纳米nano是什么

55年·形象22编辑:潘锋校对:傅利E-mail押fpan@stimes.
cn元旦特刊2014年1月1日星期三Tel押(010)62580666肿瘤研究刮起"糖心风暴"地质学经过几百年的发展,在宏观和微观领域已经取得了重大进展.
伴随着科技的巨大进步,地质学正向更宏观和更微观的两极方向发展,即天体地质学和纳米地质学.
由于纳米颗粒和纳米孔隙具有显著的特有属性,研究地质作用过程中纳米结构的形成机理、演化机制和聚集状态具有重要的科学价值.
纳米科技将为21世纪地质学发展带来新的飞跃,从而获得地质学在纳米尺度上的重要突破.
2013年1月1日,美国纳米学会主席AliEftekhari教授强调:"任何事情都需要创新,纳米地质学也不例外.
我们在考虑问题时,必须有着不拘一格的思维方式,不断地求新求异而不是因循守旧.
从认知科学的角度来讲,要获得成果必须改变思维定式.
相信我们可以突破传统,彰显潜力.
"2013年9月5日,中国国际纳米科学技术会议(ChinaNANO2013)在北京召开.
中国科学院院长、国家纳米科技指导协调委员会首席科学家白春礼院士指出:随着人类对客观世界认知的革命,纳米科技将引发一场新的工业革命,当前应当进一步促进纳米科技的产业转移转化力度.
为推动地质学向更微观的层次迈进,进一步理清纳米地质学的科学内涵和主要研究方向,深入探讨纳米矿物学与岩石学、纳米构造地质学与地球化学、纳米能源地质学与矿床学、纳米地震地质学与环境地质学等关键科学问题,系统研究并集中凝练纳米地质学及纳米成藏成矿领域的重大和前沿问题,全面促进纳米地质学及纳米成藏成矿科技攻关,从而进一步丰富和发展纳米地质学理论和方法,为能源与矿产资源勘探开发提供重要科学基础,为环境保护和灾害预测提供重要科技支撑,2013年11月5日~7日香山科学会议在北京召开了以"纳米地质学及纳米成藏成矿前沿科学问题"为主题的第476次学术讨论会.
南京大学都有为院士、中国科学院大学琚宜文教授、中国地质大学(武汉)王焰新教授、合肥工业大学陈天虎教授、南京大学孙岩教授共同担任会议执行主席,来自高等院校、科研院所和管理部门的国内外40多位专家学者出席会议.
与会专家围绕(1)纳米矿物学与岩石学:纳米晶格与表面效应以及岩矿成因;(2)纳米构造地质学与地球化学:纳米变形与化学行为及其机理;(3)纳米能源地质学与矿床学:纳米成藏成矿效应及动力学机制;(4)纳米地质学与环境和灾害问题:新的前景与挑战等中心议题进行了深入讨论并提出建议.
一门新兴的高度综合的交叉学科都有为院士在题为"纳米科技概况"的主题评述报告中指出,《Science》杂志曾这样形容纳米科技:"它是一把神奇的雨伞,几乎覆盖了所有的学科领域;它是一把锤子,研究者就像几岁的孩子,拿着这把锤子敲打世界.
"纳米科技是人类认识客观世界的新层次,是一门综合和交叉学科,是21世纪科技的制高点,具有重大的战略意义,对国民经济的发展将会起着革命性的作用.
当前所有发达国家的政府和企业都对纳米科技研发进行了大量的投入,试图抢占这一21世纪科技战略制高点.
都有为院士强调,要实现国民经济的跨越式发展,必须紧紧抓住纳米科技发展这一良好机遇.
琚宜文教授在题为"纳米地质学与纳米成藏成矿重大科学问题"的主题评述报告中,阐述了纳米地质学的基本概念和研究方法,详细总结了纳米地质学及各个分支学科的研究进展,并对该领域的重大和前沿科学问题进行了归纳和凝练,由此深入探讨了纳米地质学未来的发展趋势.
