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9.26科学动态

携氧碳环分子以低能耗方式移动

 

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分子与马没有一点相像的地方。但是如果它们真的一样,分子可能要更聪明一点,因为它们知道,小跑是一种巨大的能量浪费。

研究人员在一个铜表面上放置了4个携带了氧原子的碳环分子当做“腿”(如上图)。热交换推动它们向前行进。两条腿的分子行动起来大体与人体的行走相似:两条腿交替前进。四足行走的方式大致相同,一侧的原子先运动,随后是另一侧的原子——这种步法即人们所说的踱步。然而它们从不像一匹马那样小跑。这是因为同时移动处于对角线上的腿会使分子变形——这比踱步需要耗费更多的能量。一个研究小组在9月份的《美国化学会志》网络版上报告了他们的模拟结果。然而即便是踱步也有缺点:研究小组发现,与四腿分子相比,两腿分子更善于跨越障碍物。(来源:科学时报群芳)

“纳米车”将药物直输至癌细胞

 

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北京时间9月23日消息,据物理学家组织网报道,化疗是当前治疗癌症的一种有效方法,不过它也存在一些不良副作用,例如恶心反胃、肝毒性和免疫系统功能下降等。特拉维夫大学的丹·皮尔、利莫纳·马格利特和同事们已经研究出一种可以直接把化疗药物输送到癌细胞,避免与健康细胞发生互动的“纳米车”,这种方法可在增加化疗效果的同时减少副作用。

皮尔解释说:“这种载具就像集束炸弹。”在纳米车的里面是携带着化疗药物的纳米粒子,它可以把这些化疗药物直接释放到癌细胞里。据皮尔介绍,这种纳米粒子载具可以用来治疗多种不同类型的癌症,例如肺癌、血癌、结肠癌、乳腺癌、子宫癌、胰腺癌,甚至几种类型的大脑肿瘤。有关这种新纳米粒子及其在肿瘤治疗方面的应用的论文,发表在《生物材料》(Biomaterials)杂志上。

这种药物输送平台的关键是用来制造这种集束纳米粒子的外壳的分子——透明质酸(Hyaluronan)。透明质酸是一种可被很多类型的癌细胞的受体识别的糖分子。皮尔说:“当纳米载体与癌细胞的受体发生互动时,受体会发生结构变化,化疗药物会被直接释放到癌细胞里。”他解释说,这一研究结果把化疗的更多注意力集中在对抗病变细胞上。

由于纳米粒子只对癌细胞起反应,因此周围的健康细胞不会受到化疗的影响。皮尔表示,这种纳米车本身是用天然油脂分子制成的,纳米粒子发生作用后,会在体内自行分解,因此这种疗法比当前的化疗方法更安全。通过患肿瘤的老鼠进行的试验发现,用透明质酸包裹、其内充满紫杉醇的纳米粒子,在阻止肿瘤生长方面比不含紫杉醇(携带着紫杉醇的一种白蛋白纳米粒子)的纳米粒子更有效。(来源:新浪科技)

贴士:何为纳米车

摘要

纳米车(Nano-vehicle),化疗是当前治疗癌症的一种有效方法,不过它也存在一些不良副作用,例如恶心反胃、肝毒性和免疫系统功能下降等。特拉维夫大学的丹·皮尔、利莫纳·马格利特和同事们已经研究出一种可以直接把化疗药物输送到癌细胞,避免与健康细胞发生互动的“纳米车”,这种方法可在增加化疗效果的同时减少副作用。

纳米车-概述

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纳米车,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将逐个地排列原子,制造产品。这是著名物理学家诺贝尔获得者理查德·费曼1959年对纳米技术的最早梦想。从此,人类就开始了对纳米世界的探求。美国赖斯大学的科学家近期利用纳米技术制造出了世界上最小汽车。和真正的汽车一样,这种纳米车拥有能够转动的轮子。只是它们的体积如此之小,甚至即使有两万辆纳米车并列行驶在一根头发上也不会发生交通拥堵。整辆纳米车对角线的长度仅为3至4纳米,比单股的DNA稍宽,而一根头发的直径大约是8万纳米。 [1]

