用于骨组织再生的电活性高分子材料研究进展

天然骨组织具有压电特性,重建缺损部位的局部电微环境是刺激骨再生的有效策略。电活性高分子材料能够仿生骨组织压电特性,修复缺损处生理学电微环境,进而促进骨组织再生修复。本文分类介绍了几种类型的电活性高分子材料,包括导电高分子、压电高分子和驻极体高分子材料,概述了其在骨组织修复领域的研究进展,并分析了不同材料的优势与挑战。

不同结构分子筛对正己烷催化裂解反应性能的影响

对不同结构分子筛IM-5,Al-ITQ-13,USY和ZSM-23的物相、孔结构、晶粒形貌及酸性质进行了对比分析,并在固定床微反装置上对上述4种分子筛催化正己烷裂解反应性能进行了评价。结果表明:4种分子筛均为纯相,具有较高的结晶度,USY具有最大的比表面积、孔体积和酸量,ZSM-23的比表面积和孔体积最小,Al-ITQ-13的酸量最低;USY和IM-5的正己烷转化率较高,说明酸性质与反应活性直接相关,Al-ITQ-13的低碳烯烃总收率和选择性最高,说明低碳烯烃选择性与酸量和孔结构密切相关;具有适宜酸量、较小孔径的Al-ITQ-13在正己烷催化裂解反应中表现出增产低碳烯烃的优异催化性能。

高分子材料在化学工业中的应用——评《高分子化学》(第三版)

科技的发展推动化工行业生产更加迅速,化学工业生产需要用到高分子材料,如天然橡胶、棉花,以及人工合成的塑料、橡胶等,这些材料的相对分子质量较高,性能十分稳定,能够为人类工业文明进步提供助力。本文参考由卢江、梁晖编著,化学工业出版社出版的《高分子化学》(第三版)一书,全书系统讲述了高分子化合物的聚合反应,详细描述了其反应机理与不同聚合反应的实施方法、反应条件及高分子产物,为现代化学工业生产提供了指导,辅助化工行业开发更多的高分子化学材料。

甲型H1N1流感病毒感染小鼠肺共信号分子变化研究

背景甲型流感病毒传染性强,重症感染病死率高。共信号分子是参与免疫应答的重要分子。探究甲型流感病毒感染后肺病毒载量与共信号分子的变化特点及相关性可为病毒感染后的治疗提供参考依据。目的探究甲型流感病毒A/Puerto Rico/8/34(H1N1)(PR8株)感染小鼠肺病毒载量和共信号分子的变化特点及相关性。方法72只7周龄BALB/c小鼠随机分为高剂量病毒组(108 TCID50/mL,50μL/只,32只)、低剂量病毒组(104 TCID50/mL,50μL/只,32只)和对照组(PBS,50μL/只,8只),三组分别于感染后24 h、48 h、72 h和96 h每个时间点每组各处死8只、8只、2只小鼠;解剖取左肺行HE染色,实时定量逆转录PCR(qRT-PCR)检测肺病毒载量以及共信号分子CD28、CD226、ICOS、CTLA-4、TIGIT、PD-1 mRNA相对表达量。将高、低剂量病毒组所有病毒感染小鼠(n=64)肺病毒载量与共信号分子mRNA相对表达量行相关性分析。结果感染后96 h内,高剂量病毒组相比低剂量病毒组小鼠肺损伤较重,且共刺激分子CD28、CD226、ICOS mRNA相对表达量均减少(P均<0.05)。高剂量病毒组小鼠感染后24 h PD-1 mRNA相对表达量增加(P<0.01),感染后48 h CTLA-4 mRNA相对表达量增加(P<0.01)且病毒复制达到峰值。低剂量病毒组小鼠感染后72 h PD-1 mRNA相对表达量增加(P<0.05)且病毒复制达到峰值,感染后96 h CTLA-4 mRNA相对表达量增加(P<0.01)。病毒感染小鼠(n=64)肺病毒载量与PD-1 mRNA相对表达量存在正相关关系(r=0.540,P<0.001),与CD226 mRNA相对表达量存在负相关关系(r=-0.340,P=0.006)。结论甲型流感病毒感染小鼠肺组织中CTLA-4、PD-1 mRNA相对表达量增加等现象的早期出现可能提示小鼠感染的重症化。肺组织中的PD-1和CD226可能是与肺病毒载量相关的共信号分子靶点。

