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科学通报 2024年第19期69卷 2748-2764页

作者：张昀陈铎袁荃杨雁冰武汉大学化学与分子科学学院武汉大学人民医院分子医学研究院生物医用高分子材料教育部重点实验室武汉430072

晶体管基生物传感是一种结合生物受体识别功能,利用场效应晶体管器件(field-effect transistor,FET)作为信号放大和转导单元,实现生物分子或小分子特异性检测的分析方法.FET生物传感器具备响应快、无标签、高灵敏、易操作和易集成等多... 详细信息

晶体管基生物传感是一种结合生物受体识别功能,利用场效应晶体管器件(field-effect transistor,FET)作为信号放大和转导单元,实现生物分子或小分子特异性检测的分析方法.FET生物传感器具备响应快、无标签、高灵敏、易操作和易集成等多重优势,在疾病筛查和健康监测等生物医学领域展现出巨大的应用潜力.本文总结了近十年在高性能FET生物传感器开发方面已取得的显著成果,重点关注于FET电学分析平台的界面调控策略和生物医学应用.首先,我们讨论了传感元件、传感界面的调制以及识别元件的设计等界面工程改造策略.进一步,对FET电学分析平台在体外检测和生理环境实时监测方面的应用进行了全面总结.最后,深入探讨了FET电学分析平台在实际应用方面所面临的关键机遇和挑战,旨在为高性能FET生物传感平台和生物电子器件的设计、开发和应用提供参考.

关键词：晶体管界面调控识别元件体外检测疾病筛查可穿戴

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脂质纳米颗粒递送mRNA在疾病防治中的应用

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生物化学与生物物理进展 2024年第10期51卷 2677-2693页

作者：孙伟伦周悌强杨海银李路伟翁郁华张金超黄渊余梁兴杰北京理工大学生命学院、前沿交叉科学研究院、分子医学与生物诊疗重点实验室、医药分子科学与制剂工程重点实验室北京100081 国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室北京100190 河北大学化学与环境科学学院药物化学与分子诊断教育部重点实验室新型药物制剂与辅料全国重点实验室化学生物学重点实验室保定071002

近年来,信使核糖核酸(messenger RNA,mRNA)疗法作为一种革命性的治疗手段,在遗传性疾病、传染病以及癌症治疗领域展现出巨大潜力。然而,mRNA分子的不稳定性和体内递送的低效性仍是限制其广泛应用的关键挑战。本综述聚焦于脂质纳米颗粒(l... 详细信息

近年来,信使核糖核酸(messenger RNA,mRNA)疗法作为一种革命性的治疗手段,在遗传性疾病、传染病以及癌症治疗领域展现出巨大潜力。然而,mRNA分子的不稳定性和体内递送的低效性仍是限制其广泛应用的关键挑战。本综述聚焦于脂质纳米颗粒(lipid nanoparticles,LNPs)作为高效载体在mRNA递送系统中的最新进展与应用,系统地概述了mRNA治疗在疫苗、蛋白质替代疗法和基因编辑治疗中的应用,并基于LNP基础四组分的改造、第五组分的引入、表面改性以及机器学习辅助LNP迭代开发等四个方面,详细介绍了工程化修饰LNP的方式以及在治疗中的应用。

关键词：脂质纳米颗粒 mRNA 工程化靶向性

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纳米酶介导的炎性肠道疾病治疗研究进展

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化学学报 2023年第8期81卷 1043-1051页

作者：陈其文张先正武汉大学化学与分子科学学院生物医用高分子材料教育部重点实验室武汉430072

近年来,炎性肠道疾病(Inflammatory bowel diseases,IBD)的发病率越来越高,给全球的公共健康带来了沉重的负担.目前,人们主要使用抗炎药、抗生素、生物抗体及免疫调节剂等药物来抑制炎症反应治疗IBD,但疗效并不理想.生物酶具有高效、专... 详细信息

