关键词： 病毒   抗病毒药物   疫苗   佐剂   纳米技术   碳点   生物应用  

摘要： 病毒引起的传染病占世界传染病的四分之三以上,给人类和动物的健康带来了严重的危害,因此,抗病毒药物对于保障人类和动物的健康起着关键性的作用。然而病毒的种类众多,目前能用于临床的抗病毒药物只针对9种病毒有效(HIV、HCV、HBV、HCMV、HSV、HPV、IFV、RSV以及VZV)。尽管有大量抗病毒感染的药物研究,但药物的毒副作用、耐药性的出现以及药效不足等缺陷,亟需寻找新的策略应对病毒的感染性治疗。在病毒的防控中,疫苗是最经济有效的工具,但是由于弱毒疫苗其研制周期长,存在生物安全隐患,因此灭活疫苗和亚单位疫苗是开发新型疫苗的研究热点。然而灭活疫苗和亚单位疫苗免疫原性较差,在制苗研究中需要添加特定的佐剂来增强疫苗的免疫效果,但是市面可用的佐剂数量和种类都较少,而且这些佐剂并不适用于所有的疫苗。因此,开发新型的佐剂对于疫苗的研制至关重要。目前,纳米技术在生物医学方面显示了巨大的优势,可通过纳米技术获得新型的抗病毒药物和新型佐剂,然而寻找经济、有效、适合大规模生产可用的纳米材料是临床使用的一大挑战。碳量子点(carbon dots,C-dots),又称碳点或者碳纳米点,是一类尺寸在10 nm以下的新型碳纳米材料。该材料制备原料广泛、操作简单、毒性小、环境友好,而且它的功能多样,生物应用研究领域广泛。近年来发现有些碳点显示出了抗病毒的作用效果,而有些碳点在体外也显示了佐剂活性的功能。因此,本研究基于碳点的生物应用为出发点,探索具有广谱抗病毒作用的新型碳点,同时研制具有良好免疫佐剂活性的功能性碳点,为预防和治疗病毒的感染提供新的材料和方法。具体研究内容与结果如下:1.苯并噁嗪衍生碳点的广谱抗病毒作用与机制研究1.1碳点的合成、表征及细胞毒性分析本研究利用水热合成法以苯并噁嗪单体为原料制备了一种苯并噁嗪单体衍生的碳点(BZM-CDs)。在电子显微镜(TEM)下观察该碳点为分散的球型,粒径为4.4±0.6 nm。该碳点在pH=7.4水溶液中的Zeta电位为0.124±0.026 eV。通过XPS与FT-IR分析BZM-CDs表面富含酰胺和羧基,在365 nm的紫外光激发下能发出绿色荧光,其荧光效率为13.1%。75μg/mL浓度下BZM-CDs分别与BHK-21和Vero细胞孵育72 h,细胞活力均大于90%。1.2 BZM-CDs体外能够抑制囊膜病毒和非囊膜病毒的感染分别以囊膜病毒中的黄病毒(JEV、ZIKV和DENV2)和非囊膜病毒(AAV和PPV)作为病毒模型,通过空斑、间免以及Western blot等方法证实,在体外将BZM-CDs与囊膜病毒中JEV、ZIKV和DENV2作用后,能够显著抑制病毒的感染,并呈剂量依赖性和时间依赖性,其EC分别是18.63μg/mL(JEV)、3.715μg/mL(ZIKV)和37.49μg/mL(DENV2)。另外,BZM-CDs也能够抑制非囊膜病毒AAV和PPV的感染,EC分别为40.25μg/mL(AAV)和45.51μg/mL(PPV)。1.3 BZM-CDs通过吸附病毒表面阻断病毒的入侵通过对比BZM-CDs分别处理细胞和病毒后对病毒的抑制效果,可以得出BZM-CDs的抗病毒功能主要作用于病毒,进一步用TEM观察发现BZM-CDs能够吸附在病毒表面;另外,通过细胞结合实验得出BZM-CDs与病毒作用后可抑制病毒对宿主细胞的结合,通过阻碍病毒的入侵过程从而达到抗病毒的作用。1.4 BZM-CDs表面官能团分布影响其抗病毒活性分别用氨水和盐酸加热处理BZM-CDs得到酰胺官能团更多的Ami-CDs和羧基官能团更多的Car-CDs。同样的浓度下,Ami-CDs的抗病毒能力强于BZM-CDs,而Car-CDs的抗病毒能力弱于BZM-CDs,因此,表面酰胺可以增强碳点抗病毒作用效果,而羧基会减弱其抗病毒的能力。综上所述,BZM-CDs可作为一种新型的材料在未来的抗病毒药物研究中具有一定的参考价值。2.双季铵盐衍生阳离子碳点的免疫佐剂活性作用与机制研究2.1双季铵盐衍生阳离子碳点的合成与表征本研究以双季铵盐为原料,通过水热合成法制成新型的阳离子碳点(BQAS-CDs)。该碳点通过TEM观察为分散良好的球性颗粒,粒径分布在3.74±0.63 nm。FT-IR和XPS分析发现BQAS-CDs表面富含季铵基团,365 nm的紫外光激发可发出蓝色荧光,荧光效率为7.8%。通过不同的pH值、温度、离子强度以及不同的时间暴露在紫外灯下测试BQAS-CDs的稳定性发现,pH值对其影响较大,而离子强度、温度对其影响较弱,而在紫外暴露6 h,其荧光强度值仍稳定在89.4±0.2%,因此,以上测试可以看出BQAS-CDs具有良好的稳定性。2.2 BQAS-CDs能够使蛋白发生自乳化作用以卵清蛋白(OVA)为模式蛋白,当与B

