纳米科技在生命科学领域的应用

新兴的纳米是技术是当今高科技的主导技术之一,主要介绍纳米科技在生命科学领域中的应用现状及发展趋势。     

纳米羟基磷灰石/胶原复合材料制备方法研究

研究了在脱钙骨基质内原位沉积纳米羟基磷灰石的电化学方法,探讨了影响沉积的实验因素和条件.并利用红外光谱和X衍射表征无机相的组成,透射电子显微镜观测晶体的形态和尺寸,光学显微镜观察无机相分布,灰化法测定无机成分含量.结果表明,电化学方法可以制备出纳米羟基磷灰石/胶原复合材料,其无机成分为53 9±3.2%,并且无机相的组成、分布、性质与自然骨非常一致,是纳米复合材料.     

创新纳米药物在生物医学领域的现状与展望

随着纳米技术的发展及其在生物医学等交叉领域的不断深入,纳米医学进入了空前繁盛的时代.基于有机、无机以及杂化纳米颗粒的多样化发展,具有独特物理化学性质的纳米制剂在疾病的诊断、治疗、生物成像等多个方面具有广泛的应用.纳米药物的发展也已迈入了新的阶段.通过材料创新、表面修饰、结构设计、新型仿生材料研制、内源性纳米囊泡提取等多...     

医学生物信息学在心血管研究领域的应用--数据与知识

随着生物技术的进步,特别是以基因组、蛋白质组为标志的导致高通量实验数据产生的工作的开展,大量的实验数据在各个领域堆积拥塞,与领域内的知识的累计出现了极为不平衡的发展,因此,对这些数据的处理成为了学科发展的迫切需求。为了避免这些数据成为垃圾,数据库、统计学、信号处理、数据挖掘、知识管理、人工智能等多种技术被运用到医学生物学领域,使得医学生物信息学不再是医学、生物学和信息学、计算机科学的单纯交叉,而独立成为一门专业的学科,重点也由原来单纯的研究计算机信息技术在医学生物信息学中的延展和运用,转变到研究、发现、开发、创新适合医学生物学自身特点的新思想和新方法上来。本文对近年来心血管领域内医学生物信息发展和运用的情况进行了回顾和分析,并对该领域可能的发展方向做出判断。     

纳米佐剂在医学研究领域的应用进展

佐剂应用于临床已有90多年的历史,它的研究和应用取得了巨大的进展。自从20世纪80年代纳米技术首次应用于疫苗佐剂以来,纳米技术在医学上的应用受到越来越多的重视,新的纳米佐剂不断面世,在疫苗等研究领域发挥了重要作用。本文就目前正在研究使用的无机纳米佐剂和有机纳米佐剂作一简要综述。     

碳包铁纳米粒子作为磁性靶向药物载体的物理性能研究

一种全新的磁靶向纳米药物载体——用直流碳弧法制备的碳包铁纳米粒子,它具有独特的纳米结构,在石墨碳层中完全包裹进铁纳米颗粒,实现在纳米碳包围中的纳米磁性粒子分散状态,其中的纳米碳具有大的比表面积和较高的化疗药物吸附量,达到每毫克吸附160μg的表阿霉素。铁纳米粒子磁场强,靶向效果好,有较佳的磁靶向发热效应,在动物病灶局部放置0.1g碳包铁纳米粒子将能使发热温度平均升到52℃;而将碳包铁纳米粒子均匀与猪肝混合也有明显的产热效果:含量0.4%碳包铁纳米粒子的一组猪肝能将温度升到42℃,而含量0.6%碳包铁纳米粒子的一组猪肝能将温度升到48℃。X射线衍射表明借助于碳的包裹,碳包铁纳米粒子有好的抗氧化性和稳定性。碳包铁纳米粒子有可能作为一种全新的磁性靶向药物载体用于癌症治疗。     

