结果证明了SCFS技术探测动物悬浮细胞黏附行为的能力,加深了对淋巴瘤细胞黏附作用的认识,为单细胞尺度下生物力学探测提供了新的可能.     

基于受激发射损耗显微术的活细胞和活体超分辨成像

细胞作为生命体基本的结构和功能单元，在生物、医学等领域有着非常重要的研究意义。随着现代科学和技术的发展，科学家们借助电镜对细胞以及细胞器的空间结构已经有非常清晰的认识，但是对它们的功能以及细胞之间的相互作用却了解得非常少，而这恰恰又是疾病治疗和药物开发亟需了解的信息，因此对离体活细胞（简称活细胞）和活体生物组织细胞（简称活体细胞）中亚细胞器的研究变得非常重要。然而细胞中许多细胞器的结构在纳米量级，传统的光学成像技术由于受到光学衍射极限的限制是无法观察到纳米量级的生物结构，因此光学超分辨成像技术是目前研究亚细胞器结构和功能的有效工具。在所有光学超分辨显微技术中，受激发射损耗显微术（stimulated emission depletionmicroscopy,STED）由于具有实时成像、三维超分辨和断层成像的能力，非常适合用于纳米尺度的活细胞和活体细胞成像研究，而且STED超分辨成像技术经过近几十年的发展，已经广泛用于活细胞甚至活体小鼠细胞的超分辨动态观测。本文总结了近年来活细胞和活体小鼠神经元细胞等领域STED超分辨成像的研究进展，介绍了用于活细胞和活体细胞STED超分辨成像的荧光染料...     

绍兴麻鸭胰腺D细胞年龄变化的显微图像分析

用免疫组织化学ＡＢＣ法,研究不同生长期中,绍兴麻鸭胰腺脾叶内Ｄ细胞的形态分布;用显微图像分析系统测定Ｄ细胞的积分光密度值,并求各时期Ｄ细胞的平均总积分光密度值,再作统计学分析。结果表明：Ｄ细胞多呈三角或多面形,具多种形态的胞质突起。常成群散在分布于胰岛内,少数零散位于胰腺中。Ｄ细胞积分光密度值的年龄变化是７—４２日龄为生长发育峰期,以后呈缓慢下降趋势,其中７－１４日龄为增长高峰期（呈现极显著差异）。本文显示了胰腺Ｄ细胞在生长发育期的变化规律,并讨论了该变化规律与绍兴麻鸭胃腺Ｄ细胞及胰岛Ｂ细胞变化规律间的关系。为胃肠胰内分泌系统的发育提供动态变化的基础资料。     

实时监测溶酶体光损伤诱导细胞凋亡过程中Bax定位的时空变化

光敏剂N-aspartyl chlorin e6 (NPe6)能特异性定位于溶酶体,溶酶体光损伤光能触发线粒体凋亡通路从而诱导细胞凋亡.Bax是Bcl-2家族一员,是调控细胞凋亡的关键因子之一.静息态下,Bax定位于细胞质中;而在细胞凋亡过程中,Bax会从细胞质转位到线粒体,损伤线粒体,从而启动细胞凋亡.在本研究中,我们在活细胞内实时监控溶酶体光损伤诱导细胞凋亡过程中Bax亚细胞定位的动态变化.结果表明,溶酶体光损伤后约170 min,Bax开始转位到线粒体,在30 min之内便大量聚集在线粒体上.该研究结果实时动态地展示了细胞凋亡过程中Bax的时空变化过程.     

