《纳米级晶体解开钙化红藻的家族谱系》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2020-03-01
  • 钙化珊瑚红藻是颜色呈红色或粉红色的海藻,它们能够利用方解石矿物制成坚硬的骨架,不仅在珊瑚礁的发展中起着至关重要的作用,而且几乎在所有浅海环境中都起着至关重要的作用,因此珊瑚红藻通常被认为是“生态系统工程师”。然而这些独特的生物体具有复杂的进化史,其物种通常难以可靠地鉴定,因此难以进行详细研究。基于DNA测序或基于形态学研究得到的珊瑚藻种类的分类会完全不同。这些困难导致人们常常忽略了珊瑚红藻,尤其是它们在生态系统中的作用,以及它们对持续不断的气候变化的反应并由此对生态系统产生的影响。

    研究人员通过可视化珊瑚红藻的方解石骨架中的纳米级晶体(即“骨骼超微结构”)的差异,提出了一种对珊瑚红藻进行分类的新方法。

    珊瑚红藻在“上皮”细胞壁上形成单个晶体,在组织外部形成皮肤样层,称为“叶状体(thallus)”。这些晶体形式在每组珊瑚红藻中都是独特的。由于这些晶体存在于所有钙化细胞中,因此易于研究且易于描述,使其成为分类学(涉及生物分类的科学分支)的潜在有用工具。通过将这些晶体形状与其他基本形态特征(例如其生殖器官的形状和组织)结合在一起,就可以建立物种关系的分类学 “家谱”。该形态系统树描述了所研究的珊瑚红藻种之间的进化关系。根据Bittner等人(2011)的研究,对DNA序列的分析与珊瑚红藻的系统发育相吻合。这种吻合表明有关珊瑚红藻家族关系的遗传信息也以形成其骨架的纳米级晶体的形状表示。因此表明,有机体中描述性的微米级和/或纳米级形状的正确组合可以连接生物体和分子生物学领域。这种新的形态首次可以快速可靠地鉴定钙化红藻,而无需进行DNA测序。(李亚清 编译)

