福辛普利钠

p style=" text-align: center " img title=" 201711141316535767.JPG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/71f679e6-bf81-40bb-9ea3-8d65204ae4ba.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 　　Scott Tighe(左)利用MinION设备在南极测序微生物DNA。图片来源：Sarah Johnson /strong /p p 　　Christopher Mason有一个喜欢在会议上展示的技巧。通过从志愿者手机上收集的化验样本获取DNA，他和同事能在1个小时内现场进行谱系分析，甚至详细描述出捐赠者一天的生活细节。“我们能从手机上的残留物预言谁刚吃了一个橘子或者谁吃了猪肉。”美国纽约威尔康奈尔医学院计算生物学家Mason表示。 /p p 　　他利用一种由英国牛津纳米孔技术公司(ONT)研发、名为MinION的手持测序设备实现了这种快速分析。MinION会让DNA长链穿过被称为纳米孔的小孔，探测由DNA的4个核苷酸组件引发的电流微小变化，从而阅读序列信息。Mason的展示是对该设备性能的轻松说明，而早期用户却积累了一些引人注目的科学成就。MinION在监控2015年埃博拉病毒暴发上扮演了举足轻重的角色，并乘船到达过南极甚至进入了太空轨道。 /p p 　　不过，大小和一副扑克牌相当的MinION仅在全球测序市场上占据了一小部分份额。这个市场仍由位于加州圣地亚哥的启迪公司主导。虽然启迪领先了近10年，但ONT及其用户正在努力克服技术挑战——最突出的挑战是较高的出错率。与此同时，竞争的企业希望对这种概念上很简单但技术上很复杂的测序策略稍加创新，从而超越ONT。 /p p 　　 strong 在传染病研究人员中最受欢迎 /strong /p p 　　事实证明，MinION在传染病研究人员中尤其受欢迎。例如，伯明翰大学微生物基因学家、MinION早期采用者Nicholas Loman同全球病毒“热点区域”的同行合作，共同监控埃博拉在西非以及寨卡在巴西的传播。“他们基本上能在48小时内建立一个测序实验室使其运行，并且可以把设备打包到携带的行李箱里。”加州大学生物物理学家Mark Akeson表示。Akeson开展了纳米孔测序法方面的一些基础性研究，并且是ONT咨询委员会成员。Loman表示，这种可携带性是一种巨大的优势，但大量的数据输出可能会难以掌控。“我们在巴西几乎要成功了，但因为设备过热，我的苹果电脑崩溃了。” /p p 　　一些团队正在探寻临床微生物学应用。澳大利亚昆士兰大学生物信息学家Lachlan Coin开发了实时数据分析算法，以便检测血液样本中的耐药细菌。在利用培养细菌开展的早期测试中，Coin团队能在10个小时内辨别出一个样本中的所有抗药基因。Coin介绍说，现在的技术能让这一时间减半，但利用真实样本(人类DNA会将细菌DNA淹没)的做法正令这一过程复杂化。“我认为，再过1年左右，我们将能在6个小时内辨别出病人样本中的抗药基因。” /p p 　　其他研究人员正在探寻宏基因组学，目标是全面描述样本中的所有生物体。原则上，流动细胞中的每个纳米孔都能被用于同时检测不同的基因组。“你可以获得存在的任何物种——细菌、病毒和人类DNA的完整基因图谱。”Mason介绍说。他利用纳米孔测序对因肮脏出名的纽约地铁系统开展了宏基因组学调查，并且雄心勃勃地计划对更加荒凉的环境——包括火星进行分析。Mason同美国宇航局的科学家合作证实，MinION在国际空间站零重力条件下表现良好。他和同事希望，有一天能将该技术用于研究火星，并且为正在进行的寻找地外生命提供帮助。 /p p 　　回到地球，佛蒙特大学遗传学家Scott Tighe在南极麦克默多干河谷运行了MinION。在那里，他的团队用了两个多小时对微生物样本进行了测序。“设备停止运行的原因在于外面太冷了：电池到最后没电了。”同Tighe就若干项目有过合作的Mason解释说。 /p p 　　 strong 瞄准哺乳动物基因组 /strong /p p 　　诸如美国国家人类基因组研究所所长Adam Phillippy等纳米孔方面的资深专家将微生物基因组组装视为“一个已经解决的问题”。如今，他们有了更高远的目标：含有数十亿个而非几百万个核苷酸的哺乳动物基因组。今年，一个包括Phillippy、Loman和加拿大安大略癌症研究所生物信息学家Simpson在内的研究团队报告称，他们仅利用达到很高准确度的MinION数据便组装了完整的人类基因组。Simpson介绍说，平均的重叠群大小达到百万碱基级别，精度值最高为99.44%。