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DNA纳米技术应用于水环境污染示踪

科学通报 2024年第1期69卷 112-126页

作者：王常茜仰大勇罗丹廖人宽中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193 复旦大学化学与材料学院上海200438 Department of Biological and Environmental Engineering Cornell UniversityIthaca 14853USA

水环境污染是当前人类社会所面临的严峻挑战之一,阻碍了全球生态环境和社会经济的可持续发展.潜在污染源众多和水文地质条件的复杂性导致对污染源追溯、污染范围界定和污染程度量化等问题的研判十分棘手.针对这些难题,已发展了多种水环... 详细信息

水环境污染是当前人类社会所面临的严峻挑战之一,阻碍了全球生态环境和社会经济的可持续发展.潜在污染源众多和水文地质条件的复杂性导致对污染源追溯、污染范围界定和污染程度量化等问题的研判十分棘手.针对这些难题,已发展了多种水环境污染物迁移示踪系统,例如离子化合物、有色染料和同位素等,这些示踪系统的应用对水环境污染治理起到了重要的推动作用.近年来,快速发展的基于脱氧核糖核酸(deoxyribo nucleic acid,DNA)纳米技术的示踪方法(DNA示踪技术)逐渐崭露头角,其是应用DNA片段作为特异性标记物进行水环境污染示踪.与已有的示踪技术相比,DNA示踪技术具有示踪剂数量巨大、特异性强、检测灵敏、运移及降解特性可控和环境友好等诸多优势,是极具潜力的新一代示踪技术.DNA示踪技术的研发与应用集成了生物化学、材料科学、环境工程和水文地质等多学科知识,是典型的交叉研究领域.为促进DNA示踪技术体系的长足发展以及水环境污染防治能力的不断增强,本文重点阐述了DNA片段作为水环境污染示踪剂的原理与方法,全面梳理了DNA示踪技术体系的发展脉络,总结探讨了DNA示踪技术在水环境污染示踪研究中的典型应用,最后展望了未来重要的研究方向.

关键词：生物纳米技术基因序列示踪剂污染物运移水环境保护

多单体固相接枝聚丙烯及其在聚丙烯/滑石粉复合材料中的应用

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多单体固相接枝聚丙烯及其在聚丙烯/滑石粉复合材料中的应用

作者：仰大勇华中科技大学

学位级别：硕士

本文采用固相法对等规聚丙烯(PP)进行多单体接枝改性,在过氧化物引发剂的作用下,以苯乙烯(St)为共单体,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到聚丙烯分子侧链上。系统研究了反应时间、单体浓度、单体比以及引发剂浓度对接枝反应的影响。采... 详细信息

本文采用固相法对等规聚丙烯(PP)进行多单体接枝改性,在过氧化物引发剂的作用下,以苯乙烯(St)为共单体,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到聚丙烯分子侧链上。系统研究了反应时间、单体浓度、单体比以及引发剂浓度对接枝反应的影响。采用化学滴定法测定接枝率。利用红外光谱(FTIR)、示差扫描量热分析(DSC)、凝胶渗透色谱(GPC)分别研究了GMA/St 固相接枝聚丙烯(PP-g-GMA-St)的微观结构、熔融和结晶行为以及分子量分布。结果表明通过调整反应条件能够控制接枝率;极性单体的引入导致了PP 熔融温度(T)和结晶度(X)升高;由于接枝侧链能够起到成核剂的作用,促进了异相成核,结晶速度和结晶温度(T)都增加;与单单体接枝相比,多单体接枝时接枝率和分子量较高,分子量分布变窄。以上述固相接枝物PP-g-GMA-St 为增容剂,制备了PP/滑石粉(talc)复合材料,研究了talc 和PP-g-GMA-St 的含量对复合材料的微观结构、力学性能、熔融和结晶行为的影响。结果表明:滑石粉的加入破坏了复合材料中PP 相分子链的有序堆积,使其熔融温度T 显著下降,但同时起异相成核的作用,提高了结晶温度T;由于PP-g-GMA-St 起增容剂的作用,PP-g-GMA-St 的加入进一步降低了复合材料中PP 相的T,同时促进了PP 与talc 之间的相互作用,有利于talc 对PP 的异相成核作用,进一步提高PP 相熔体的结晶温度Tc。在加工过程中,滑石粉在聚丙烯基体中被剥离,并均匀分散,片层厚度减小,导致复合材料的弯曲模量和韧性提高。值得强调的是增容剂PP-g-GMA-St 提高了PP/talc 复合材料熔体的粘度,PP-g-GMA-St 易于进入talc的层间,这些因素使滑石粉进一步剥离;同时增容剂PP-g-GMA-St 的加入也有效地改善了PP/talc 复合材料的界面粘接,使PP/talc 复合材料的韧性进一步提高。当talc 的填充量为20 wt.%, PP-g-GMA-St 的加入量为2.5 wt.%时,得到的PP/talc 复合材料性能最佳。