纳米车-特点部件

1、纳米车虽小也拥有底盘、车轴等基本部件。其轮子是用60个碳原子组成足球状单一分子。这使得纳米车在外观上,看起来像哑铃。它利用一种三合体作轴,连接每个轮子的轴都能独立转动,使得这种车能够在凹凸不平的原子表面行进。 
2、纳米是指一米的十亿分之一,纳米物质则是由几十到上千个分子组成。由于
体积十分小,这给它们一些特性,如纳米车不受摩擦力的影响,它的轮子是个结构紧密的单一分子、很难分散成单独的碳原子。 
3、纳米车95%的重量都是碳元素,此外还有一些
和氧原子。整个制造过程大致与分子合成药物的步骤相似,分成20步。制造完成后,再被置于甲苯气体中,放置于金片表面。 
4、在常温下纳米车的轮子会和金片表面紧密结合,当把金质金属表面加热到200℃的高温后,放置在上面的纳米车由于变性就能开始运动。现在还不知道在没有外力作用时它们会向前还是向后运动,但是一旦开始,就不会停顿或改变方向,直到停止加热。
 
5、通过施加磁场,他们能够改变纳米车的运动方向。此外科学家还可以通过精微尖端抓住纳米车,拖动其前进。科学家还为纳米车制造了一台世界上最小的马达,它是由30个碳原子和一些硫原子组成,利用光来驱动。但是当被放置在金质表面时,由于金属分子吸收了大部分光,纳米马达无法得到足够的动力

纳米车-主要应用

clip_image005生物纳米汽车

1、这种纳米车1克的材料就可以装载约1000毫克的药物分子,因为体积小所以能在器官和血管中自由通行。它外形好似布满规则小孔的“空心球”,里边裹挟着药物,当纳米送药车在体外磁场的作用下抵达患处,然后经过调节患处酸碱度或离子强度,纳米车的“外衣”就会脱去,小车上装载的药物就被释放出来。 
2、研究人员希望这种特殊的交通工具能够被用于分子构造领域。改进后的纳米车能够承载一个分子的“货物”,在纳米工厂之间运送原子和
分子。未来人们能利用大批量这样的微型机器来建造新材料。 
3、但有人质疑分子制造业是不切实际的,它还可能给环境带来无法预测的风险,如大量纳米机器通过自我复制导致泛滥成灾。但是科学家普遍认为,那样的情形只可能在科幻小说中出现。托尔教授表示目前他并不打算为纳米车技术申请专利权,因为他认为至少需要一代人的时间才能解决分子制造中的多个技术难题。

纳米车-医学应用

1、化疗是当前治疗癌症的一种有效方法,不过它也存在一些不良副作用,例如恶心反胃、肝毒性和免疫系统功能下降等。特拉维夫大学的丹·皮尔、利莫纳·马格利特和同事们已经研究出一种可以直接把化疗药物输送到癌细胞,避免与健康细胞发生互动的“纳米车”,这种方法可在增加化疗效果的同时减少副作用。 
2、在纳米车的里面是携带着化疗药物的纳米粒子,它可以把这些化疗药物直接释放到癌细胞里。据皮尔介绍,这种纳米粒子载具可以用来治疗多种不同类型的癌症,例如肺癌、血癌、结肠癌、乳腺癌、子宫癌、胰腺癌,甚至几种类型的大脑肿瘤。有关这种新纳米粒子及其在肿瘤治疗方面的应用的论文,发表在《生物材料》杂志上。

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3、这种药物输送平台的关键是用来制造这种集束纳米粒子的外壳的分子——透明质酸(Hyaluronan)。透明质酸是一种可被很多类型的癌细胞的受体识别的糖分子。皮尔说:“当纳米载体与癌细胞的受体发生互动时,受体会发生结构变化,化疗药物会被直接释放到癌细胞里。”他解释说,这一研究结果把化疗的更多注意力集中在对抗病变细胞上。 
4、由于纳米粒子只对癌细胞起反应,因此周围的健康细胞不会受到化疗的影响。皮尔表示,这种纳米车本身是用天然油脂分子制成的,纳米粒子发生作用后,会在体内自行分解,因此这种疗法比当前的化疗方法更安全。通过患肿瘤的老鼠进行的试验发现,用透明质酸包裹、其内充满紫杉醇的纳米粒子,在阻止肿瘤生长方面比不含紫杉醇(携带着紫杉醇的一种白蛋白纳米粒子)的纳米粒子更有效。(来源:互动百科)

