分子组装

《化学会评论》当期封面 　　生命体系中诸多基本结构单元在特定的环境下，能自发地进行自组装，形成各种各样的纳米结构。在细胞生命活动中，蛋白的折叠和展开起到了至关重要的作用，蛋白质的错误折叠能够导致神经性疾病的发作，例如阿尔兹海默症(Alzheimer's Disease)。实际上，淀粉样纤维的形成是这类疾病的一个共同特点，通过对与淀粉样纤维形成相关蛋白、多肽甚至寡肽的序列和有效分子识别单元的研究，人们能够设计生物启发的自组装构筑基元，进而用于材料的设计和制备。 　　在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的共同支持下，化学研究所胶体、界面与化学热力学院重点实验室研究人员近几年来一直致力于“仿生体系分子组装”方面的研究，并取得了系列研究成果，在英国皇家化学会综述期刊《化学会评论》 (Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 1877-1890) 上发表了题为Self-assembly and application of diphenylalanine-based nanostructures的综述文章，系统地介绍了该小组近几年来在肽基分子组装方面的工作，并被选为该期的封面论文。 　　该课题组基于分子仿生的概念，利用不同肽作为自组装基元，构筑了一系列肽基纳米结构，由此组装的肽纳米结构材料在应用方面展示出其独特的优势，如在生物医药领域用于组织工程、药物输运、生物成像和生物传感等。其也可作为模板材料用于各种各样功能性纳米结构的制备。肽分子自组装可在分子水平上进行设计和功能化，从而控制组装体的形状和结构(Angew. Chem. Int. Ed.2007, 46, 2431 Chem. Eur. J. 2008, 14, 5974.)，这有利于我们理解生物体里一些结构的形成和调控现象。在某些条件下，这样的肽分子能够自组装成纳米纤维，最终形成宏观的凝胶网络结构(Chem. Mater. 2008, 20, 1522 Chem. Eur. J. 2010, 16, 3176.)。另外，为了赋予纳米生物材料新的特性，发展了一些新的构建策略，制备生物有机-无机复合材料。例如，将阳离子寡肽与荧光量子点结合制备生物兼容的三维胶体球，可用于活体细胞的标记(Small, 2008, 4, 1687) 与多价阴离子结合构建适应性的杂化超分子网络，可用于多种尺度客体材料的包封，在药物控释方面有潜在的应用(Adv. Mater.2010, 22, 1283)。

线粒体是真核细胞能量代谢的主要场所，与动植物的生长发育密切相关，99%的线粒体蛋白由细胞核基因编码，在细胞质中合成。线粒体外膜TOM转位酶复合体负责绝大部分前体蛋白运输进入线粒体，再通过其他转位酶复合体分选至线粒体的各个部位。TOM复合体是由7个亚基组成的膜蛋白复合体，其组装过程是多步骤且高度动态的，需要线粒体外膜SAM复合物的协助。但是，SAM复合物如何协助TOM组装的分子机制尚不清楚。　　为了探索TOM转位酶复合体的组装机制，作物遗传改良国家重点实验室殷平教授研究团队独辟蹊径，利用哺乳动物细胞重组表达系统重构了该组装过程，并实现精准控制，可人为地为组装按下“暂停键”。该方法使得研究者捕获了TOM组装过程中的多个中间态并获得其蛋白样品，攻克了该领域多年来无法获得稳定的TOM复合体中间态的难题。研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术首次解析了两个重要中间态的高分辨三维结构，并结合功能分析阐明了SAM复合物协助组装以及释放TOM的分子机制。　　该研究成果有助于理解TOM转位酶复合体的组装过程，更好地探究线粒体蛋白的生物发生，为线粒体疾病治疗和作物遗传改良提供理论基础。相关研究成果于近期发表在Science杂志上。

据美国物理学家组织网5月12日(北京时间)报道，美国杜克大学研究人员称，他们利用携带全部生命信息的DNA(脱氧核糖核酸)的独特双螺旋结构，将经过改造的DNA片段和其他分子进行简单混合，即可制造出无数个同样的、细小的、像华夫饼干一样的器件。利用这种技术，将来或只需一天时间就可达到现在全球每月的芯片生产量。 　　杜克大学电子和计算机工程学副教授克里斯德维耶认为，下一代电脑中或将不再使用硅芯片，而使用由DNA片段制造的逻辑芯片。 　　DNA由多对核苷酸碱基组成，这些碱基之间的关系非常密切，德维耶团队通过将这些碱基对以不同的顺序进行排列，得到了不同的DNA片段。这个过程类似于玩拼图游戏：混乱的拼图碎片会慢慢找到它们的邻居，最终成为一幅完整的拼图。研究人员要做的则是将无数个拼图碎片放在一起，然后拼出无数个同样的拼图。 　　在德维耶的实验中，“华夫饼干”“拼图”有16块，光敏分子放置在“拼图”的脊线上。当光线照射在光敏分子上时，光敏分子吸收光线，刺激电子，释放出的能量会使附近的另一类光敏分子吸收这些能量，并发射出不同波长的光线。仅用一个探测器就可将输出光线与输入光线区别开来。 　　研究证明，这些纳米结构能够有效地进行自组装，当在其上添加不同的光敏分子时，这个“华夫饼干”会显示出独特的“可编程”特性，因此，通过使用光线来刺激这些光敏分子，研究人员就能够制造出简单的逻辑门(开关)。使用更大一些的“华夫饼干”，可制造出更复杂的电路，而且这种可能性是无限的。 　　传统的电路使用电流快速地在“0”和“1”之间切换，而在新的器件中，光线可刺激由DNA制造的开关作出同样的反应，且速度更快。德维耶称，这是人们首次证明分子具有如此活跃且快速的处理和传感能力。 　　德维耶指出，这些“华夫饼干”器件可成为未来计算机芯片的基本组件。由于这些纳米结构从根本上来说就是传感器，因此，它亦可应用于生物医学。研究人员可据此制造出细小的纳米器件，以对作为疾病标识的不同蛋白作出反应。(刘霞) 　　谁要说原子弹可以做得像个“二踢脚”，你肯定得劝他回家量体温。有些事听着比这还要悬，但却千真万确。就说你正捏着这张报纸的大拇指吧，里面的遗传物质足够造出一台超级计算机的所有逻辑组件，而其潜在的计算和存储能力会让目前世界上功能最强大的计算机相形见绌。从16年前首次提出DNA计算机概念并证明其可行，到今天宣告“华夫饼干”式分子开关研发成功，实用的DNA计算机渐行渐近。关于它将如何改变人类生活，我敢断言，最权威的专家现在也只能看到皮毛。

在南京大学的实验室内，杜灵杰教授和他的科研团队首次观察到引力子在凝聚态物质中的“投影””，这一发现被发表于国际学术期刊《自然》杂志上。杜灵杰介绍，引力子和引力波对应，后者已经被实验所证实，而引力子尚未被直接观察到。“引力子是广义相对论与量子力学理论相结合的产物，如果能证实这种神秘粒子存在，可能有助于实现两大理论的统一，这对当代物理学而言意义重大。”他告诉记者，近年来，有理论预言，凝聚态物质中可能存在一种“分数量子霍尔效应引力子”，由于它的行为规律与引力子类似，被形象地称作引力子的“投影”。5年前，杜灵杰团队在分数量子霍尔效应中发现一种新的集体激发现象。理论物理学界认为，这可能是分数量子霍尔效应引力子存在的证据，并提出了实验方案。“但当时国内外没有符合实验要求的测量设备。因为这个实验对设备的要求极高，而且看上去自相矛盾。”论文共同第一作者、南京大学博士生梁杰辉告诉记者，一方面，实验需要极低温和强磁场——温度仅比绝对零度高约0.05摄氏度，磁场强度要达到地球平均磁场的10万倍以上，虽然这两个条件可以通过特殊的制冷机实现，但另一方面，为了开展光学测量，制冷机上必须安装透光窗户，这又很容易导致实验温度上升，机器振动也会影响光学测量的精度。对于该实验测量，无论是从实验技术，还是从基础物理创新角度，都意味着是0到1的突破。杜灵杰带领团队，花费数年时间，通过精妙的设计将看似矛盾的测量要求一一实现，在南京大学自主设计、集成组装了一台根植于He3-He4稀释制冷技术的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统(图a)。这一特殊的“望远镜”有两层楼高，可以在零下273.1度下捕捉到最低达10GHz的微弱激发并判断其自旋。测试表明，这一技术的相关测量参数达到国际领先水平，为引力子激发的测量奠定了实验基础。依靠这一利器，实验团队在砷化镓半导体量子阱中成功观测到分数量子霍尔效应引力子，取得重要突破。团队通过共振非弹性光散射测量到了最低能量长波集体激发，并通过改变入射和散射光的自旋，观察到该激发具有自旋2的特性并且是手性的(图b)。并且测量到的极小激发峰宽符合动量守恒下引力子激发的长波特性(图c)，而测到的能量在m/n分数态正比于Ec/n(Ec为库伦能)，符合其能量特性(图d)。这些结果从自旋，动量和能量角度充分提供了引力子激发的实验证据。图：(a)极低温强磁场共振非弹性偏振光散射测量平台。(b)引力子激发的手性自旋2特性。(c)引力子激发峰峰宽揭示其长波特性。(d) 引力子激发能量符合其能量特性。这一极具挑战性研究成果的发表，意味着南京大学杜灵杰教授团队在这一前沿领域迈出了重要一步。该工作在南京大学完成，南京大学为论文的第一单位。南京大学物理学院杜灵杰教授为通讯作者，负责该实验项目。南京大学博士生梁杰辉和哥伦比亚大学博士生刘子煜为共同第一作者。普林斯顿大学为该工作提供了高质量的样品。该工作得到了南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心的大力支持，以及国家海外高层次人才青年项目、国家自然科学基金委、科技部科技创新2030、江苏省双创人才以及南京大学人才启动项目等经费的支持。参考资料：我国科学家在世界上首次观察到引力子的“投影”.新华网Nature发表南京大学杜灵杰团队最新成果：实验上首次发现引力子激发.中国日报网

p 　　有序组装体的结构与功能调控是具有重要理论和实际意义的研究课题。传统组装一般在水或有机溶剂中进行，超临界流体是具有许多独特性质的新型介质和功能流体。在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下，中国科学院化学研究所胶体、界面与化学热力学实验室研究员张建玲等科研人员在新型介质调控有序组装研究方面取得了新进展： /p p 　　提出以金属-有机框架(MOF)作为乳化剂、在超临界CO sub 2 /sub /水中形成乳液的研究思路。采用“亲水性”MOF形成水包CO sub 2 /sub 型乳液，而“亲CO sub 2 /sub 性”MOF则促进超临界CO sub 2 /sub 包水型乳液的形成，乳液液滴的微观结构可通过CO sub 2 /sub 压力和MOF组成进行调控。这种由MOF、CO sub 2 /sub 和水组成的新型乳液为MOF高级结构的组装提供了新途径。将乳液中的CO sub 2 /sub 和水在冷冻状态下去除后，制得具有大孔-介孔-微孔结构的三维网络MOF材料、空心MOF微球等。该工作被《德国应用化学》选为“Hot Paper”(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11372-11376)。 /p p 　　采用与超临界CO sub 2 /sub 和水同时存在较强相互作用的金属配合物作为双亲分子，在超临界CO sub 2 /sub /水体系中自组装形成反胶束，通过改变CO sub 2 /sub 压力和水含量，可对反胶束的微观结构和性质进行调控。这种由金属配合物组装而成、超临界CO2做连续相的反胶束为光催化CO sub 2 /sub 转化提供了界面反应的新途径(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13533-13537)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/1b3b353f-e315-4b17-847c-1d10cd63fb4c.jpg" title=" W020161207570569686580.jpg" / /p p style=" text-align: center " MOF稳定超临界CO sub 2 /sub /水乳液及MOF高级结构组装 /p p br/ /p