通过研究改性壳聚糖与细胞的相互作用评价其生物相容性

利用细胞生物学的方法, 研究了四种不同的细胞在经过改性的壳聚糖（ＣＨＩＴＯＳＡＮ） 膜上的生长,测定了细胞相对黏附力、细胞初始黏附率, 并利用ＦＤＡ 实验测定了细胞活力,从而从多个方面评价了这几种不同材料的生物相容性。实验结果表明,与明胶交联的壳聚糖膜明显比其它两种膜有利于细胞的黏附和生长,为进一步对材料进行筛选奠定了基础。     

光生物反应器中螺旋藻培养条件的优化

利用正交实验对搅拌式光生物反应器中钝顶螺旋藻(Spirulina platensis Geitl)的培养条件即搅拌速度、通气量和光照强度进行优化.实验结果表明:当培养温度为30℃时,通过正交实验所获得的最佳培养条件为搅拌转速120 r·min-1,通气量80 L·h-1,光照强度5000lx.在最佳培养条件下,收获时螺旋藻的干重为1.922 g·L-1.根据回归模型得到相应的优化条件为:光照强度5000lx,通气量150L·h-1,搅拌转速111.70r·min-1,收获量(干重)的预测值为2.293 g·L-1.另外,10%的接种量有利于螺旋藻的生长.     

光照对光生物反应器中微藻高密度光自养培养的影响

光生物反应器是实现微藻高密度培养的重要装置,其设计的关键技术之一是选择合适的光照方式。根据国内外近十年来的相关研究成果,重点介绍了入射光性质(光源、光强、光质和光暗循环)和光能分布对微藻生长的影响,评述了用于微藻高密度培养的光照技术,展望了进一步的研究方向,为高效光生物反应器的设计和优化提供参考。     

冠心病病人血清脂联素与可溶性细胞间黏附分子-1的变化及意义

目的：探讨冠状动脉粥样硬化性心脏病（CHD）病人血清中脂联素与可溶性细胞间黏附分子-1（sICAM-1）水平的变化及临床意义。方法：选择冠心病病人59例,其中急性冠脉综合征（ACS）31例,稳定性心绞痛（SAP）28例,采用ELISA法检测病人血清脂联素、sICAM-1的浓度并与20例健康对照比较。结果：ACS组病人血清脂联素的浓度显著低于SAP组和对照组（P〈0．05）．sICAM-1浓度显著高于SAP组和对照组（P〈0．05）,血清脂联素的浓度与sICAM-1水平呈负相关（r=-0．295,P〈0．05）。结论：血清脂联素与sICAM-1水平的变化与冠脉病变的稳定性有关,检测血清中脂联素与slCAM-1对于冠心病的辅助诊断、病情判断、及预防治疗有重要临床意义。     

光生物反应器脱除空气中CO2的模型研究

微藻光生物反应器具有脱除空气中CO_2能力。从光生物反应器构型、进气流速、混合传质,及微藻光合/呼吸速率等方面,探讨气升式光生物反应器脱除空气中CO_2效果,提出了时间离散化和集中参数法两种分析方法。运用集中参数法建立了气升式柱型光生物反应器脱除CO_2的数学模型,模拟了藻液中溶氧浓度(DO)、pH随时间的变化情况,及进气CO_2浓度影响,预测并验证了光照条件下出气CO_2、O_2浓度的变化趋势。模拟结果和实验数据基本吻合,所提出的模型对光生物反应器的优化设计、微藻的高密度培养,及CO_2去除能力预测具有参考意义。     

平板式光生物反应器中紫球藻培养条件的优化

研究了平板式光生物反应器中紫球藻(Porphyridium cruentumNaegeli)的培养条件,运用均匀设计法对光照强度、通气速率、装液量、接种密度以及pH等影响紫球藻生长的因素进行优化,获得了在平板式光生物反应器中培养紫球藻的最佳条件:光照强度10 000 lx、通气速率350 L.h-1、装液量6 L、藻细胞接种密度1.1×106mL-1、pH9.0。在最佳条件下藻体的生物量产率和生物量产量分别达到0.431 g.L-1.d-1和3.240 g.L-1,最大生长速率达0.652 g.L-1.d-1,胞外多糖含量高达0.665 g.L-1。另外,在培养过程中隔天补充培养液有利于紫球藻生物量的增加和胞外多糖的产生。