琚宜文教授提出纳米地质学的科学内涵是:以纳米科学与地质学为依托,以纳米技术工具与地质工具为手段,以固体地球物质为研究对象,对各种地质体中已知或有待探知的纳米颗粒和纳米孔隙进行深入研究,从而揭示地质过程中纳米尺度信息与地质现象关系及其成因规律的科学.
纳米科技与地质学结合产生的各分支学科包括:纳米矿物学、纳米岩石学、纳米地球化学、纳米构造地质学、纳米能源地质学、纳米矿床学、纳米地震地质和纳米环境地质学等.
纳米矿物学的研究及纳米材料的开发利用是矿物学发展史上的又一突破性进展,是纳米地质学的支撑理论之一;纳米岩石学将为岩石学家拓展纳米级尺度观测的视野;纳米地球化学将向元素迁移过程的微观机制迈步;随着纳米技术在地学领域的发展和应用,纳米矿床学也必定会以自身独特的优势取得里程碑式的进展;纳米构造地质学为纳米尺度构造的研究提供了重要方法和依据;纳米技术在能源尤其是非常规能源方面具有很好的发展前景;纳米地质学及其成藏成矿是目前地质学与纳米科学的研究前沿和热点.
琚宜文教授表示,纳米地质学是认知思维的重大创新,是地学领域革命性挑战.
纳米地质学研究是一门新兴的高度综合的交叉学科,很难划分出经典意义上的单科性研究,需要多门学科综合研究.
纳米科技在地质学中的应用非常广泛,各个分支均可在纳米理论的指导下取得原创性成果.
关键科学与技术问题我国从20世纪80年代后期开始思考并探索纳米地学问题,在纳米地质学研究的起步和发展阶段就已处于世界前沿.
早在上世纪90年代初我国地质学家就已将纳米科技引入到地质学领域,初步形成了纳米科学与地质学的结合,提出了纳米地质学的基本概念并获得了初步认识.
在此之后,M.
F.
Hochella(2002),S.
K.
Lower,etal.
(2002)等国外地质学家讨论了纳米科技在地球科学中的应用,并进行了纳米地球科学的展望.
与会专家分析认为,地学领域已经引入纳米科技并在矿物学、岩石学、地球化学、构造地质学、能源地质学和矿床学等领域取得了丰硕的研究成果,但纳米地质学的尺度问题、关键难题以及测试与表征问题等尚未解决,缺乏系统和综合的纳米地质学理论.
纳米地质学作为一个全新的领域,应集中解决纳米地质学及纳米成藏成矿领域的重大和关键前沿问题,促进纳米地质学科向深度、广度和高度发展,为我国经济和社会发展作出更大的贡献.
与会专家通过讨论后一致认为,纳米地质学关键科学与技术问题主要包括以下几个方面:一、虽然前人已将纳米科技引入地质学的分支领域并对纳米矿物学、纳米构造地质学、纳米能源地质学以及纳米矿床学等方面出现的某些具体问题进行了不同程度的研究,但尚未形成纳米地质学学科体系与成藏成矿系统.
因此,纳米地质学理论与应用的系统性研究是重要的科学与技术问题.
二、纳米尺度问题是纳米地质学的核心问题,包括时间尺度和空间尺度.
如何在纳米尺度上解决微观和宏观尺度所出现的地质科学问题和资源环境灾害问题,准确地认识地质演化过程中纳米现象的普遍性和纳米物质的稳定与非稳定性,以及如何发现和阐明纳米颗粒的地质效应等是当前国际上研究的前沿问题.
三、基于国内外纳米地质学的研究进展和发展趋势,现阶段应重点对地质体中纳米物质的形成条件、演化机理、运移聚散、地质效应、开发利用以及环境灾害等亟待解决的科技问题开展系统和整体研究,从而加深对纳米矿物、岩石、构造、地化、能源和矿床等分支学科的认知.