据物理学家组织网5月5日报道，最近，美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)、太平洋生物科学公司(PacBio)与华盛顿大学合作，开发出一种改良的基因组组装工艺流程，生成的读取片段达到数万个核苷酸长度，最终的组装序列准确率大于99.999%。以往的桑格技术只有700个核苷酸，新工艺大大提高了测序组装和分析的成本效益。相关论文在线发表于5月5日的《自然· 方法学》上。 　　人们在降低成本和DNA测序通量上已取得巨大进步，但在重建基因组过程中，仍面临很大挑战。现有技术擅于造出短DNA字母片段(读取片段)，经过计算把它们拼一起(组装)成为长链，以此来确定目标序列中这些字母的序列和功能。基因组装就好比把几百万的&ldquo 拼图&rdquo 拼在一起，而事先不知道原图是什么样子。由于DNA片段非常小而数量却极大，用目前流行方法来组装非常困难。 　　研究小组描述这一工艺为&ldquo 从DNA样品制备到最终基因组确定的全自动过程&rdquo ，所用技术叫做HGAP(分级基因组组装过程)。利用太平洋生物科学公司的单分子实时DNA测序平台，生成的读取片段达到数万个核苷酸长度，比人类基因组计划时期的主力技术&mdash &mdash 桑格测序技术还要长。 　　桑格技术只能产出约700个核苷酸的读取片段，而且要建多个DNA库控制多种运行，结合数据分析才能填补碱基编码空缺。后桑格法也需要多个库，但结合了优选技术。据研究小组报告，HGAP则相反， &ldquo 只需准备一个DNA库，就会自动连续不断地读取单分子实时测序完成组装，而不需要循环一致测序。&rdquo 他们还用DOE JGI以往测序过的3种细菌对新方法进行了测试，收集数据进行了对比，发现HGAP方法最终组装好的序列准确率大于99.999%。 　　&ldquo 我们一直在寻找新做法，在产出高质量数据的同时提高效率。&rdquo DOE JGI基因组技术副主管兰恩· 潘那奇奥说，&ldquo 我们在研究多种改良技术以实现规模经济效益，这只是其中之一。&rdquo 在全世界已完成或正在进行的两万多个基因组项目中，超过20%在使用DOE JGI的测序技术，大多集中在环境生物学、能源和碳处理方面。目前，研究小组正在进一步扩展这种新方法的应用范围，以研究更复杂有机生物的基因组。 　　太平洋生物科学公司首席科学官乔纳斯· 克拉奇也表示，通过与JGI微生物和微生物基因组组装与注释领域的科学家合作，他们才能改变单分子测序组装方法，使组装结果质量更高，而且在速度和价格方面能与下一代测序与组装方法竞争。

DNA基因测序技术从上世纪70年代起，历经三代技术后，目前已发展成为一项相对成熟的生物产业。测序技术的应用也扩展到了生物、医学、制药、健康、农林、园艺、花卉、环保、法医等许多领域，并成为一项与我们衣食住行密切相关的高技术产业。据最新统计，2012年全球基因测序市场的产值已超过百亿，按最近几年增长速度，预计2017年市场产值将加倍。在测序产业占世界市场份额第一的正是总部设在深圳的我国华大基因研究院。因此可以说，基因测序在我国生物科技领域具有非常重要的战略意义。 　　&ldquo 第三代测序技术&rdquo 的研发已有近十年时间，商业化的第三代测序仪上市也有三年。但目前测序市场仍为二代测序技术所垄断(我国顶级科研机构和商业公司所拥有的三代测序仪可能仅有数十台)。三代测序技术产生的读段更长，测序成本更低，其取代二代技术是测序技术发展的必然趋势。然而由于三代测序技术错误率高，现有的组装软件多是对第二代测序数据组装软件的&ldquo 修补&rdquo 而并没有充分考虑到三代测序技术的数据特征。事实上，基因组装算法问题被广泛认为是计算生物学和生物信息学领域最复杂的计算难题之一，也是目前阻碍基因测序产业从二代技术升级到三代技术最大的技术障碍。 　　最近，美国马里兰大学 Chengxi Ye, James A. Yorke, Aleksey Zimin 等与中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室马占山研究员在这一领域的合作研发取得新突破。该研究团队在一篇题为DBG2OLC: Efficient Assembly of Large Genomes Using the Compressed Overlap Graph 的文章中引入了一种新的针对三代测序技术的基因组装算法，并开发出一款软件(DBG2OLC)。另外作者(Ye et al. 2011, 2012)于2011年发布的SparseAssembler曾经比当时主流的基因组装软件节省90%的内存空间，而其计算时间和组装质量却毫不逊色。著名的SOAPdenovo的升级版，也是目前最广泛应用的基因组装软件SOAPdenovo2即采用了SparseAssembler算法。 　　多组测序数据的测试表明：与目前用于三代测序最优秀的一些基因组装软件(例如PacBio2CA, HGAP, ECTools)相比，DBG2OLC在计算时间和内存空间的消耗通常仅为其它算法的1/10。理论上，DBG2OLC在时间和空间的使用上相对其它同类软件可减少达1000倍。例如组装关键步骤之一的&ldquo 两两比对&rdquo 计算，采用一组由 PacBio提供的人类基因组数据，DBG2OLC 使用一台普通PC仅用了6小时完成。而同样计算，Pacific Biosciences所报道的时间为 405000 CPU小时，而且是在Google的计算集群上完成。因此，DBG2OLC 算法基本解决了目前三代测序技术所面临的计算技术挑战，从而为推进基因测序技术的产业升级奠定了良好的技术基础。

日前，我国科学家在国际上首次完成仿刺参基因组测序和组装，对刺参生物学和遗传育种研究具有重要科学意义，将对我国刺参产业发展产生重要推动作用。该成果由中国科学院海洋研究所研究员杨红生团队和相建海团队共同完成，在天津生物芯片技术公司的技术支撑下，突破了刺参复杂基因组测序和组装技术瓶颈，采用新一代测序技术获得132Gb高质量DNA序列数据，覆盖全基因组160倍。科研人员利用针对高复杂度基因组组装的创新策略，在国际上首次成功完成了野生刺参的基因组组装，目前获得的框架图总长度达到765Mb，组装叠连群Contig N50达112Kb，该数值优于国际迄今已发表的多数水产动物基因组图谱的指标。初步检测表明，功能基因区覆盖达95%以上。该项研究得到了国家科技部“973”、“863”计划，国家基金委，中国科学院和山东省、青岛市科技厅的资助。早在上世纪50年代，海洋所科研人员就开展了海参的形态分类和经典生物学研究，查清了我国海参的分布和生物多样性特征，阐明了其分类学地位。仿刺参(又称刺参)，属于棘皮动物门，主要分布于中国的黄渤海和俄罗斯、南北朝鲜和日本等东北亚海域。由于刺参特殊的进化地位、独特的繁殖生活史以及夏眠、排脏与再生、自溶等生物学现象，使其具有重要的科学研究价值。同时，刺参也是我国现有20种可食用的海参中品质最好、经济价值最高的种类，2013年我国刺参养殖面积达21.5万公顷，总产量达19.4万吨，产值近300亿元，约占全国当年海水养殖产值的15%。十多年来，杨红生等针对刺参的基础生物学、生态学和遗传育种应用开展了契而不舍的系统研究，取得了十分丰厚的科技成果，在理解刺参夏眠、再生和行为学上获得若干新认知，构建了刺参的遗传育种群体，培育了具有耐温高产、多刺和不同体色等性状的刺参新品系，并进行了示范应用和推广。近两年，针对我国刺参养殖业面临育苗变态困难、成活率低下、养殖病害严重、种质退化、品质欠佳等一系列问题，杨红生研究员团队与相建海研究员团队合作，共同开展刺参基因组学研究，通过刺参基因信息的全面破译，在特殊生命现象的剖析、重要经济性状的分子解析、基因资源挖掘与利用、物种进化等多个领域的开展深入研究。全基因组序列的成功破译作为对刺参认知创新的里程碑，将为刺参的繁殖发育、免疫调控、营养代谢、遗传解析提供重要理论支撑，有力推动刺参重要经济性状解析、分子标记辅助选育和全基因组遗传育种，以及揭示刺参的夏眠、再生、自溶等特殊生命现象的机理机制等相关研究，为我国刺参产业健康可持续发展提供有力科技支撑。

你能想象有*化学也能玩成“乐高积木”吗？2022年10月5日，2022年诺贝尔化学奖授予了三位科学家：Carolyn R. Bertozzi、K. Barry Sharpless和Morten Meldal，奖励他们在发展“点击化学”和“生物正交化学”中的贡献。 问：什么是点击化学？“点击化学(Click chemistry)”是指一类能够高效生成“碳原子-杂原子链”的化学反应。点击化学有以下优势：1.区域特异性和立体特异性；2.对溶剂参数不敏感；3.反应得率高、副反应少，且原料充分反应4.实验条件简单；5.大的热力学驱动力。与点击化学的优势类似，流动化学也具有高效混合、简便*的温度控制、收率高、减少副产物等优势。 图1：发表在JOC杂志上的文章“可见光驱动光催化促进的N-异质螺环的多组分直接组装”今天为大家介绍在2022年9月，Steven V.Ley教授在JOC上一篇题为《可见光驱动光催化促进n杂螺环的多组分直接组装》的文章，演示了在温和条件下使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物。1、螺环化合物20世纪六十年代起，生物学家和药物学家逐渐发现，从自然界分离得到的具有生物活性的化合物中拥有螺环结构的化合物占有很大的比例。随着研究的深入，螺环化合物的性质使他在药物研发中占据非常重要的地位。螺环化合物是指两个单环共用一个碳原子的多环化合物；共用的碳原子称为螺原子。杂环螺环结构在一定程度上改变药物分子的水溶性、亲脂性、优势构象等，使优化后的药物分子更容易成药。不同的螺环具有丰富的三维立体结构，从而提供了改善药效的可能性和药物*的创新性；既可以突破现有药物的*，又能设计全新结构或者骨架的小分子化合物。 图2：螺旋内酯固醇 图3：灰黄霉素已上市药物中，也有很多含有螺环结构的小分子药物，比如利尿剂螺旋内酯固醇(Spironolactone)（如图2所示）和抗真菌药物灰黄霉素(Griseofulvin)（如图3所示）。N-异螺旋环是在天然产物和药物中发现的有趣的结构单元，但其合成的可靠方法相对较少。传统合成方式 图4：获取螺旋环吡咯烷的策略 图5：从N-烯丙磺酰胺和烯烃中构建β-螺旋吡咯啶现有的方法通常需要几个步骤，并使用昂贵的催化剂，如钌或铑，以获得所需的产品。在过去，靠传统的办法合成目标分子，往往需要绕很多弯路。步骤越多，意味着产率越低，浪费越大。2、更高效的合成方式使用Vapourtec UV-150光反应器放大合成N-异象螺旋循环 图6：使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物Steven V. Ley教授是世界*的有机化学家，剑桥化学系研究主任，皇家化学会RSC的前任会长，教授在有机合成方法学和全合成领域中的成就斐然。Ley教授在“可见光驱动光催化促进n杂螺环的多组分直接组装”一文中，演示了在温和条件下使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物。在近年来发展的叠杂杂螺环的大多数制备方法中都需要多步步骤。然而，光催化的最新应用可以使合成步骤大大减少。作者利用光催化生成N-中心自由基，可构建多种β-螺环吡咯烷，包括药物衍生物。利用流动化学技术，还证明了产品的进一步衍生化具有可行的放大程序。光催化能够在温和的条件下通过高度反应的中间体以模块化的方式构建复杂的分子结构。在开发的螺环吡咯烷的制备方法中，大多数都能够制备α-螺环吡咯烷，克服了制备α-三级胺的一些困难。简化合成路线的解决方案之一是采用无试剂化学方法。从光化学上讲，以氮为中心的自由基的产生相对简单，并被证明可以激活N-H和N-X键。通过在合成螺旋环化合物时使用这种方法，可以避免四元碳中心引起的立体问题，从而改善整体过程。使用VapourtecE系列进行流动反应和放大实验，该系列由三个蠕动泵和一个光反应器组成，BPR输出为8bar。使用的光源是Vapourtec 61W（辐射功率）365 nm（峰值强度）LED灯光，辐射带范围为350&minus 400nm。利用在线监测，大大的缩短了研究时间，提高研究效率。作者使用配有365nm高功率LED灯的E-photochem演示了一系列螺环吡啶的合成。在合成双叠氮杂螺环的过程中，该方法使用光化学反应器UV-150进行了放大，产量达到了100克/天。3、实验总结1、相比传统的的反应，该反应具有操作简便、条件温和、反应时间短等优势；2、利用在线监测，大大的缩短了研究时间，提高研究效率；3、在温和的条件下通过高度反应的中间体以模块化的方式构建复杂的分子结构；4、利用流动化学技术，还证明了产品的进一步衍生化具有可行的放大程序。4、关于Vapourtec Vapourtec是一家专业设计和制造流动化学设备的公司。Vapourtec公司的连续流动化学系统质量可靠、性能成熟、高效能模块系统可随您的流动化学生产能力的扩大而拓展。反应器可进行组合，实现多步合成。无需使用任何工具数秒内即可完成反应器更换。UV-150反应器UV-150反应器消除了传统批次光化学的问题，可以充分发挥光化学的潜力。在连续流动操作下，它提供了安全、精确、高效、一致和可扩展的光化学。 图7:vapourtec UV-150光化学反应器● UV-150光化学反应器与Vapourtec R系列和E系列流化学系统兼容，操作简便；● Vapourtec提供3种不同的光源，提供220纳米至650纳米之间的精确波长；● 可以在-20°C到80°C之间设置反应温度。参考文献[1] Multicomponent Direct Assembly of N-Heterospirocycles Facilitated by Visible-Light-Driven PhotocatalysisOliver M. Griffiths and Steven V. LeyThe Journal of Organic Chemistry 2022 87 (19), 13204-13223 DOI:10.1021/acs.joc.2c01684[2] Total Synthesis of Phytotoxic Radulanin A Facilitated by the Photochemical Ring Expansion of a 2,2-Dimethylchromene in FlowBruce Lockett-Walters, Simon Thuillier, Emmanuel Baudouin, and Bastien NayOrganic Letters 2022 24 (22), 4029-4033 DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01462