关键词： 纳米技术   原子力显微镜   控制算法   BP神经网络  

摘要： 原子力显微镜从研发之初至今作为纳米领域重要的研究工具之一,始终起着举足轻重的作用。目前商用的AFM控制系统一般采用PID控制算法实现对压电陶瓷驱动器的精密控制。但是压电陶瓷具有复杂的非线性特性,简单的PID控制器难以实现对压电陶瓷驱动器的精密控制,不仅影响原子力显微镜的扫描速度,也影响其测试精度。因此许多团队通过改进压电陶瓷驱动器及控制算法来优化原子力显微镜系统。相比改进压电陶瓷而言优化控制器算法具有成本低,适用性广等优点。本文针对目前原子力显微镜的发展现状,进一步做了总结分析,针对常规的PID算法以及BP神经网络的不足,分别做出了相应的改进,并将两者相结合从而得到更加智能化的控制方法。引入BP神经网络之后的智能控制算法可以体现出参数自学习、自整定以及自适应的优势,应用于原子力显微镜控制系统中可以使AFM获得自学习的能力,从而增强其系统的实时性以及精确性。通过对压电陶瓷的精密控制可使得扫描所得图像质量更好,且可使系统具有更强的鲁棒性。AFM的仿真系统可以为其研究提供方便快捷的第一手资料,对于该方面的研究也是微纳领域的一个重点研究方向。构建了AFM仿真平台,分析了其基本工作原理和系统中执行机构的非线性以及时变性,用Simulink结合S函数实现了AFM在接触以及轻敲两种工作模式下的过程仿真,分析并模拟样品表面形貌信号,在该平台上对结合BP神经网络的改进PID算法进行了验证。