四、纳米地质学的研究需要运用现代先进的测试和表征方法.
如何采用以扫描隧道效应为基础的纳米测试技术探测天然条件下纳米物质与结构,如何利用超短激光和X射线脉冲实验,刻画地质过程中纳米物质的动态变化,如何采用分子动力学的方法模拟地质作用下纳米结构的演化机制等,都是当前面临的急需解决的重要技术问题.
专家共识与建议在广泛交流和深入讨论的基础上,与会专家一致达成以下主要共识:纳米科技的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有的领域产生革命性的变化,地质学也不例外.
纳米地质学的明确提出拓展了地质学研究的微观领域,开拓了地质学和纳米科学交叉的新兴学科.
目前纳米地质学各个领域已取得突破性进展,研究地质作用过程中纳米颗粒和纳米孔隙结构的形成与演化机理以及纳米颗粒聚集状态与性能,具有重大科学意义与广泛应用价值.
纳米尺度的地质学研究经过20多年的探索和发展,在以下几个研究方向取得了重要进展和突破,包括:纳米地质学与传统地质学的差异与联系;纳米物质与纳米孔隙及其界面特性;纳米物理化学行为及矿物—生物相互作用;纳米成藏成矿特征;纳米地质学在材料、环境和灾害科学中的应用等.
我国纳米地质学研究面临着全新的战略机遇和革命性的挑战.
纳米地质学因自身的特异性,比其它学科更为复杂.
借助纳米科学和地质学的研究手段、经验和成果,充分依靠已取得的国际学术前沿优势,进一步加强基础与应用研究,提升纳米地质学领域自主创新能力,将为矿物与碳基新型材料利用、能源与矿产资源勘探开发以及环境保护和灾害预测等提供坚实的理论基础.
与会专家就加快我国纳米地质学发展提出如下建议:由于纳米地质学是一个全新领域,关键性难题还未解决,缺乏系统和综合研究,建议国家科研机构和管理部门从战略高度重视并促进纳米地质学及其成藏成矿作用这一前沿交叉学科的形成和发展;建议国家相关部门、政府和企业加大对纳米材料、纳米成藏、纳米成矿及其资源开发与利用、各种环境微粒污染以及煤矿瓦斯与地震灾害等资源、环境和灾害领域的研究经费投入.
纳米地质学研究涉及物理、化学、生物、材料、技术等众多问题,科学研究上存在很大的难度,建议国家和地方加强投入力度,建立不同层次的与纳米地质学有关的实验测试平台或重点实验室,设立国家纳米地质学创新中心,开展联合科技攻关,集中解决一批关键科技难题,不断提升我国纳米地质学自主创新能力.
纳米地质学应高度重视多学科交叉和研究团队建设,建议国家相关部门和机构制定相应的政策,激励不同学科的科研人员共同研究,加强国际同行之间的学术交流与合作,培养更多的年轻人才,创建具有全球视野的全国性或国际性学术组织,凝聚一支该领域多学科交叉的研究团队,以期在纳米地质学相关前沿科学问题上取得重大突破.
纳米地质学:地学领域革命性挑战———香山科学会议第476次学术讨论会综述姻本报记者甘晓正因为拥有无比发达的大脑,才让人类成为了"万物之灵".
著名物理学家霍金说:生命的尽头只有大脑颤动,其他什么都不存在.
随着科学技术的发展,人类几乎可以上天入地,但唯独对大脑的运作机理还是一知半解.
对人脑的研究与开发是未来生物医学最艰巨的任务之一.
上海交通大学Bio-X研究院神经生物学及精神神经疾病模式动物研究室负责人李卫东特别研究员,多年来致力于研究神经生物学及分子认知,专注于制备和利用动物模型研究精神神经疾病的致病机理和治疗手段,包括精神分裂症、神经纤维瘤等.
