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Small Structures:生物相关现象界面调控的纳米结构
发布时间: 2021-06-10 09:42 | 【 【打印】【关闭】

  小型结构的合成、分析与控制是近年研究热点。将小型结构理性组装,形成功能材料的过程对应了一个新兴概念——纳米组装学(Nanoarchitectonics)。纳米组装学领域通过将纳米技术与其他相关领域,如超分子化学、有机化学、材料科学与生物相关技术等交叉融合,合成与制造纳米尺度结构,通过对纳米单元进行选择和组合,生产功能材料或系统。纳米组装学涉及领域广泛,包括材料生产、纳米结构制造、催化剂、能源、传感器、环境、生物医学等。

  生物系统的复杂层次结构是由转换能量的单位分子组成的。例如,在光合作用系统中,蛋白质和色素作为复杂组织的结构单元,有极高的物质和能量转化效率。纳米结构特征与生物系统形成的特征极为相似,因此,纳米组装学使从具有类似生物过程特征的纳米单元结构生产功能材料系统有更多可能。首先,纳米结构组装是从单元结构制造材料,有利于形成复杂精巧的层次结构。其次,纳米结构组装过程依赖于纳米尺度区域内各种扰动现象(热波动、量子效应等)的内在性质。纳米结构特征与生物系统形成的特征极为相似,因此,纳米组装学使得从具有类似生物过程特征的纳米单元结构生产功能材料系统成为可能。

  纳米组装学的终极目标之一是利用纳米尺度单元制造类似生物的复杂材料,使纳米结构与生物功能、生物相关现象耦合,如纳米结构与药物递送、细胞培养、活细胞的界面通信等。

  

  

  近日,日本国家材料科学研究所(NIMS)世界顶级研究中心(WPI)纳米结构材料研究组Katsuhiko Ariga教授在Small Structures上系统综述了利用小型结构调控生物相关现象的界面纳米组装策略。文章将界面组装过程分为刚性固体界面组装和柔性液体界面组装两条线索,从近期报告中选取实例进行回顾,总结出研究趋势。固体刚性界面在生物传感、药物与基因递送、酶固定化和细胞操作等方面发挥重要作用;柔性液体界面则与干细胞在纳米结构表面的多能自我更新调控,在液-液界面的细胞命运调控和非生物组装下的类生物变形等研究相关。

  本文综述了在生物系统中利用纳米结构策略,实现“小结构,大效应”。纳米尺度结构组装可通过刺激细胞表面,触发或诱导宏观的生物效应,如神经发生(neurogenesis)。由于活细胞与生物材料的独特性,生物系统是纳米材料“小结构,大效应”的良好展示平台。基于对干细胞机械力信号转导的理解,可通过制造细胞表面纳米结构,尝试调控细胞形状与分化,进一步发展为使用界面纳米结构的非药物治疗。

  论文信息:

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

  Katsuhiko Ariga*

  DOI: 10.1002/sstr.20210000

  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100006

  文章来源:materialsviewschina

  文章链接:https://www.materialsviewschina.com/2021/05/54462/

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