进化论系列讲座(三十三) 进化论进入分子生物学时代——(一)双螺旋发现之前

分子生物学(molecular biology)是在分子层次上研究生物大分子的结构与功能进而揭示生命现象本质的科学。1953年,沃森和克里克提出DNA分子的双螺旋结构模型是分子生物学诞生的标志。但在此前的近百年里,众多学者孜孜不倦的研究一直为其夯筑着基础。20世纪以来,现代物理学和化学理论、技术和方法的应用为生物大分子结构功能的研究起到了巨大的推动作用。

多级孔ZSM-5纳米晶团聚体分子筛的合成与优化研究

采用纳米粒子自组装策略,选择传统微孔模板剂四丙基氢氧化铵(TPAOH)为单一模板剂和廉价的硅溶胶为硅源,合成了多级孔ZSM-5纳米晶团聚体分子筛。考察了硅铝摩尔比和体系Na^(+)摩尔分数对纳米晶团聚体ZSM-5分子筛形貌的影响,并追踪了不同晶化时间下纳米晶团聚体的形成过程,最后利用XRD､SEM和氮气吸附/脱附等表征手段对所合成分子筛的性质进行分析。结果表明,低硅铝摩尔比有利于纳米晶团聚体分子筛的形成,同时合成体系中的Na^(+)对团聚体的形成具有重要作用。经优化调控后,小试可合成固体收率达94.2%的ZSM-5纳米晶团聚体分子筛,经3 L合成釜进行40倍的放大合成可成功获得高结晶度､高产率的产品。

金电极对偶氮苯分子结的结构及其电输运性质的力学调控作用

偶氮苯分子因存在顺反两种异构体而表现出不同的电输运性质.为了揭示电极的机械作用对偶氮苯分子的几何结构以及电输运性质的影响,基于第一性原理计算研究了偶氮苯分子在电极挤压和拉伸作用下的结构变化规律,并利用非平衡格林函数方法计算了偶氮苯分子结在拉伸和压缩过程中以及分子在不同形状电极之间的电输运性质.结果表明,顺式和反式偶氮苯分子在电极作用下都具有较稳定的几何结构.其中顺式偶氮苯分子在电极拉至超过反式偶氮苯分子结平衡电极距离0.1 nm时仍保持为顺式结构.而反式偶氮苯分子在电极挤压下虽然发生了弯曲,但当电极距离压缩至短于顺式偶氮苯分子结0.2 nm时,中间的C—N—N—C二面角仍然保持反式结构.在低偏压下,两电极若为平面电极,则反式偶氮苯分子的电导高于顺式偶氮苯分子;若分子连接于两锥形电极尖端,则顺式偶氮苯分子结的电导更高.特别值得关注的是两种偶氮苯分子的导电能力随电极距离的变化正好相反,顺式偶氮苯分子结的电导随电极距离拉伸而增大,反式偶氮苯分子结的电导则随电极距离的压缩而增大.偶氮苯分子结的电导在电极距离变化时最大变化幅度可达10倍以上.

分子模拟技术在食品领域中的应用研究进展

从食品领域的上游实验室研发到下游工厂生产过程中,有许多问题无法用传统试验方法从宏观上得到解决。分子模拟技术不仅简洁高效、成本低廉,还可以通过对分子行为的分析快速预测或解释试验结果,是连接微观与宏观的重要工具。文章阐述了食品领域分子模拟技术的基本原理,梳理了食品领域分子模拟技术常用的数据库和软件及其特点,综述了近几年分子模拟技术在食品安全、食品加工和贮藏、食品功能因子筛选及其机制研究领域中的应用研究进展。