施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响

为明确纳米碳在提高烤烟氮素吸收利用方面的效果,在盆栽条件下,研究了纳米碳不同用量对烤烟根系生长发育、干物质积累和氮素吸收利用的影响。结果表明,在常规肥料中添加纳米碳能够促进烤烟根系生长发育,明显提高烟株根系活力和单株根系生物量,增加植株干物质积累量。施用纳米碳增加了烤烟植株成熟期各器官氮素含量和积累量,而未明显影响氮素在植株不同器官的分配。施用纳米碳不仅增加了植株对肥料氮的吸收量,还增加了对土壤氮的吸收量,这与其促进烤烟根系生长发育、提高根系吸收能力有密切关系。纳米碳无论做基肥还是做追肥,均显著提高了氮肥利用率,提高幅度分别达到14.44%和9.62%,有效降低了氮素土壤残留和损失。     

荧光碳点在生物医学领域中的应用研究进展

荧光碳点(fluorescent carbon dots,FCDs)是一种利用含碳化合物合成的新型荧光纳米材料。这种FCDs相比传统荧光材料如有机染料和半导体量子点,不仅成本低廉、易于合成和功能化,而且还具有更优秀的光学特性(如无光闪烁性),优秀的生物相容性、化学惰性以及细胞低毒性等特点。目前FCDs已经掀起了继富勒烯(C60)、碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)之后又一次碳纳米材料的研究浪潮,吸引了愈来愈多的来自物理、化学、材料及生物医药学等不同领域的科学家们。本文综述了最近FCDs在生物医学领域中的应用研究进展。     

碳同位素示踪技术及其在陆地生态系统碳循环研究中的应用与展望

碳同位素示踪技术具有高度的专一性和灵敏度, 经过几十年的发展, 形成了一系列成熟的标记方法, 在陆地生态系统碳循环过程的研究中已得到广泛应用。目前, 自然丰度法、与¹³C贫化示踪技术结合的自由空气中气体浓度增加(FACE)实验、脉冲与连续标记法以及碳同位素高丰度底物富集标记法是研究陆地生态系统碳循环过程常用的碳同位素示踪方法; 通过将长期定位实验和室内模拟实验结合, 量化光合碳在植物-土壤系统的传输与分配特征, 明确植物光合碳对土壤有机质的来源、稳定化过程的影响及其微生物驱动机制; 阐明土壤碳动态变化(迁移与转化)和新碳与老碳对土壤碳库储量的相对贡献, 评估有机碳输入、转化与稳定的生物与非生物微观界面过程机制。然而, 生态系统碳循环受气候、植被、人为活动等多因素影响, 碳同位素技术需要结合质谱、光谱技术实现原位示踪, 结合分子生物学技术阐明其微生物驱动机制, 从而构建灵敏、准确、多尺度、多方位的同位素示踪技术体系。因此, 该文以稳定碳同位素为主, 综述了碳同位素示踪技术的原理、分析方法和在陆地生态系统碳循环过程中的应用进展, 归纳总结了碳同位素示踪技术结合原位检测技术和分子生物学技术的研究进展和应用前景, 并对碳同位素示踪技术存在的问题进行了分析和展望。     

东亚地区碳循环研究新进展

近百年来,温室效应的日益加剧,引发了全球温暖化、海平面上升等一系列重大环境问题,碳循环研究因此而受到全球范围的普遍关注和重视.东亚地区因其独特的气候特征,多样化的物种和生态系统,以及活跃的人类活动而成为世界碳循环研究中不可或缺的一部分.在中、日、韩三国联合启动东亚碳循环前沿研究计划(A3 Foresight Program)三周年之际,《中国科学生命科学》(Science China Life Sciences)2010年第7期发表了东亚地区碳循环研究专题,包括14篇述评和研究论文,从区域碳储量及其变化特征,不同地带森林生态系统的碳源汇变化,草地和农田生态系统的碳储量和碳循环研究中的新方法等多个方面系统展示了东亚地区碳循环研究的最新进展.     

