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《纳米技术在原子精度位置分子中的应用》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： chenfang
  • 发布时间：2015-12-15

  • 这篇论文演示了使用“调整螺旋”的基因控制的铰链的角度进行控制，从而达到更精细的效果。分子自组装与核酸可用于制造具有定义的大小和任意形状的离散的对象，它依赖于构建块，是相称的生物大分子机。在该报告中一个分子定位装置由一个铰链DNA折纸对象中的两个结构单元之间的角度可以调节螺旋控制。测试设备的定位能力，研究团队采用物理交联的检测报告的坐标直接与原子分辨率。使用这种组合的布局和分析，我们合理调整荧光分子和反应性基团之间的平均距离从1.5到9纳米的123个离散位移，并详细推理其步骤。最小的位移步可能是0.04纳米，这是略小于玻尔半径。在距离坐标的波动幅度也很小（0.5纳米）。

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相关报告

  • 《纳米技术在癌症中的应用:脑瘤治疗的未来》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-05-09
    • 纳米医学是纳米技术和医学的交叉领域，随着研究人员发现越来越多的纳米材料和功能化纳米材料(通常是有机分子)与人体生物相容，纳米医学正在成为一个广泛发展的领域。 在这一领域，有大量的应用领域，其中之一是纳米颗粒为基础的治疗，可以摧毁癌症肿瘤。在所有不同的癌症治疗方法中，大脑可能是最具挑战性的一个，但研究人员现在正在寻找基于纳米技术的治疗方法，可以用来治疗脑瘤。 与其他器官相比，由于大脑的敏感性，治疗脑瘤是一项棘手的任务，而且患者的存活率在癌症患者中是最低的。在许多情况下，病人在最初诊断后预计只能活到14个月。 脑癌患者的主要原因之一,预后不佳是因为传统的化疗用于摧毁癌症难以通过血脑屏障,这意味着他们没有达到足够浓度的肿瘤是有效的(在许多情况下,并不是)。 这也带来了次要的问题，因为化疗药物会在体内循环，如果这些药物不能针对预期的肿瘤，就会对身体的其他部分造成伤害。近年来的主要解决方案之一是使用纳米颗粒，因为让纳米颗粒穿过血脑屏障已经取得了一些成功。这意味着纳米粒子作为纳米载体，现在已经成为比许多传统化疗更有效的治疗脑肿瘤的方法。 纳米粒子传递的学术发展 有很多方法可以将纳米颗粒送到大脑。例如，在2018年，伦敦帝国理工学院(Imperial College London)的研究人员成功地使表面带有DNA的金纳米粒子功能化，并使用超声波(低能量波)打开血脑屏障，使纳米粒子能够通过。这是通过制造声音微泡来实现的，这些微泡振动血液，导致血脑屏障暂时打开。 虽然这项研究更关注的是找到打开血脑屏障的方法，而不是治疗本身，但打开血脑屏障的能力非常重要，因为它是开发新疗法的关键障碍之一。在这项研究中使用的功能化纳米颗粒可以用来运输可以摧毁脑肿瘤的治疗药物。 该领域的研究旨在找到生物相容性和活性性能之间的平衡，而对于纳米颗粒来说，这些性能通常与纳米颗粒在其表面的功能化有关。 来自英国和新加坡的研究人员研究了可以添加到纳米颗粒表面的不同表面活性剂，发现与其他表面活性剂分子相比，含有聚乙二醇的表面活性剂更容易穿过血脑屏障。 此外，寻找更多的方法来跨越血脑屏障是学术研究的一个重要难题，因为已知的有效载荷可以被纳米颗粒携带到脑肿瘤中，而如何将它们带到那里一直是一个问题。