科学家开发出潜力巨大的新型概念纳米材料

科学家开发出潜力巨大的新型概念纳米材料密苏里大学（UniversityofMissouri）的科学家们创造出了一种能够定向输送物质的纳米胶囊，有望应用于医疗和科学领域。这一进展采用了类似壁虎脚的结构，标志着超分子化学领域迈出了重要一步，并可能改变生物系统中药物和营养物质的输送方式。(艺术家概念图）虽然这一发现超出了本研究的范围，但它有可能彻底改变人类和植物的药物、营养物质和其他化学物质的输送方式。这项研究的共同作者、化学系副教授加里-贝克（GaryBaker）说，这种微小递送机制的前瞻性构想的力量来自于它别出心裁的结构。贝克说："我们有能力以'饼干切割机'的方式均匀地制备纳米胶囊，将钙金属离子作为构件或连接木连接在一起。通过这种方法，我们可以生成多个相同的储层，它们可以运输不同类型的物质或有效载荷。此外，我们已经证明，其中的物质可以通过这些纳米胶囊的屏障转移到外部溶液中。"贝克将概念装置的组装比作壁虎爬墙，他说："壁虎的脚垫上有一些微小的结构，其中包含更小的子结构，这些子结构几乎延续到纳米级水平。无数的子结构与表面相互作用，为壁虎提供了坚实的立足点。同样，这些纳米胶囊也是通过多种微弱的化学作用固定在一起的，但当它们叠加在一起时，就为最终结构的组装提供了驱动力。"该研究代表着超分子化学领域向前迈出的重要一步，化学馆馆长特聘名誉教授、该领域国际公认的领军人物杰里-阿特伍德（JerryAtwood）说："虽然我们使用的是荧光分子，但它们的大小和功能与人们可能想用来将物质输送到特定部位的分子相当。"因此，这项成果凸显了其未来在科学和医学领域的应用潜力"。卡尼什卡-西克里加尔（KanishkaSikligar）是麻省理工大学的一名博士后研究员。Sikligar来到麻省理工大学与阿特伍德一起学习，他对团队的发现感到非常惊讶。Sikligar说："这些纳米胶囊的尺寸远远超出了该领域其他研究人员之前所取得的成果。我很高兴看到这一发现将如何帮助扩展这一领域的知识和理解"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398491.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398491.htm

科学家揭开了富勒烯经典足球形状分子的形成之谜

科学家揭开了富勒烯经典足球形状分子的形成之谜一个国际研究小组利用PSI的瑞士SLS同步辐射光源，成功地观察并了解了宇宙中富勒烯的形成。“我们是星尘，我们是金色的。我们是十亿年前的碳。”在他们在伍德斯托克表演的歌曲中，美国乐队Crosby、Stills、Nash&Young总结了人类的本质组成：星尘。任何对天文学稍有了解的人都可以证实这支美国乐队的话——行星和我们人类实际上都是由燃烧殆尽的超新星产生的尘埃和数十亿年前的碳化合物组成的。宇宙是一个巨大的反应堆，了解这些反应意味着了解宇宙的起源和发展——以及人类从何而来。过去，富勒烯及其衍生物在宇宙中的形成一直是个谜。这些碳分子呈足球、碗或小管的形状，于80年代首次在实验室中被创造出来。2010年，红外太空望远镜斯皮策在行星状星云Tc1中发现了具有足球特征形状的C60分子，称为巴基球。因此，它们是迄今为止已知存在于更远宇宙中的最大分子我们的太阳系。但它们实际上是如何形成的呢？来自火奴鲁鲁、迈阿密和天津的一组研究人员现已完成分子形成的重要反应步骤，并得到PSI和同步加速器真空紫外(VUV)光束线的积极支持光源瑞士SLS。“PSI提供独特的实验设施，这就是我们决定与PSI的PatrickHemberger合作的原因，”来自夏威夷大学檀香山分校的RalfKaiser说，他是该领域的国际领先研究人员。在PSI从事VUV光束线研究的科学家PatrickHemberger建造了一个微型反应器，用于实时观察富勒烯的形成。在1000摄氏度的温度下，在反应器中产生了环烯自由基(C20H9)。这个分子看起来像一个沙拉碗，好像是从C60巴基球上切下来的。这个自由基是高度反应性的。它与乙烯基乙炔(C4H4)发生反应，在碗的边缘沉积一层碳。“通过多次重复这个过程，分子会长成纳米管的端盖。我们已经设法在计算机模拟中证明了这种现象，”佛罗里达国际大学化学教授、该研究的作者之一亚历山大·梅贝尔解释说。但这并不是研究人员的唯一目标：“我们想证明这种反应在物理上是可能的，”RalfKaiser补充道。该反应产生不同的异构体——质量相同但结构略有不同的分子。使用标准质谱法，所有这些变体都会产生相同的信号。但是当使用团队采用的光电子光离子符合光谱法时，结果是不同的。“通过这种技术，测量曲线的结构可以得出关于每个异构体的结论，”PatrickHemberger解释说。RalfKaiser说：“宇宙包含着分子和化学反应的狂野丛林——并不是所有的分子和化学反应都可以在望远镜的信号中被清楚地分类。我们已经从模型中知道宇宙中同时存在环烯和乙烯乙炔。现在可以确认这些分子实际上构成了富勒烯的组成部分。这就是为什么PSI的实验对我们如此有价值。”但在NatureCommunications上的成功发表并不是故事的结局。研究人员希望进行更多实验，以了解经典的巴基球以及具有60个碳原子的足球形富勒烯分子和具有更多原子的微小纳米管是如何在宇宙中形成的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365199.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365199.htm

