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Small Structures:生物相關現象界面調控的納米結構
發布時間: 2021-06-10 09:42 | 【 【打印】【關閉】

  小型結構的合成、分析與控制是近年研究熱點。將小型結構理性組裝,形成功能材料的過程對應了一個新興概念——納米組裝學(Nanoarchitectonics)。納米組裝學領域通過將納米技術與其他相關領域,如超分子化學、有機化學、材料科學與生物相關技術等交叉融合,合成與制造納米尺度結構,通過對納米單元進行選擇和組合,生產功能材料或系統。納米組裝學涉及領域廣泛,包括材料生產、納米結構制造、催化劑、能源、傳感器、環境、生物醫學等。

  生物系統的復雜層次結構是由轉換能量的單位分子組成的。例如,在光合作用系統中,蛋白質和色素作為復雜組織的結構單元,有極高的物質和能量轉化效率。納米結構特征與生物系統形成的特征極為相似,因此,納米組裝學使從具有類似生物過程特征的納米單元結構生產功能材料系統有更多可能。首先,納米結構組裝是從單元結構制造材料,有利于形成復雜精巧的層次結構。其次,納米結構組裝過程依賴于納米尺度區域內各種擾動現象(熱波動、量子效應等)的內在性質。納米結構特征與生物系統形成的特征極為相似,因此,納米組裝學使得從具有類似生物過程特征的納米單元結構生產功能材料系統成為可能。

  納米組裝學的終極目標之一是利用納米尺度單元制造類似生物的復雜材料,使納米結構與生物功能、生物相關現象耦合,如納米結構與藥物遞送、細胞培養、活細胞的界面通信等。

  

  

  近日,日本國家材料科學研究所(NIMS)世界頂級研究中心(WPI)納米結構材料研究組Katsuhiko Ariga教授在Small Structures上系統綜述了利用小型結構調控生物相關現象的界面納米組裝策略。文章將界面組裝過程分為剛性固體界面組裝和柔性液體界面組裝兩條線索,從近期報告中選取實例進行回顧,總結出研究趨勢。固體剛性界面在生物傳感、藥物與基因遞送、酶固定化和細胞操作等方面發揮重要作用;柔性液體界面則與干細胞在納米結構表面的多能自我更新調控,在液-液界面的細胞命運調控和非生物組裝下的類生物變形等研究相關。

  本文綜述了在生物系統中利用納米結構策略,實現“小結構,大效應”。納米尺度結構組裝可通過刺激細胞表面,觸發或誘導宏觀的生物效應,如神經發生(neurogenesis)。由于活細胞與生物材料的獨特性,生物系統是納米材料“小結構,大效應”的良好展示平臺?;趯Ω杉毎麢C械力信號轉導的理解,可通過制造細胞表面納米結構,嘗試調控細胞形狀與分化,進一步發展為使用界面納米結構的非藥物治療。

  論文信息:

  Nanoarchitectonics at Interfaces for Regulations of Biorelated Phenomena: Small Structures with Big Effects

  Katsuhiko Ariga*

  DOI: 10.1002/sstr.20210000

  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100006

  文章來源:materialsviewschina

  文章鏈接:https://www.materialsviewschina.com/2021/05/54462/

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