纳米技术与纳米微粒及其在生物医学领域的研究应用

纳米技术是在 1～ 10 0 nm空间内研究电子、原子和分子的运动规律和特性 ,并制造具有特定功能产品的技术。纳米技术正越来越深入地向生物医学领域渗透。纳米微粒所具有的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其展现出许多特有的性质 ,如比表面积大、表面活性中心多、表面反应活性高、强烈的吸附能力和较高的催化能力。

纳米材料诱导细胞自噬的效应及生物学功能

细胞自噬是细胞自身调节维持稳态的重要过程,也是细胞的一种防御和应激调控机制。细胞自噬对于机体具有重要的生理病理学作用,与肿瘤的发生、神经系统疾病的发生、病原体感染及免疫系统应答以及细胞的分化和衰老等多个生命活动过程相关。病毒作为一种具有生物活性的纳米材料,与细胞自噬间的关系比较复杂。一方面自噬清除病毒粒子,对细胞起到保护作用;另一方面有些病毒又能利用自噬过程实现自身在细胞中的寄生逃逸细胞的防御机制。多种无机或有机纳米材料也被报道能引起不同程度的细胞自噬,比如纳米稀土金属氧化物、量子点、纳米材料富勒烯及衍生物、树状大分子、阳离子脂质体等都能诱导细胞产生自噬。目前能够引起细胞自噬的纳米材料也被尝试用于药物增敏、清除蛋白聚集体、阻断及清除病原体和调节免疫等。纳米材料引发的自噬发生过程和原理以及参与其中的分子、信号转导过程、病理生理学意义也还有待进一步深入研究。

固液界面纳米气泡的研究进展

根据经典热力学理论 ,在水中纳米级的气泡难以长期稳定存在。近年来却有大量的实验结果表明固液界面存在纳米气泡 ,原子力显微镜也直接观察到了纳米气泡。有关纳米气泡的研究具有巨大的理论和实际意义 ,它对表面科学、流体动力学、生物科学以及一些应用领域都有深远的影响。纳米气泡会引起流体在界面的滑移 ,减少流动阻力 ,并与表面粘附、胶体分散、矿石浮选、废渣处理等方面密切相关。目前关于纳米气泡的研究才刚刚开始 ,对于它的基本物化性质的了解还不多 ,但其重要性已经引起相关领域的极大关注。本文综述了从提出纳米气泡存在一直到实验证明的过程、纳米气泡的形成机制和形貌、分布特征等基本性质以及纳米气泡的存在对疏水长程作用和流体滑移的影响 ,并阐述了生物学中一些与纳米气泡存在有关的问题。

固液界面纳米气泡的研究

在经典热力学理论中 ,室温下水中纳米气泡被认为是不能稳定存在的。近年来随着对疏水表面研究的深入 ,越来越多的现象暗示固液界面存在纳米气泡 ,并引起疏水长程作用力。目前直接探测固液界面纳米气泡的最有力手段是AFM ,但它只能观察纳米气泡的形貌 ,无法对其进行直接定性 ,很有必要提供纳米气泡存在和来源的更直接证据。在云母表面进行乙醇和水替换形成纳米气泡 ,从成像条件和脱气对纳米气泡的影响两方面进行系统研究。不同成像模式和成像条件下AFM观察到的差异在一定程度上证明了观察到的就是纳米气泡。脱气实验结果表明 ,经脱气后乙醇和水形成纳米气泡的数量和概率明显降低 ,表明乙醇和水中溶解的气体是纳米气泡的来源 。

细菌纤维素/羟基磷灰石@聚醚砜骨膜支架的制备及其性能研究

骨膜作为骨缺损修复过程中营养物质的来源及膜内成骨过程中的核心位点,其结构和功能的重建对大尺度骨缺损的修复起到极其重要的作用。基于此,为了模拟天然骨膜的结构和功能,将聚醚砜(PES)和羟基磷灰石(HAp)混合,通过静电纺丝制备HAp@PES静电纺纤维膜(HPES),然后通过膜液界面培养法与细菌纤维素(BC)复合,获得了具有微米―纳米结构的BC/HAp@PES(BC/HPES)支架。扫描电镜结果表明,该支架微米―纳米纤维交错分布,且HAp成功复合在微米纤维上。所制备的支架具有良好的力学性能。进一步研究表明,成骨细胞在支架表面表现出良好的增殖和铺展能力,不仅如此,该支架还具有良好的成骨分化诱导能力。因此,这种具有仿生微纳纤维结构且负载HAp的骨膜支架有望用于大尺度骨缺损修复领域。

纳米操纵辅助的原子力显微镜原位定位观察

在原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)原位定位观察中,时常会遇到因失去标记物而无法定位的情况。本文介绍了一种在表面标记物被覆盖后,运用原子力显微镜的操纵功能,将标记物上的覆盖物“扫”开,重新找到标记物并用于精确定位的方法。以对高序热解石墨(highly ordered pyrolytic graphite,HOPG)表面牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)吸附的原位观察为例,在BSA膜覆盖HOPG表面的原子台阶后,采用接触模式AFM扫描,将BSA“扫”开,露出HOPG原子台阶作为标记,对图像上的结构进行精确定位。通过调节设置点、扫描范围、扫描速率、扫描线数、偏置值等成像参数及扫描时间,可以控制“清扫”的力度和范围。