近期，中科院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部团队在贵金属自组装阵列的研究中取得了新进展，合成了以多孔Au@AuAg纳米棒为阵列基元的高通量传感器，并探究了其在近红外波段(NIR)的表面增强拉曼散射(SERS)性能，相关研究成果发表在Journal of Materials Chemistry C 上。 　　生物化学分子的不当使用会导致严重的环境问题，因此迫切需要寻求一种低成本的可以检测环境中生物化学分子的传感器。基于SERS研发检测的传感器因其高灵敏度和特异性而受到广泛关注，但其受到低利用率和高成本的限制，无法进一步实际应用。 　　鉴于此，研究人员将喷墨打印技术与等离子体金属纳米颗粒相结合，开发了一种高通量、高灵敏度的NIR-SERS生化传感器(HNIR-SERS传感器)。首先利用压印技术制造了网格基板，其中分离的区域呈典型的立方排列；再将多孔Au@AuAg纳米棒(NRs)作为组装单元，通过喷墨打印将其组装在基板上，形成HNIR-SERS传感器。研究发现，这种新型HNIR-SERS传感器可以在一个衬底中实现多生化分子的高灵敏度检测。例如，该HNIR-SERS传感器能够有效检测4-氨基苯硫酚(4-ATP)和罗丹明6G (R6G)， 4-ATP的增强因子高达108。该工作为实现高通量、低成本的NIR-SERS传感器提供了一种有效的方法，为推动NIR-SERS传感器在拉曼检测芯片中的实际应用提供了依据。 　　上述工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、重大专项和中科院仪器专项等项目的支持。图1. 多孔Au@AuAg纳米棒的(a)合成示意图、(b)SEM图、(c)TEM图、(d)STEM-HAADF及其元素分布图。图2. (a)HNIR-SERS传感器的制备示意图；(b-d)多孔Au@AuAg纳米棒阵列的SEM图。图3. (a)加入10-6 M浓度的4-ATP处理后的多孔Au@AuAg纳米棒及其前驱体的拉曼光谱图；(b) HNIR-SERS传感器的拉曼测试示意图；(c) HNIR-SERS传感器在加入10-8 M浓度的不同待测分子后的拉曼光谱图；(d) HNIR-SERS传感器在加入不同浓度梯度的4-ATP的拉曼光谱图。

随着三代测序技术（TGS，也即单分子测序技术）的发展，基于大量细胞的三代基因组测序数据被广泛应用于各种复杂大型基因组的组装，由于其读长相比于二代测序（NGS）技术有数百倍的增加，因此基因组中重复序列区域以及染色体重排等复杂结构变异区域都能被更好地组装出来。对于人类基因组的组装研究，端粒到端粒（T2T）联盟在2022年3月，使用纯合二倍体细胞系CHM13率先发布了首个完整的端粒到端粒的人类基因组参考序列CHM13v1.1。2022年3月，人类泛基因组联盟（HPRC）在预印本平台bioRxiv上发布了首个高质量人类杂合二倍体细胞系HG002的单倍型组装结果。目前，高质量的基因组组装通常依赖于大量细胞混合样本的三代测序数据，需要大量的基因组DNA（通常需要从数百万个细胞中提取几十微克基因组DNA），然而在基因组组装的实际应用中常常要面对两个困难：1、细胞群体中存在遗传异质性。基于大量细胞三代测序数据的基因组组装需要确保测序的样本中每个细胞的遗传背景高度一致，否则组装结果将很难区分同一个细胞内的不同单倍型基因组之间的差异和不同细胞亚群之间的基因组差异。只有降低或者消除细胞间的遗传异质性才能确保单倍型组装的准确性。但是，在人体正常组织样本中也常常广泛存在体细胞拷贝数变异（CNA）。与此同时，正常的人类细胞也会不断积累突变，同一块人体组织常常是由很多包含不同突变的细胞克隆组成。在癌症研究中，同一个肿瘤样本中不同癌细胞亚克隆之间的基因组异质性就更为明显。2、细胞数量稀少。在很多情况下，很难获取上百万个细胞以提取大量（几微克）基因组DNA。例如，在早期胚胎发育研究、司法检验、特别是在癌症基因组研究中（如循环肿瘤细胞、肿瘤活检样本、脑脊液中的肿瘤细胞、以及腹水中的肿瘤细胞等），能够获取的细胞数量常常很稀少，而且这些细胞很难在体外培养和扩增；即使偶尔可以培养扩增，也不能保证在体外培养扩增过程中其基因组不会进一步产生新的遗传变异。基于二代测序（NGS）平台的单细胞基因测序技术被广泛应用于微生物等简单小型基因组的组装。许多种类的细菌无法在实验室中培养，单细胞基因组测序可以与宏基因组学方法结合起来完成微生物的基因组组装。由于人类基因组结构、大小、以及复杂程度远超细菌等微生物，单纯使用基于二代测序平台的大量细胞基因组测序数据也无法组装出高质量的人类基因组参考序列（NG50很难达到Mb（百万碱基对）级别），那么使用少量DNA甚至单细胞基因组测序数据组装人类基因组则更具挑战性，它不仅需要基于三代测序平台的单细胞基因组长读长测序技术的支持，还需要合适的组装软件以及良好的生物信息学分析策略。2022年7月12日，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）汤富酬课题组在Nucleic Acids Research发表了题为De novo assembly of human genome at single-cell levels的研究论文。该研究使用优化的SMOOTH-seq单细胞基因组三代测序技术，基于Pacific Biosciences（PacBio）HiFi和Oxford Nanopore Technologies（ONT）两种三代测序平台首次在单细胞水平上完成了Mb级连续性的人类基因组组装，并使用多种评价指标，充分探索了不同测序策略和组装工具对基因组组装结果的影响。1、全面优化了SMOOTH-seq单细胞基因组三代测序技术，使其同时适用于PacBio和ONT两种主流单分子测序平台。此前的SMOOTH-seq技术只适用于PacBio单分子测序平台，使用场景有较大的局限性。优化后的SMOOTH-seq技术既可以用于PacBio单分子测序平台，也可以用于ONT单分子测序平台，使用场景更加灵活，可以兼顾测序数据准确性和测序成本。2、使用hifiasm，Hicanu，wtdbg2等主流组装工具和95个单细胞的三代基因组测序数据（Pacbio HiFi平台），对人类慢性粒细胞性白血病（CML）细胞系K562进行了高质量基因组组装。组装出的主要叠连群（primary contig）的NG50（可覆盖50%的已知基因组区域的最短叠连群的长度）可达2.11Mb，也就是说在这个组装出的参考序列中，人类基因组中一半（15亿碱基对）以上的区域都被至少2.11Mb以上的叠连群覆盖了。最长叠连群可达14.12Mb，完整的通用单拷贝同源基因基准（Complete BUSCOs）比例接近95%，且大部分组织相容性复合体（MHC）位点（基因组上的一个有代表性的复杂区域，全长约6Mb）被成功组装出来（如图1所示）。图1. 95个K562细胞的基因组组装结果（Pacbio HiFi）3、使用hifiasm，Hicanu，wtdbg2等主流组装工具和人类正常二倍体细胞系HG002的157个单细胞的基因组三代测序数据（Pacbio HiFi平台）对人类基因组进行了高质量组装。组装出的主要叠连群（primary contig）的NG50可达0.65Mb，最长的叠连群可达6.82Mb，完整的通用单拷贝同源基因基准（Complete BUSCOs）比例接近91%。在使用此数据进行HG002的单倍型组装的过程中该研究发现经过指数扩增的基因组数据的k-mer分布会发生偏移，因此使用有双亲二代测序数据作为辅助的Trio-binning模式进行基因组单倍型组装结果更为准确。因此该研究分别使用Trio hifiasm和Trio Hicanu两种组织工具进行单倍型组装，得到的亲本叠连群的NG50可达0.3Mb左右，完整的通用单拷贝同源基因基准（Complete BUSCOs）比例均超过84%。通过比较HG002亲本六种经典人类白细胞抗原（HLA）位点的组装分型结果，Trio Hicanu能够正确组装出HLA区域的两个亲本的大部分基因位点（如图2所示）。图2. 157个HG002细胞的基因组组装结果（Pacbio HiFi）4、使用Flye，Necat，wtdbg2等主流组装工具和人类正常二倍体细胞系HG002的192个单细胞的三代基因组测序数据（ONT平台，低测序深度）对人类基因组进行高质量组装。研究发现，不同的组装工具对最终组装结果有很大影响，Flye展现出更为适合单细胞ONT三代测序数据的特性，组装出的叠连群的NG50可达1.38Mb，最长叠连群可达11.42Mb，完整的通用单拷贝同源基因基准（Complete BUSCOs）比例超过93%，多项指标都远超另外两个组装工具。同时组装结果能够补齐39个hg38版本的人类参考基因组中未组装出的缺口（gap）区域，其中14个区域在hg38中注释的长度超过50Kb（如图3所示）。图3. 192个HG002细胞以及30个HG002细胞的基因组组装结果（ONT）5、使用Flye，wtdbg2等组装工具和人类正常二倍体细胞系HG002的30个单细胞的三代基因组测序数据（ONT平台，高测序深度）对人类基因组进行高质量组装。为了探究仅使用极少量单细胞的基因组测序数据进行人类基因组组装的极限情况，该研究分别使用1个、10个、20个和30个单细胞尝试进行人类基因组组装，发现仅需要高测序深度的30个单细胞的基因组测序数据（平均基因组覆盖度~41.7%）就能完成叠连群 NG50高达1.34Mb连续性的组装。同时组装结果能够补齐38个hg38版本的人类参考基因组未组装出的gap区域，其中15个区域在hg38注释的长度超过50Kb（如图4所示）。图4. 30个基因组高覆盖度HG002细胞的基因组组装结果（ONT）6、通过对K562细胞系基因组的从头组装，该研究相比于使用原始单细胞基因组三代测序数据能更精准地鉴定出更多的基因组插入事件和复杂结构变异事件。对于K562这样的白血病细胞系，基因组从头组装之后是否能更好地鉴定出基因组结构变异（SV）事件是癌症研究中的重要问题。该研究分别使用hifiasm和Hicanu组装出的主要（primary）叠连群和替代（alternate） 叠连群来进行结构变异鉴定。发现组装后的叠连群比起原始单细胞数据直接比对能更准确地鉴定出基因组插入事件，召回率达到70%以上，精确度达到90%以上。同时，K562中的三对经典融合基因：CDC25A-GRID1、BCR-ABL1和NUP214-XKR3都能被精准地鉴定出来，而CDC25A-GRID1融合在原始单细胞基因组数据直接比对到参考基因组时是无法被发现的 (如图5所示) 。为了进一步验证基因组从头组装后找到的结构变异事件的准确性，该研究挑选了20个（14个插入事件，6个缺失事件）在组装后的叠连群中被鉴定到、但是在单细胞基因组原始测序数据直接比对到参考基因组时没有被鉴定出来的结构变异事件进行了PCR验证，准确率高达80%，证明了组装后的叠连群对结构变异事件的鉴定是精准可靠的（如图6所示）。图5. 组装后叠连群（contig）中结构变异事件检测的准确性 图6. PCR验证基因组结构变异事件的结果综上，为了解决基因组从头组装在实际应用中遇到的细胞遗传异质性和细胞稀缺性的问题，该研究使用优化的SMOOTH-seq技术在两种不同的主流三代测序平台上，采用不同的测序策略（高通量、低深度测序策略（multi-cells with low sequencing depth）和低通量、高深度测序策略（few-cells with high sequencing depth）），使用多种不同组装软件（hifiasm，Hicanu，wtdbg2, Flye，Necat等）、多个评价指标、以及不同组装策略，探讨了利用单细胞测序数据从头组装人类基因组的可行性，并确定了影响组装结果的主要因素，将基因组组装的分辨率提高到单细胞水平（少至30个单细胞）。未来随着单细胞测序技术和基因组组装策略的进一步发展，最终必将实现只用一个单细胞的测序数据就能组装出Mb级连续性的人类参考基因组的梦想。北京大学生命科学学院博士生谢昊伶以及北京大学前沿交叉学科研究院博士生李文为该论文的并列第一作者。北京大学生物医学前沿创新中心汤富酬教授为该论文的通讯作者。该研究项目得到了北大-清华生命科学联合中心、国家自然科学基金委、北京市科技委和北京未来基因诊断高精尖创新中心的支持。论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkac586汤富酬研究员简介：汤富酬，博士，北京大学BIOPIC/ICG研究员，国家“优青”(2013)、“杰青”(2016）。1998年本科毕业于北京大学，2003年在北大获得细胞生物学博士学位，2004-2010年间在英国剑桥大学Gurdon研究所从事博士后研究， 2010年回到北京大学组建实验室，主要从事人类早期胚胎发育的单细胞功能基因组学研究。在国际上率先系统发展了单细胞功能基因组学研究体系，并利用一系列技术体系对人类早期胚胎发育进行了深入、系统的研究，揭示了人类早期胚胎DNA去甲基化过程的异质性以及其他表观遗传学关键特征，发现了人类早期胚胎中基因表达网络的重要表观遗传学调控机理，为人们提供了一个全面分析人类早期胚胎表观遗传调控网络的研究框架，加深了对人类原始生殖细胞的发育以及表观遗传重编程过程的认识。