应用大分子促进剂的H型水合物储氢特性的分子动力学模拟

纯氢气水合物形成的温压条件极为苛刻(低温高压),限制了其工业应用,而氢气和甲烷混合气水合物形成的温压条件相对温和。通过恒温恒压(NPT)系综分子动力学模拟,研究了环庚酮(C_(7)H_(12)O)、甲基环己烷(C_(6)H_(11)-CH_(3))、1,1-二甲基环己烷(1,1-C_(8)H_(16))和1,2-二甲基环己烷(1,2-C_(8)H_(16))4种大分子促进剂对H型纯氢气水合物以及氢气和甲烷混合气水合物稳定性的影响。结果表明,分别应用4种大分子促进剂的H型水合物牢笼稳定性从大到小依次为1,1-C_(8)H_(16)、1,2-C_(8)H_(16)、C_(6)H_(11)-CH_(3)和C_(7)H_(12)O。相比于纯氢气,氢气和甲烷混合气能够极大缓和热力学条件(温度升高,压力降低)。两种同分异构体(1,1-C_(8)H_(16)和1,2-C_(8)H_(16))作为大分子促进剂,对应的热力学条件表现出较大差异。在纯氢气水合物中,两种同分异构体作为大分子促进剂所需温度条件相近(270 K),而1,1-C_(8)H_(16)作为大分子促进剂所需压力条件(60 MPa)低于1,2-C_(8)H_(16)(100 MPa)。在氢气和甲烷混合气水合物中,1,1-C_(8)H_(16)作为大分子促进剂所需温度条件(270 K)高于1,2-C_(8)H_(16)(260 K),所需压力条件(20 MPa)低于1,2-C_(8)H_(16)(40 MPa)。

分子印迹技术在大环内酯类药物检测中的应用

分子印迹技术是模拟酶-底物、抗原-抗体之间的相互作用,对印迹分子进行专一识别的技术,能够特异性识别模板或类似物,常被用于分析样品的预处理,可对样品进行高效提取和净化。大环内酯类药物是畜牧业中常用抗生素之一,广泛用于畜禽呼吸道、胃肠道感染等疾病的预防与治疗,但不规范使用可能导致其在动物产品及环境中残留,对人类健康产生威胁。文章针对分子印迹技术对大环内酯类药物残留检测的预处理技术研究进展进行综述,重点对分子印迹固相萃取和磁性分子印迹固相萃取进行介绍,并对分子印迹技术在大环内酯类药物残留分析预处理的应用前景进行展望,为优化大环内酯类抗生素检测前处理方法提供参考。

基于网络药理学和分子对接探讨党参防治免疫性血小板减少症的分子机制

目的:采用网络药理学、差异基因分析、分子对接方法初步阐明党参治疗免疫性血小板减少症(ITP)的分子机制。方法:在传统中药系统药理学数据库(TCMSP)、传统中药综合数据库(TCMID)和中医药百科全书数据库(ETCM)中检索党参的主要成分和相应的蛋白质靶标。在GeneCards、OMIM、DisGeNET数据库收集ITP的靶点,构建韦恩图获得复合靶标和疾病的交集靶点,并将靶标导入STRING数据库,使用Cytoscape3.9.1构建PPI网络。接着对交集靶点进行基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析,以探索ITP与党参的相关信号通路,最后对关键靶点和活性化合物进行分子对接研究。结果:共获得党参的84种潜在活性化合物、2354个疾病靶点与257个药物靶点,并得到86个交集靶点。通过蛋白互相作用网络图(PPI)分析确定了15个关键靶点,Degree值排名前5位的靶点包括血管内皮生长因子A(VEGFA)、Src原癌基因(SRC)、白细胞介素2(IL2)、过氧化物酶体增殖激活受体γ(PPARG)、表皮生长因子受体(EGFR)。GO和KEGG分析表明,党参治疗ITP主要涉及ERK1和ERK2级联的正向调控、信号转导、蛋白质磷酸化等生物学过程,信号通路主要包括PI3K/Akt、癌症通路、T细胞信号通路。分子对接结果表明,SRC、PPARG与11-hydroxyrankinidine具有较高的结合活性。肉豆蔻酸、乙基α-d果糖呋喃糖苷、黄豆黄素是重要的活性化合物并通过分子对接模拟进行验证。结论:本研究从多个角度阐明党参可能通过调节多个靶点和多条途径对ITP产生治疗作用,可为进一步深入研究党参对ITP的作用提供科学依据。