  • 原文来源:http://www.jamstec.go.jp/e/about/press_release/20200213/
相关报告
  • 《强大的x射线光束解开了纳米晶体形成的秘密》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-01-08
    • 高能x射线和巧妙的实验装置使研究人员得以观察高压、高温的化学反应,从而首次确定是什么控制了金属钴中两种不同纳米级晶体结构的形成。这项技术使得钴纳米颗粒能够从数十个原子的团簇生长到5纳米大小的晶体,从而进行持续的研究。 高能x射线和巧妙的实验装置使研究人员得以观察高压、高温的化学反应,从而首次确定是什么控制了金属钴中两种不同纳米级晶体结构的形成。这项技术使得钴纳米颗粒能够从数十个原子的团簇生长到5纳米大小的晶体,从而进行持续的研究。 这项研究为实时研究晶体形成的新技术提供了原理证明,并有可能应用于其他材料,包括合金和氧化物。研究数据生成了“纳米相图”,显示了钴纳米晶体形成时控制其结构的条件。 这项研究于11月13日发表在《美国化学学会杂志》(Journal of The American Chemical Society)上,由美国国家科学基金会(National Science Foundation)赞助,使用了美国能源部(Department of energy)在布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)和阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)资助的同步加速器x射线束流。 “我们发现,我们确实可以控制这两种不同晶体结构的形成,而调节因素是溶液的pH值,”佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)乔治w伍德拉夫机械工程学院(George W. Woodruff School of Mechanical Engineering)助理教授陈海龙(Hailong Chen)说。“调整晶体结构使我们能够控制这些材料的功能和性能。我们相信这种方法也适用于合金和氧化物。 在大块钴中,晶体的形成倾向于六角形紧密包裹(HCP)结构,因为它能使能量最小化,从而形成稳定的结构。然而,在纳米尺度上,钴也形成面心立方(FCC)相,具有更高的能量。这是稳定的,因为小纳米团簇的高表面能影响总晶体能量,陈说。 “当簇很小时,我们有更多的调节效果,这是由OH -基团或其他配体的表面能量控制的,”他补充说。“我们可以调整溶液中OH -基团的浓度,这样我们就可以调整表面能量,从而调整整个簇的能量。” 陈和研究生助理马学田(音)与来自两个国家实验室和马里兰大学材料科学系的研究人员合作,利用理论、实验和计算建模技术对这些多态结构进行了研究。 在实验中,研究人员用氢氧化钾改变溶液的pH值,还原了乙二醇溶液中的氢氧化钴。这种反应发生在高压下——大约1800磅每平方英寸——200摄氏度以上。 在实验室里,研究人员使用了一个沉重的钢制安全壳,只允许他们分析反应结果。为了追踪反应是如何发生的,他们需要实时观察它,这就需要开发出一种足够小的安全壳,以便在处理高压和高温的同时进行x射线的传输。 其结果是一种反应容器,由直径约1毫米、长约2英寸的高强度石英管制成。加入氢氧化钴溶液后,旋转管,既方便了化学反应,又平均了x射线信号。一个小加热器提供必要的热能,热电偶测量温度。 在布鲁克海文的国家同步加速器光源II和阿贡国家实验室的高级光子源上,马和陈分别在四次不同的旅行中使用了这种装置。x射线通过反应室进入二维探测器,对化学反应进行连续监测,耗时约两小时。 “当它们开始形成可检测的光谱时,我们捕获了x射线衍射光谱,并继续观察,直到钴晶体形成,”马解释说。“我们能够一步一步地观察从初始成核到反应结束发生了什么。” 通过改变反应的pH值得到的数据生成了纳米相图,显示了不同的组合产生了这两种结构。 x射线衍射结果证实了马里兰大学詹姆斯·克拉克工程学院助理教授莫一飞的理论预测和计算模型。Mo和他的同事Adelaide Nolan和Shuo Zhang利用密度泛函理论描述了晶体在不同条件下如何成核。 陈说,钴的成功表明,这种方法可以用于为其他材料(包括更复杂的合金和氧化物)生成纳米相图。 他说:“我们的目标是建立一个模型,系统地了解纳米尺度上晶体材料的形成。”到目前为止,研究人员一直依靠经验设计来控制材料的生长。现在我们可以提供一个理论模型来系统地预测在不同条件下可能存在的性质 下一步,佐治亚理工学院的研究人员计划研究合金,进一步完善理论模型和实验方法。 ——文章发布于2019年1月7日
  • 《纳米科学家开发了工程胶体晶体的新方法》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2020-06-22
    • 新材料有望用于检测和解毒环境中的有害化学物质,以及在医药和能源存储方面的应用 美国西北大学国际纳米技术研究所(IIN)的研究人员开发了一种新的纳米材料工程方法,这种材料被称为胶体晶体,使用具有独特特性的建筑材料,这可能会促进医学、能源和环境方面的进步。 这项研究发表在5月19日的《自然通讯》杂志上。 表面涂有核酸的纳米颗粒可以被编程并组装成被称为胶体晶体的有序阵列。其中一些晶体的结构与自然界中发现的其他固体类似,比如食盐,但其他晶体的结构没有天然的等价物。胶体晶体可以应用于光子学等领域。 金属-有机骨架已用于解决气体储存、药物传递、化学传感和催化等方面的问题。这些框架是由有机分子配合金属离子或团簇在多孔,多维晶体结构。 纳米颗粒形式的金属有机骨架(MOF NPs)具有类似的潜力,但由于其纳米尺度的大小,具有显著的优势。然而,MOF NPs作为胶体晶体构建块的有效性受到其尺寸不均匀性和稳定性差的限制。 在这项研究中,由Chad a . Mirkin和Omar K. Farha领导的IIN研究人员设计了一种方法来克服这一限制,提高MOF NPs的统一性。用离心机分离小范围和密度的颗粒后,这些MOF NPs被DNA进行化学修饰。然后,研究人员使用MOF NPs来设计胶体晶体超晶格,这些超晶格要么完全由MOF NPs组成,要么是MOF NPs和金属纳米颗粒的组合。 这些新材料不仅在检测某些环境中的有害化学物质方面很有前景,而且在清除它们方面也很有前景。例如,利用MOF的NP超晶格作为光催化剂,研究人员能够将芥子气的模拟物转化为无毒形式。 使用这种方法,二维阵列和三维超晶格可以以非凡的精度设计和制备,使开发能够收集光用于储能、感知分子或催化化学反应的材料成为可能。他们的研究也显示了MOF NP构造块的形状如何影响整体晶格的最终结构。 论文题为“金属有机框架纳米粒子与DNA的胶体晶体工程”。 米尔金,通讯作者,是IIN的创始人和主任,以及温伯格文理学院乔治·b·拉斯曼化学教授。 与IIN合作的还有温伯格文理学院化学系的合著者王顺志、Sarah S. Park、Cassandra T. Buru、林海欣和Farha;以及麦考密克工程学院的陈鹏程和埃里克·罗斯。