纳米生物学与纳米酶学：新兴交叉科学

纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生并蓬勃发展的新兴科学技术,以多学科交叉融合为特色,为物理、化学、材料和生命科学等提供新的技术手段和研究视角.纳米材料的结构及表面物理化学性质直接决定了其与生物分子、细胞、组织、器官及个体的相互作用方式,并由此产生独特的生物效应——纳米生物效应.纳米生物学是从个体、细胞及分子水平深入研究纳米生物效应、阐明其精确机制的交叉科学,现已成为极具挑战性的热点前沿领域.中国科学家在纳米生物学领域已取得一系列令国际同行瞩目的重要进展,其中纳米酶(nanozyme)的开发及应用研究是极具代表性的原创发现之一.     

单分子纳米操纵及其生物学应用

本文以单分子纳米操纵为主题,介绍物理学与生物学交叉研究的重要领域之一——纳米生物学和纳米生物技术等新领域,着重讨论了单个DNA分子的纳米操纵以及它的可能应用。     

纳米生物学学科发展战略研究进展

正2017年1月,经中国科学院生命科学和医学学部常委会审议立项,由阎锡蕴院士牵头开展"纳米生物学学科发展战略研究". 2017年11月,该项目进一步提升为中国科学院学部和国家自然科学基金委员会联合资助的学科发展战略研究项目.本文总结了三年来纳米生物学学科战略的组织情况和研究进展.     

纳米生物催化的研究现状和发展态势

纳米生物催化领域包括:(ⅰ)利用纳米技术或纳米材料调控生物催化剂的效率;(ⅱ)直接利用纳米材料或技术实现生物催化功能,并拓展生物催化在非友好环境及疾病诊疗中的应用.纳米生物催化已成为纳米生物学重要的研究领域,主要涉及纳米载体固定化酶和纳米材料人工模拟酶(纳米酶).一方面,可以借助纳米技术或材料所具有的特殊纳米效应来增强生物催化剂的效率和稳定性.另一方面,从模拟酶的理念出发,借助纳米材料自身所具有的催化能力,直接实现对生化反应的催化,这类具有酶学特性的纳米酶被视为新一代人工模拟酶.近年来,基于纳米载体固定化酶和纳米酶技术的纳米生物催化已在疾病诊断和治疗、化工制药、环境处理等领域得到了广泛研究,并展示了其具有重要的应用价值.本文简要综述了纳米载体固定化酶和纳米酶的发展历程及应用进展.     

磁性纳米粒子作用于肝癌细胞的生物学效应的研究进展

磁性纳米粒子,是一类智能型的纳米材料,因其特有的性质,被广泛应用于生物医学领域,在肝癌的治疗方面也有大量的实验性研究和成果。研究和探索磁性纳米粒子治疗肝癌的新方法和途径,有着很大的现实意义。本文就磁性纳米粒子作用于肝癌细胞的生物学效应的研究现状和进展进行总结整理,从三个方面进行了综述:磁性纳米粒子直接作用于肝癌细胞,探索磁性纳米粒子的生物相容性、在肝癌细胞的分布方式以及磁性纳米粒子本身对肝癌细胞的生物学效应的影响;磁性纳米粒子协同外加磁场(稳恒磁场、极低频交变磁场和高频交变磁场)作用于肝癌细胞;磁性纳米粒子外加修饰(磁性白蛋白纳米颗粒、纳米磁流体、磁性脂质体等),作为药物载体作用于肝癌细胞。     

纳米诊疗研究进展

为了实现肿瘤的个体化精准医疗,"纳米诊疗"领域应运而生.本文介绍了纳米诊疗领域发展过程中重要进展的时间线,详细分析了该领域研究论文发表情况,包括论文发表数量、主要研究机构、主要支持基金以及重要杂志等,并进一步详细综述了纳米诊疗平台的构建策略和重要研究进展.纳米诊疗平台的构建策略是将靶向递送、诊断和治疗功能结合在同一个纳米载体上,这种纳米载体可以是聚合物纳米颗粒、脂质体纳米颗粒或是无机纳米颗粒,以实现多种成像模式联合诊断,多种治疗方法协同治疗,以及诊疗一体化等独特功能.纳米诊疗剂通向临床之路困难重重,但精准医疗是未来医学发展的大趋势,诊疗纳米颗粒的临床使用和研究必然具有巨大的发展潜力.     