碳基分子的形状和动态性质与科学家们的想象不同

碳基分子的形状和动态性质与科学家们的想象不同通常情况下，这些"对映体"之间是不可能相互转换的，因为这样做需要打破一个键，这个过程需要太多的能量。来自杜伦大学和约克大学的研究人员证明，如果手性中心是动态分子笼结构的一部分，那么分子笼的简单重新排列就能导致分子的镜像形式的反转。一个由@SciCommStudios制作的动画，显示了氟代巴拉兰及其金属复合物中sp3-C立体化学的动态反转。通过这种方式，通常被认为是固定和刚性的碳基立体化学变得动态、通感和反应性--这是以碳为中心的手性的新范式。这些发现将于今天（2023年3月13日）发表在《自然-化学》杂志上。该分子笼的结构中有九个碳原子，它们被一对碳-碳双键和一个三元环丙烷环固定在一起。这种键的组合使结构中的一些键可以自发地相互交换位置。项目首席研究员，达勒姆大学的AishaBismillah博士说。"我们的动态碳笼极快地改变其形状。它们每秒在其镜像结构之间来回跳动数百万次。看到它们适应环境的变化，确实很了不起。"除了发现这种独特的动态形式的立体化学相互转换外，研究人员还证明了笼子的偏好可以传递给附近的金属中心，这为这种类型的反应性手性可能在催化和生物医学应用的手性分子合成中找到用途提供了可能。约克大学的PaulMcGonigal博士在思考这些结果是如何颠覆既定观念时说。"我们的动态碳笼与其他分子和离子相互作用的方式很吸引人。笼子适应了，给出了具有'最适合'的镜像结构。""我们希望，在适当的时候，这种耐人寻味的键合概念将被发现应用于其他情况，并有可能被用来支撑更多动态分子材料的新应用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349231.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349231.htm

科学家开发出形成人类人工染色体的新技术

科学家开发出形成人类人工染色体的新技术能在人体细胞内发挥作用的人造人类染色体有可能彻底改变基因疗法包括某些癌症的治疗方法，并有许多实验室用途。然而，巨大的技术挑战阻碍了它们的发展。现在，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院研究人员领导的团队在这一领域取得了重大突破，有效地绕开了一个常见的绊脚石。在最近发表在《科学》（Science）杂志上的一项研究中，研究人员解释了他们是如何设计出一种高效技术，利用单个长的设计DNA构建体来制造HACs的。以前制造HACs的方法一直受到以下事实的限制：用于制造HACs的DNA构建体往往会以不可预测的长序列和不可预测的重排方式连接在一起--"多聚化"。新方法可以更快、更精确地制作HAC，从而直接加快DNA研究的速度。假以时日，再加上有效的传输系统，这项技术就能为癌症等疾病带来更好的工程细胞疗法。全面改造HAC设计宾夕法尼亚大学生物化学与生物物理学埃尔德里奇-里夫斯-约翰逊基金会教授本-布莱克（BenBlack）博士说："从根本上说，我们彻底改变了HAC设计和输送的旧方法。我们制造的HAC对于生物技术应用的最终部署非常有吸引力，例如，需要对细胞进行大规模基因工程的应用。另外一个好处是，它们与天然染色体同时存在，而无需改变细胞中的天然染色体。"首批人工染色体组是25年前开发的，人工染色体组技术在细菌和酵母等低等生物较小、较简单的染色体方面已经非常先进。而人类染色体则是另一回事，这主要是因为人类染色体的体积更大，中心粒（即X型染色体臂连接的中心区域）更复杂。研究人员已经能够用添加到细胞中的自连接DNA长度来形成小型的人造人类染色体，但这些DNA长度的多聚体具有不可预测的组织和拷贝数--这使它们的治疗或科学用途变得复杂，而且由此产生的HAC有时甚至最终结合了宿主细胞中的天然染色体位点，使对它们的编辑变得不可靠。在他们的研究中，宾夕法尼亚大学医学院的研究人员通过多种创新设计出了改进的HAC：其中包括含有更大、更复杂中心粒的更大初始DNA构建体，这使得HACs能够从这些构建体的单个拷贝中形成。在向细胞递送时，他们使用了一种基于酵母细胞的递送系统，该系统能够携带更大的载荷。布莱克说："例如，我们没有试图抑制多聚化，而是绕过了这个问题，增加了输入DNA构建的大小，使其自然倾向于保持可预测的单拷贝形式。"研究人员的研究表明，与标准方法相比，他们的方法能更有效地形成有活力的HAC，并能产生在细胞分裂过程中能自我繁殖的HAC。优势和未来应用人工染色体的潜在优势有很多--假定它们可以很容易地输送到细胞中，并像天然染色体一样运作。与基于病毒的基因递送系统相比，人工染色体将为表达治疗基因提供更安全、更高效、更持久的平台，而基于病毒的基因递送系统可能会引发免疫反应，并涉及有害的病毒插入天然染色体。细胞中正常的基因表达还需要许多局部和远距离的调控因子，而这些因子几乎不可能在类似染色体的环境之外进行人工复制。此外，人工染色体与相对狭窄的病毒载体不同，它允许表达大型、合作性的基因组合，例如构建复杂的蛋白质机器。布莱克预计，他的研究小组在这项研究中采用的同样广泛的方法将有助于为其他高等生物制造人工染色体，包括用于农业应用的植物，如抗虫、高产作物等。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424784.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424784.htm