搭配使用启迪公司的短序列技术，该团队将准确度提升至99.96%，尽管这仍落后于99.99%的金标准准确度。 /p p 　　不过，在人类基因组分析的其他方面，纳米孔要更加擅长。例如，目前的人类基因组组装仍不完整，因为高度重复的区域对短序列分析“并不感冒”。一个由加州大学基因组学研究人员Karen Miga领导的团队证实，纳米孔能帮助研究人员填补这些空白。Miga团队利用150千碱基对序列重构了人类着丝点，即真核生物染色体上高度重复的基因组。对该领域的研究此前一片空白。同Miga开展合作的Akeson预测，离组装出真正完整的基因组序列可能仅有几年时间。 /p p 　　纳米孔分析还非常适合绘制外基因标记——对单个核苷酸进行的微小化学修饰，会影响基因表达。大多数测序平台利用的是清除这些标记的样品制备方法，但纳米孔平台可直接分析修饰的DNA。Simpson和来自约翰斯?霍普金斯大学的Winston Timp证实，他们能训练软件区分甲基化胞苷酸和正常胞嘧啶的电信号，准确度约为90%。Akeson也实现了类似的成功。“我们能探测到任何试图看到的修饰。”Akeson表示，“它甚至能区分两个氢原子之间的差别。” /p p strong 　　更多期待 /strong /p p 　　不过，一些用户发现，纳米孔样本准备工具具有不可预知性。例如，一些DNA样本需要广泛的优化。“一些人做得非常好并且获得了惊人的成果，但其他人仍在挣扎。”位于马萨诸塞州的药物研发公司Warp Drive Bio首席科学家Keith Robison 表示。在去年12月的一次演讲中，ONT首席科技官Clive Brown宣称：“公司正在投入很多努力，为人们提供针对特定样本类型的调试协议，从而帮助他们优化获得的样本。” /p p 　　诸多问题为竞争者带来了机遇。跟得最紧的是位于瑞士的罗氏公司。2014年，该公司并购了总部位于加州的纳米孔初创企业——珍妮亚技术公司。虽然罗氏公司对它的系统秘而不宣，但珍妮亚公司在2016年公开的一份文件中描述了“通过合成开展纳米孔测序”的策略。该技术将DNA合成酶同蛋白纳米孔配对。这种酶会读取目标DNA，并且利用带有化学标签的核苷酸建立互补序列。在每个碱基被包括进不断延长的DNA链时，它的标签被释放并穿过纳米孔，从而产生不同的电信号。 /p p 　　不过，ONT并未止步不前。和此前的模型相比，其两个最新的桌上型系统能传送大很多的数据量。在今年3月发布的GridION基本上可并行运行多个MinION设备。相比之下，PromethION利用的是一种完全不同的流动细胞，并且面向的是人类基因组规模的项目。“很明显，他们想让该系统在输出量方面同启迪公司的平台相媲美。”Loman表示。 /p p 　　虽然该领域取得了很多进展，但不容否认，纳米孔测序占据了支配地位。其低成本、可靠测序的前景令研究人员兴奋不已。“作为计算机科学家，我总是非常渴望数据。”Phillippy表示，“所有微生物学实验室和大学课堂都能产生测序数据的想法非常诱人。” /p p /p

研究人员发现新型光伏纳米粒子可以发射相同的光子流。图片来源：美国《每日科学》网站据最新一期《自然光子学》杂志报道，美国麻省理工学院研究人员证明，新型光伏纳米粒子可发出单一的、相同的光子流，这可能为研发新的量子计算技术和量子隐形传态设备铺平道路。量子计算的大多数路线使用超冷原子或单个电子的自旋作为量子比特，以构成此类设备的基础。大约20年前，一些研究人员提出使用光作为基本量子比特单位的想法。这样做的好处在于无需再使用控制量子比特的昂贵而复杂的设备，只需要普通的镜子和光学探测器。研究人员表示，有了这些类似量子比特的光子，就可用家用线性光学系统建造一台量子计算机。因此，这些光子的准备是关键，他们最终选择了铅－盐类钙钛矿纳米颗粒。纳米颗粒形式的卤化铅钙钛矿有着极快的低温辐射速率，光发射得越快，输出就越有可能具有定义明确的波函数，因此，快速的辐射速率使卤化铅钙钛矿纳米颗粒能够发射量子光。为了测试它们产生的光子是否真的具有这种特性，研究人员采用了标准测试，即检测两个光子之间的洪－欧－曼德尔干涉。在没有任何辐射增强或光子结构的情况下，结果显示出高达0.56±0.12的校正可见度。这些结果证明了钙钛矿纳米晶体作为不可区分的单光子的可扩展胶体源的独特潜力。