纳米碳聚氨酯复合材料在心血管领域研究应用现状及展望

纳米碳聚氨酯复合材料是一种新型材料,具有特殊的纳米结构和优异的力学、电学和磁学性能,在生物医学领域显示出诱人的潜在应用价值和前景,吸引了越来越多的研究者的关注。本文简要介绍纳米碳聚氨酯复合材料的结构与性能,并对纳米碳聚氨酯复合材料在心血管领域的研究现状以及因其优越的生物学性能在心血管领域的发展趋势进行了综合评述。     

蛋白冠与纳米粒子的相互作用

近年来,尽管纳米粒子在生物医学领域的研究中取得了巨大的进展,但很少能进入临床试验阶段,其中,很大程度取决于人们缺乏对纳米粒子与生理环境之间相互作用的认知,对纳米粒子进入体内后的生物学特性了解有限。在生理环境下,蛋白质会吸附于纳米粒子表面,从而形成蛋白冠,这种纳米粒子-蛋白冠复合物的形成严重影响纳米粒子的生物学特性,限制了纳米粒子的临床应用,因此,蛋白质与纳米粒子之间的相互作用应该被深入研究。目前,对纳米粒子-蛋白冠复合物的研究属于一个相对较新的研究领域。概括了蛋白冠的研究现状,对蛋白冠与纳米粒子相互作用所产生的影响进行了重点阐述,也介绍了预防和减少蛋白冠形成的方法,为纳米粒子的进一步研发提供了思路。     

生物大分子自组装合成多维纳米生物结构与器件

生物体通过指导的自组装合成种类繁多、功能特异的天然纳米结构,它们在生命过程中扮演重要角色。按照自组装体的维度,可以分为线状(一维)、层状(二维)、笼状(三维)生物纳米结构。通过设计,这些生物大分子纳米结构可在细胞"工厂"中重组制备,且可通过合成生物学技术对其组装和功能化进行理性设计和调控,成为功能性纳米器件。这类纳米生物结构和器件已经在生物传感、催化、肿瘤热疗、药物递送、组织工程、生物电池等领域获得展示或应用。相关研究正在成为合成生物学和纳米生物学的一个交叉领域,受到关注。     

纳米金激光纳观热效应研究与进展

在不同功率激光照射下,纳米金与周围介质会经历不同的物理学效应,并产生宏观、微观和纳观三个层次的生物学效应及相应的应用。其中纳观效应的生物学应用和机理研究受到了关注并具有挑战性。本文针对纳米金激光纳观热效应的物理学机理研究及其相应模型进行综述,比较了各种模型和测量方法的利弊,对其生物学应用进行了论述,指出了其中的某些发展趋势,强调了纳米金激光纳观热效应研究的必要性和重要性。     

中国流感病毒结构生物学研究——40年回眸

自20世纪70年代以来,中国结构生物学研究日新月异,在多个生命科学领域取得了丰硕成果.近年来,在流感病毒研究领域,也做出了不少出色工作,包括流感病毒的跨种间传播机制和聚合酶复合物结构解析等.本文对国内外流感病毒蛋白的结构生物学进展做一简单总结,为大家提供一个视角,纵观我国病毒结构生物学的发展历程.     

磁性纳米材料的生物医学应用进展

以四氧化三铁为代表的医用磁性纳米材料具有独特的磁学性能、表面易功能化、良好的生物学相容性等特点,在纳米医学相关领域展现出巨大的应用前景,特别是近年来它作为可介导外场的智能材料,在材料设计和生物医学应用方面均取得了突破性的进展.鉴于此,本文围绕磁性氧化铁纳米材料的生物医学应用,着重介绍近年来其在磁共振影像探针、磁热和磁力效应的生物医学应用、诊疗一体化以及纳米酶催化等领域的研究进展,并对磁性纳米材料在生物医学领域未来的发展方向进行了展望.     

合成生物学领域专利竞争态势分析

合成生物学是生物学、工程学、化学和信息技术等相互交叉融合的一个新兴领域,在医学、药物、农业、材料、环境和能源等领域具有广阔的应用前景,甚至可能创造出自然界中没有的新生物,被视为生物科技领域的颠覆性技术。分析了合成生物学领域主要国家和地区的相关发展战略、资助项目和政策措施,总结了合成生物学领域专利技术的发展历程,揭示了该领域的专利研发主题分布情况,综合对比分析了该领域的主要国家和主要机构的专利产出情况,以期为我国合成生物学领域的科研工作者和管理决策者提供参考数据。     

三七总皂苷的药用生物学活性研究进展

三七总皂苷是中药三七的主要有效成分,对中枢神经系统、心血管系统、血液系统等具有抗炎、抗纤维化、抗衰老、抗肿瘤等方面的生物学活性,是现代中药、药理等领域的研究热点.近年来随着研究的不断深入,三七总皂苷的生物学活性被进一步发现,其用途也越来越广.本文就三七总皂苷在生物学方面的研究情况和用途进行综述,并对其前景予以讨论.     