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　近日，中国科学院国家纳米科学中心王浩课题组通过发展“活体自组装”技术，在细胞内构建了不同拓扑结构的纳米材料，并提出了全新的细胞内原位聚合和组装策略，为功能性纳米材料的设计提供了新思路。相关研究成果发表在 em Nature Communications /em 上，并已申请中国发明专利。 /p p 　　纳米材料在生物医学领域已被广泛研究和认可，例如药物递送、组织工程等均得到了深入研究。但纳米材料独特的生物界面效应，使其在复杂生命体中的递送过程、物理化学转化以及蓄积代谢等问题变得十分棘手。因此，王浩课题组提出了“活体自组装”理念，独特设计纳米材料的建筑单元，将外源引入的分子参与到生命体的功能性组装过程中，实现了在生理环境下自发的纳米材料构建和功能化。这一独特思路，为生物医用纳米材料领域的设计和应用提供了新视角和新途径。 /p p 　　在纳米材料的生物功能应用中，拓扑结构对活体器官、组织和细胞的功能影响显得尤为重要。前期报道指出，特定拓扑结构在生命体中扮演者独特的角色，例如双螺旋结构的DNA、具有特定3D结构的蛋白大分子，以及各种传导信号的分子复合体等。材料和界面的拓扑结构影响生物功能，例如界面的形态会诱导干细胞定向分化、决定细胞迁移和内吞等功能。因此，深入研究在特定区域内材料拓扑结构与生物功能之间的关系，将为精准功能化纳米材料的设计提供指导。目前，体外构筑的纳米材料，不能区分界面和胞内作用，干扰了限域拓扑结构和生物功能关系的分析和理解。 /p p 　　针对特定区域内材料与功能之间的关系研究，王浩课题组发展了细胞内原位聚合和组装的新方法，首次实现了在细胞内平行构筑不同拓扑结构的纳米材料，为研究胞浆拓扑结构和功能的关系提供了有效手段。通过设计不同氨基酸序列的多肽聚合单体，实现了在胞内聚合过程中，对聚合物分子量大小、温敏性质以及组装后的拓扑结构的调控；在细胞和组织水平原位的证实了多肽单体的聚合和组装过程；综合评价了不同拓扑结构的纳米组装体的滞留效应和细胞毒性等生物功能，为精准设计功能化纳米材料提供基础参考。 /p p 　　研究工作得到了国家自然科学基金、创新群体项目、中科院国际合作、交叉团队、青促会等的支持。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171108529108817694.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/4a4278be-71e4-47d4-87a7-0fc2df981d1b.jpg" uploadpic=" W020171108529108817694.png" / /p p style=" text-align: center " 国家纳米中心“活体自组装”生物纳米材料研究工作获进展 /p

目前以混合键合（Hybrid bonding）工艺为代表的异质异构集成技术正推动下一代2.5D/3D封装技术的快速发展，与此密切相关的半导体微组装设备与材料产业创新也变得愈发重要。近日，苏州艾科瑞思智能装备股份有限公司在国内率先搭建了集战略规划、国内外标准化、关键技术研发、产业链协同布局的半导体微组装设备与材料创新研发平台——艾科研究院。该创新研发平台将重点面向高性能IC的高精度混合键合、存储类堆叠芯片微组装、SiP模块微组装、车规级功率模块微组装等半导体行业关键设备进行技术攻关研发，同时制定行业技术路线图与关键技术节点、指标与测试验证方法，推动微组装设备行业的质量、工程师职业等级等标准工作，以及组建艾科研究院首届产业专家咨询顾问委员会，并邀请专业机构SEMI全球副总裁居龙先生出任研究院名誉院长。同时，艾科研究院的培训课程体系也将融入SEMI中国英才计划，作为培训方面的一个专业板块，为业界培养输送更多的优秀人才。作为首家被全球领先半导体封测厂商批量采用的国产半导体点胶装片设备供应商，艾科瑞思已打破国际厂商在该领域三十年的产品垄断，完全实现进口替代，并在今天率先构建艾科研究院这一产业研究平台，汇聚国内外知名专家学者，以国际化视野战略布局并助推国产半导体微组装设备与材料产业发展与创新，提升中国半导体装备产业技术水平，搭建可持续发展产业生态。在应对晶圆制造、芯片封装、微组装设备与材料等创新型企业所面临的当下诸多技术挑战，艾科研究院将联合国内外半导体产业组织、标准化制定机构、产业伙伴等进行协同技术攻关，重点在高性能直驱电机、超大焊头力控装置、超高精度视觉定位系统、减振隔振等技术领域进行产学研协同创新，也将大力推进艾科瑞思在半导体微组装产业的国内外竞争力与深度战略布局。在艾科研究院启动仪式上，SEMI国际半导体产业协会全球副总裁、中国区总裁居龙先生应艾科瑞思董事长王敕先生邀请，与艾科瑞思管理及研发相关负责人就中国国产半导体微组装设备与材料产业的发展与创新等议题进行了深入探讨与交流。居龙先生肯定艾科瑞思在半导体微组装设备领域所取得的产业成绩，以及对半导体装备行业发展做出的贡献。他表示，中国半导体产业发展面临着前所未有的机遇，中国半导体设备企业经过多年的发展积累，尤其是过去3-5年快速发展，在某些产品领域已有所斩获，一定会崭露头角。苏州艾科瑞思智能装备股份有限公司成立于2010年，专注于高性能半导体装片机的研发、设计、制造和销售，重点开发高速、高精准、更智能的半导体封装设备，为集成电路、微波组件、高速光模块、MEMS传感器、摄像头模组、IGBT模块领域客户提供优秀封装解决方案。艾科瑞思的核心技术优势包括领先的机器视觉和运动控制技术、丰富的半导体封装工艺制程经验（包括异质集成、晶圆级扇出型封装、IC封装、多芯片封装、摄像头模组封装、高精度点胶等）以及全面的质量管控系统。艾科瑞思致力于成为半导体封装成套解决方案供应商，为客户提供更好的产品与服务并不断创造新的价值。至今，艾科瑞思已有慧芯、智芯、精芯、悦芯、睿芯、麒芯、敏芯、慧瞳等八个系列在内的50多种机型，产品成功进入业内一流客户。公司和国内领先客户建立了战略合作伙伴关系，公司在苏州和深圳均设有销售与售后分部，为中国客户提供更快捷，更优质的服务。

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员孟国文课题组和美国西弗吉尼亚大学教授吴年强研究小组合作，在贵金属纳米结构组装及其表面增强拉曼散射(SERS)应用研究方面取得新进展，相关结果以封面论文发表在《纳米研究》(Nano Res. 2015, 8, 957-966)上。　　由于电磁增强作用，位于贵金属纳米结构表面的分子拉曼信号会得到数量级的增强，从而产生表面增强拉曼散射效应。表面增强拉曼散射技术具有分子“指纹”识别能力，在化学和生物分析等领域拥有广泛的应用前景。贵金属纳米结构表面具有大幅度增强局域电磁场的位置(一般位于10nm的间隙处)称为表面增强拉曼散射“热点”，是表面增强拉曼散射信号的主要来源。因此，在三维空间内增加“热点”的密集度将有效提高表面增强拉曼散射灵敏度。目前，构筑三维SERS基底的主要方式是将球形贵金属颗粒组装到非金属纳米结构阵列上。相关理论和实验研究表明，与球形贵金属纳米颗粒相比，带有棱角或尖端的贵金属纳米结构能够产生更强的局域电磁场，因而其组装体在间隙处更易产生“热点”。如果将这些纳米结构组装成三维SERS基底，有望得到高灵敏度SERS基底。　　该研究团队以ZnO纳米锥阵列作为牺牲模板，使用含有贵金属离子和特定表面活性剂的电解液，采用电沉积方法构筑多种贵金属纳米结构单元组装的纳米管阵列，例如由银纳米片、金纳米棒、铂纳米刺和钯纳米锥等结构单元组装的纳米管阵列。这些纳米结构单元具有显著的棱角和/或尖端 由其组装的纳米管阵列具有大量间隙，在三维空间内产生高密度的“热点”。因此所构筑的纳米管阵列具有很高的表面增强拉曼散射灵敏度。例如，银纳米片组装的纳米管阵列能够灵敏地检测浓度低至10fM的罗丹明6G (R6G)。这种银纳米片组装的三维SERS基底对高毒性有机污染物多氯联苯也表现出高表面增强拉曼散射灵敏度，并能够检测两种多氯联苯的混合物，表明该三维SERS基底在检测环境中高毒性有机污染物方面具有应用前景。　　相关工作得到科技部“973”计划、“中国科学院、国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划”和国家自然科学基金等项目的支持。图1. 论文的相关图片被选作期刊封面　　图2. (a)银纳米片组装的纳米管阵列的扫描电镜(SEM)照片 (b)折断的纳米管的SEM照片 (c)不同浓度R6G的SERS光谱 (d) 20μ M多氯联苯-77 (PCB-77)和10μ M多氯联苯-1 (PCB-1)的混合物溶液(曲线I) 以及30μ M的 PCB-1溶液(曲线II)的SERS光谱。