这种方式的工作很重要，因为它可以找到穿过血脑屏障的方法，而不需要施加外部刺激。 最近的一项研究是2020年在中国进行的。研究人员功能化量子点与多个配对α-carboxyl和氨基酸组,这样纳米颗粒模拟大量氨基酸的结构。 这意味着纳米颗粒可以被一种名为LAT 1的受体分子识别，这种受体分子存在于肿瘤和血脑屏障中，但不存在于大多数健康的器官中。这使得量子点纳米颗粒能够穿透血脑屏障而不受外部刺激(因为它们会给人一种它们是营养物质的印象)，并附着在肿瘤上。 这些特殊分子的临床应用还有很长的路要走，但研究表明，如果他们设计出针对血脑屏障上LAT 1受体的纳米颗粒，未来的治疗可能会更成功。 纳米粒子治疗脑肿瘤的商业发展 纳米颗粒不仅在学术界用于治疗脑瘤;它们可以在市场上买到，并被用来治疗脑瘤患者。Magforce是一家总部位于德国的公司，它使用一种由超顺磁性氧化铁纳米颗粒组成的铁磁流体来杀死癌细胞。 与许多其他纳米颗粒癌症治疗不同，氧化铁纳米颗粒不作为纳米载体。相反，它们会产生局部热量，杀死癌细胞。已经有许多学术研究以类似的方式开展工作，但Magforce是最早生产和商业化使用它们的公司之一。 这种治疗方法可用于多种肿瘤。它并不是针对脑瘤的，但是在临床应用中已经有了使用这些纳米颗粒治疗脑瘤的结果。 这种治疗方法是将磁性纳米颗粒定位在肿瘤附近，然后暴露在外加磁场中。磁场以每秒10万次的速度改变纳米颗粒的极性，从而产生局域热。这种热量被用来杀死癌细胞，随着时间的推移，杀死肿瘤。 未来治疗脑瘤的前景 与传统的化疗相比，纳米颗粒的应用为治疗脑肿瘤提供了更多的可能性。利用纳米技术对抗脑肿瘤的未来看起来很有希望，因为现在有学术和商业上的发展，有望确保脑瘤患者有更好的生存机会。 治疗脑瘤的研究相对来说还比较新颖，因此可能会出现更有效的治疗方法，提高脑癌患者的存活率。
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  • 《前沿：谈纳米技术在植物源农药中的应用》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-11-27
    • 生物碱、酚类、萜类化合物是比较常见的植物次生代谢产物，他们大多分布于植物组织中，对植物具有重要的保护作用。 现代农业对植物源农药有了新要求 随着人口的逐渐增长、科学的进步，为了满足人们对粮食，蔬果的大量需求，成本更低、防效更好的化学农药逐渐占据了主导地位。从半个多世纪的化学农药发展历史来看，无数事实可以证明化学农药在控制农作物病虫草鼠危害、保证农业丰收方面起着任何别的措施不能代替的重要作用。 据国际权威人士估计，如果停止使用化学农药，农作物将减产30%。在中国，这意味着将有3.5亿人挨饿。农场如果停止使用化学农药，水果将减产78%，蔬菜减产54%，谷物将减产32%。 但是，使用化学农药对人类也确实存在直接的或潜在的负面影响。长期过度使用化肥会使农田的土壤板结施肥的效果下降最终又带来农产品的品质下降；过度使用农药会使农产品农药残留量增加，进而危害人类将康。植物源农药的活性成分是自然存在的物质，主要由C、H、O 等元素组成，来源于自然，环境相容性好。在长期的进化过程中已形成了其顺畅的代谢途径，不会污染环境。不仅具有杀虫、杀菌活性，还兼有调节植物生长、诱导免疫、肥效、保鲜作用，且作用方式多样。从作用方式来看，一般对害虫是胃毒作用或特异性作用，少为触杀作用，因此对天敌等非靶标生物是相对安全的。