关键词： 纤维素纳米纤维   结构设计   功能化   复合材料   纳米技术  

摘要： 近年来,纤维素纳米纤维（CNF）作为新兴绿色生物质资源,其媲美碳纤维的机械性能、优异的热稳定性、多样的物理化学调控性、良好的生物相容性、以及可再生性等优点,受到了来自学术界和企业界的广泛关注,并围绕CNF独特的物化性能开展了许多功能化应用研究,涵盖了造纸、食品、汽车、航空航天、能源、环境、生物医药等众多领域。但是,现阶段关于CNF材料的功能化应用研究主要还是通过对CNF材料纳米效应的直接应用（如基于CNF的高强纸、透明薄膜、微滤纳滤膜、纤维素气凝胶等）以及与其他功能材料简单复合的方式,很少有文章从材料结构工程学的角度,深入探究CNF基功能材料形貌结构与目标功能之间的关系,导致了一些情况下材料组分的低效利用与性能的限制。基于上述情况,本论文从材料结构工程学的角度,提出了对不同形态CNF基功能材料的微观结构进行调控与设计的多种方法,包括静电诱导自组装、溶剂蒸发诱导自组装、定向冷冻冰模板法以及表面功能化调控等;系统探究了 CNF基功能材料目标功能与形貌结构之间的关系,并进一步通过对CNF基功能材料的结构设计与优化,实现了材料性能的提升以及功能上的创新,展示了材料结构工程设计在构建高性能CNF基功能材料方面的巨大价值和应用潜力。主要包括以下几方面工作:1.针对传统CNF电极材料中各组分在电极空间中随机堆积导致的导电剂（CB）间界面电阻大、电子电导率低的问题,基于静电自组装原理设计并制备了一种CB在CNF表面共形吸附形成的一维复合导电纳米纤维,极大的降低了 CB颗粒间的界面电阻。电荷转移动力学分析结果显示,基于该CB/CNF复合导电纳米纤维制备的高负载（磷酸铁锂有效负载量可达60 mg/cm2）自支撑纳米纸电极的离子电导率比传统聚偏二氟乙烯（PVDF）基电极高出一个数量级,电子电导率是传统PVDF基电极的4倍以上,为工业化厚电极的设计和开发提供了新的方法和思路。2.受“咖啡环”效应启发,通过对CNF胶体溶液浓度、流变性的调控,实现了 CNF胶体溶液在室温下的有序自组装,并进一步揭示了 CNF溶剂蒸发诱导自组装的过程和机理,使得我们能够对二维CNF薄膜的形貌结构进行设计与调控。进一步通过将图案化的CNF薄膜与其他高分子基材复合,我们制备得到了一系列具有优异刺激响应性能的双层结构软体驱动器,展示了其在软体机器人及其他仿生系统领域的应用潜力。3.以CNF/CNT（碳纳米管）杂化气凝胶为模型,通过定向冷冻冰模板法对气凝胶的三维孔隙结构进行取向调控,结合表面疏水处理,制备得到了具有低曲折度孔隙结构的Janus太阳能蒸发器,能够在高达12 wt%的盐溶液中稳定工作。基于Fick第一扩散定律的分析结果表面低曲折度孔隙结构能够促进蒸发界面处盐离子与主体溶液之间的浓差扩散速率,该机制的揭示为解决长久以来一直困扰光驱动界面蒸发过程长程稳定性的盐沉积问题提供了有效的解决方案和理论依据。4.以CNF逾渗网络/聚乙烯醇（PVA）水响应形状记聚合物（CNF/PVA-SMPs）为模型,提出了基于表面润湿性调控与图案化设计实现水响应SMPs响应行为的可控编程新机制,并基于该机制首次制备和展示了具有多重形状记忆特性的水响应形状记忆聚合物,为新型多功能水响应形状记忆聚合物的设计提供了新思路和理论基础。

关键词： 纳米技术   祛痘   皮肤美白   抗衰老   应用  

摘要： 基于供给侧结构性改革的研究前提下,我国的综合国力和经济实力取得显著提高,同时促进了纳米技术的研发与推广.纳米技术是近代以来新诞生的高新技术,该技术在诞生的初期便为各个领域带来了福音,并推进了各个领域的变革.本文依据纳米技术在祛痘、美白、抗衰老中应用作为入手点,概述了纳米技术的研究价值,分析了纳米技术在化妆品领域的研究,并介绍了纳米技术在抗衰老中的应用,进一步拓展了纳米技术在皮肤美白领域的发展趋势.希望通过本文的研究理论,可以为纳米技术在化妆品领域的发展提供借鉴价值.

关键词： 光刻机   激光笔   激光光源   纳米技术  

摘要： 在网络信息产业中,芯片被比喻为心脏,操作系统被比喻为灵魂。"缺芯少魂"是我国信息产业发展的一大难题,特别是在中美贸易摩擦的大背景下,我国的中兴公司、华为公司接连遭遇美国芯片"断供"事件,把这一难题进一步凸显出来,引起全国和国际社会的广泛关注。很多读者也许会问:我们为什么不自己生产芯片?芯片研制真有那么难吗?下面给大家介绍一下芯片制造的核心设备之一——光刻机,也许你能从中窥斑见豹。

