主题:表面

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烟台海岸带所在抗菌分离膜研究方面取得进展

膜生物污染一直以来都是膜分离技术大规模工程应用过程中所面临的最棘手问题。开发简便高效的膜生物污染防控策略,一直受到人们的关注。中国科学院烟台海岸带研究所研究员胡云霞团队长期致力于高性能抗污染分离膜开发,并取得最新进展。

研究人员利用银纳米颗粒高效广谱的抗菌性能,结合贻贝仿生多巴胺表面修饰方法,以膜表面形成的聚多巴胺层为中间层和结合位点,实现银纳米颗粒在聚酰胺复合膜(TFC膜)表面的原位生长,直接赋予膜本身抗生物污染能力,提高TFC膜在实际应用中的抗生物污染能力。研究表明,形成的银纳米颗粒与膜表面之间有强的作用力,银离子释放速率缓慢,一个月内的释放量仅为膜表面银总含量的1.58%。同时,该方法可以实现银纳米颗粒在膜表面的多次重复生长,从而赋予TFC膜持久的抗菌性能。该方法过程简单,反应条件温和,无需复杂或大型设备,可以对膜组件进行抗菌改性,易于大规模应用推广(ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8 (33), 21666–21673)。

在此基础上,为进一步降低成本和简化改性过程,研究人员利用成本更低的铜作为抗菌剂,一步实现膜表面抗菌改性。该方法通过将膜直接浸泡含二价铜离子和多巴胺的溶液,以二价铜离子和氧气作为氧化剂,可在酸性条件(pH 4.5)下诱导多巴胺的快速聚合,实现在膜表面聚多巴胺的快速沉积,同时将铜离子牢固地络合在膜表面。研究发现,该方法不受膜表面物理化学性能的影响,可在不同膜表面引入铜离子,且引入的铜离子赋予膜表面优异的抗菌性能,从而抑制膜表面微生物的生长繁殖 (Chemical Communications, 2016, DOI: 10.1039/C6CC06015C)。

该研究受到中科院“一三五”重点培育、国家自然科学基金面上项目、山东省科技发展计划的支持。

图1. TFC膜原位生成银纳米颗粒

图2. 一步法实现膜表面络合铜离子

日期:2016年10月10日 - 来自[技术要闻]栏目
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科学家深入解析多种药物与细胞表面受体互作的机制


大约30%的药物,比如β-受体阻断剂或抗抑郁药物都会同名为G蛋白偶联受体的特殊细胞表面蛋白相互作用,近日一项刊登于国际杂志Nature上的研究论文中,来自巴塞尔大学的研究者同瑞士保罗谢勒研究所(Paul Scherrer Institute)的研究者合作阐明了当药物作用时细胞表面受体结构如何发生结构改变,以及这种结构上的改变如何将信号传递到细胞内部。

多种药物比如可以阻断高血压的β-受体阻断剂,其都可以结合细胞表面的G蛋白偶联受体,药物的结合可以将信号传输到细胞内部,尽管这些细胞表面受体结构的改变已经被科学家们所阐明,但科学家们仍然并不清楚信号是如何被传输到细胞背部的。为了更好地理解信号的转导功能,本文对名为β1-肾上腺素能受体的受体蛋白进行了研究,利用核磁共振波谱法技术,研究者分析了这种受体对多种药物的反应情况。

β1-肾上腺素能受体是一种嵌合入心肌细胞膜中的蛋白,其可以将细胞外药物分子的结合转化成为胞内蛋白的激活;比如去甲肾上腺素可以诱导细胞内的信号级联反应,最终增加心率和血压,而所谓的β-受体阻断剂则可以通过抑制激素结合到肾上腺素能受体上来抑制这些效应,从而降低心率。文章第一作者Shin Isogai说道,我们利用高分辨率的核磁共振波谱技术分析了β1-肾上腺素能受体结合多种药物后的结构改变情况,最终清楚观察到了受体识别结合配偶体的机制,同时也发现了受体的结构改变情况,解析了如何通过改变结构来讲细胞外信号传输到胞内。