并且往往含有数种有效成分，且作用机制与一般化学农药不同，不易使有害生物产生抗药性。但是植物源农药的使用上也会面临一些新的困难，由于其来源特殊，成分十分的复杂，会出现诸如制剂困难，稳定性差、容易分解等影响药效的问题。现代农业对植物源农药有了更多新的要求。 植物源农药中的一种新技术 纳米技术在植物源农药上的应用纳米材料是一种小于100 nm的结构或物质，其拥有多种其他材料所不具备的优异特性。纳米材料与植物源农药的结合，可以增强药物进入靶生物体内的能力，能够提高农药的稳定性并产生新的控释作用。纳米制剂可改善天然产品的稳定性和有效性，具有控制活性化合物释放到靶生物体的能力，然后控制小分子物质释放到作用部位。他们还可以减少杀虫剂对非靶生物的不良毒副作用、提高杀虫剂的稳定性、保护其活性成分不被微生物降解。 1. 纳米印楝素颗粒 印楝树衍生物在农业上广泛用于防治昆虫、线虫、真菌和细菌。但是，印楝素对温度和光敏感以及易被微生物降解等都会迅速使其失去活性。Riyajan 等开发的涂有天然橡胶的网状海藻酸钠与戊二醛胶囊剂，比无橡胶覆盖的微胶囊释放更慢。在相同时间内(24 h)，无橡胶覆盖的纳米胶囊的释放率是100%，而涂有橡胶的纳米胶囊释放率是80%。Forim开发了一种含有印楝素的聚ε-已内酯纳米颗粒以及该系统所用的喷雾干燥粉末的新制备技术。通过测试发现纳米印楝素颗粒封装效率达到98%。在电子显微镜下，观察到的颗粒呈球形形态，表明活性成分是由于聚合物链的松弛或聚合物被破坏而被释放。大大提高了印楝素在紫外线辐射下的稳定性和水溶性。用纳米印楝素颗粒(5000 mg/kg)处理小菜蛾，其死亡率为100%。Costa 等制备了不同的含印楝素的剂型(纳米胶囊、微胶囊、浓缩乳状液)，并在紫外线的照射下观察制剂的稳定性。结果发现纳米制剂比商业产品稳定性更高，未封装的化合物在七天内完全降解，而封装的印楝素14 天只降解了20%。 2. 纳米鱼藤酮颗粒 鱼藤酮是一种植物源杀虫剂，存在于豆科鱼藤酮属植物的根或根茎中。由于鱼藤酮在紫外线下易降解、对鱼类的毒性强、水溶性低等原因限制了其在农业上的应用。Lao制备和表征两性分子衍生物N(18 醇-1-环氧丙基醚)-O-壳聚糖硫酸盐作为鱼藤酮的载体。并成功的将鱼藤酮杀虫剂封装在浓度为26 mg/mL 的纳米胶束中，使其水溶度提高了13,000 倍。封装的鱼藤酮，150h 后释放约70%，230 小时候达到最大释放，而未封装的鱼藤酮，9 h 后释放70%，27 h 达到最大释放。Martin 等利用超临界辅助雾化技术对三种类型的聚合物（聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸钠）进行了测试。包封率最好的是由海藻酸钠/鱼藤酮(100%)和聚乙二醇/鱼藤酮(98%)所组成的系统。 3. 纳米大蒜精油颗粒 Yang等用聚乙二醇纳米颗粒作为大蒜精油的载体，采用熔融法制备纳米颗粒，包封率为80%。精油封装时其活性成分没有显著变化。5 个月后，该制剂对甲虫成虫有80%的杀虫效果，单独使用大蒜精油，效果只有11%。 纳米植物源农药的发展前景 先进的纳米技术将会把植物源农药引领到一个全新的高度，纳米技术能够彻底解决植物源农药现存的低稳定性、高挥发性、热分解性等问题，具有良好的发展前景，新技术的研发和推广将更进一步缓解化学农药对环境和人类自身带来的不利影响。相信在不久的将来，植物源农药与纳米技术相结合的优势商业产品就会出现，加速淘汰污染严重的普通化学农药。
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