p style=" text-indent: 2em " 近日，北京大学分子医学研究所、北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员陈雷研究组与迪哲医药有限公司首席执行官、北京大学分子医学所客座教授张小林博士合作，在《细胞研究》杂志发表《人源受体激活的TRPC6和TRPC3通道结构》（Structure of the receptor-activated human TRPC6 and TRPC3 ion channels），报道了人源TRPC6（3.8Å ）和TRPC3（4.4Å ）通道的冷冻电镜结构，揭示了TRPC通道组装模式，为进一步研究其工作机制提供了结构模型。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/7b8846e9-dd04-4a25-859a-84f7eea5d3b6.jpg" title=" 分子医学研究所陈雷研究组报道人源TRPC6和TRPC3通道的冷冻电镜结构.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 人源TRPC6和TRPC3通道的冷冻电镜结构 /p p style=" text-indent: 2em " 在果蝇光感受机制的研究过程中，人们发现并克隆了TRP通道。随后果蝇TRP通道在哺乳动物中的同源通道蛋白也被逐一发现并克隆，它们组成了庞大的TRP通道家族。其中TRPC（TRPC1-7）通道亚家族和果蝇中TRP通道同源度最高。而TRPC3/6/7亚类也像果蝇TRP通道一样，可以被受体偶联的磷脂酶C（PLC）水解PIP2 所生成的DAG所激活，因此被称为受体激活的TRPC通道亚类。这些受体激活的TRPC通道开放后会导致膜电位的去极化和钙离子的内流。它们广泛地分布于人体组织，并参与了多种生理过程，例如神经突触形成、运动协调、肾功能、伤口愈合、癌症扩散、平滑肌收缩及诱导心肌肥大等。值得一提的是TRPC6对于肾小球脏层足细胞足突形成过程至关重要。TRPC6激活突变可以导致家族遗传性局灶性节段性肾小球硬化（FSGS），这是临床上导致大量蛋白尿的一个病因，其中部分患者比较快地发展至终末期肾功能衰竭，目前没有较好的临床疗法。而开发针对TRPC6的抑制剂是治疗该类肾病的一个较有前途的方向。尽管TRPC6通道如此重要，但其分子水平上的工作机制仍不清楚，归根结底是因为缺乏TRPC6通道高分辨率的结构信息。 /p p style=" text-indent: 2em " 近年来，得益于冷冻电镜技术的飞速发展，除了TRPC家族以外，其它TRP通道家族的结构都已经得到了解析。而TRPC通道除了6次跨膜螺旋构成的孔道区以外，还具有较大的胞内N端结构域及C端结构域，这些结构域是如何参与组装TRPC通道四聚体的仍不为人知。张小林首先开发了针对TRPC6通道的高亲和力抑制剂，陈雷研究组通过冷冻电镜技术解析了TRPC6通道与抑制剂复合物的分辨率为3.8Å 的结构，同时也解析了TRPC3通道分辨率为4.4Å 的结构。这两个结构清晰地展示了TRPC通道的组装模式。通过对突变体的功能研究及结构比对，抑制剂的结合位点也得到了确认。 /p p style=" text-indent: 2em " 该项工作由陈雷研究组和迪哲医药有限公司共同完成，其中分子医学所二年级学生汤晴麟和郭文君为共同第一作者。该工作最终的冷冻电镜数据采集在上海国家蛋白质科学设施和北京大学冷冻电镜平台完成，数据处理得到了北京大学CLS计算平台和未名一号高性能计算平台的支持。此外，生物物理所冷冻电镜平台在前期的工作中给予一定支持。本工作获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、生命科学联合中心、青年千人计划等的经费支持。 /p

超高分子量嵌段共聚物自组装的挑战 嵌段共聚物（BCPs）是一种特殊材料，具有两个或以上化学上不同的单体单元形成不连续的高分子嵌段，转而又以共价键连接在一起。在融化相，这些材料组成嵌段之间的热力学不相容造成微相分离。这导致了周期性纳米材料（四种常见结构见图1）的形成，它们的形态可以通过改变分子组成来控制，而它们的尺寸和周期性则由分子量的变化来决定。它们的结构和组成多样性提供了获得多种表面纳米结构的可能性，这些表面纳米结构可用于大量应用，例如纳米电子学、抗反射涂层、光学活性表面化学传感器或药物输送。图1. 四种基本共聚物结构。 对于使用可见光的光电应用，需要具有横向周期性大于150nm的BCPs。因此，出现了一种子类材料，叫做超高分子量（UHMW）嵌段共聚物。长链聚合物的高度缠结特性形成了这些BCPs，但是却引起了自组装过程的其他问题。尤其是相分离的缓慢开始使得近乎所有过程都不适合工业应用。近期，一组来自都柏林大学、波尔多大学和谢菲尔德大学的研究人员提出了UHMW BCPs(800kg/mol)的超快自组装的方法，在气相溶剂退火法（SVA）阶段利用可控的溶胀动力学，从而退火时间与平常数小时或数天相比将缩短到分钟。在他们的研究工作中，证明了通过快速并控制使膜膨胀到非常高的溶剂浓度，有可能在10分钟内诱导UHMW poly(styrene)-b-poly-2-vinylpyridine (PS-b-P2VP)系统的相分离。为了得到这个结果，大量研究了干膜厚度、聚合物膜内溶剂浓度、溶胀时间和速率对BCP膜的形态和结构演化的影响。GISAXS测试揭示了溶剂浓度对UHMW嵌段共聚物结构的影响 具有高分子量体系的长聚合物链在干膜中显示有较高的链缠结。已知UHMW BCP的聚合物流动性是高度依赖于溶胀比的，那在SVA过程中通过向BCP膜中加入相对中性的溶剂是有可能解决这一问题的。这样溶剂的分子将在两个嵌段之间产生屏蔽作用，从而减少聚合物之间的相互作用。在上述研究中，选用了氯仿和四氢呋喃（THF）的混合物作为退火溶剂。 随后用掠入射小角X射线散射（GISAXS）研究166nm的BCP膜在宏观区域上随溶剂浓度变化的形态演变。与透射模式下的SAXS实验相比，掠入射模式（X射线光束在样品表面反射）转变成了表面敏感探测技术，在大表面区域上分析材料的结构且无需额外的样品制备。如图1所观察到的，通过GISAXS测试随着溶剂浓度的增加，内部结构发生了明显的变化。铸膜样品只出现微弱的散射点，表明表面主要是无序的胶束结构。随着溶剂浓度的增加，从GISAXS散射图谱上明显看出，ϕs~0.80以下，BCP链仍处于缠结状态而无法自组装成界限清晰的微区。只有在浓度等于或高于0.8时，有序垂直层状形态才开始逐步形成。使用散射峰的位置，计算结构在ϕs = 0.83和ϕs = 0.86的平面域间距分别是（~ 184 nm）和（~ 191 nm）,而一旦溶剂浓度的值达到0.88结构会失序。图2.（a-h）二维GISAXS散射数据。8个图中显示PS-B-P2VP膜的形态随退火溶剂浓度ϕs的变化而变化。（i）在每个样品的Yoneda位置的1DGISAXS图像。强度分布显示为一阶散射峰，二阶散射峰分别用红色和蓝色表示为1和2。 铸膜（在没有溶剂的情况下测试）出现一个弱散射峰，用绿色表示为m。 通过AFM分析对这些值进行了进一步的证实，并且典型的FIB/SEM实验结果证明层状结构在整个膜上的延伸。为了证明BPC结构的传输能力，自组装膜也被用作模板制备金属氧化物纳米结构。这些材料也被进一步用作硬膜，来生产统一的高宽比硅纳米壁结构（高500nm，间距190nm）。 这一研究工作为超高分子量嵌段共聚物在工业适用的时间内通过高精度气相退火进行自组装的可行性奠定了基础。在大约10分钟的时间内实现了相分离，产生了间距超过190nm的层状特征。在整个过程中，GISAXS测量与其他探测技术共同用于控制过程的效率并评估不同参数的影响。

核糖体是一种广泛存在于细胞中的分子机器。所有生物，包括微小的细菌直至人类个体，都依赖核糖体对各种各样的蛋白质进行生物合成。作为一个分子量巨大的复合物，核糖体本身是如何在细胞中由多条RNA链及超过70种蛋白分子装配而成?这一问题已困扰相关领域科学家近30年。　　核糖体自身是一个由核糖核酸(RNA)和蛋白质组成的超大复合物(半径20纳米)，其三维结构和分子机制的研究一直是生命科学基础研究中的重要方向。2009年的诺贝尔化学奖即授予了首次解析出细菌核糖体原子分辨率的三位结构生物学家。　　真核细胞核糖体装配过程是个高度复杂的动态过程，有超过300种不同功能的辅助装配因子(蛋白质或者RNA)参与其中。然而绝大多数装配因子的结构及其行使功能的分子机理完全未知。此外，核糖体的组装与细胞的生长调控通路密切相关，某些装配因子的遗传突变会导致核糖体生物生成的失调，引起一系列的人类遗传性疾病(称为ribosomopathies)。某些特定的装配因子(例如eIF6)不正常表达也在多种人类癌症细胞中被发现。因此，针对核糖体装配过程的研究不仅具有重要的科学意义，还具有潜在的临床应用潜力。　　图1酵母核糖体大亚基组装中间体的3.08埃冷冻电镜结构。a，3.08 埃冷冻电镜密度图，核糖体蛋白颜色为米色，核糖体RNA颜色为灰色。b，19个装配因子的原子模型。　　清华大学生命科学学院高宁研究组自2009年一直致力于研究各种生物的核糖体装配过程。2013年，高宁研究组和美国卡内基梅隆大学的约翰伍尔福德(John L. Woolford Jr)教授研究组携手合作，利用清华大学的高端冷冻电镜平台，以真核生物酵母菌为材料，开展真核核糖体的装配研究工作。2015年，合作研究获得重大突破，课题组得到了酵母细胞核内的一系列组成上和结构上不同的核糖体60S亚基前体复合物的冷冻电镜结构。其中一种状态的三维结构分辨率达到3.08埃，其核心部分的分辨率可达2.8埃，是国际在核糖体组装研究领域迄今为止分辨率最高的结构。基于这一冷冻电镜结构，课题组确定了超过20种不同装配因子在核糖体60S前体上的结合位置，并获得了19种装配因子的原子模型。课题组所提供的丰富结构信息为详细阐释真核核糖体装配过程中的多种装配因子功能和分子机制提供了重要基础。　　2016年5月25日，报道这一重大突破的研究论文在线发表于《自然》(Nature)期刊，题目为《细胞核内的核糖体组装前体结构揭示了装配熟因子的功能多样性》(Diverse roles of assembly factors revealed by structures of late nuclear pre-60S particles)。高宁研究员和卡内基梅隆大学约翰伍尔福德(John L. Woolford Jr)教授为论文共同通讯作者，清华大学生命学院2013级博士生吴姗为第一作者。北京生命科学研究所董梦秋教授及谭丹博士提供了化学偶联交联质谱数据。论文中冷冻电镜数据收集和处理工作获得了国家蛋白质科学(北京)设施清华大学冷冻电镜平台及高性能计算平台支持。课题组得到了中国科技部、国家自然科学基金委、清华大学自主科研、北京高精尖结构生物学中心的经费支持。　　论文链接

科技日报北京9月7日电 （记者张梦然）美国约翰斯霍普金斯大学（JHU）研究人员设计出由最小纳米管组成的无泄漏管道，可自我组装和自我修复，且可将自己连接到不同的生物结构，这是创建纳米管网络的重要一步，该网络将来有望用于向人体中的靶细胞提供专门的药物、蛋白质和分子。研究成果发表在7日的《科学进展》杂志上。研究团队的方法基于一种既定技术，该技术将DNA片段用作“基础构建块”，以生长和修复管道，同时使它们能够寻找并连接到特定结构。以往研究制造出的纳米孔结构较短，且设计侧重于DNA纳米孔控制分子在实验室生长的脂质膜（模仿细胞膜）上的运输能力。现在他们造出了直径约7纳米、长度为几微米的“管子”，可以更有效的输送分子，并有望搭建成更复杂的“管道网”。新纳米管使用在不同双螺旋之间编织的DNA链形成，其结构有像手指网套一样的小间隙。由于尺寸极小，为了测试这些管子是否可在不泄漏的情况下将分子运输更远的距离，研究团队用特殊的DNA“软木塞”盖住管的末端，并用它们运输荧光分子溶液以跟踪泄漏和流入速率。通过精确测量管的形状、生物分子如何连接到特定的纳米孔，以及荧光溶液的流动速度，研究团队展示了管子如何将分子运输到微小的、在实验室生长的一种类似细胞膜的袋子中，这些发光的分子，在其中就像水一样沿着管道滑行。研究人员表示，使用这种管道系统可将某些材料或分子的流动引导到更长的距离，还可使用另一种DNA结构控制何时停止流动，这种结构能非常具体地与管道结合，作为阀门或接头来控制运输。此类DNA纳米管可帮助科学家更好地了解神经元如何相互作用，还可用于研究癌症等疾病，以及人体200多种细胞的功能。【总编辑圈点】科学家一直想要构建出不会泄漏的纳米管道，这次他们想出的办法是一种简单的自组装技术：将分子混合在溶液中，就能让它们形成想要的结构，搭建出的管子可以连接到不同的“端口”上，形成管道。而当这种管道足够长且四通八达，就可以实现让药物分子沿着纳米管“高速公路”运输，去往它们该去的位置。更进一步，管道不但能让分子在特定腔室或细胞内停留，还能将它们离开细胞后的情况，详细反馈给科学家。