如今研究人员可以利用多种新型技术来研究受体的改变及其单一氨基酸的功能,未来他们将通过更加深入的研究来利用核磁共振波谱技术进行新型药物的筛选及药物开发研究工作。

日期:2016年2月14日 - 来自[技术要闻]栏目

头号“杀手”细菌绿脓杆菌传播机制被揭示

绿脓杆菌是一种在自然界广泛存在的机会性致病菌。由于它对多种抗生素具备耐受性,且可轻易粘附在各种医疗器械及伤口表面,因此在医院内发生的致死急性感染约90%以上都来自绿脓杆菌的感染。另外,绿脓杆菌可在囊肿纤维化病人肺部形成多细菌的聚集体即生物被膜,造成无法治疗的慢性感染并最终导致患者肺衰竭死亡。可以说,绿脓杆菌是免疫缺失患者,如重度烧伤患者、艾滋病患者,以及囊肿纤维化患者的头号杀手。   

目前国际上关于绿脓杆菌抗菌表面的研究很多,但一般关注于表面的物理化学修饰以减少细菌表面粘附达到抗菌效果,对其如何粘附到像皮肤这类软表面以及在这种软表面上传播的机制还不清楚。

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室金帆教授课题组长期专注于绿脓杆菌在表面运动、适应、发展的机制研究,取得了一系列重要成果。在国家自然科学基金的资助下,近日他们在该领域又取得新的重要突破:发现在软表面爬行的绿脓杆菌可利用其菌毛的伸展和收缩实现高速弹射运动,使表面的有效粘度极大地降低,从而减小细菌爬行时的阻力。这种独特的适应机制可以极大地帮助细菌在软表面上的扩张,大大增加了细菌在各种软组织表面如烧伤表面上形成细菌聚集体的可能性,从而造成无法治愈的感染。

专家称,该发现对于理解绿脓杆菌对器官组织(通常为软表面)造成感染的初始机制具有重大意义。该成果近期发表在国际著名学术期刊《自然—通讯》上。合肥微尺度物质科学国家实验室博士研究生张荣荣和化学物理系博士研究生倪磊为共同第一作者。

日期:2015年2月9日 - 来自[技术要闻]栏目
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中国科大发现绿脓杆菌表面运动和适应机制


中国科大发现绿脓杆菌表面运动和适应机制

绿脓杆菌是一种在自然界广泛存在的机会性致病菌。由于它对于多种抗生素具备耐受性,多数(约90%)在医院内发生的致死急性感染都来自绿脓杆菌的感染。另外,绿脓杆菌可在囊肿纤维化病人肺部形成生物被膜造成无法治疗的慢性感染导致患者肺衰竭死亡。可以说绿脓杆菌是免疫缺失患者和囊肿纤维化患者的头号杀手。

近日,中国科学技术大学教授金帆课题组在绿脓杆菌表面运动和适应性方面取得新的突破:他们发现在软表面爬行的绿脓杆菌可利用其菌毛在表面上高速弹射,弹射运动对表面的高速剪切可使表面的有效粘度极大降低,从而减小细菌在表面爬行时的能量耗散。这种独特的适应机制可以极大地帮助细菌在软表面上的分散和传播,这项发现对于理解绿脓杆菌对器官组织(通常为软表面)造成感染的初始机制具有重大意义。该研究成果发表于Nature communications。中国科大博士生张荣荣和倪磊为论文共同第一作者。

金帆课题组主要专注于绿脓杆菌在表面运动、适应、发展的机制研究。近年来,课题组与其在美国加州大学洛杉矶分校的合作者在该领域连续做出了重大突破并在国际上产生广泛影响,其中包括:发现了绿脓杆菌在表面上“行走”的运动机制(Science,330,197,2010),发现了绿脓杆菌在表面上“弹射”的运动机制(PNAS,108,12617,2011),发现了绿脓杆菌在表面上对运动轨迹跟随的机制(Nature,497,388,2013)。

上述研究工作得到了国家自然科学基金委的资助。

日期:2015年2月2日 - 来自[技术要闻]栏目

中国科大揭示绿脓杆菌传播机制

 