关键词： 生物纳米技术   生物纳米反应器   纳米容器   蛋白质封装   自组装  

摘要： 纳米技术的重点是纳米级结构的设计。纳米材料在工业、生物医学和环境领域的应用越来越重要。生物纳米反应器是一种模拟自然区域化的纳米材料,区域化即细胞的各种生物分子通常都限制在一定的区域内,不同区域负责不同的功能,如细胞的能量代谢主要是发生在线粒体内,蛋白质的合成则在细胞质内进行;而区域化对于隔绝有毒的中间反应物、提高反应效率及防止不同反应的相互影响等方面都起到了重要的作用。病毒、铁蛋白、细菌微室和某些酶复合物等的外壳是带孔的蛋白壳（称为衣壳）组成,其作为纳米级容器进行化学反应的潜力引起了人们的极大兴趣。这种纳米反应器通常含有能催化所需转化反应的酶。酶可以通过共价或非共价作用与蛋白质外壳内部结合以将其装载于蛋白壳内。酶装载之后将会有被调节活性的可能性。因此,了解酶在蛋白质衣壳内的限制如何改变其催化活性是有潜在的理论和应用价值。而在封装酶的过程中,有几种可能影响酶活性的方法。首先,衣壳内部与封装蛋白质的相互作用可能会影响封装蛋白质的本征动力学参数;其次,底物进入活性部位的扩散或产品释放到散装溶液中的过程可能受到衣壳上通道的影响;第三,在有些情况中,多酶同时被包封在同一个载体中,特别是在底物浓度较低的情况下,增加中间产物的区域浓度,这样的系统有助于连续反应的进行;最后,在某些情况下,酶的包封会影响其稳定性。总之,包封在酶活性调节中的作用是非常复杂的。每种情况都可能经历一些不同的机制,最终的效果可能会有所不同。自然选择区域化来减少副产物的形成,提高反应速率。通过构建工程化纳米反应器,研究其产物的独特特性及其对反应动力学的影响,有助于我们更好地理解自然。在不同的纳米颗粒中,蛋白质衣壳是单分散的,对于研究有限空间内的酶反应具有潜在的应用价值。现有许多天然纳米反应器。据报道,存在于许多细菌和古细菌基因组中的封装蛋白（encapulin）可组装成T=3（180个亚单位,30-32nm）二十面体中空衣壳的T=1（60个亚单位,20-24nm）。其封装肽标记的发现非常有趣。其壳蛋白最初是1994年由透射电镜发现的。通过观察蛋白质的高分辨率结构,发现了蛋白质。通过对encapsulin胶囊的晶体结构的研究,对其封装机理有了初步的认识。研究发现,少量的额外电子密度与包裹蛋白外壳的内部结合,这也与包裹蛋白外壳基因旁的一个短的C端蛋白质序列相对应。生物信息学分析证实了该C末端序列在其他物种中也存在。生化证据表明,在组装过程中,通过肽标记与衣壳疏水囊袋之间的结合来装载包囊蛋白。在发现了这种称为货物装载肽（CLP）的肽标记后,对不同类型的包囊蛋白进行了鉴定。它们的大部分装载货物都是酶,在微生物的关键细胞过程中起着重要作用,如隔离毒性反应和作为特定的储存室。另一个著名的天然纳米反应器是细菌微复合物（BMC）,它被认为是由酶核和选择性渗透蛋白壳组成的真核自组装细胞器,目的是限制气体底物,保护细胞免受有毒中间物的侵害,以及防止副反应。在这些BMC中,羧基体以其在卡尔文-本森-巴森循环中作为固定二氧化碳的重要作用而闻名。这种天然纳米反应器的形成是基于许多核心酶具有聚集和包含可与壳相互作用。工程纳米反应器常常利用病毒、细菌中发现的蛋白质外壳,以及通过计算技术设计的蛋白。豇豆绿斑驳病毒（CCMV）衣壳携带28纳米大小的RNA,已被很好地用来封装客蛋白。由于CCMV衣壳在pH7.5下可分解成90个二聚体,而在pH5.0下可形成衣壳,因此利用这一性质来封装辣根过氧化物酶（hrp）,实验研究了衣壳携带的一种酶的活性,结果表明衣壳对底物和产物都具有渗透性。开发了另一种方法通过使用一个小的异二聚体卷曲线圈蛋白作为非共价锚,在CCMV衣壳中携带多个蛋白质,一个带正电荷的线圈连接到衣壳蛋白,另一个则连接到客蛋白。基于这种方法,使用CCMV衣壳携带多功能酶Pseudozyma lipase B（PalB）。该实验表明,包封的PalB比非包封的PalB更有效地转化底物,并显示了在衣壳的受限空间中进行级联反应的潜力。含RNA的噬菌体MS2衣壳是一个二十面体球体,由180个相同的蛋白质单体组成,平均直径为27纳米。它的单体可以独立表达,然后组装成病毒样的空衣壳,很容易去除大肠杆菌中的基因组RNA。MS2被设计成两个酶封装系统,通过在货运酶和改性MS2衣壳内表面形成共价结合,形成靛蓝生物合成途径。这导致体内靛蓝产量的增加,并与体外游离酶相比,提高了货运酶的长期稳定性。噬菌体Q与MS2相似,也是一种二十面体病毒样颗粒,由180个称为外壳蛋白的亚单位组成。菲德勒等将其RNA基因组中的发夹结构与CP内部残基之间的高亲和力相互作用特性应用于针对不同酶与发夹结构融合到噬菌体Q的衣壳中,最终表明该方法为利用脆弱或难纯化酶的活性提供了一种通用的方法。噬菌体P22通过定向自组装封装一种活性产氢和耐氧氢化酶。通过利

关键词： 纳米   纳米技术   药物制剂  

摘要： 在药物制剂的研究中,我们经常需要考虑的一个问题就是某个药物的水溶性,药物水溶性低导致无法进行更好的生物利用,这就需要我们用更先进的技术来解决这一问题,目前阶段,我们在药物制剂的研究中试着融入纳米技术,因此,药物水溶性问题得到了一定的解决,本文将介绍纳米技术和分析纳米技术在各方面的实际应用,以及纳米技术的优势所在,希望纳米技术能够更好地造福人类.