近年来,炎性肠道疾病(Inflammatory bowel diseases,IBD)的发病率越来越高,给全球的公共健康带来了沉重的负担.目前,人们主要使用抗炎药、抗生素、生物抗体及免疫调节剂等药物来抑制炎症反应治疗IBD,但疗效并不理想.生物酶具有高效、专一的催化活性,在炎性疾病诊疗领域引起了广泛的研究兴趣.但生物酶纯化困难、在生物体内易失活,限制了其进一步应用.相比于生物酶,纳米酶制备简单、结构稳定、类酶催化活性高,近年来将纳米酶应用于生物医药领域受到了广泛的关注,如抗癌、抗菌、抗炎等.本综述总结了近年来纳米酶在IBD治疗方面的研究进展,重点介绍了所用纳米酶的组成、合成方法、催化特性及治疗机制.文中进一步讨论了目前用于IBD治疗纳米酶的应用限制,并对未来用于IBD治疗的纳米酶的构建进行了展望.

关键词：纳米酶催化活性抗炎肠道炎症

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基于工程化细菌的活性生物材料研究及其医学应用

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高分子学报 2023年第5期54卷 550-563页

作者：陈欢欢张先正武汉大学化学与分子科学学院生物医用高分子材料教育部重点实验室

细菌由于具有高度生物相容性、运动性和可自主感应生理信号，基于细菌的疗法和递送系统已经被广泛应用于医学领域，包括生物成像、疾病治疗以及组织修复与再生等.本文从工程化细菌的构建、生物医学应用以及临床转化三方面总结和评述了... 详细信息

细菌由于具有高度生物相容性、运动性和可自主感应生理信号，基于细菌的疗法和递送系统已经被广泛应用于医学领域，包括生物成像、疾病治疗以及组织修复与再生等.本文从工程化细菌的构建、生物医学应用以及临床转化三方面总结和评述了生物医用工程化细菌领域的研究进展.重点介绍了通过化学工程化策略对细菌进行改造，在维持细菌自主性和动态功能的同时赋予其新的功能，提高疾病诊断效率，改善治疗效果.此外，还探讨了工程化的细菌在医学领域上的最新进展和应用前景，最后对工程化细菌未来在医学应用上的挑战进行了简要的展望.

关键词：活性生物材料工程化细菌化学修饰基因编辑医学应用

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氨基酸基材料在基因与药物传递领域的应用

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高分子学报 2025年第1期56卷 1-25页

作者：漆李矜黄琪杨高晴妤韩笛廖馨茹张先正程巳雪生物医用高分子材料教育部重点实验室武汉大学化学与分子科学学院武汉430072

氨基酸基材料如聚氨基酸、多肽、蛋白等具有独特的理化性质、生物活性和良好的生物相容性,在生物医学领域展现出广泛的应用前景,尤其在基因与药物传递领域.本文介绍了不同类型的氨基酸基材料包括聚氨基酸、多肽、蛋白及其功能化衍生物... 详细信息

氨基酸基材料如聚氨基酸、多肽、蛋白等具有独特的理化性质、生物活性和良好的生物相容性,在生物医学领域展现出广泛的应用前景,尤其在基因与药物传递领域.本文介绍了不同类型的氨基酸基材料包括聚氨基酸、多肽、蛋白及其功能化衍生物在基因和药物传递中的应用及研究进展,简述了氨基酸基传递载体与其他材料比较的优势,总结了常见的提高氨基酸基载体性能的策略,重点分析了这些材料在促进基因与药物传递及提高疾病疗效方面的作用和机制,包括通过优化载体材料的结构与性能提高基因及药物传递效率;利用载体材料实现组织、细胞及细胞器的靶向递送、刺激响应性递送;提高载体克服细胞外及细胞内传递屏障的能力等.指出了本领域所面临的问题和挑战,提出了对材料研发及实际应用的建议和思路.

