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智能所研发出能“嗅”出爆炸物气味的拉曼传感试纸
2014-04-30 15:17:46
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探测可疑包裹、邮件和恐怖分子隐藏在身上的炸药一直是国际反恐和公共安全领域高度关注的课题。由于硝基爆炸物具有低蒸气压和高爆炸性,目前机场安检主要依赖离子迁移谱和X射线衍射装备,难以做到快速、及时和低成本的探测。该课题组研究人员通过喷墨打印技术将银纳米粒子打印到滤膜上并修饰拉曼活性分子(对巯基苯胺)制备了对TNT敏感的拉曼传感试纸。
当信封、衣服、包裹、土壤等表面黏附肉眼看不见的TNT残留颗粒物时可以通过使用低能量的激光(不破坏物体表面)来气化其表面黏附的TNT晶体,然后将拉曼传感试纸置于激光上方,收集TNT挥发出来的蒸汽,然后使用拉曼仪器检测。根据拉曼活性分子的拉曼信号变化,判断及鉴定该物质中是否含有TNT,在溶液中的检测极限能够达到1.6×10-17/cm2的 TNT;同样的,通过低能激光的辅助对TNT气氛可以检测到1.4 ppm的TNT,检测时间为2秒。该工作得到评审人的高度评价,认为“该工作的思想具有很强的创新性,为爆炸物的现场快速检测提供了新手段,是一项优秀和重要的研究工作”。
在国家自然科学基金委的支持下,中科院智能所张忠平研究员(国家杰出青年基金获得者,中科院“百人计划”)领衔的研究团队,重点针对各种材料表面以及混有痕量爆炸物物质的及时、现场检测这一挑战性难题,利用拉曼光谱独特的指纹信息和拉曼衬底易修饰拉曼活性分子的优势,研发出能嗅出爆炸物气味的拉曼传感试纸。相关研究结果近日发表在国际著名的化学期刊《分析化学》上,同时申报了国家发明专利。
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活体细胞重编程生成神经元
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解析神经退行性疾病的遗传学基础
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“复活”人类基因组中的古老DNA
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神经胶质细胞是人类中枢神经系统中的一类神经细胞,它们并不像神经元那样传导电冲动,长期以来被认为只起支持作用。直到近些年来,科学家们才开始认识到神经胶质细胞(尤其是星形胶质细胞)在大脑中的调节作用。有研究显示,星形胶质细胞能够保护神经细胞,并为其提供养分。在人类大脑中,有超过三分之一的细胞是星形胶质细胞。
现在科学家们首次在成年小鼠的大脑中进行了活体重编程,使星形胶质细胞转变成为神经元前体。研究显示这些神经元前体,能够生成正常功能的神经元。文章究发表在NatureCellBiology杂志上。
在此之前,人们已经多次在体外将已分化的细胞诱导成为神经前体细胞。而Texas大学西南医学中心(达拉斯)的助理教授Chun-LiZhang首次在活体内做到了这一点。他和同事尝试将不同组合的重编程因子注射到成年小鼠的大脑,结果发现只需注入一个转录因子SOX2,就足以将非神经元细胞转变为神经元前体——神经母细胞(neuroblast),而且这些神经母细胞可以生成功能性的神经元。
研究团队发现,响应SOX2的细胞是一类胶质细胞,即星形胶质细胞(astrocyte)。这些源自星形胶质细胞的神经母细胞生成之后,能够在小鼠的大脑中存活超过14周。随后,研究人员用促进神经形成的因子处理这些神经母细胞,将诱导它们成为神经元。
研究人员在大脑切片中,研究了这些成熟神经元的电生理学特性,发现这些细胞能够正常发挥功能。Vanderbilt大学的RebeccaIhrie评论道,这项研究初步向人们展示,诱导生成的细胞具有神经元的特性,。下一步需要知道的是,这些细胞究竟形成了哪一种神经元。
研究显示,机体内成熟的星形胶质细胞具有惊人的可塑性,即使在老年小鼠的大脑中也可以进行重编程。这一发现可以帮助人们,利用患者自身的胶质细胞进行中枢神经系统的再生。