背景简介聚合物纳米复合材料是以聚合物为基体连续相，以纳米填充物为分散相的一种复合材料，具有易加工、摩擦和磨损率小、表面硬度高以及成本低廉等特点，在工业中具有广泛应用，受到诸多科学家的关注。研究聚合物复合材料的内部结构是一种综合性认知材料聚集形态形成和物质组成分布的有效方法。通常，科学家通过透射电子显微镜（TEM）研究颗粒的内部结构及聚集形态。但是，电子显微镜并不能对轻质元素(C, H, N和O) 进行元素识别及表征，而这些元素正是水体系聚合物主链单元的主要组成元素。同时，电子显微镜对聚合物功能团的识别强烈依赖于选择性染色，需要将电子密度高的重金属离子引入聚合物链。因此，通过扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱方法（STEM-EELS）或者TEM相衬度法来研究聚合物纳米材料的形态结构及元素分布仍然存在一些争议，特别是在研究水溶性主链的聚合物体系中染色带来的误差和衬度失真尤为严重。近年来，迅速发展的纳米分辨傅里叶红外光谱与超分辨光学成像技术（nano-FTIR & neaSNOM）能够实现在10 nm的空间分辨率下对材料的化学组成和结构进行表征。与电子显微镜与电子能谱结合的方法相比，光学探测技术具有无损伤、无需染色标记、快速且适用性广等优点，可以研究材料化学组分，微观结构、电学、力学、高分子取向与构象以及物质相互作用等信息。研究进展近期西班牙纳米科学研究中心的Rainer Hillenbrand团队通过nano-FTIR & neaSNOM对聚全氟辛基丙烯酸酯-基丙烯酸酯-丙烯酸丁酯（PMB）形成的纳米复合颗粒进行研究[1]：证明了颗粒内部形成了复杂的Core-Shell-Shell结构。进一步，通过nano-FTIR对全氟取代共聚物（POA）和丙烯酸共聚物（MMA/BA）在三层结构中的分布及比例进行定量研究，发现本该富集在Core部分的疏水POA在三层结构中都存在，并且在inner-Shell的比例高度达到了65%。结合聚合反应动力学研究，nano-FTIR & neaSNOM可以呈现复合聚合物颗粒Core-Shell-Shell结构在形成过程中各化学组分生成时间、相分离及迁移的具体路径以及疏水、亲水相互作用，有助于提升对纳米材料复杂高次结构的理解和设计。需要指出的是：由于不同的域（核，壳）显示出显着不同的机械性能和形貌（图1a），其他方法（例如PiFM和AFM-IR）得到的红外信息会跟局域的机械性能有一定关联，造成一些数据假象。而nano-FTIR对于这种材料系统的优点是部与样品之间的纯光学相互作用决定了信号，因而得到的信号与材料的机械性能无关。 精彩结果展示图1 PMB嵌段聚合物截面光学超分辨成像。（a）s-SNOM原理示意图。通过激发光（Einc）聚焦照射AFM探针，在针周围形成增强的局域近场，进一步AFM探针以Ω轻敲振动频率调制针散射（Esca）的近场信号，从而获取纳米尺度下聚合物截面的光学图像。（b）纯poly(POA) 与poly(MMA-co-BA)的nano-FTIR光谱，用作对比参考光谱。垂直的蓝色虚线表示记录在图（d）和（e）中的近场光学图像的红外频率。(c) PMB颗粒的拓扑结构成像。(d, e) 近场红外的相位图对应了样品分别在1250 cm−1 (d)和在1736 cm−1 (e)处的吸收。图像的积分时间为每个像素6 ms 图像获取时间为24 min。图2 nano-FTIR&neaSNOM对PMB单颗截面Core-Shell-Shell结构中POA/ARC(MMA-co-BA)的高光谱及纳米红外光谱研究（左）；图3 对多个PMB聚合物颗粒化学组分的统计研究，定量给出了Core-Shell-Shell的比例分布（右）。结论作者展示了无需化学染色标记的一种纳米成像与纳米光谱表征方法（s-SNOM& nano-FTIR），该方法确认了PMB聚合物复合颗粒内部结构并证明了新型的核-壳-壳复杂结构的存在。进一步通过对参比样品光谱进行线性叠加拟合，定量的计算出核-壳-壳结构中各个组分的定量比例及分布。这种同时表征材料微观纳米结构与对应化学成分的方法是前所未见的，有助于帮助科学找到影响材料性能的关键参数以及终材料聚集形态形成的动力学路径，依此来设计和调控材料所需的宏观性能。 研究利器上述研究中的纳米分辨傅里叶红外光谱与成像技术（nano-FTIR & neaSNOM）是由德国Neaspec公司利用其有的散射型近场光学技术发展出来的，使纳米尺度化学鉴定和成像成为可能。这一技术综合了原子力显微镜的高空间分辨率和傅里叶红外光谱的高化学敏感度，可以在纳米尺度下实现对几乎所有材料的化学分辨。由此开启了现代化学分析的纳米新时代。该设备还具有高度的可靠性和可重复性，已成为纳米光学领域热点研究方向的重要科研设备！图4 neaspec纳米傅里叶红外光谱仪-Nano-FTIR 参考文献：[1]. Cross-Sectional Chemical Nanoimaging of Composite Polymer Nanoparticles by Infrared Nanospectroscopy, Macromolecules, 2021, 54 (2), 995-1005, DOI: 10.1021/acs.macromol.0c02287