关键词：聚氨基酸多肽蛋白传递载体基因与药物传递

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益生菌/黑磷纳米片复合材料在肠炎治疗中的应用

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高分子学报 2025年第1期56卷 68-78页

作者：姚炜钦孙云霞陈巍海张先正武汉大学生物医用高分子材料教育部重点实验室/化学与分子科学学院武汉430072

长期暴露在重金属离子环境中或误食过量重金属离子都会导致重金属离子在肠道富集,进而引发肠道部位发生持续性的炎症,严重的甚至会导致其他器官发生病变.因此,在肠道受损部位高效且持续性的清除重金属离子是治疗这一类疾病的关键.为此,... 详细信息

长期暴露在重金属离子环境中或误食过量重金属离子都会导致重金属离子在肠道富集,进而引发肠道部位发生持续性的炎症,严重的甚至会导致其他器官发生病变.因此,在肠道受损部位高效且持续性的清除重金属离子是治疗这一类疾病的关键.为此,本研究设计、制备了一种益生菌/黑磷纳米片复合材料,实现了肠道部位重金属离子的高效且持续性的清除,并且能够有效修复受损肠道.通过静电相互作用将氨基封端的聚乙二醇(NH_(2)-PEG2000-NH_(2))修饰在黑磷纳米片(black phosphorus nanosheets,BPs)表面,随后聚乙二醇化的黑磷纳米片通过酰胺缩合反应与鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus GG,LGG)结合,构建BPs-LGG益生菌/黑磷纳米片复合材料.在重金属离子诱导的肠炎小鼠模型中,口服递送BPs-LGG后,鼠李糖乳杆菌能够将黑磷纳米片靶向递送至肠道受损部位并长期定植,从而在肠道受损部位持续、高效地清除重金属离子并缓解炎症.该治疗策略具有良好的生物安全性,为治疗重金属离子引起的肠道疾病提供了一种安全、有效的思路.

关键词：重金属中毒益生菌黑磷纳米片复合材料肠炎

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RNA修饰的检测和定点干预

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中国科学:化学 2025年第4期55卷 761-776页

作者：唐恒邵静怡江欣闫卫凯骆观正翁小成武汉大学中南医院神经外科武汉430072 教育部基因功能与调控重点实验室广东省药用功能基因重点实验室生物控制国家重点实验室中山大学生命科学学院广州510275 武汉大学化学与分子科学学院武汉430072 武汉大学中南医院耳鼻咽喉头颈外科武汉430072

目前已识别出170多种RNA修饰,它们在控制RNA命运和基因表达等方面发挥着重要作用.本文从RNA修饰的检测和定点干预角度出发,总结了基于二代测序、纳米孔测序及特定位点的RNA修饰检测进展,以及基于CRISPR的RNA定点干预策略,包括本课题组... 详细信息

目前已识别出170多种RNA修饰,它们在控制RNA命运和基因表达等方面发挥着重要作用.本文从RNA修饰的检测和定点干预角度出发,总结了基于二代测序、纳米孔测序及特定位点的RNA修饰检测进展,以及基于CRISPR的RNA定点干预策略,包括本课题组的贡献.我们阐释了这些方法的基本原理及其对RNA修饰功能的新发现,并指出目前相关研究的不足之处及未来发展方向.最后,本文分析了RNA修饰的化学和生物特性,提出应结合新兴研究手段,从精准性、可控性和特异性等方面进行深入研究,为RNA修饰的检测和定点干预提供新的见解.

关键词： RNA修饰测序技术定点干预技术

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光热材料在海水淡化领域的近期研究进展与展望

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化学学报 2023年第8期81卷 1052-1063页

作者：杨地史潇凡张冀杰卜显和南开大学材料科学与工程学院金属与分子基材料化学天津市重点实验室天津300350 武汉大学化学与分子科学学院生物医学高分子材料教育部重点实验室武汉430072 南开大学化学学院元素有机化学国家重点实验室天津300071

太阳能水蒸发系统成本低、能效高,对缓解能源危机、减少水污染、促进海水淡化具有重要意义.然而,太阳能驱动水蒸发的自然机制往往受到低蒸发率和吸收光谱范围小的影响.其中,局部加热并限制热损失的界面水蒸发策略被广泛认可并作为高性... 详细信息