他在精神神经疾病研究领域的突破性工作,受到国内外同行的高度关注,为探索人脑的奥秘开拓了方向.
研究精神神经疾病动物模型精神分裂症是人类面对的最复杂的疾病之一,以往的研究表明,遗传因素在其发病中起到重要作用(70%~80%)、环境因素起到重要的诱发和辅助作用,但是其深入的发病机理仍然不清.
据统计,我国各类精神疾病患者人数已超过一亿,其中重型患者约1600万,精神神经疾病在我国疾病总负担中已排名首位,严重影响了我国人口健康和经济发展,对其病因及新治疗手段的研究和药物开发迫在眉睫.
美国加州大学洛杉矶分校,在这所世界著名学府里,李卫东就因其在精神遗传学领域的出色表现备受关注:DISC1基因是与精神疾病关联的明确变异基因,被认为是近年发现的最有价值的精神分裂症及抑郁症等精神疾病的易感基因之一.
李卫东创建的DISC1可诱导转基因鼠被同行评价为著名的精神分裂症模型之一.
该研究发表在PNAS上,被NatureNewsSpecialRe-port特别报道,李卫东也因此获得两届美国国家精神分裂症及抑郁症研究联盟的青年科学家奖.
神经纤维瘤1型(NF1)在每3000新生儿中就有一例发病,80%的NF1儿童患者有学习、记忆、注意力缺陷.
研究发现,其根本原因是NF1基因功能缺陷造成RAS/MAPK活性异常增高,迄今仍没有任何治疗手段.
李卫东发现治疗高脂血症的处方药Lovastatin具有抑制Ras活性功能,在动物模型上,可以治疗NF1的功能缺陷.
该成果发表后,被美国国立神经疾病及脑中风研究所列为当年重大科学进展之一,他也因此获得了UCLA最佳博士后研究校长奖.
对于NF1的进一步深入研究,又使他获得了美国儿童肿瘤基金会的青年科学家奖.
由于表现优异,他还曾被哈佛、麻省理工、斯坦福等世界顶级学府邀请作学术报告.
2009年,告别了十几年的海外留学生涯,李卫东加盟上海交通大学Bio-X中心,继续专注精神神经疾病的模式生物学研究,并担任2010~2014年国家"973"计划"精神分裂症遗传发育问题的临床与基础研究"课题负责人.
哺乳动物中枢神经系统的发育主要发生在孕幼期,科学家们曾普遍认为,大脑早期发育中的异常是引发神经发育障碍疾病的最主要原因之一,但是现实中相当一部分患者是在成年期或老年期发病.
研究发现,在特定的大脑区域如海马齿状回,终身保持着旺盛的神经元再生现象.
近年来,这种成年期神经新生过程在学习、认知及精神神经疾病中的作用越来越受到关注.
李卫东研究组利用DISC1shRNA逆转录病毒载体脑区定位注射实验,研究神经新生与精神分裂症及抑郁症发病机理.
这项最新研究发现,神经发育障碍疾病中出现的情感和认知缺陷表型,可能部分是由于成年期神经元发育过程异常而造成的,因此针对这一细胞群的治疗,也许能对这些缺陷表型产生显著的疗效.
这一最新成果发表在2013年2月20日Cell子刊、神经科学顶级期刊Neuron上,并立刻被NatureReviewNeuroscience做了亮点评述,我国多家权威媒体也纷纷予以报道.
探索"超级大脑"大脑的超常功能是大自然留给人类认识大脑功能与探索大脑潜能的另一把金钥匙.
在神经科学领域,探索对于拥有特殊功能的天才大脑也同样有着极大的研究意义.
基于这一想法,李卫东发起并组建了上海交通大学"中国超级大脑研究中心"与上海交通大学"中国超级大脑人才库".
"超级大脑人才库"计划得益于江苏卫视"最强大脑"节目,节目组前期在全国范围内发掘了100多位具有超常脑能力的人才.