本报讯(记者杨保国)中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室金帆教授课题组近日在绿脓杆菌传播机制方面取得新突破,对于理解绿脓杆菌对器官组织(通常为软表面)造成感染的初始机制具有重大意义。该成果近期发表在《自然—通讯》

绿脓杆菌是一种广泛存在的机会性致病菌。它对多种抗生素具备耐受性,且可轻易黏附在各种医疗器械及伤口表面,在医院内发生的致死急性感染约90%以上都来自绿脓杆菌的感染。另外,绿脓杆菌可在囊肿纤维化病人肺部形成多细菌的聚集体,造成无法治疗的慢性感染导致患者肺衰竭死亡。可以说,绿脓杆菌是免疫缺失患者,如重度烧伤患者、艾滋病患者和囊肿纤维化患者的头号杀手。

目前国际上关于绿脓杆菌抗菌表面的研究很多,但一般关注于表面的物理化学修饰以减少细菌表面黏附达到抗菌效果,对其如何黏附到像皮肤这类软表面以及在软表面上传播的机制还不清楚。

金帆课题组发现,在软表面爬行的绿脓杆菌可利用其菌毛的伸展和收缩,实现高速弹射运动,使表面的有效黏度极大降低,从而减小细菌爬行时的阻力。这种独特的适应机制可以极大帮助细菌在软表面上扩张,大大增加了细菌在各种软组织表面,例如烧伤表面上形成细菌聚集体的可能性,从而造成无法治愈的感染。

 

日期:2015年2月2日 - 来自[待分类信息]栏目
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新型纳米尺度表面不沾细菌 在食品加工和医疗等行业应用前景大


纳米多孔氧化铝排斥大肠杆菌细胞。

正如不粘锅的发明对厨师来说是个福音一样,美国康奈尔大学和伦斯勒理工学院研究人员合作开发出一种不沾细菌的新型纳米尺度表面,未来在食品加工、医疗和运输行业将有很大应用前景。该研究成果发表在最新一期《生物沉积》杂志上。

这项研究由美国农业部资助。在技术上采用阳极处理创建纳米孔的电化学过程,改变金属表面的电荷和表面能量,从而对细菌细胞产生排斥力并防止附着生物膜的形成。这些孔隙可以小至15纳米,而一张纸约为10万纳米厚。

据物理学家组织网1月13日(北京时间)报道,当阳极处理过程应用于铝,它创建了一个称为氧化铝的多孔表面,并被证明可有效防止两个有代表性的病原体:大肠杆菌O157∶H7和单核细胞增多性李斯特氏菌附着。该论文的第一作者、食品科学副教授卡门·莫拉鲁说:“这可能是在金属表面制造纳米结构最低成本的可能性之一。”

寻找低成本解决方案的关键是限制细菌附着物,特别是在生物医学和食品加工中的应用。莫拉鲁说,阳极氧化的金属可用于防止生物医学洁净室和那些很难清净的设备配件上形成生物膜,即光滑细菌群落附着于表面且很难去除。

莫拉鲁说,使用化学品和杀菌剂也可限制细菌附着于表面,但这些方法应用范围很有限,特别是食品加工领域。在食品加工方面,表面必须符合食品安全指南。

阳极化处理的金属在海洋方面也有应用,如保持船体免于藻类的附着。未来的工作将研究这样的表面对其他细菌的排斥效果,以及使用其他阳极材料是否也可达到这一目的。

总编辑圈点

有人天生洁癖,饭前洗手得打三遍香皂,有了绝对干净的新材料,这人肯定得拿“不沾菌”把厨房贴个遍。其实细菌有用也有害,人类研究了几千年:怎么召之即来,呼之即去,玩弄细菌于股掌。好比罐头瓶里装臭豆腐,一面利用,一面打压。如今更开辟出一片细菌站不住脚的溜冰场。人类啊,你做得太绝了。


日期:2015年1月15日 - 来自[技术要闻]栏目

美开发新方法 用表面声波操控细胞时位置更精准

日本产业技术综合研究所7日发表的一份公报称,其研究员村田弓领导的研究小组在动物实验中发现,局部脑组织由于脑卒中等原因受损后,其丧失的运动指挥功能会因其他正常脑组织的“接管”和康复治疗而得以恢复。