关键词：聚丙烯多单体接枝固相接枝滑石粉复合材料

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“基因式”创制DNA功能材料

高分子学报 2021年第11期52卷 1441-1458页

作者：董宇航韩金鹏仰大勇天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300350

发展新的材料化学系统如建造大楼的“备料”阶段,是决定大楼品质的基石,是功能导向材料体系的分子基础.实现功能导向的材料设计、合成与过程的精准控制是材料化学领域发展的重要挑战.在高分子科学中,让高分子像“基因”一样精准控制单... 详细信息

发展新的材料化学系统如建造大楼的“备料”阶段,是决定大楼品质的基石,是功能导向材料体系的分子基础.实现功能导向的材料设计、合成与过程的精准控制是材料化学领域发展的重要挑战.在高分子科学中,让高分子像“基因”一样精准控制单体有序合成,完成信息传递和功能定制,是实现高分子材料精准创制的有效策略,即“基因式”精准创制.作为生命核心遗传物质,DNA分子自带生命基因属性,是可精准编码遗传信息的生物活性大分子,天然地符合材料“基因式”精准创制的构建原则.本文作者结合自身的研究,评述DNA功能材料的“基因式”创制,主要介绍树枝状DNA和DNA水凝胶2种重要功能材料的构建策略,其中树枝状DNA功能材料的构建策略包括靶标聚合法、酶促延伸法和杂化耦合法,DNA水凝胶的主要构建策略包括模块组装法、酶促扩增法、酶促延伸法、链式杂交法和化学交联法;讨论了DNA功能性材料的分子组装原理和功能调控机制,DNA分子展现出在“基因式”功能化材料创制方面的独有优势,主要为单体的精准排列、结构的精准可控组装、序列信息的精准传递和功能的精准定制;总结了DNA材料“结构-功能-应用”贯通式研究的典型案例,主要集中于蛋白质生产、3D细胞培养、细胞界面工程和疾病治疗等生物医学领域.期待DNA材料的不断发展能够促进形成一种高分子材料“基因式”创制的典型范式.

关键词： DNA功能高分子 DNA水凝胶树枝状DNA DNA纳米技术 “基因式”材料创制

超长单链DNA与茶多酚超分子组装构筑多功能水凝胶

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高分子学报 2022年第10期53卷 1261-1270页

作者：唐建普崔臻欧俊含姚池仰大勇天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300350

为开发新的DNA组装模式、整合杂化功能模块、丰富DNA水凝胶的合成方法和功能,利用双滚环扩增策略合成了超长DNA链,通过茶多酚(TP)与DNA链间的超分子组装,构建了TP-DNA杂化水凝胶.优化了水凝胶组分,通过扫描电子显微镜、流变测试等对水... 详细信息

为开发新的DNA组装模式、整合杂化功能模块、丰富DNA水凝胶的合成方法和功能,利用双滚环扩增策略合成了超长DNA链,通过茶多酚(TP)与DNA链间的超分子组装,构建了TP-DNA杂化水凝胶.优化了水凝胶组分,通过扫描电子显微镜、流变测试等对水凝胶进行表征,以此研究TP的引入对DNA水凝胶性能的影响.研究结果表明,TP的引入不仅可以调节DNA水凝胶受核酸酶降解的速率,还赋予水凝胶抑菌、促进伤口愈合的特性,在大鼠伤口模型中显著地促进伤口愈合.

关键词： DNA水凝胶茶多酚抗菌抗降解

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聚碳酸酯静电纺丝微纳结构的形貌控制

科学通报 2009年第9期54卷 1161-1166页

作者：仰大勇王洋张东舟刘颖昳蒋兴宇国家纳米科学中心北京100190 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所苏州215125 中国科学院研究生院北京100049

生物检测、组织工程支架、过滤薄膜和催化剂载体等领域都需要比表面积较大的高分子薄膜.聚碳酸酯(PC)具有优良的机械性能和生物相容性,是合适的高分子薄膜备选材料.静电纺丝是一种大规模制备微纳米纤维薄膜材料的简单而有效的方法,静电... 详细信息

生物检测、组织工程支架、过滤薄膜和催化剂载体等领域都需要比表面积较大的高分子薄膜.聚碳酸酯(PC)具有优良的机械性能和生物相容性,是合适的高分子薄膜备选材料.静电纺丝是一种大规模制备微纳米纤维薄膜材料的简单而有效的方法,静电纺丝薄膜具有较大的比表面积.然而,如何控制PC静电纺丝的形貌还很少系统研究.本文主要报道如何制备连续、均一的PC静电纺丝.我们分别将不同种类的表面活性剂(包括阴离子型、两性离子型、非离子型、阳离子型)加入到PC/氯仿溶液中,进行静电纺丝;结果只有在添加阳离子型表面活性剂才能够得到形貌均一的PC静电纺丝.通过分析溶液的黏度、表面张力、电导率与静电纺丝产物形貌的关系,发现添加阳离子型表面活性剂降低PC溶液的黏度是PC静电纺丝成功制备的主要因素,相信PC静电纺丝形貌控制的研究对其他材料的静电纺丝制备有借鉴作用.