他们中,有能通过回声定位的盲人,有30秒可记住扑克牌顺序的记忆力国际比赛冠军,有1分钟内心算出任何30位数的开n次方的心算天才……李卫东博士与贺林院士敏锐地看到这一人群的巨大研究价值,决定迅速组织国内外科学家对该人群开展研究.
上海交通大学Bio-X研究院建立了世界最大的精神疾病样本库并以此为模版与平台,联合国内外著名科学家共同建设"中国超级大脑研究中心"及"中国超级大脑人才库",并且开展对入库人才的遗传资源保护和多学科交叉的深入研究.
计划主要以具备特殊脑功能的珍贵人才为研究和保护对象,期望建立评价超级脑功能的科学指标及探索超级脑功能的生物学机制,为人类认识大脑、开发大脑的潜在功能提供理论依据.
这是一次科学与媒体的联姻,科学通过媒体的正能量让科学流行起来,媒体借助科学家维护其节目的科学性.
"最强大脑"这个集科学研究和娱乐挑战于一体的创意节目将于2014年1月3日在江苏卫视首播,预期借助媒体力量将发掘出更多具有超级大脑功能的中国人.
最近,欧美先后启动了脑计划.
在中国脑计划策划阶段,建立上海交通大学"中国超级大脑人才库"与"中国超级大脑研究中心",抢占即将来临的大规模脑科学研究的国际阵地,率先开展其他发达国家还没有大规模开展的超级大脑基因与功能研究,同时有可能为国家的发展提供一些特殊人才.
(杨林静牛广凯)关于糖,你了解多少你知道几乎所有疾病的治疗药物中都有糖药物的存在吗你知道功能糖可以作为功能饲料,甚至是生物农药吗你知道糖研究已经成为继基因组学、蛋白质组学之后,21世纪最受关注的科学前沿吗无论你是否知道,一场以糖为核心的风暴都已经在科学界蔓延———2001年,Science杂志上涉及糖研究的论文多达43篇;2007年,Nature杂志也开辟专题,用7篇论文系统介绍了糖化学生物学的研究进展.
发达国家不惜斥巨资建立各种平台,开展糖生物学、糖组学、糖药物等领域的研发.
而在我国与糖研究有关的各项研究,也都已经展开.
在浙江大学生命科学学院的实验室里,国家"青年千人"计划特聘教授易文和他的团队正在进行一项与糖有关的肿瘤研究,即肿瘤的糖化学生物学研究.
与传统意义上的糖不同,他们研究的糖范畴更广,是继核酸、蛋白质之后的又一大类生物功能分子,通常也被称为碳水化合物.
"我们主要关注糖的结构、合成、生物功能以及它在细胞内的修饰和调控对重要生物行为的作用和影响.
"易文说.
作为功能和信息分子,糖在细胞中通常以糖复合物形式存在,在细胞中的作用和影响几乎涉及所有重要生物行为,比如个体发育、干细胞更新和分化、神经交通、免疫调节、信号传导以及肿瘤、炎症等重大疾病的发生和发展等.
"肿瘤的致病机理非常复杂,但本质仍是蛋白质功能失调导致细胞恶性生长.
在此过程中,细胞内和细胞表面的糖的结构和表达均有巨大变化,它们在改变肿瘤增值、迁移、侵袭、免疫逃避和耐药等方面有着重要作用.
"易文说.
"已有研究表明,糖蛋白(被糖修饰的蛋白)在细胞蛋白质总量中的占比超过50%,这足以证明糖修饰的普遍性和重要性.
"据易文介绍,蛋白表面的糖结构与其功能有着密切关系,蕴含着蛋白质功能的重要信息.
而糖修饰由于结构复杂,所承载的生物信息比核酸和蛋白质多出很多倍.
因此,糖修饰能极大地扩展蛋白自身的生物功能.