应用
诱导神经元生成的临床应用非常广泛,可以用于神经损伤的修复或者神经退行性疾病的治疗。Zhang特别指出,在这项研究的基础上,科学家们可以“将帕金森患者自身的星形胶质细胞,诱导生成多巴胺能神经元”。
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遗传性痉挛性截瘫HSP是一种神经退行性的运动神经元疾病,其典型症状是患者下肢出现进程性的僵硬和紧缩。加州大学科学家领导的研究团队经过多年努力,鉴定了大量新HSP致病基因,并揭示了这种疾病背后的关键生物学通路。文章于一月三十一日发表在Science杂志上。
这项研究在全球范围内,集合了五十多个携带常染色体隐性HSP的家庭,这也是迄今为止最大规模的同类研究。科学家们对其中100多名患者进行了全外显子测序,鉴定了基因组中出现的HSP致病突变。
“研究揭示了不少新HSP遗传学基础,这使我们能够分析这些致病基因之间的关联。我们绘制了所有HSP致病基因的图谱,称为‘HSP-ome’,”文章的资深作者JosephG.Gleeson教授说。
这样的图谱不仅有助于揭示HSP背后的关键生物学通路,还能够帮助人们定位和验证更多的致病突变。HSP-ome还展示了HSP与其他疾病的关联,研究人员发现,HSP与阿尔茨海默症和肌萎缩侧索硬化ALS等更常见神经退行性疾病有关。
“研究神经退行性疾病背后的生物学过程,可以帮助人们进一步揭示常见神经退行性疾病的确切机制,并在此基础上开发出有效的治疗方式,”Gleeson说。
这项研究鉴定了18个新HSP基因,并从功能性和遗传学角度进行了验证。这些HSP相关突变显示,这种疾病与细胞运输、核苷酸代谢、突触和轴突发育有关。
“我认为这项研究对于神经退行性疾病非常重要,”文章的共同第一作者GaiaNovarino博士说。“此外,这项研究也向人们展示,对特定患者群体进行基因组学研究并建立‘互作组’,可以大大增进我们对致病因素的了解。”
“这令我们非常兴奋,因为在神经学疾病中鉴定生物学过程,是开发新治疗方式的第一步,”文章的另一位第一作者AliG.Fenstermaker说。“我们鉴定了一些可用于新药研发的潜在靶标。”
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尽管尼安德特人(Neanderthal)已经在三万年前灭绝,但其基因组片段仍在现代人群中延续。科学家们通过新分析法,研究了665名欧洲和东亚人的全基因组测序数据,这些数据来自于千人基因组计划。研究显示,显示超过20%的尼安德特人基因组仍存在于现代人群中。文章于一月二十九日发表在Science杂志的网站上,作者是华盛顿大学的BenjaminVernot和副教授JoshuaM.Akey。
此前有研究显示,一些无非洲血统的人有1-3%的基因组来自于尼安德特人。而这项研究将分散在人群中的古老DNA序列集合起来,告诉人们尼安德特人基因组有多少得到了延续。
为了检测新分析方法的准确性,Vernot将他们在现代人群中找到的疑似尼安德特人序列,与最近发布的尼安德特人参考基因组进行比对,发现结果非常吻合。研究人员指出,这一分析法经优化后,可以在无参考基因组的情况下,帮助科学家们在现代群体中“复活”古老的种系。
即使没有化石的存在,也可以在现代人群中获得已灭绝人种的DNA序列,这是因为这些古老的序列已经被遗传了下来。在此基础上,科学家们可以发掘出此前未知的古人类。“科学家们将能够仅通过分析现代人的基因组,鉴定其他已灭绝古人类的DNA,”Vernot说。研究显示,尼安德特人赋予其人类后代,一些可以增强适应性的基因突变。例如,在与皮肤着色调控有关的基因组区域,发现了尼安德特人的DNA序列,这些序列能帮助人类快速适应当地的环境条件。
“有证据表明,尼安德特人的皮肤基因为欧洲和东亚人带来了进化上的适应性,”Vernot说。“其他一些不适合现代人基因组的尼安德特人基因,并没有出现在人群中。”例如,对人类语言文字有重要作用的一个基因组区域,就明显缺乏尼安德特人的DNA序列。科学家们指出,这种无需化石的古代DNA测序分析法,将帮助人们进一步理解人类的进化。