STARD7蛋白新型小分子抑制剂Lasiodin激活NRF2/EGR1通路诱导三阴乳腺癌铁死亡

目的探讨StAR相关脂质转移结构域包含7(STARD7)在三阴乳腺癌(TNBC)中的表达情况及其与预后的相关性。高通量筛选STARD7的小分子抑制剂,研究其小分子抑制剂对TNBC的影响及潜在分子机制。方法生物信息学分析STARD7在各亚型乳腺癌中的表达情况以及与预后的相关性。Westernblot和免疫组化检测细胞系以及临床TNBC样本中STARD7的表达情况。以STARD7为靶点,通过分子对接、体外蛋白纯化和体外分子互作实验,筛选并鉴定STARD7的小分子抑制剂。CCK8测定对照组(DMSO组)及1、2、5、10、20μmol/L浓度Lasiodin处理24 h后的TNBC细胞的存活率,确定最佳药物作用浓度。台盼蓝和YO-PRO-1染色测定各组细胞死亡率,Westernblot测定各组凋亡、铁死亡相关蛋白表达;RT-qPCR及Western blot分别测定NRF2、HO-1、KEAP1、EGR1的mRNA和蛋白表达。构建TNBC移植瘤模型并随机分为对照组、紫杉醇组(10 mg/kg)和Lasiodin组(10 mg/kg),分别处理后测定肿瘤体积、裸鼠体重,HE染色评价生物安全性。结果生物信息学分析及体外实验表明STARD7在TNBC组织及细胞中高表达,且与患者预后负相关(P<0.05);高通量筛选并鉴定出Lasiodin是STARD7的小分子抑制剂;Lasiodin对STARD7的抑制可能通过调控下游NRF2/EGR1通路相关蛋白的表达促使TNBC细胞发生铁死亡,同时伴有凋亡和坏死。体内实验证明Lasiodin能够抑制肿瘤生长(P<0.05),且未观察到明显的不良反应。结论STARD7可能在TNBC的进展中发挥重要的调控作用,Lasiodin为其小分子抑制剂,提示STARD7和Lasiodin分别可能成为治疗TNBC的潜在靶点和新型药物。

三七治疗骨关节炎机制:基于UHPLC-QE-MS、网络药理学及分子动力学模拟

背景:课题组前期研究发现三七能够修复骨细胞的形态结构,对于治疗骨关节炎具有良好的应用前景,但目前对于三七的具体作用机制尚不清楚。目的:采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-Q exactive-mass spectrometry,UHPLC-QE-MS)技术鉴定三七的主要成分,并结合网络药理学、分子对接和分子动力学模拟探究三七治疗骨关节炎的作用机制。方法:利用UHPLC-QE-MS技术鉴定三七的主要成分后,运用TCMSP数据库筛选活性成分,通过TCMSP和Uniprot数据库查找活性成分靶点,通过疾病数据库筛选骨关节炎靶点。在药物靶点与疾病靶点取交集后,导入STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白互作网络筛选关键靶点,通过“活性成分-作用靶点”网络筛选关键活性成分。再对关键靶点进行富集分析,并对关键活性成分和关键靶点进行分子对接验证,最后选取结合能最低的结果进行分子动力学模拟。结果与结论:①在三七溶液中共鉴定出57种活性成分,成分靶点与疾病靶点交集50个,关键活性成分5个(槲皮素、熊脱氧胆酸、山奈酚、柚皮素和红藻氨酸),关键靶点5个(白细胞介素6、基质金属蛋白酶9、白细胞介素1β、白蛋白和趋化因子配体2);②基因本体功能富集642个条目,其中620个条目代表生物过程,21个条目代表分子功能,1个条目代表细胞成分;京都基因与基因组百科全书通路分析63条通路,主要涉及雌激素信号通路、白细胞介素17信号通路和高糖基化终末产物-高糖基化终末产物受体信号通路;③分子对接显示关键活性成分和关键靶点结合活性良好,分子动力学模拟提示槲皮素和基质金属蛋白酶9间的相互作用稳定;④对三七成分进行了较全面研究,初步阐明了其药效物质基础,预测三七可通过多组分、多靶点、多途径和多通路发挥抗炎、软骨保护和免疫调节作用来治疗骨关节炎。