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　微纳加工方法分为“自上而下”和“自下而上”两种基本类型。前者是目前广泛应用于微纳加工领域的主流技术，但其由于受到物理极限的制约，一般加工分辨率在几十纳米量级上。后者则可在更小的尺度（包括分子尺度）上实现加工，被认为是一种突破物理限制的有效途径。然而，“自下而上”的组装方法由于科学认知和实验技术的不足，导致其在低缺陷、大面积、组装过程、组装结构等四个方面存在持续的挑战。相对而言，组装结构面临的障碍最大。这其中最重要问题是如何实现组装对称性的可调控，组装对称性可调控对于组装结构多样性和组装体功能的丰富至关重要。一般而言，由于形状互补性，组装结构对称性受到组装单元的形貌限制，四方单元易于形成四方密排结构，而球型则形成六方密排对称结构。由于在组装动力学过程中组装单元间的复杂力平衡和热力学最小原理的要求，打破形状依赖的组装结构对称性或是难以实现的目标。 /p p 　　中国科学院国家纳米科学中心和中科院纳米科学卓越中心刘前课题组与吴晓春课题组、邓珂课题组，以及美国科罗拉多大学Ivan I. Smalyukh课题组合作，通过引入一种新概念的主导控制力，首次实现了纳米金棒的四方对称性组装，一举突破了一直以来八面体金棒只能是形状依赖的六方对称结构的实验结果。这一结果在八面体银和钯纳米棒上也得到了实现，展示了这种方法的普适性。多尺度模拟计算进一步揭示这种控制力主导了非形状依赖的组装过程，并解释了四方对称比六方对称具有更高的热力学稳定性的实验结果。这一方法开辟了打破形状依赖组装对称性的新途径，为组装结构的多样性和纳米材料组装结构的可设计、可控提供了有力工具，将为推动纳米组装技术的进步提供助力。 /p p 　　该项工作是刘前课题组前期研究的进一步拓展，相关研究结果在线发表在《自然· 通讯》上，研究工作获得了国家重点研发计划纳米科技重点专项、中科院战略性先导科技专项A、国家基金委和欧盟项目的支持。 /p p br/ /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171116335815903956.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/363e43be-098e-40e6-9983-f0fef4b2e479.jpg" uploadpic=" W020171116335815903956.jpg" / /p p style=" text-align: center " 多尺度模拟计算揭示四方对称的主导控制力和更小的热力学势能 /p

近日，中科院大连化物所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部(DNL16)李灿院士，李仁贵研究员等在光催化水氧化研究方面取得新进展。 　　团队仿习自然光合体系中电荷传输链的原理，基于团队发现的半导体光催化剂晶面间光生电荷分离现象，在铬酸铅光催化剂光生空穴富集的氧化晶面上可控组装氧化石墨烯作为电荷传输层，进而将钴立方烷分子催化剂选择性组装到氧化石墨烯电荷传输层，实现了光生空穴从铬酸铅光催化剂至钴立方烷分子催化剂之间的快速传输，显著提升了光催化水氧化性能。 　　光催化分解水制氢是将太阳能转化为化学能的重要途径之一。其中，光生空穴参与的水氧化反应是涉及多电子多质子转移的复杂过程，是光催化分解水反应的关键。虽然负载合适的水氧化助催化剂有助于提高水氧化反应性能，但是半导体与水氧化助催化剂之间的界面势垒会阻碍光生电荷的传输和利用。李灿团队长期从事太阳能人工光合成过程中的关键基础科学问题研究，尤其在光催化分解水研究方面，先后在国际上提出双助催化剂策略(J. Catal.，2009；Catal. Lett.，2010；Acc. Chem. Res.，2013)、在光电催化分解水研究中发现部分氧化的石墨烯在水氧化催化剂和捕光半导体之间具有类似自然光合作用过程中酪氨酸的电荷传输功能(J. Am. Chem. Soc.，2018)、实验上确认了晶面间光生电荷分离效应(Nature Comm.，2013；Energy Environ. Sci.，2016；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2022)、提出可规模化太阳能分解水制氢的氢农场策略(Angew. Chem. Int. Ed.，2020)，提出光催化完全分解水氢氧逆反应抑制新策略(Nature Catal.，2023)等，受到了国际学术界的广泛关注。 　　研究团队借鉴自然光合系统电荷传递链中酪氨酸等电荷传输媒介的作用，利用铬酸铅光催化剂光生电子和空穴在不同暴露晶面间的光生电荷分离性质，借助超声辅助的手段在铬酸铅光生空穴富集的氧化晶面上可控组装氧化石墨烯电荷传输层。 　　进一步，团队确认通过氧化石墨烯电荷传输层与钴立方烷水氧化催化剂之间强的范德华作用力，可以选择性地将钴立方烷分子催化剂吸附到铬酸铅的氧化晶面，从而实现了光生空穴从铬酸铅到钴立方烷分子催化剂的有效传输，显著提升了铬酸铅的光催化水氧化性能。 　　此外，团队通过表面光电压谱等手段证明，在铬酸铅氧化晶面与钴立方烷分子之间引入氧化石墨烯电荷传输媒介，可以有效抑制光生电荷在界面的复合，延长光生电荷的寿命，显著提升光催化水氧化反应性能。 　　该工作发展了基于仿生思路实现光生电荷传输和助催化剂可控构筑的策略，为微纳尺度上高效人工光催化剂的理性设计和构筑奠定了基础。 　　相关研究成果以“Graphene Mediates Charge Transfer between Lead Chromate and a Cobalt Cubane Cocatalyst for Photocatalytic Water Oxidation”为题，于近日发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。该工作的第一作者是503组联合培养博士研究生蒋文超。以上工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目等资助。

【科学背景】随着纳米科技的快速发展，无序胶体颗粒的自组装成为了研究的热点，特别是对于构建层次结构纳米材料的需求日益增加。在这个背景下，胶体液晶相和超晶格的形成引起了广泛关注。这些结构具有重要的电、光、催化、机械、离子/分子传输和能源等功能材料应用潜力。其中，无机纳米片由于其多样的材料和功能性质，以及自发形成的介相，备受关注。然而，由于纳米片尺寸的多分散性和不规则形状，精确设计其组装结构和功能成为了一个挑战。现有研究主要集中在液晶相和一维超晶格的组装，但由于结构的不可逆性和限制，微细的结构控制变得困难。此外，纳米片的表面性质以及与其他功能物种的组合设计也是一个待解决的问题。为了解决这些问题，日本东京大学Takashi Kato教授、Nobuyoshi Miyamoto教授在“Science Advances”期刊上发表了题为“Monodisperse nanosheet mesophases”的研究论文，引起了不小的关注！他们通过调控纳米片之间的微弱吸引相互作用和熵相互作用，成功地实现了单分散钛酸盐纳米片形成高度调控的超结构介相。通过使用透射电子显微镜、偏光光学显微镜、小角度X射线散射和共聚焦激光扫描显微镜等技术，他们详细研究了纳米片组装过程，并实现了对介相的可逆调控。【科学亮点】(1) 实验首次展示了通过微调弱吸引相互作用和熵相互作用，单分散的钛酸盐纳米片（mNSs）可逆地形成高度调控的超结构介相。（2）通过透射电子显微镜（TEM）、偏光光学显微镜（POM）、小角度X射线散射（SAXS）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）等技术，作者清晰地观察到了柱状纳米纤维（ColNFs）、柱状向列液晶（ColNF-Nems）和ColNF束（ColNF-Buns）的可逆形成。(3) 实验结果表明，控制对离子浓度、纳米片浓度、溶剂和温度等条件可以精确调控所形成的超结构介相，这为层次结构纳米制造提供了新的可能性。此外，相较于之前报道的单分散纳米片系统，本研究所使用的钛酸盐mNSs是唯一的阴离子系统，为通过与阳离子功能物种的组合进行材料设计提供了新的思路。【科学图文】图1：由离子强度和纳米片浓度控制的mNSs的ColNFs、ColNF-Nem和ColNF-Buns的形成。图2. mNS/水/EtOH胶体溶液的乙醇浓度依赖性的介相形态。图3. 不同阳离子种类的插层进入ColNFs。图4. 温度控制下TBA+/mNS水胶体的介相形成。【科学结论】本文揭示了通过微调弱吸引相互作用和熵相互作用，可以实现对无机纳米片的高度控制自组装，从而形成具有特定结构和功能的超结构介相。这一研究为设计和合成具有特定功能的纳米材料提供了新的思路和方法。通过理解纳米片自组装的机制，作者可以进一步探索材料自组装的规律，从而设计出更加复杂和多样化的纳米结构，拓展材料的应用领域。此外，本研究还为开发具有自修复功能的新型材料奠定了基础，这对于解决传统材料在应用过程中的损伤和老化问题具有重要意义。通过将这一方法应用于其他材料体系，可以为电子学、光学、催化剂等领域的材料设计和应用提供新的思路和可能性。原文详情：Nobuyoshi Miyamoto et al. ,Monodisperse nanosheet mesophases.Sci. Adv.10,eadk6452(2024).DOI:10.1126/sciadv.adk6452

近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员张钠课题组利用稳态强磁场实验装置所属的超导磁体SM3及配套NMR系统，运用液体核磁共振技术解析出由三聚形成的非对称G-四链体折叠新方式。相关研究成果以NMR structural study on the self-trimerization of d(GTTAGG) into a dynamic trimolecular G-quadruplex assembly preferentially in Na+ solution with a moderate K+ tolerance为题在线发表在Nucleic Acids Research上。端粒DNA形成的G-四链体结构与抑制癌症密切相关，是优良抗癌靶点。目前被公开报道的分子间G-四链体主要为二聚或四聚结构，而经自我三聚所形成的三分子G-四链体结构还未被报道过。这项研究中，课题组首次解析了DNA序列d(GTTAGG)在Na+溶液中形成的三聚G-四链体液体核磁结构，该序列可以看作是人类或家蚕端粒序列的一部分。NMR清楚地证明了该G-四链体结构由3条碱基序列相同但各自又采用不对称构象的DNA链构成，含有2个边缘型loop，1个5' 端悬垂。在G-四链体核心部分中，3根G-column由常见的完整GG重复序列构成，而第4根G-column由其中两条链的5' 端单一G1碱基要经过回折，头对头拼接构成，两个G1之间形成了缺口界面。缺口界面上两个G1的糖苷键构型采用anti，而不参与核心结构形成的5' 端悬垂G1其糖苷键构型则采用syn。此外，该研究还首次应用核磁共振中的ROESY实验验证了该三分子G-四链体结构与未折叠的单链组分之间存在秒级别的动态交换现象，证明了G-四链体的动态组装性质。结构多态性一直被认为是G-四链体折叠的固有特征，该工作的发现将使G-四链体结构种类更加多样化，为潜在的功能应用提供了基础。合肥研究院博士研究生景海涛和付文强为论文第一作者，张钠为论文通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目等多个项目的支持。文章链接：https://academic.oup.com/nar/article/49/4/2306/6125663图：动态组装的三聚G-四链体结构其3条构成链与未折叠链之间在NMR实验中呈现化学交换现象