包括人在内的灵长类动物都是从大脑的“主要运动皮质”区向肢体肌肉发出运动指令的。研究小组用猴子做实验时,借助药物损伤猴子大脑“主要运动皮质”中指挥手部运动的脑组织,使猴子的手部麻痹,无法抓取物品。此后,研究者立即对其进行康复治疗,并用能检测血流变化的正电子发射计算机断层扫描设备,研究其脑功能变化。

研究结果显示,当接受康复治疗的猴子能重新用手指抓取物品时,其大脑正常部分的血流增加,脑功能活跃。在治疗1至2个月后,实验猴大脑中受损的“主要运动皮质”区之外的“腹侧前运动皮层”开始活跃地发挥作用。在治疗3至4个月后,实验猴脑部靠近“主要运动皮质”区的部位也开始积极发挥作用。

但当研究小组用药物阻碍这两个脑部活跃区域的活动后,猴子的手部会再次麻痹。研究者据此认为上述两个脑部活跃区域促进了抓取能力的恢复。

村田弓指出,以前只能通过脑损伤患者的肢体活动来判断康复治疗的效果,今后康复治疗师将有望运用上述新发现,通过观察大脑特定部位的活动来确认治疗是否有效。

日期:2015年1月9日 - 来自[技术要闻]栏目
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Nature:乳腺干细胞的细胞表面标记基因


  10月19日,国际学术期刊《自然》(Nature)在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所/细胞生物学国家重点实验室曾艺研究团队的研究成果——Identification of Multipotent Mammary Stem Cells by Protein C Receptor Expression。该研究成果首次发现乳腺中的多能干细胞,“刷新”乳腺干细胞性质的现有理论,以干细胞为切入点,为靶向治疗乳腺癌提供了新思路、新靶点,奠定乳腺癌干细胞治疗应用的基础。

  干细胞的流失会导致退行性疾病,表现为器官退化、过早衰老等;而过度增殖及病变则会引发肿瘤。乳腺干细胞的病变极有可能是乳腺癌发生的重要原因之一。研究乳腺细胞的谱系将有助于了解乳腺癌发生的细胞起源。乳腺由多种类型的上皮细胞组成,其细胞谱系的最顶端为乳腺干细胞。然而这些乳腺干细胞至今仍未被找到,甚至这种能分化成多种类型细胞的“多潜能干细胞”在乳腺中是否存在也受到质疑。

  在曾艺研究员的指导下,博士研究生王代松、博士后蔡车国等在实验室前期建立的干细胞培养体系中(Zeng and Nusse, Cell Stem Cell, 2010),通过表达谱分析和筛选找到干细胞特异的表面标记,采用乳腺干细胞的移植技术(transplantation assay),及在模式动物体内对干细胞进行谱系追踪(lineage tracing)的方法,发现了成体乳腺器官中存在着未分化的干细胞,这些干细胞特异性地表达蛋白C受体基因。该研究证明这些干细胞具有多潜能性,能够在乳腺发育过程中分化形成所有的乳腺细胞类型,“刷新”现有乳腺干细胞的单一分化潜能性质的理论。此外,该研究还为进一步探讨乳腺癌细胞的起源以及乳腺癌细胞与干细胞的关系奠定了坚实的基础。而且,由于新发现的乳腺干细胞标记是细胞膜表面受体,针对该受体设计的药物不需要进入细胞内就能起作用,因而将是理想的药物靶点,有望治疗由干细胞病变引起的以及现有的治疗法无明显疗效的乳腺癌患者。

  该项研究工作由中科院上海生科院生化与细胞所曾艺研究组和中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所杨力研究组共同完成。该项研究还得到了中科院上海巴斯德研究所张岩研究员、中科院上海生命科学信息中心李党生研究员的大力帮助,并得到国家科技部、国家自然科学基金委、中国科学院干细胞先导专项及上海市科委的经费支持。

日期:2014年10月21日 - 来自[克隆与干细胞研究]栏目
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