关键词：静电纺丝聚碳酸酯纳米纤维形貌控制表面活性剂

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静电纺丝制备有序纳米纤维的研究进展

合成纤维 2008年第6期37卷 1-5页

作者：仰大勇蒋兴宇国家纳米科学中心

2000年以来,静电纺丝技术成为高分子材料和纳米技术研究领域的一个新的热点。综述了近年来采用静电纺丝法制备有序纳米纤维的研究进展,并讨论了有序纳米纤维的潜在应用。

关键词：静电纺丝纳粹纤维组织工程

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DNA:从生命分子到功能材料

DNA:从生命分子到功能材料

体外合成生物学:无细胞蛋白合成系统研究进展

中国化学会第三届菁青论坛

作者：仰大勇天津大学化工学院

DNA是重要的生命大分子,也是一种符合"精准化学"发展理念的新材料。我们利用DNA合成功能材料,从设计、合成和应用三方面开展研究:1)发展DNA材料的合成新策略,实现DNA新材料的可控合成、精准调控和宏量制备;2)探索DNA的生命化学基础,创... 详细信息

DNA是重要的生命大分子,也是一种符合"精准化学"发展理念的新材料。我们利用DNA合成功能材料,从设计、合成和应用三方面开展研究:1)发展DNA材料的合成新策略,实现DNA新材料的可控合成、精准调控和宏量制备;2)探索DNA的生命化学基础,创建基于DNA的人工生命简化研究模型,揭示基因区室化效应和邻近效应,阐明基因转录中DNA构象与生物功能关系,在细胞内组装类细胞器结构;3)开拓DNA材料的生物医学应用,实现干细胞可控捕获、限域空间细胞无损递送和肿瘤精准治疗等。

关键词： DNA 功能材料材料化学生物医用

来源： cnki会议评论

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科学通报 2017年第33期62卷 3851-3860页

作者：刘阳郭小翠耿金慧焦毅韩金鹏张志昆周晓仰大勇天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室天津化学化工协同创新中心天津300350

合成生物学是近年来融合生物、化学和工程等学科的新兴交叉研究领域,推动人类由理解生命到创造生命的革新.体外合成生物学不依赖生命体,在试管等媒介中研究生命活动和规律,是合成生物学重要的前沿领域.作为体外合成生物学最重要的研究平... 详细信息

合成生物学是近年来融合生物、化学和工程等学科的新兴交叉研究领域,推动人类由理解生命到创造生命的革新.体外合成生物学不依赖生命体,在试管等媒介中研究生命活动和规律,是合成生物学重要的前沿领域.作为体外合成生物学最重要的研究平台,无细胞蛋白合成系统利用外源DNA或mRNA直接在体外合成目标蛋白质,不依赖于细胞结构,突破传统生物方法的局限,具有简便、快速、可控性强和绿色经济等优点,同时为理解生命进化和人工创造生命系统提供了重要的研究模型.本文综述了无细胞蛋白合成系统的发展历程、组成、类型、优势等,并对其在高通量蛋白质和药物合成方面的应用进行了总结.

关键词：合成生物学无细胞蛋白合成高通量蛋白合成蛋白药物

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DNA水凝胶分子设计、合成与应用

科学通报 2014年第2期59卷 107-115页

作者：仰大勇许传营彭松明崔金辉俞雁韩伟崔海信罗丹 Department of Biological and Environmental Engineering Cornell UniversityIthacaNew York 14853USA 上海交通大学农业与生物学院上海200240 上海交通大学药学院上海200240 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science IthacaNew York 14853USA

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过理性设计和可控制备可以获得多种基于DNA纳米结构的材料.DNA水凝胶作为宏量DNA材料的重要代表备受关注,展现出很广泛的应用前景,尤其是在生物医学应用领域.本文介绍了... 详细信息

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过理性设计和可控制备可以获得多种基于DNA纳米结构的材料.DNA水凝胶作为宏量DNA材料的重要代表备受关注,展现出很广泛的应用前景,尤其是在生物医学应用领域.本文介绍了DNA水凝胶的分子设计原理、合成方法和典型应用,重点综述近年来该领域具有代表性的研究成果.

关键词：纳米生物技术 DNA纳米技术 DNA水凝胶药物缓释蛋白质生产免疫调控