基于人工智能驱动分子工厂技术的Menin抑制剂优化

以深度学习为代表的新一代人工智能技术已经成为推动新药研发的重要驱动力。本文创造性地提出了一种基于人工智能技术的创新药物分子设计和优化工作流程“分子工厂”,该流程融合了自主研发的智能分子生成模型、高性能分子对接算法以及高精度亲和力预测方法,已作为核心模块被整合进一站式药物设计软件平台DrugFlow,为先导化合物发现和优化提供了一整套成熟的解决方案。利用“分子工厂”模块,针对Menin蛋白开展了抗耐药第2代抑制剂的研发。通过计算和实验的结合,快速获得多个潜力化合物,其中化合物RG-10对Menin野生型、M327I突变体和T349M突变体的IC50分别为9.681 nmol/L、233.2 nmol/L和40.09 nmol/L;与已进入Ⅱ期临床的阳性参照分子SNDX-5613相比,其对M327I和T349M突变体的抑制活性显著提升。上述研究充分展现了“分子工厂”技术在新药研发项目中的独特优势,能快速高效地针对特定蛋白结构产生高质量的活性分子,对推动新药研发具有重大价值和深远意义。

基于分子模拟的分子力场对沥青体系典型组分适应性研究

分子模拟技术在沥青微观机理研究中的应用广泛,但尚未建立适用于沥青的分子结构理论和力场。文中以量子力学计算结果为基准,比较研究了将分子力场应用于沥青组分分子的结构参数(如键长、键角)和电荷参数与理论结果的偏差,以验证分子模拟力场对沥青分子体系的适应性和准确性。研究结果显示,分子结构参数与量子计算结果的偏差主要来自于对杂原子基团的电负性和共轭效应的描述,整体上偏差较小。3种力场对沥青分子体系研究均具有一定的适应性,其中,在键长、电荷方面的参数与量子力学计算结果较为接近。就沥青体系的键长、键角2种分子结构参数的分配而言,UFF力场综合表现略好,COMPASSⅡ力场次之;就电荷参数的分配而言,COMPASSⅡ力场准确性略高,UFF力场次之,Dreiding力场略低。总体而言,COMPASSⅡ力场及UFF力场对沥青分子体系研究的适应性及准确性更高。

分子印迹传感器在兽药残留分析领域研究进展

动物源食品中兽药、微生物毒素、防腐剂以及食品加工过程中的药物残留可引起明显的毒性作用和过敏反应,给人类健康带来威胁。分子印迹技术主要通过诱导模板在聚合物中形成特定识别位点,具有预定性、识别性以及实用性等优点,在兽药残留检测领域发挥了重要作用。使用分子印迹技术制备的聚合物受体所具有的坚固性、高亲和力、特异性和生产成本低等特性,使它们成为天然受体以及有毒化合物可选择的替代品。将分子印迹技术与传感器技术相结合,使两者的优势特点充分发挥,聚合物科学和纳米技术的进步有助于提高分子印迹聚合物传感器的性能,分子印迹传感器所适用的领域也进一步扩大。近年来许多高质量文献报道了分子印迹聚合物传感器在生物分子、滥用药物和爆炸物等领域的研究,推动了该技术在生命科学和危化品领域的应用。作者重点简述了分子印迹技术与分子印迹传感器的原理,介绍了基于分子印迹聚合物的传感器技术的最新成就以及面向兽药残留检测应用领域的研究。