科学家开发出能杀死数种超级细菌的新抗生素分子

科学家开发出能杀死数种超级细菌的新抗生素分子细菌正在迅速发展对我们人类最好的药物的抗性，从而使我们处于重大健康危机的边缘。但现在，一种新抗生素已经显示出对几个关键的“超级细菌”有希望与此同时对身体中的好细菌的损害最小。细菌是进化行动的一个教科书式的例子。当它们面临环境危害时，只有最强壮的细菌才能存活下来进行复制，这意味着最终整个群体都有抗药能力。一类被称为革兰氏阴性菌的细菌特别有问题，它们用更厚的细胞壁和拒绝药物的分子泵来保护自己。新抗生素和其他治疗方法的开发进度已经得到了放缓。因此，我们人类正在迅速耗尽有效的抗生素，这有可能使我们回到“医学的黑暗时代”--那个曾经连轻微感染都会致命的年代。从事这项新研究的科学家们现在已经开发出一种表现出前景的新型候选抗生素。研究小组从一种对革兰氏阳性细菌有效的现有抗生素开始，并通过一系列的结构修改试图使其对革兰氏阴性菌株具有更强的抗性。其中一个修改后的化合物特别引人注目。这个被命名为fabimycin的候选药物对200多个临床分离的抗生素耐药菌群效果都表现很好，包括总共54个菌株如大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌。在对小鼠的测试中，发现fabimycin可以清除肺炎或尿路感染的耐药病例，并使细菌水平甚至低于感染前的水平。重要的是，fabimycin在其攻击中具有相对的选择性并使某些类型的无害细菌不受影响。这比许多现有的抗生素要好得多，因为这些抗生素会不分青红皂白地消灭微生物组中的许多有益细菌从而导致一系列的不良副作用。进一步的发展最终可以将fabimycin或类似的分子添加到我们对抗超级细菌的武器库中，尤其是那些难以治疗的感染。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1303245.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1303245.htm

科学家开发出生产绿色氢气的更高效新方法

科学家开发出生产绿色氢气的更高效新方法这项新研究最近发表在《焦耳》（Joule）杂志上，重点关注氢气或合成气的生产，合成气是氢气和一氧化碳的混合物，可转化为汽油、柴油和煤油等燃料。科罗拉多大学博尔德分校的研究小组为第一种完全利用太阳能生产这种燃料的商业化可行方法奠定了基础。这可能有助于工程师以更可持续的方式生产合成气。该小组由化学与生物工程系教授AlWeimer领导。这项新研究的两位主要作者之一、化学与生物工程系副研究员肯特-沃伦（KentWarren）说："我的想法是，有朝一日，当你去加油站加油时，我们会有无铅汽油、超级无铅汽油和乙醇汽油等多种选择，然后还有一种太阳能燃料可供选择，这种燃料来自阳光、水和二氧化碳。我们希望它在成本上能够与从地下获取的燃料相媲美。"传统上，工程师们通过电解法生产氢气，即利用电能将水分子分裂成氢气和氧气。而该团队的"热化学"方法则是利用太阳光产生的热量来完成同样的化学反应。这种方法还能将从大气中提取的二氧化碳分子分裂成一氧化碳。科学家们之前已经证明，这种制造氢气和一氧化碳的方法是可行的，但其效率可能不足以以商业上可行的方式生产合成气。在新的研究中，研究人员证明，他们可以在较高的压力下进行这些反应，部分原因是采用了铁铝酸盐材料，这种材料相对便宜，在地球上也很丰富。这些较高的压力使研究小组的氢气产量增加了一倍多。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382709.htm