量子点对体外培养细胞影响的实验观察

目的观察量子点(QDs)对体外培养细胞的影响。方法选用小鼠巨噬细胞、人肝癌Bel-7402细胞株进行体外培养并实验,设空白对照组和5个剂量实验组,QDs终浓度为3.125、6.25、12.5、25和50μg/mL,采用MTT法观察QDs作用体外培养细胞后细胞成活情况,于酶标仪上测定OD值,并以均数进行F检验。结果量子点浓度小于6.25μg/mL时,实验组与对照组OD值比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论量子点在一定剂量内不影响体外培养细胞的生长。

基于纳米操纵的基因组测序技术与策略

人类基因组计划所遗留下来的未能解决的序列(如人类基因组缺口,gaps)以及越来越多的测序需求,都迫切需要发展新一代的测序技术与策略。我们实验室长期从事基于原子力显微镜(AFM)对单个DNA分子进行纳米操纵方面的工作,在此基础上,最近提出并原理演示完成了一种单分子有序化测序策略。这种有序化测序策略与现有测序技术以及新兴高通量单分子测序技术的结合,有望解决基因组测序中的许多困难。

适合早期诊断的非洲猪瘟sIgA抗体量子点免疫层析检测方法建立

非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是由非洲猪瘟病毒感染引起的一种烈性猪传染病,其极高的传染性和发病率给养猪产业造成了巨大的经济损失。目前尚无安全有效的ASF疫苗,因此早期监测是防控ASF最重要的解决方案之一。建立敏感、快速的ASF现场即时检验方法,对维护生猪产业繁荣具有重要意义。首先基于氨基和羧基的偶联反应制备量子点微球(quantum dot microsphere,QDM)偶联ASFV重组抗原蛋白p30的检测探针和QDM-兔抗鸡IgY质控探针;接着在检测线和质控线分别固定鼠抗猪IgA-Sc片段抗体和鸡IgY蛋白制备侧向流免疫试纸条;待检动物口腔液中的ASF sIgA抗体经QDM-p30捕获可被固定至T线。将ASFV阳性口腔液以2倍梯度稀释,检测该方法的灵敏度。通过检测其他几种常见猪病病毒验证该方法的特异性。通过检测ASFV阴性和阳性动物的口腔液临床样本评价该方法的临床诊断效能。该方法特异性好,与PRV、CSFV、PRRV不存在交叉反应;灵敏度高,最低检出稀释度可达1∶64;耗时短,可在20 min内完成检测;操作便捷,无需侵入式采样;检出时间早,人工感染最早可于感染后第6天检出。本研究开发了一种口腔液中ASF sIgA抗体的现场即时检验(point-of-care testing,POCT)量子点免疫试纸条,为ASFV的监测和防控提供了新的技术支持和补充。

电感耦合等离子体质谱间接法测定蛋白质含量

尺寸排阻色谱分离牛血清白蛋白(BSA),超氧化物歧化酶(SOD)和金属硫蛋白(MT)等3种标准蛋白的混合物后,在线使用电感耦合等离子体质谱测定这三种蛋白中的S,并根据每种蛋白质含有的S原子数,计算出3种蛋白质的相对含量。尺寸排阻色谱的流动相为0.1mol/LTris-HAc。向电感耦合等离子体质谱的六级杆加入反应气O2,使之与S反应生成SO+,间接测定32S16O+而避开直接测量32S时存在的严重干扰。测量结果与天平称量所得结果一致。方法的精密度好,每个蛋白质峰面积的RSD<3%(n=3)。BSA、SOD和MT的检出限分别为14、52和27pmol。

纳米尺度物质的生物环境效应与纳米安全性

纳米尺度的物质进入生物、环境以后,与生命体和环境的相互作用过程以及所产生的生物环境效应,是一个新兴的、典型的学科交叉领域。本文主要介绍了纳米生物环境效应的科学问题,并结合国内外已有的实验结果分析了纳米尺度物质可能产生的新的生物效应以及对生物环境健康与安全的潜在影响。本文认为:纳米生物环境效应的研究必须与纳米科学技术的发展同步进行;纳米技术有可能成为人类第一个在其可能产生负面效应之前,就已经过认真研究,引起广泛重视,并最终能安全造福人类的新技术。

快速PCR研究进展

聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)是最常用的分子生物学技术之一,通过变性、退火和延伸的循环来完成核酸分子的大量扩增。快速PCR就是基于普通PCR的工作原理,在保证PCR反应特异性、灵敏性和保真度的前提下,在更短时间内完成对核酸分子的扩增。近年来已经开展了许多有关方面的研究工作。以DNA聚合酶的改进、添加剂的选择、热循环仪改进为重点内容,综述快速PCR技术的研究进展。