中国盐沼湿地蓝碳碳汇研究进展

滨海蓝碳主要指被红树林、盐沼湿地、海草床等蓝碳生态系统所固定的碳,这部分碳对于减缓气候变暖意义重大。其中盐沼湿地作为我国面积最大、分布广泛的滨海湿地,受到人类活动的扰动较多,其碳汇估算的数据缺乏系统性与完整性。通过收集我国的盐沼湿地相关研究与数据,本文对我国盐沼湿地的分布现状及其碳储量、碳埋藏、碳来源、温室气体通量进行了总结,其中我国盐沼湿地的分布面积为(1.27~3.43)×10⁵hm²,总碳储量为(7.5±0.6) Tg,碳埋藏速率为7~955 g C/(m²·a),非CO₂温室气体通量分别为23.6~986 μg CH₄/(m²·h)和1.58~110 μg N₂O/(m²·h)。本文系统梳理了有关我国盐沼湿地碳汇功能的研究,指出我国盐沼湿地碳循环研究仍需加深对机制机理的解析和关键调控因子的探究,以期让盐沼湿地蓝碳为我国的碳达峰与碳中和战略做出更大贡献。     

tsRNA研究进展与展望

tRNA-derived small RNAs(tsRNA)是近年来发现的、存在于多种生物体内的一类非编码小RNA,来源于成熟tRNA或tRNA前体,其表达和修饰具有组织和细胞特异性. tsRNA参与应激反应、蛋白质翻译调控、核糖体生物合成、肿瘤发生、细胞增殖与凋亡、表观遗传信息的跨代传递等多种生理和病理过程. 本文主要对tsRNA的生成及分类、已知的生物学功能及作用机理、tsRNA 及其修饰在疾病中的作用等进行了综述.     

CRISPR/Cas系统的研究进展及其在畜禽遗传改良中的应用前景

广泛存在于细菌和古细菌中的CRISPR/Cas系统是通过介导外源DNA降解来实现抵抗病毒和外源DNA入侵的一种适应性免疫保护机制,也是新近发展起来的基因组定点编辑技术。从基本结构、作用机制、分类、运用等方面详细地介绍了CRISPR/Cas系统,并分析了该技术在畜禽遗传改良中的运用前景。     

组织工程支架制备中超临界CO2技术的应用*

作为组织工程研究中三大要素之一,组织工程支架可为细胞的附着、迁移和增殖提供理想的环境。传统的组织工程支架制备方法,如粒子沥滤法、相分离法及静电纺丝法等在理论和技术上已较为成熟,但由于大多需要有机溶剂的参与,在制备过程中仍存在有机溶剂难以去除,以及支架孔洞难以控制、连通性较差等问题。超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SC-CO₂)密度近似液体,黏度和扩散系数近似气体,具有流动性强、溶解能力大、传热效率高等特殊的理化性质,与传统工艺相结合,可在绿色温和的反应体系中有效规避上述问题,在组织工程支架制备及药物负载方面具有广阔前景。     

合成生物学在化工新材料领域的应用及展望

材料是一切经济活动的基础,每一次社会变革都伴随着材料的更新迭代。化工材料多以石油为原料制得,但是这种工艺路线碳排放量大。合成生物学的发展得益于学科交叉和技术创新,是新一轮的材料革命推动者,用生物合成的方式,改变传统的石油化工生产工艺,为材料科学的发展注入了新的动力。围绕合成生物学在化工新材料中的应用,重点介绍了合成生物学在高分子材料领域的发展和产业化情况,以期探究未来新材料在碳中和背景下的发展路径。     

Influence of Silicon Nanoscale Building Blocks Size and Carbon Coating on the Performance of Micro‐Sized Si–C Composite Li‐Ion Anodes