所以,从糖分子这一全新角度入手研究肿瘤,能极大地挖掘肿瘤的发病规律,寻找新的治疗靶点和手段,促进新型抗肿瘤药物的研发,具有巨大的经济效益和广泛的社会意义.
在探索一种新型蛋白糖基化修饰(N-乙酰氨基葡萄糖,O-GlcNAc)调控肿瘤细胞代谢和生长的分子机制的过程中,易文团队发现了一种叫果糖磷酸激酶的物质.
"它是糖酵解途径的关键代谢酶,是O-GlcNAc糖基化修饰的重要蛋白底物.
糖基化能够改变它的聚合状态,从而抑制它的催化活性.
"易文说.
酶活性降低,会使下游代谢通路受到一定程度阻断,令一部分葡萄糖的代谢途径发生改变,从而导致细胞合成出更多核糖-5-磷酸和大量具有还原性的代谢物,既能促进肿瘤细胞的增值,也能增强细胞在恶劣环境中的应激能力和存活率.
"这意味着抑制或阻断这个酶的O-GlcNAc糖基化,能使肿瘤细胞在体外的增值能力极大下降.
"这一发现很快在小鼠实验上得到证实.
易文表示:"我们种植在小鼠身上的肿瘤细胞的生长,确实因糖基化缺失而受到极大的抑制.
"目前,这项结果已在Science杂志上发表,并引起了NatureChemicalBiology、ScienceSignaling等杂志的广泛关注和报道.
这项研究首次从分子机理水平上阐明了糖基化修饰如何直接调控肿瘤细胞的代谢,以及如何促进肿瘤细胞生长、增殖和存活,同时也揭示了细胞代谢在肿瘤病变和发展中的功能作用.
更为重要的是,研究也为糖基化修饰能成为一种具有特异性的新型肿瘤治疗靶点提供了理论依据,提升了我国在糖生物学、蛋白质研究和肿瘤生物学领域的研究水平,提升了我国在糖蛋白质研究领域的国际竞争力.
随着研究方法和手段的不断进步,糖化学生物学已成为新兴的热门研究领域,也会是后基因时代一个重要的研究方向.
2007年,美国国立卫生研究院下拨专项经费用于开展糖链生物学功能研究.
而在我国,糖化学生物学的研究也受到了很大重视.
2012年,北京大学叶新山教授领衔的"973"计划项目"肿瘤的糖化学生物学前沿研究"获批立项,项目集结了国内该领域优势力量,从糖化学和糖生物学交叉结合的新视角,探索糖链在我国发病率较高的肺癌、肝癌、乳腺癌和宫颈癌等肿瘤发生、发展和转移过程中的功能及分子机制.
一旦取得重大突破,将有力推动我国糖化学生物学研究快速发展,跻身国际糖研究先进行列.
由于糖链分子自身的复杂性,用传统遗传学和生物化学手来研究糖链结构与功能的关系局限性很大,因此,研究手段、方法和体系的创新,对糖化学生物学的发展至关重要.
易文表示:"尤其是复杂糖链和糖缀复合物的高效合成、糖蛋白组学和糖组学的高通量及大规模分析鉴定等研究,都是我们应该重点关注和努力的重要方向.
"目前,我国从事糖研究的课题组数量虽然不多,但水平却都处于国际前列.
未来,糖研究还将迎来更多挑战和机遇,前景十分广阔.
易文说:"希望更多有志于从全新角度探索肿瘤细胞生物学行为和分子调控机制的年轻人加入我们,共同为推动我国糖化学生物学和肿瘤生物学快速发展添砖加瓦.
"(牛广飞潘威)探秘精神疾病求解超级大脑记上海交通大学Bio-X研究院特别研究员李卫东易文(前排中)与课题组成员在一起会议执行主席琚宜文、都有为、王焰新、陈天虎、孙岩(前排从右到左)琚宜文教授做主题评述报告李卫东(左1)与超级大脑人才周玮(左2)等在一起测试算数