趋磁细菌概述及应用进展

趋磁细菌是一类具有趋磁行为的革兰氏阴性茵的统称,其趋磁特性是由于菌体内含有磁小体。磁小体是由膜包被的纳米尺寸单磁畴颗粒,在菌体内多呈链状排列。自被发现以来,趋磁细菌及磁小体已逐步成为新的生物资源被广泛研究于材料学、医学、生物学、物理学、地质学等多个学科领域,并在仿生学、生态学、医学、地质学、工业处理、卫生检验等多个领域得到应用。主要介绍了趋磁细菌的生物特征、研究发展进程,以及近年来在多个学科领域的研究与应用。     

纳米酶在分析化学中的应用研究:从体外检测到活体分析（英文）

纳米酶是指具有类酶催化活性的纳米材料.近年来,纳米酶研究引起了人们的极大兴趣.纳米酶已被广泛应用于诸如生物传感、生物成像、疾病治疗和环境保护等众多领域.在本综述中,我们将着重讨论纳米酶在分析化学领域的研究进展.首先将讨论纳米酶在体外检测的应用,将包括生物活性小分子、核酸、蛋白质类生物标志物、细胞等的检测.其后将讨论纳米酶在活体分析的应用,将包括监测活脑、肿瘤组织等的生物活性小分子、药物的药效、药物与纳米酶的代谢等.最后,我们将讨论纳米酶应用于分析化学时面临的挑战和未来研究前景.     

基于AFM的细胞表面超微形貌成像与机械特性测量研究进展

原子力显微镜(AFM)以其独特的优势(纳米级空间分辨率、皮牛级力灵敏度、免标记、可在溶液下工作)成为细胞生物学的重要研究手段.AFM不仅可以对活细胞表面超微形貌进行可视化表征,同时还可通过压痕技术对细胞机械特性(如杨氏模量)进行定量测量,为原位探索纳米尺度下单个活细胞动态生理活动及力学行为提供了可行性.过去的数十年中,研究人员利用AFM在细胞超微形貌成像和机械特性测量方面开展了广泛的应用研究,展示了有关细胞生理活动的大量新认识,为生命医药学领域相关问题的解决提供了新的思路;同时AFM自身的性能也在不断得到改进和提升,进一步促进了其在生命科学领域的应用.本文结合作者在应用AFM观测纳米尺度下癌症靶向药物作用效能方面的研究工作,介绍了AFM成像与细胞机械特性测量的原理,总结了近年来AFM用于细胞表面超微形貌成像与机械特性测量所取得的进展,讨论了AFM表征与检测细胞生理特性存在的问题,并对其未来发展方向进行了展望.     

纳米酶:疾病治疗新选择

纳米酶是一类具有类酶活性的纳米材料,自2007年中国科学家首次发现Fe_3O_4纳米颗粒具有内在类过氧化物酶活性后,纳米酶研究领域逐渐发展起来.截至目前,已有540种不同组成、结构的纳米材料被发现具有类酶活性.相比天然酶,纳米酶结构更加稳定,制备和保存工艺更加经济,功能更加多样化,并且具有可调节的催化活性.它们已被广泛应用于分子检测、疾病诊断、环境治理等领域.除此之外,近年来纳米酶被发现对生物体中的活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)具有调节作用,随之纳米酶在活性氧相关疾病治疗中的研究也逐渐深入.本文主要就纳米酶在疾病治疗中的最新研究进展进行了综述,并对本领域的未来发展方向进行了讨论和展望.     

如何检索国外植物生物学相关网站

植物生长与发育、植物细胞信号和基因调控、植物基因组研究等三个领域是当前植物生物学研究的热点。我们介绍了与这三个领域有关的国外主要网站,以期对植物生物学研究者有所帮助。     

纳米生物仿生技术研究进展

纳米生物仿生学是一门新兴的交叉学科,它集仿生、纳米技术、生物技术及新材料科学于一身,是仿生学研究的一个重要分支,是材料领域一个重要的、前瞻性的研究方向.本文重点综述了国内外纳米生物仿生技术领域最新研究进展,着重介绍了纳米生物仿生技术在仿生矿化、仿生DNA纳米机器、仿生智能纳米通道、仿免疫细胞生物黏附、仿生人造血管和仿生人造器官芯片等方面的应用,并详细阐述了这些材料的结构特点,最后对纳米生物仿生技术的未来发展方向进行了展望.