将超分子化学和分析化学完美结合起来的超分子分析化学近年来备受关注。该领域研究受体和分析物的作用、组装以及分析物诱导的信号传导和调控，在环境监测、疾病诊断、药物筛选、手性分析分离等方面具有重要应用前景。 　　在国家青年千人计划、国家自然科学基金和福建省自然科学基金等资助下，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室尤磊课题组与美国德克萨斯大学奥斯汀分校教授Eric Anslyn合作，受邀在美国化学会旗舰刊物《化学评论》发表了题为Recent Advances in Supramolecular Analytical Chemistry Using Optical Sensing 的综述论文（Chem. Rev., 2015, DOI: 10.1021/cr5005524）。该综述结合当前超分子化学和动态共价化学最新研究动态，拓展了&ldquo 超分子作用&rdquo 的范围，以&ldquo 动态作用&rdquo 为基石重新定义了&ldquo 超分子分析化学&rdquo 的概念和范畴，以受体和分析物的动态作用和信号传导机理为切入点，结合光学传感系统阐述了这一研究领域的单分析物传感、差分传感和手性传感等三个分支的最新研究进展，并对未来研究方向和发展趋势进行了展望。 　　尤磊在有机化学、超分子化学和化学生物学的交叉领域开展研究，重点研究新型动态作用和组装及其在传感、标记等方面的应用，包括动态共价化学、刺激响应多组分组装、手性识别和放大、有机和生物分析等，相关研究成果发表在Nat. Chem. (2011, 3, 943), J. Am. Chem. Soc. (2012, 134, 7117 2012, 134, 7126), Chem. Sci. (2015, 6, 158), Chem. Eur. J. (2012, 18, 7068 2012, 18, 1102), J. Org. Chem. (2015, DOI: 10.1021/jo502801g)等国际知名期刊上。 福建物构所等发表超分子分析化学研究综述

近日，中科院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室于聪课题组系统考察了平面芳环有机小分子探针的荧光特性及其与生物大分子间的相互作用，并利用对探针自组装体的集聚-解集聚平衡的精细调控，发展了一种高选择性、灵敏、方便的蛋白质生物分析新方法。相关研究成果发表在国际著名化学期刊《德国应用化学》（王斌、于聪：Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1485–1488）上。 　　蛋白质的灵敏检测在基础研究、环境分析和医学诊断等领域起着重要的作用。利用抗原-抗体检测蛋白质具有很好的灵敏性和特异性，是应用最多的方法。核酸适配体是通过SELEX（指数富集的配体系统进化）过程进行体外筛选得到的寡核苷酸。与抗体类似，核酸适配体也可以与目标分子特异性地结合。利用适配体建立新的分析检测方法是近年来生物及化学领域的研究热点之一。其相对于抗原-抗体检测法有许多优势：核酸适配体可以通过化学方法体外合成，且费用低廉；可以识别更多的目标物；可以很容易地标记；具有较高的稳定性，适于长时间保存。 　　研究人员合成了具有独特的可p-p紧密堆积的荧光生色团的阳离子二萘嵌苯衍生物，并利用核酸适配体可以诱导探针分子集聚导致荧光猝灭的现象，及适配体与蛋白质间的特异性相互作用对探针自组装集聚的精细调控，构建了一种检测蛋白质的新方法。 　　长春应化所研究人员在小分子探针诱导自组装领域已取得系列研究成果，相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Chem. Commun., Organic Letters, Analyst等杂志上。 　　该工作得到了国家自然科学基金委、中科院长春应化所百人计划启动基金、长春应化所电分析化学国家重点实验室启动基金的支持。

大家好，本周为大家分享一篇发表在Anal Chem上的文章，Native Ambient Mass Spectrometry Enables Analysis of Intact Endogenous Protein Assemblies up to 145 kDa Directly from Tissue [1]。该文章的通讯作者是来自英国伯明翰大学的Helen J. Cooper教授。非变性原位质谱（native ambient mass spectrometry, NAMS）是一种新型的自上而下质谱分析方法。它结合非变性质谱和原位质谱的优势，可直接在蛋白质及其复合物的生理环境中进行对其进行无标记表征。NAMS可提供蛋白质结构、空间及瞬时相互作用的信息，具有直接从组织中分析内源性蛋白质组装体的巨大潜力。但是，目前，NAMS仅成功应用于直接检测低分子量 (图 1. 离子图像和 HCD MS2光谱表明大鼠脑中蛋白质复合物的亚基解离。(a) H&E染色的连续组织切片的光学图像。标签：Ce,小脑；C，大脑皮层；CC，胼胝体；F，穹窿；V，侧脑室区；Mb，中脑；Me，髓质和脑桥；H，海马；Th，丘脑；Ht，下丘脑；BG，基底神经节；OR，嗅觉区域。(b) Nano-DESI 全扫描质谱，代表光学图像中标记为“(b)”的像素。（c，d）巨噬细胞抑制因子同源三聚体显示均匀分布。（e，f）PGAM1同型二聚体分布。（g，h）MDH2同型二聚体分布。此外，作者在大鼠肾脏中鉴定了四种同源二聚体蛋白组件（61.2-94.2kDa），包括ω-酰胺酶 (61.2kDa)、MDH2 (66.4kDa)、苹果酸脱氢酶1 (MDH1, 72.8kDa) 和α-烯醇化酶 (94.2kDa)，并将其成像（图2）。其中观察到的α-烯醇化酶为金属结合形式，每个亚基上结合了2个Mg 2+离子。图 2. (a)大鼠肾脏的H&E染色连续切片显示皮质(C)和髓质(M)组织。(b)在MSI期间获得的大鼠肾皮质组织中单个nano-DESI 像素的示例全扫描质谱。(c, d)α-烯醇化酶同型二聚体。(e, f)苹果酸脱氢酶1。(g, h) MDH2同型二聚体。(i, j) ω-酰胺酶。研究还从大鼠肝组织中鉴定出同型三聚体鸟氨酸转氨甲酰酶（OTC，108.8kDa）和同型四聚体乳酸脱氢酶A（LDHA，145.4kDa）（图3）。其中，在全扫描模式下，nano-DESI可以检测到145.4kDa的LDHA的较弱信号。通过nano-DESI-PTCR MS2的进一步确认，检测到的物质确实为LDHA。图3. (a) 直接来自大鼠肝组织的完整OTC同源三聚体的nano-DESI-PTCR MS 2。(b) 完整OTC同源三聚体的nano-DESI-HCD MS2显示亚基质量为36.2kDa。(c)完整LDHA同源四聚体 (145.4kDa)的nanoESI-PTCR MS2。(d)完整LDHA 同源四聚体的nanoESI-HCDMS2。在此研究中，作者成功利用NAMS质谱分析方法，直接从组织中检测并鉴定出内源性蛋白质组装体，分子范围为37.0-145.4kDa，包括二聚体、三聚体以及四聚体。其中检测到的上限（145.4kDa）超出LESA MS报道的质量上限的两倍，比nano-DESI 报道过的质量上限高出100kDa。通过调整离子光学和高m /z的气体压力，或者后续仪器和方法的开发，NAMS有可能进一步突破145.4kDa的上限，检测到分子量更大的蛋白组装体。[1]Hale OJ, Hughes JW, Sisley EK, Cooper HJ. Native Ambient Mass Spectrometry Enables Analysis of Intact Endogenous Protein Assemblies up to 145 kDa Directly from Tissue. Anal Chem. 2022 Apr 12 94(14):5608-5614.[2]Hale OJ, Cooper HJ. Native Mass Spectrometry Imaging and In Situ Top-Down Identification of Intact Proteins Directly from Tissue. J Am Soc Mass Spectrom. 2020 Dec 2 31(12):2531-2537.

近年来，柔性电子器件在人体健康检测与分析以及可穿戴设备等生物医学工程领域展现出广阔的应用前景。然而，在柔性电子器件的组装中，用于连接不同模块的商用导电胶易变形、断裂，使得接口不稳定性成为该领域内长期存在的难题，阻碍了整个器件的拉伸性和信号质量。 　　中国科学院深圳先进技术研究院、新加坡南洋理工大学、美国斯坦福大学的科学家另辟蹊径，绕开利用“商业胶水”组装柔性电子器件的思路，开发了基于双连续纳米分散网络的BIND界面(biphasic, nano-dispersed interface，BIND)。这种新型界面能够作为柔性电子器件通常所包含的柔性模块、刚性模块以及封装模块的通用接口，只需要按压10秒钟，便可以实现“乐高式”的高效稳定组装。2月15日，相关研究成果发表在《自然》(Nature)上。 　　人机接口是人与电子设备之间进行的数字虚拟世界和现实物理世界的信息交换，而柔性电子器件则是人机接口技术的关键核心和先导基础。柔性电子器件在生物医学工程领域的研究备受关注，大致可分为植入式和体表式两种，主要功能就是采集应力信号、温度信号、生理电信号、超声信号、生物化学信号等生理数据以监测人体健康状态。然而，商用导电胶的瓶颈却破坏了柔性电子器件的整体稳定性。无论单个模块的拉伸性多好，只要模块接口处的拉伸性很弱，那么整个器件的拉伸性就会受到制约。 　　联合团队发现，在特定的制备条件下，基于SEBS嵌段聚合物和黄金纳米颗粒的柔性界面即BIND界面，面对面贴合时有“魔术贴”式的电气与机械双重黏合特性，能够将不同功能的柔性传感器稳定地黏合在一起，从而实现柔性模块与柔性模块之间的高效连接。通过热蒸发金(Au)或银(Ag)纳米颗粒制备BIND界面，在自粘苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)热塑性弹性体内部形成互穿纳米结构，SEBS是广泛应用于可拉伸电子产品的软基板。SEBS基质表面附近的纳米颗粒形成了一个双相层(约90纳米深)，其中一些纳米颗粒完全浸入其中，而另一些纳米颗粒部分暴露在外。这种界面结构在表面产生了暴露的SEBS和Au，在基体内部产生了互穿的Au纳米颗粒，这为坚固的BIND连接提供了连续的机械和电气途径。总之，这种即插即用的接口可以简化和加速皮肤上和可植入的可拉伸设备的开发。实验表明，采用新型接口的柔性医疗器件可高精度、高保真、抗干扰地监测体内外不同器官，包括表皮、脑皮层、坐骨神经、腓骨肌肉、膀胱等，比起商用导电胶组装的系统信号质量有大幅提升。 　　采用BIND界面的柔性模块接口，其导电拉伸率可达180%，机械拉伸率可达600%，高于采用商用导电胶连接的普通接口(分别为45%、60%)；对于硬质模块接口，其导电拉伸率达200%，并能适用于聚酰亚胺(PI)、玻璃、金属等多种硬质材料；对于封装模块接口，BIND界面能提供0.24 N/mm的粘附力，是传统柔性封装的60倍。 　　该研究为智能柔性电子器件的模块化组装提供了可拉伸、稳定高效的通用接口，不仅简化了柔性医疗器件的使用，而且加速了多模态、多功能的柔性医疗器件的研发。通过该接口组装的智能柔性传感器件可用于多个医疗领域，例如植入式人机接口、体表健康监测、智能柔性传感、软体机器人等。 　　研究工作得到国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划、神经工程研究中心、中科院人机智能协同系统重点实验室、中科院健康信息学重点实验室的支持。可拉伸混合设备的BIND连接研究团队开发的“魔术贴”式柔性组装方法与在肌电监测中的应用实例