Silicon has been intensively pursued as the most promising anode material for Li‐ion batteries due to its high theoretical capacity of 3579 mAh/g. Micro‐sized Si–C composites composed of nanoscale primary building blocks are attractive Si‐based anodes for practical application because they not only achieve excellent cycling stability, but also offer both gravimetric and volumetric capacity. However, the effects of key parameters in designing such materials on their electrochemical performance are unknown and how to optimize them thus remains to be explored. Herein, the influence of Si nanoscale building block size and carbon coating on the electrochemical performance of the micro‐sized Si–C composites is investigated. It is found that the critical Si building block size is 15 nm, which enables a high capacity without compromising the cycling stability, and that carbon coating at higher temperature improves the first cycle coulombic efficiency (CE) and the rate capability. Corresponding reasons underlying electrochemical performance are revealed by various characterizations. Combining both optimized Si building block size and carbon coating temperature, the resultant composite can sustain 600 cycles at 1.2 A/g with a fixed lithiation capacity of 1200 mAh/g, the best cycling performance with such a high capacity for micro‐sized Si‐based anodes.     

基于文献计量的土地利用变化与碳汇评估交叉研究进展

在"碳中和"的背景下,土地利用变化与碳汇评估的结合日趋紧密,受到了景观生态学、人文地理学等多个学科的关注,二者的交叉研究已成为当下研究热点。对土地利用变化和碳汇评估进行研究,对于实现碳中和、碳达峰具有重要意义。以2003-2023年Web of Science 的核心数据集3556篇英文文献和中国知网CNKI数据库363篇中文文献为研究对象,采用CiteSpace软件制作科学知识图谱,梳理了土地利用变化和碳汇评估交叉研究的概况、研究领域及方向和发展脉络及趋势。研究发现,近20年来土地利用变化和碳汇评估交叉研究的刊文量呈逐年增长趋势,根据关键词聚类情况可将文献主要分为三类议题:1)土地利用类型碳汇评估;2)生态系统服务碳汇评估;3)土壤和植被碳汇评估。其中,土地利用类型碳汇评估是土地利用变化和碳汇交叉研究的重点。研究热点从碳汇评估方法研究逐渐向气候变化及土地利用变化下的碳汇预测模拟转变。在研究方法上,遥感数据分析方法得到不断改进,同时人工智能和机器学习方法也逐渐开始为更多学者采用。在未来的研究中,应发挥学科交叉的优势,完善该领域的研究深度和广度,加强综合性的碳汇评估研究,强化对政策的响应并提出合理的国土空间规划建议,为早日实现碳达峰、碳中和目标提供科学依据和参考。     

微生物微纳米生物制造的前沿与展望

自然界中微生物种类极为丰富,尺寸涵盖了纳米级与微米级.微生物细胞培养成本低廉,生长繁殖迅速,具有丰富的遗传表现型,因此微生物是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然“基本单元”和“底盘细胞”.“基于微生物”的生物制造目的是利用微生物的特异结构和多样功能进行仿生和调控,操纵微生物进行加工组装,从而获得新材料、新器件.同时,建立深入研究微生物行为模式的新技术与新方法,为揭示传统方法所未涉及的基本科学问题提供新的平台.以下将分别从纳米和微米两个尺度以及利用微生物的结构或功能两个角度来概述基于微生物的微纳米生物制造的前沿进展.     

纳米疫苗在肿瘤免疫疗法中的应用

近年来肿瘤免疫疗法成为癌症治疗领域的热点,其中结合肿瘤疫苗和纳米技术的纳米疫苗为肿瘤免疫疗法提供了新思路.纳米疫苗可以实现疫苗和佐剂的共载,且智能化的纳米载体进一步实现了抗原有效的靶向递送,促进了抗原的摄取和递呈,激活抗原特异性免疫应答,有效杀伤肿瘤细胞.本文就纳米疫苗的原理、优势、纳米材料的类型、临床疗效进行综述,为后期纳米疫苗的设计提供更可靠的参考依据.