分子仿生為構(gòu)建新體系與發(fā)展生物新材料提供創(chuàng)新空間

添加日期：2011年1月10日 閱讀：714

    仿生體系的分子組裝是化學、物理學、生物學和材料學等交叉領(lǐng)域的一個研究熱點,分子仿生的理念成為近年來國際科技界普遍關(guān)注的一個前沿科學問題。出席日前在北京舉行的以“分子仿生”為主題的第387次香山科學會議的**指出,分子仿生將在人類探索生物世界奧秘、新材料合成和新型功能器件的研制等方面發(fā)揮重要作用。
    分子馬達值得期待
    在生物體與生命過程中,生物分子通過不同層次的自組裝,由微觀到宏觀,自發(fā)地形成了復雜且精確的多級結(jié)構(gòu)體系,實現(xiàn)了各種特異性的生物功能。會議執(zhí)行主席、中科院化學所李峻柏研究員在題為《分子仿生》的主題評述報告中介紹,分子仿生是以人工合成分子或生物基元為研究對象,在分子水平上組裝或制備結(jié)構(gòu)與功能仿生的新材料與新系統(tǒng),研究與模擬生物體中蛋白的結(jié)構(gòu)與功能、生物膜的選擇性、通透性、生物分子或其類似物的檢測和合成等。分子仿生可以模擬生物體實現(xiàn)多功能的集成與關(guān)聯(lián),制備智能材料或分子機器,也可以仿生實現(xiàn)生物相容和生物功能,制備生物醫(yī)用材料與器件,為現(xiàn)代材料科學、特別是生物新材料的發(fā)展提供了無限的創(chuàng)新發(fā)展空間。
    生物分子馬達是將化學能轉(zhuǎn)化為力學能的生物大分子。這些大分子廣泛存在于細胞內(nèi),它們是蛋白質(zhì),也可以是DNA,常處在納米尺度,因此也稱作“納米機器”,分布在線粒體膜內(nèi)的ATP合酶被認為是迄今為止*小的一種旋轉(zhuǎn)分子馬達。
    哈爾濱工業(yè)大學微納米技術(shù)研究中心賀強教授介紹,將從生物體中分離的ATP合酶重組到仿生微膠囊上,不僅能實現(xiàn)活性蛋白在體外的重組,再現(xiàn)生物體中ATP合成的生物過程,更好地理解活性蛋白功能,同時也有助于人們模仿生物體的自組裝、識別及跨膜的物質(zhì)傳輸?shù)裙δ?開發(fā)出相應(yīng)的功能材料和器件,如新的仿生材料、藥物靶向輸送和控制釋放載體等。
    清華大學隋森芳教授介紹了生物三維電子顯微學在這方面的進展及其在分子仿生領(lǐng)域中的意義。隋森芳說,在較復雜的系統(tǒng)層次上對生物大分子自組裝體系以及由它們進一步形成的亞細胞結(jié)構(gòu)的組裝、結(jié)構(gòu)及功能的研究已經(jīng)成為現(xiàn)代生物學研究的熱點之一。
    會議執(zhí)行主席、清華大學劉冬生教授指出,核酸分子馬達未來的研究熱點應(yīng)該是定量研究核酸分子馬達的做功過程,揭示納米尺度下的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律,制備出生物醫(yī)用領(lǐng)域中的智能材料,同時為研究蛋白質(zhì)分子內(nèi)/間相互作用提供工具。
    仿生膜制備仍面臨諸多挑戰(zhàn)
    細胞是組成人體和生物體的基本單元,細胞膜具有其特定的組成、結(jié)構(gòu)和功能,對細胞的生物活性和功能具有決定性的意義。通過對細胞膜的材料、結(jié)構(gòu)和功能進行科學的模仿制成“仿生膜”,將有望創(chuàng)造出化學、生物物理、生物化學、醫(yī)學和藥學的新概念和新技術(shù)。會議執(zhí)行主席、中國科學院長春應(yīng)用化學研究所汪爾康研究員說,進一步揭示**生物膜的奧秘,更加充分地了解和掌握其生命機理,對解決醫(yī)學、農(nóng)業(yè)以及工業(yè)上的實際問題具有重要的指導意義。
    李峻柏介紹,仿生膜的研究就是在充分了解和認識生物膜的組成、結(jié)構(gòu)和功能,尤其是磷酯、脂質(zhì)體和蛋白及其結(jié)合體的結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上,設(shè)計與制造出與其組成或結(jié)構(gòu)相似的仿生膜體系,模仿生物膜的信息傳輸和識別功能。
    中科院過程工程研究所張欣研究員指出,仿生膜結(jié)構(gòu)材料的可控制備依然面臨著諸多挑戰(zhàn),包括尺寸和均一性的控制、仿生膜的結(jié)構(gòu)模擬、更復雜的仿生膜及其功能的設(shè)計與調(diào)控、規(guī)�；�制備技術(shù)和裝備以及仿生膜的實際應(yīng)用等。仿生膜的可控制備目前還停留在試驗階段,開發(fā)新型的規(guī)�；�制備技術(shù)和裝備并*終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,將成為未來的發(fā)展方向之一。
    構(gòu)建功能化分子仿生體系
    會議執(zhí)行主席、中國科學院理論物理研究所歐陽鐘燦研究員介紹,很多**和人工組裝的結(jié)構(gòu),如病毒衣殼、蛋白質(zhì)組裝體、DNA聚合物和表面活性劑組裝體都能形成正二十面體結(jié)構(gòu),正二十面體相對其他正多面體具備*小的彈性能量,是*穩(wěn)定的多面體對稱結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)對認識自組裝體的形成機制和力學性質(zhì),以及新型組裝體的構(gòu)建和功能化具有指導作用。
    中國科學院化學研究所范青華研究員認為,實現(xiàn)分子仿生體系的功能化將是未來研究中所遇到的挑戰(zhàn)之一。
    與會**一致認為,從分子組裝的角度研究仿生體系目前在國際上還處于發(fā)展的初期,目前我國科學家在該領(lǐng)域處于較為**的地位。分子仿生研究應(yīng)服務(wù)于能源、環(huán)境檢測、生物醫(yī)藥等重大領(lǐng)域。重點應(yīng)關(guān)注:搭建復雜生物體系的微流控技術(shù)研究平臺,發(fā)展活性分子仿生體系的構(gòu)建,將現(xiàn)有的ATP合酶馬達蛋白體系拓展到其他馬達蛋白體系;建立分子仿生組裝體形態(tài)演化物理模型;開發(fā)新型分子仿生功能可控器件;開發(fā)新的分子仿生微納工藝,提高仿生體系的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性;發(fā)展新技術(shù)提高理解分子仿生體系工作的精確性,開展分子仿生納米機器和蛋白質(zhì)分子仿生工程等前沿領(lǐng)域的研究等。
        責任編輯：陳江濤    pndqq.cn    2011-1-10 14:03:16

文章來源：