标题：Buckwheat self-assembling peptide-based hydrogel: Preparation, characteristics and forming mechanism期刊: Food Hydrocolloids IF 10.7DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107378【论文摘要】 肽基水凝胶由于其突出的生物相容性和生物可降解性，在3D打印、伤口愈合、人工合成肉、生物传感器和药物递送等领域得到了关注。肽基水凝胶主要是通过化学合成和微生物重组的方法获得。合成肽的一个优点是可以根据具体需求进行设计和自组装。然而，合成肽在实际应用中还存在序列短、纯化低、分散性差和安全性低等问题。与合成肽相比，天然肽具有绿色、安全等优点，因此从天然来源蛋白质中生产自组装肽的相关研究就显得十分重要。 近日，北京林业大学课题组基于酶水解荞麦蛋白进行自然肽自组装研究，为以天然肽为基础合成水凝胶探索出新的道路。相关工作以《Buckwheat self-assembling peptide-based hydrogel: Preparation, characteristics and forming mechanism 》为题，发表于国际SCI期刊《Food Hydrocolloids 》上。 值得注意的是，本文作者利用便携式芯片原子力显微镜nGauge完成了所有生物样品的形貌表征。便携式芯片原子力显微镜nGauge是由加拿大ICSPI公司设计研发的，具有小巧、灵活、方便携带、操作简单、扫描速度快、可扫描大尺寸样品、无需后续维护、无需减震以及超级稳定等优点，适合各类纳米表征应用场景，从科学研究、高等教育到户外工作用户的样品都能实现3D表面形貌快速成像分析，创新技术降低了传统AFM的复杂操作，也拓宽了传统AFM的应用范围！ 【图文导读】 图1. （A）荞麦蛋白及其水解液的十二烷基硫酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）和水解程度结果。（B）5.5%的荞麦蛋白浓度在120 min后的水解结果。（C）12%的荞麦蛋白浓度的水溶胶。（D）12%的荞麦蛋白浓度在120 min后的水解结果。图2. （A）荞麦蛋白浓度为12%的水凝胶随着水解时间硬度的变化。（B）水凝胶形成潜力和（C）硬度。BP（荞麦蛋白），BPH（120分钟水解产物），BSP（大分子样品）。图3. 利用便携式芯片原子力显微镜nGauge获得的（A1-A3）BP，BPH和BSP的形貌图，（B1-B3）BP，BPH和BSP的相位图和（C1-C3）BP，BPH和BSP的高度分析结果。扫描面积为5 x 5 μm2。图4. 利用nGauge便携式原子力显微镜获得的BP，BPH，BSP颗粒粒径的统计结果。图5. BP，BPH和BSP水凝胶的扫描电子显微镜结果。【论文结论】 北京林业大学课题组利用温和酶从荞麦蛋白中获得具有成胶能力的天然肽，代替合成肽制备水凝胶。研究人员研究了利用荞麦天然蛋白制备自组装肽的可行性，并获得了水凝胶。此外，还研究了通过水解产生的荞麦肽通过自组装形成具有良好物理性质水凝胶的机理。该研究为从植物蛋白中生产纳米尺度自由组装肽提供了路线，也为天然肽基水泥胶在依赖合成肽的一系列应用中提供了使用机会。

近年来，随着基因测序技术和算法不断发展，大量物种基因组被陆续测序和组装，为相关研究和应用提供重要遗传信息。因此，如何精准检测评估基因组组装质量高低、避免组装错误等非常关键，也备受关注。　　记者19日从中国科学院植物研究所获悉，该所焦远年研究团队最新研究开发出一种不依赖参考基因组的组装质量评估新工具CRAQ(Clipping information for Revealing Assembly Quality)，可以在单碱基水平检测和评估基因组序列的精准度，并提供相关纠错方案。这一基因组研究领域的重要成果论文，近日在国际学术期刊《自然-通讯》上线发表。CRAQ工具的整体流程示意图。中国科学院植物所 供图　　论文通讯作者焦远年研究员指出，高质量的参考基因组序列对于基因注释和相关功能研究至关重要，也是大规模比较基因组学和表观遗传调控研究的重要前提。不过，目前多数基因组序列中仍然存在一些组装错误，给相关研究带来一定程度影响。而精准区分和鉴定高质量与低质量的基因组序列，不仅可以为基因组组装质量提供评估依据和进一步改进提供靶点，也可以为后期比较基因组和功能研究位点提供基因组序列质量认证。当前，虽然已有一些基因组组装质量评估的方法和指标，但其大多仅提供一个总体的评估值，没有针对特定区域或碱基的评估信息。　　针对这一问题，该研究团队研发的CRAQ通过将原始测序序列比对到组装的基因组上，基于序列比对产生的有效“剪切对齐”信息，可精准地检测基因组中存在的组装错误。结合长读长测序片段和短读长测序片段与基因组比对的特征，CRAQ可以识别基因组内小规模的区域组装错误和大范围的结构组装错误，不同类别的错误数量经过统计和标准化处理后被转化为两个组装质量评估指标，以反映不同层面的基因组组装质量。CRAQ检测并纠正组装嵌合片段示例。中国科学院植物所 供图　　同时，CRAQ能够将组装错误与基因组内的高杂合区域或单倍型差异区分开来，并在单碱基分辨率下指示低质量组装区域和潜在错误断点的位置。在此基础上，CRAQ能帮助研究人员识别基因组中存在的嵌合片段，并将这些片段准确地拆分，以利于结合光学图谱或构象捕获技术进一步构建结构更加准确的参考基因组。　　据研究团队介绍，为对CRAQ进行性能测试和评估，他们以人类参考基因组组装为基础构建一个模拟数据集并利用CRAQ和目前广泛使用的基因组质量评估工具进行测试和比较，结果表明，当缺乏完美参考基因组时，CRAQ表现最佳，并在检测杂合区域方面也表现出超过95%的召回率和精确度。研究团队还通过对一个真实的果蝇杂交的基因组数据集进行分析，发现CRAQ可以准确地将组装错误和杂合区域区分开来，而其他工具则无法检测出杂合区域。

双方共同与圣保罗州立大学完成了Nellore牛基因组的高质量组装圣地亚哥与以色列耐斯茨奥纳 — 2017年1月12日 — 新一代测序技术的全球领先公司Illumina（纳斯达克股票代码：ILMN）与基因组装和分析的全球领先企业NRGene，宣布合作开发牛群分子育种工具。作为合作计划的第一步，双方也同时宣布已经与巴西圣保罗州立大学的研究人员共同完成了Nellore牛基因组的高质量组装。双方将会共同对更多不同品种的牛群进行测序和组装，以便更快了解各个牛种群的遗传变异。此次合作将有助于开发用于牛基因组选择和其他基因组技术的商业工具，从而加快开展育种项目，增进全球食物（肉类和乳制品）的产量。“我们期待与NRGene进行下一阶段的战略合作，通过更多的测序研究加速推进全球的牛群育种，最终将改良的基因组选择工具商业化。”Illumina应用基因组学副总裁兼总经理Rob Brainin说。“我们对牛基因组的认识正在不断增加，将会在全球持续支持大量的育种项目，在帮助提高产量、改善消费者行为的同时，满足全球对安全、营养、健康的蛋白质产品的需求。”Nellore（bos indicus）是热带地区作为食物生产的主要瘤牛品种。此次基因组测序和组装使用了Illumina的新一代测序数据和NRGene的云端DeNovoMAGIC™ 3.0组装软件组合。随着牛群基因组数据的不断增加，将会使用NRGene的PanMAGIC™ 来比较多个完整独立样本的基因组序列，从而分析这些基因组的多样性。这些信息将用于设计更高效的基因分析工具以支持牛群育种项目。“Illumina和NRGene的技术让我们在短短两个月内就精确组装了Nellore牛的一个杂合子基因组，”圣保罗州立大学教授Jose Fernando Garcia说。“我们相信这个参考基因组会帮助巴西牛群育种人员极大地提高本地牛的产量，更重要的是将会为Nellore牛的繁殖和肉质提供重要的信息，为全球的产量增值。”NRGene和Illumina的技术组合已经在其他农业计划中得到应用，来解码某些最重要的基因组，这些基因组包括六倍体小麦、四倍体杂合子芒果、八倍体杂合子草莓，以及十几种新型玉米、黄豆、棉花和加拿大低酸油菜籽的基因组。“通过我们不断开的发基因分型和育种工具，此类牛基因的组装将进一步揭示了牛群的多样性，”NRGene CEO Gil Ronen说。“我们技术的终极价值在于将来能够分析并加速作物、牲畜和水产等各个农业品种的育种。” 关于IlluminaIllumina公司通过解码基因组而改善人类健康。我们注重创新，这使我们成为DNA测序和芯片技术的全球领导者，并为科研、临床和应用市场的客户提供服务。我们的产品应用分布在生命科学、肿瘤学、生殖保健、农业及其他新兴市场领域。 关于NRGeneNRGene是一家基因组大数据公司，开发尖端的软件与算法，分析复杂与多样的作物、动物与水产，支持最高端的先进育种项目。NRGene的工具已经在世界一些领先的种子公司以及学术界最具有影响力的研究团队中得到应用。

在前沿的组织工程、药物开发、甚至临床应用中，模拟体内组织结构和环境的体外模型构建都是十分重要的条件，而细胞或微结构单元的组装方式以及细胞外基质环境在组织功能化过程中扮演关键角色，这也就促使了三维组织结构打印技术的发展。在这些技术中，以投影式光固化、挤出式打印技术等为代表，使用包含有细胞的水凝胶作为生物墨水材料，展现了优越的生物组织构建的能力。但是，这种打印仍局限于对生物墨水整体打印，而其中的细胞是随机分布的，难以主动的对细胞组建微结构单元，这也是目前生物打印面临的一个挑战。近些年，声波作为一种易于集成、高生物亲和性且高精度的控制手段，在细胞的灵活操控和高效组装应用中得到广泛研究，比如将声波与微流控相结合的声流控与声镊技术，特别适合操控细胞构建类组织的体外模型。而如何将二维的声场操控技术拓展到三维，并进行三维组织结构的组装，是其迈向生物3D打印需要解决的难题。近日，厦门大学陈鹭剑教授、胡学佳助理教授与武汉大学杨奕教授课题组合作提出了一种新的解决方案：结合层片打印和声学操控细胞三维结构组装，并以题为：Smart acoustic 3D cell construct assembly with high-resolution发表于Biofabrication 期刊上。图1.声学3D细胞组装示意图。借鉴多层光固化打印的思路，本研究提出基于声表面波在凝胶层片中直接操控细胞组成特征结构，并对层片单元进行多层组装，成功实现了细胞的三维结构组装和仿生组织构建。图一中展示了该策略的示意图，该技术在Z-切铌酸锂基底上设计具有六重旋转对称的换能器配置，保证较大的调制自由度，通过波矢组合、相位组合以及振幅调制（图1b），能够将层片中细胞组装成为多样的结构。而为了将表面波产生的二维声场和二维细胞结构拓展到三维空间，使用了摩方精密的PμSL高精度3D打印技术（nanoArch P150，摩方精密)，来制造高精度模块化框架，与表面波声场耦合，并在该框架中实现细胞组装（图1c）。GelMA 60作为生物墨水，经过光固化后，可形成具有微观结构的凝胶层片。再将该凝胶层片作为二维单元，进行多层的对齐组装以及使用水凝胶融合，即可得到被凝胶基质固定的微观三维结构。图2.结合3D打印模组的器件示意图。作为论证，图三展示结合3D打印组件的声波装置调制产生的多种声场结构，其具有不同的特征单元，比如类血管的环形结构、类肝小叶的蜂巢结构以及密堆的点阵结构等等，并且通过实验验证其进行灵活细胞组装的能力（图3b）。通过二次三维组装，研究人员实现了多种三维的细胞尺度的类组织模型构建，包括空心管状的毛细血管组织、交织的组织结构以及类肝小叶蜂巢组织等（图4）。这些特征单元的尺度取决于声场的周期，可以通过设计实现在几十微米到数百微米变化。而在三维空间上，由于使用高精度打印的单元结构，这些层片的厚度可以低至100微米，能够通过设计不同层间距离适配不同组织高度的需求。并且这些三维类组织模型经过培养展现了较好的活性，微观上紧密连接的仿生结构进一步促进了细胞与组织功能化的过程，比如实验中验证发现，管状的三维模型在长期培养的过程中细胞之间相互连接融合并展现血管化趋势。图4.对细胞层片单元进行多层组装，构建的多种三维结构荧光共聚焦图。该声学细胞3D组装技术将声表面波的二维操控能力拓展到三维空间，展现了独特的优势，比如直接对细胞组装、精准构造组织结构、灵活可控以及操作简便。这项研究展现了对生物墨水打印之外对微观介质构建的能力，从新的维度提出了一种创新的技术路线。论文信息：Hu, X. J. Zheng, J. J. Hu, Q. H. Liang, L. Yang, D. Y. Cheng, Y. X. Li, S. S. Chen, L. J. Yang, Y., Smart acoustic 3D cell construct assembly with high-resolution. Biofabrication 2022, 14 (4)，045003