生物大分子体系超快光谱理论研究获进展

 

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中国科学院大连化学物理研究所庄巍研究组(1107组)最近在“使用手性诱导二维红外光谱中的仿真研究来辨别初期Aβ42的单体结构”研究中取得新进展。

老年痴呆症是最为常见的蛋白质误折叠疾病。其致病的主要机理是致病蛋白(Aβ蛋白)误折叠后在脑部产生淀粉样纤维,因此对(Aβ蛋白单体)结构特征的研究是能够提供聚合路径早期状态的直接证据。最近的研究支持以下观点:Aβ42单体聚合物是由多种有序和无序的构象混合而成,这些物种可以按照在特定区域内典型的β-hairpin的特征构型进行分类。尽管这些物种的结构特征不同,由于有限的时间分辨率以及缺少不同构造异构体的高分辨光谱特征,通常用光谱技术如NMR不能直接跟踪构象动力学。

庄巍等人运用分子动力学模拟并结合二维红外光谱研究了这些物种的结构、互换动力学以及它们的光谱特征。结果证明当普通的,非手性的二维红外信号的辨别率因它对一般有序参数(这些参数受控于序列的非结构化部分)固有的依赖而受到限制时,各种信号和精心设计的手性敏感脉冲构造会有很高的分辨率,用以辨别各种单体结构。通过综合模拟研究,展示了手性诱导(cl)二维红外技术在研究初期Aβ42聚合过程中的能力,并发掘了使该技术可能成为一种新的实验工具的潜力。此工作在生物医药学领域,特别是在理解老年痴呆症等相关疾病方面,具有重要意义。

该研究工作以通讯形式在近期的美国《国家科学院院刊》(Proceedings of National Academy of Science, USA, 2010 107 (36) 15687-15692)上发表。(来源:中国科学院大连化学物理研究所)


Advanced Materials:“中国地图”上的DNA纳米芯片

基因芯片(DNA芯片)是遗传分析领域的重要工具。常用的DNA芯片都是将DNA探针分子固定在固态基片上,因此往往会受到固液界面反应效率的限制。最近,中科院上海应用物理研究所物理生物学实验室和上海交通大学Bio-X研究院的研究人员合作,发展了一种基于DNA纳米技术的液态DNA芯片,可以在溶液中的纳米级“中国地图”表面实现DNA杂交反应,并实现可寻址的高灵敏基因检测。相关论文已发表于材料领域著名杂志《先进材料》 (Advanced Materials, 2010, 22, 2672-2675)。

DNA纳米技术是近年来新兴的前沿交叉领域,宗旨是利用DNA分子卓越的自组装和识别能力,将其作为一种纳米材料实现精确的自底向上的纳米构筑。2006年,加州理工学院的Rothemund博士发展出了DNA折纸术(Nature 2006),被誉为DNA纳米技术领域的一个重要里程碑。理论上,DNA折纸术可以用DNA分子设计任意形状的图形和三维结构,已在构筑DNA分子计算机、DNA分子机器、生物传感器和生物芯片等方向发挥了重要作用。DNA折纸术的一个重要应用是美国亚利桑那州立大学的颜颢教授(上海应用物理所客座研究员)首先提出在对称的DNA方块上进行RNA的杂交检测(Science 2008),从而实现了DNA纳米技术向生物领域的回归。

2003年,DNA计算合作组在上海市科委支持及贺林院士的创导和领导下成立了。DNA折纸术问世之后该合作组迅速以此为切入口,发挥生物、纳米、计算等多学科交叉的优势,完成了将DNA折纸术从最初的对称图形到不对称图形的设计,并在贺林、樊春海、胡钧等指导下,由钱璐璐博士“绘制”了基于DNA折纸术的纳米尺度“中国地图”(《科学通报》2006),成为该领域第二个发表的重要工作。

在此基础上,该合作组的张钊博士充分利用地图的不对称性和可寻址的特点,实现了无需编码索引而空间可寻址的液相DNA纳米芯片

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