关键词： 纳米技术   惯性粘滑驱动   压电陶瓷   跨尺度   微织构  

摘要： 纳米技术是目前科技领域中的研究热点之一,在生物工程、显微操作领域、航空航天、光纤对接和精密定位等方面有着广泛的应用,对国民经济和科技的发展有着至关重要的作用。微驱动精密定位技术是纳米技术的重要组成部分,其发展水平制约着纳米技术的发展水平。目前微驱动精密定位技术具有纳米级定位精度,但是运动范围较小,难以在有限空间中实现高精度定位和较大的操作范围,这对微驱动精密定位技术提出了新的挑战与要求。本文在此基础上,研究将微驱动技术应用于SEM的自动化操作中,提出一种新型基于惯性粘滑驱动的跨尺度精密运动平台,并对其关键技术问题进行细致研究与分析。本文在国家自然科学基金青年基金项目“面向SEM的惯性粘滑驱动跨尺度精密运动机理和实现方法研究”(编号51505314)资助下,通过对目前国内外学者对惯性粘滑驱动技术的研究成果与SEM自动化操作技术中遇到的问题进行总结与分析,本课题将分别从织构化摩擦界面的摩擦机理、织构化摩擦界面对惯性粘滑运动的影响、惯性粘滑驱动样机结构设计和惯性粘滑驱动实验系统四个方面进行深入研究:首先,进行惯性粘滑驱动摩擦界面织构化的微观摩擦机理研究。详细阐述惯性粘滑驱动机理,分析在电信号激励下惯性块和滑块的运动状态,明确摩擦力对惯性粘滑驱动的重要性。由于织构的形貌参数属于微纳尺度,分别从范德华力、静电力和棘轮模型三个方面展开摩擦界面织构化的微观摩擦力学的研究,分析摩擦界面织构化对摩擦力的影响,对织构类型的设计提供理论基础。其次,研究织构化摩擦界面对惯性粘滑驱动的影响。优选出合适的微织构类型,简化织构三维形貌并建立其数学模型,以此为依据使用单因素实验法设计相关形貌参数。加工微织构试件并设计测试样机,搭建实验系统进行测试。测试不同参数的微织构对惯性粘滑驱动性能的影响,优选出最佳参数并分析其原因。接着,进行惯性粘滑驱动样机结构研究。为了实现SEM的自动化操作,样机需要满足体积小与灵活性的特点。本文选择使用无轨式结构设计方案,减小样机体积,使用两个压电陶瓷的配合实现双自由度灵活运动。建立运动学模型,探究倾覆力矩对惯性粘滑运动的影响。为了保证压电陶瓷输出位移与力的方向性,采用平行板柔性铰链作为传动机构。通过对样机的结构优化,确定最优方案,共设计出三款样机。最后,搭建惯性粘滑驱动测试系统。分别搭建静态和动态测试系统,对惯性粘滑驱动系统进行研究。测试倾覆力矩对惯性粘滑运动的影响,验证理论的正确性。对单自由度样机与双自由度样机进行性能测试,得到样机的运动速度、分辨率、步长重复性和旋转速度等重要参数,并将优化后的微织构试件在新样机上进行实验,再次验证表面微织构对惯性粘滑运动性能具有提升作用。

关键词： 药物制剂新技术   中药制剂现代化   应用研究   纳米技术  

摘要： 现代化技术的发展为中药制剂提供了更多选择,同时药物制剂新技术应用推动了中药制剂的现代化发展。本文结合国内相关文献资料,对药物制剂新技术在中药制剂现代化中的应用进行分析。全文主要从口服控/缓释技术、微型包囊技术、固体分散技术、中药生物增效技术以及纳米技术等方面进行分析,为推动中药制剂的现代化发展提供参考。

关键词： 中医药现代化   物理化学   纳米技术  

摘要： 物理化学是与药物生产以及药物制剂学科密切相关的一门课程,在课程教学中,将重要的知识点与相关的中医药现代化技术相互结合,则不仅可以加深学生对所学知识点的认识,而且可以让学生了解中医药现代化进程中必需的新技术、新方法,从而可以为中医药国际化培养合格的高素质人才奠定基础。