一步电沉积法制备硫化镍/泡沫镍材料及其赝电容性能研究

通过一步电化学沉积法在泡沫镍(Ni foam,NF)集流体上制备了3D硫化镍(Ni3S2)材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备材料的物化结构和形貌进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了其作为超级电容器电极的电化学性能。测试结果表明,制备的Ni3S2/NF-10材料具有相互连接的3D结构,表现出优异的赝电容性能。在1 A/g电流密度下,比电容高达2850 F/g。将电流密度提高到10 A/g,该材料比电容仍能达到1972 F/g,说明其具有优异的倍率性能。测试结果表明所制备的Ni3S2材料有望应用于电化学储能领域。

聚合酶链式反应(PCR)技术研究新进展

聚合酶链式反应(PCR)在生命科学的研究领域已经得到了广泛的应用．文中对PCR技术的一些最新进展进行了简要的综述,其中包括定量PCR、纳米PCR、PCR芯片、原位PCR和免疫PCR的原理和应用．

人舌鳞癌组织超薄切片的AFM成像和切割

利用一种基于电镜超薄切片法改进的制样方法 ,将人舌鳞状细胞癌病理组织以环氧树脂包埋并切片后 ,将薄片平整地贴附在云母上 ,用原子力显微镜 (AFM)对切片表面进行研究 ,可以得到高分辨率的细胞超微结构图像 ,局部的亚细胞水平的形态结构可以与电镜下得到的图像相比拟。在此基础上 ,利用AFM针尖对肿瘤细胞核内特定区域进行切割和操纵 ,形成生物分子的堆积 ,从而为拾取 (pick up)

心理干预对耳鼻喉局麻手术患者的影响分析

目的研究耳鼻喉手术进行局部麻醉时对患者的心理影响。方法该院选择2010年2月-2012年8月进行手术治疗的152例耳鼻喉患者,将其均分为两组。对照组患者进行常规的健康教育,没有进行心理干预措施;观察组患者在常规健康教育的基础上进行围手术期心理干预。运用ZUNG焦虑自评量表例测量患者的心理状态,围手术期对患者的各项指标进行监测,包括呼吸、心率、血压、脉搏以及血氧饱和度,同时运用视觉模拟镇痛评分法对患者的镇痛效果进行评估。结果两组患者手术前心理均处于焦虑状态,但是观察组比对照组低(P<0.01),观察组患者术中患者的疼痛程度以及收缩压、舒张压、心率均比对照组低(P<0.01)。结论对患者进行常规的心理干预,可以降低患者的恐惧、忧虑和紧张情绪,增强患者的安全感,提高对疼痛的耐受能力,增加患者的自信心,这样可以稳定患者的各项生命体征同时促进患者术后尽快恢复。

Ni3S2-多孔镍@泡沫镍电极制备及其赝电容性能

采用氢气鼓泡法预处理泡沫镍集流体,通过循环伏安法原位电沉积Ni3S2活性材料,制备了Ni3S2-多孔镍@泡沫镍(Ni3S2-Ni@NF)电极.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)对物相结构进行了表征,并利用电化学工作站测试了电化学性能.结果表明:制备的Ni3S2-Ni@NF材料表现出优异的赝电容性能,在2 mA/cm^2的电流密度下,比电容达到4.56 F/cm^2,且具有优异的倍率性能(20 mA/cm^2的电流密度下,比电容达到4.06 F/cm^2)和循环性能(10 mA/cm^2的电流密度下,循环1000次的比电容保持率约73%).

量子点在小鼠腹腔巨噬细胞内的定位及对其超微结构的影响

目的观察体外实验量子点在小鼠腹腔巨噬细胞内的分布和对其超微结构的影响。方法利用量子点与小鼠腹腔巨噬细胞体外共孵育和电子显微镜技术,观察量子点在小鼠腹腔巨噬细胞内的分布及对其超微结构的影响。结果透射电镜下,量子点被小鼠腹腔巨噬细胞内吞入细胞质内,形成单位膜包被的空泡样结构。扫描电镜下,可见与量子点体外共孵育的小鼠腹腔巨噬细胞的表面有较多的片状细胞突起。结论量子点可使巨噬细胞活化,并使其表面突起增多;量子点被巨噬细胞内吞后,分布在细胞质内,并形成单位膜包被的空泡样结构。

兔骨骼肌ryanodine受体/钙释放通道的AFM研究

Ryanodine受体 (RyR)是位于细胞内质网膜上的钙释放通道 ,在肌细胞的兴奋 -收缩偶联中发挥重要作用。RyR难于结晶 ,以往主要是用电镜和计算机三维重组相结合的方法来获得其高级结构的信息。由于RyR结构庞大 ,易于水解 ,在提取的过程中需要加入外源性磷脂以保护其结构 ,而磷脂的存在对电镜的分辨率有影响 ,所以电镜研究的RyR在提纯过程中一般不添加外源性磷脂 ,这样得到的结构信息并没有反映RyR在生理状况下的真实情况。我们用原子力显微镜 (AFM)对RyR进行研究 ,经过了空气中RyR成像、液体中RyR成像、重组到脂双层中的RyR研究几个阶段 ,提供了RyR在接近生理条件下的结构信息 。