太阳能水蒸发系统成本低、能效高,对缓解能源危机、减少水污染、促进海水淡化具有重要意义.然而,太阳能驱动水蒸发的自然机制往往受到低蒸发率和吸收光谱范围小的影响.其中,局部加热并限制热损失的界面水蒸发策略被广泛认可并作为高性能、可持续的太阳能蒸汽产生的有效途径.随着太阳能水蒸发技术的不断发展,制备绿色、高效的光热材料已成为研究热点.根据光热材料的种类将其划分为:金属材料、半导体材料、碳基材料以及聚合物材料,详细阐述了不同材料的光热转换机制并总结近年来光热材料在海水淡化领域的研究现状及进展;讨论了潜在的光热候选材料,对其未来发展做出了展望.旨在为海水淡化领域中高效光热材料的合理设计和开发提供可行方案,对今后光热材料的发展具有总结和指导意义.

关键词：海水淡化光热材料界面蒸发

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纳米流式检测技术在细胞外囊泡临床诊疗研究中的应用

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中华检验医学杂志 2024年第8期47卷 975-980页

作者：胡芸芸张清源底浩楠詹小贞蔡年桂颜晓梅厦门大学化学化工学院谱学分析与仪器教育部重点实验室、福建省化学生物学重点实验室厦门361005

细胞外囊泡(EV)是细胞分泌的极具异质性的纳米小囊泡,携带着来源于母细胞的各种生物活性分子,广泛分布于各种体液中,近年来在液体活检和疾病治疗中显示出巨大的应用前景。然而,传统流式细胞仪难以检测粒径小于300 nm的EV。基于瑞利散射... 详细信息

细胞外囊泡(EV)是细胞分泌的极具异质性的纳米小囊泡,携带着来源于母细胞的各种生物活性分子,广泛分布于各种体液中,近年来在液体活检和疾病治疗中显示出巨大的应用前景。然而,传统流式细胞仪难以检测粒径小于300 nm的EV。基于瑞利散射和鞘流单分子荧光检测技术研发成功的纳米流式检测技术(nFCM)将EV的检测下限推进至40 nm,通过单粒子水平的多参数同时检测,可实现粒径、颗粒浓度和多种生化性状的同时分析,并可应用于EV临床诊疗研究中。

关键词：细胞外囊泡纳米流式检测技术临床诊断疾病治疗

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面向分子/离子选择性分离的仿生固态一维纳米通道

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科学通报 2023年第30期68卷 3979-3997页

作者：张昀卢青青杨雁冰袁荃武汉大学化学与分子科学学院生物医用高分子材料教育部重点实验室武汉430072

生物通道蛋白的重要功能是高速率地传输特定的分子或离子,在维持细胞渗透压和细胞功能等方面扮演了重要角色.例如,水通道蛋白(aquaporins,AQPs)能够促进水分子穿透细胞膜,同时排除质子,在维持细胞水平衡和细胞膜的电化学势中具有重要作... 详细信息

生物通道蛋白的重要功能是高速率地传输特定的分子或离子,在维持细胞渗透压和细胞功能等方面扮演了重要角色.例如,水通道蛋白(aquaporins,AQPs)能够促进水分子穿透细胞膜,同时排除质子,在维持细胞水平衡和细胞膜的电化学势中具有重要作用.受生物通道蛋白的启发,研究人员开发了各种具有分子/离子选择性传输能力的人工纳米通道,探究了分子/离子在通道内部的选择性传输机制,并探索了通道在过滤、生物传感和能量转换领域中的应用.本文主要总结了仿生固态一维纳米通道的分子/离子选择性传输机制.对固态一维纳米通道的制备方法和调控手段进行了深入总结,探讨了固态一维纳米通道在分子/离子选择性分离领域的应用,重点关注它们在气体分离和海水淡化领域的应用进展.最后,总结了固态一维纳米通道在选择性分离领域面临的挑战以及未来的发展机遇.本文对于固态纳米通道的设计及其选择性分离应用领域具有一定的指导意义.

关键词：仿生固态一维纳米通道分子/离子分离气体分离海水淡化

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