潮湿环境下金红石型纳米TiO_(2)掺杂聚乙烯的分子动力学模拟

为了从微观角度分析金红石型纳米TiO_(2)掺杂对聚乙烯(polyethylene,PE)材料性能的影响,采用分子动力学模拟方法,构建不同水分子质量分数的PE和TiO_(2)/PE复合模型,以温度为变量研究分析纳米TiO_(2)改性PE材料前后的热力学性能和微观结构以及水分子在复合体系中的扩散能力。结果表明:纳米TiO_(2)的掺杂使PE体系的玻璃化转变温度提高了33 K,杨氏模量提升了428.17%,剪切模量提升了338.62%。纳米TiO_(2)极大抑制了PE分子链的运动和水分子的扩散,增强了复合体系的稳定性。水分子的加入和温度的升高降低了复合体系的热力学性能,这两者均破坏了复合体系的稳定性。

分子水平上的虚拟仿真实验之思政元素的挖掘与提炼——以“高分子的构象、形态及尺寸的模拟与计算”项目为例

高分子的构象、形态及尺寸的模拟与计算,是分子水平上的虚拟仿真实验项目,结合诺贝尔奖获得者de Gennes和P.J.Flory的理论工作、由项目组自身教研成果转化、师生合作研发而成。与小分子化合物相比,高分子的研究方法有很大的不同,特别是需要采用统计方法来描述高分子链的构象、形态,计算高分子链的平均尺寸,这是经典的物理化学方法所不能完成的。本项目从研发到教学实践、再经改进,教学内容的更新优化中,自然融入了诺贝尔奖成果、哲学思想、科学思维、学科发展史、教研成果等多个维度的思政元素。

分子生物学公共仪器平台管理问题研究

为了提高仪器利用率、保证大型仪器开放共享,分子生物学公共仪器平台根据仪器原值和操作难度对平台仪器实施差异管理、分类共享,实践证明该管理模式可有效保障仪器运行、降低仪器故障率。此外,结合全国重点实验室交叉研究的特点,分子生物学平台突出其分子相互作用技术服务特色,改进与开发样品前处理方法,不仅降低分析测试成本,同时辅助大型仪器功能开发,进一步提高了科研大型仪器的使用效益。

分子动力学模拟在沥青体系中的应用研究进展

随着计算机技术的飞速发展,分子模拟方法已被广泛应用于各个领域。本文总结了沥青分子模型、老化沥青模型、集料模型的构建方法以及基质沥青模型的验证方法。通过分子动力学(MD)模拟,探讨了沥青的性质与性能、沥青的扩散现象、改性剂对沥青的改性作用、沥青老化与再生以及沥青与集料的界面相互作用。MD模拟方法能够预测沥青材料的性能,包括基质沥青的力学性能、低温性能、抗老化性能、自愈合性能,基质沥青与改性剂的相容性以及沥青与集料界面的力学性能、黏附性等性能,架起了宏观和微观行为之间的桥梁,为MD模拟在沥青材料的广泛应用提供了指导。但MD模拟在沥青体系中还需要进一步完善,如初始模型的建立、力场的优化和模型验证等,目前分子动力学模拟只关注沥青材料与改性剂之间的物理作用,缺少对两者之间化学作用的研究。此外,分子动力学在沥青混合料中的应用目前只限于沥青与集料界面之间的研究。最后,对MD模拟在沥青体系中的未来发展方向进行了展望,在未来需要使用MD方法来研究沥青的高温流变性能、沥青与改性剂的界面模拟以及多种改性剂与沥青之间的相互作用。此外,还需要探究多种因素(如裂缝宽度、改性剂、温度和再生剂)共同作用下对沥青自愈合性能的影响,为了探究沥青与改性剂之间的化学相互作用,建议结合量子力学等其他模拟方法进行研究,在沥青混合料方面建议结合有限元等模拟方法来研究沥青混合料的性能。