黑磷（BP）作为一种新型纳米材料，因其特有的多维结构表现出优异的光热性能及生物相容性等特性，受到了科学家们广泛的关注。目前，制备高品质的黑磷纳米材料仍具挑战，常用的制备方法有机械剥离法、超声液相剥离法、电化学剥离法、激光脉冲沉积法等。高品质的黑磷纳米材料的制备为其开发应用提供了良好的基础，科学家们通过对黑磷纳米材料进行不同的功能化修饰赋予其更多的特性，使其在光学、电子、化学及医药领域表现出巨大的发展潜力及应用前景。根据目前的中外研究成果，简要介绍了黑磷纳米材料的结构、特性，综述了黑磷纳米材料的制备方法及优缺点，以及其在影像检测、药物递送、光热治疗、光动力治疗、骨组织修复等方面的研究进展及发展趋势，并总结了目前黑磷纳米材料的局限性及发展潜能。

[目的]微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)在去除污染物的同时产出电能,是一种颇有前景的生态修复手段.构建真菌强化MFC装置,比较电动力(EK)、真菌、MFC修复除草剂污染土壤效果及优缺点,探索MFC在有机污染物修复中的应用潜力.[方法]设计了一种添加真菌进行生物强化的MFC,并用EK、真菌、MFC三种方法修复两种除草剂污染的灭菌土壤.经筛选和驯化的疣孢漆斑菌和踝节菌菌株用于后两种方法,研究真菌强化对MFC去除除草剂的影响.测量土壤pH、电导率、除草剂去除率,MFC产电性能,用气相色谱-质谱鉴定两种除草剂的降解产物.[结果]EK修复中,添加模拟电解液、碳纤维条、加电 10 V的处理组 7 d后氯氟吡啶酯(F)和高效氟吡甲禾灵(H)去除率分别为 71%和 38%.真菌、MFC处理F的最大去除率达到 100%.对比踝节菌,疣孢漆斑菌对两种除草剂的降解性能更好,疣孢漆斑菌、踝节菌单菌构建的MFC对H的去除率分别为62.5%和 24.1%.F降解产物为氟氯吡啶酸,H降解产物为乙酸大茴香酯,推测了降解路径和降解动力学.三种方法降解F以及EK降解H均符合动力学一级反应,而真菌和MFC降解H符合二级反应.[结论]对比EK、真菌修复,MFC修复效果更好,该方法可以较快地修复土壤又无需额外供电,是一种经济有效的自持式修复策略.

电活性微生物奥奈达希瓦氏菌的胞外电子传递(extracellular electron transfer,EET)在污染物降解、环境修复、生物电化学传感、能源利用等方面具有广泛的应用潜力;四血红素细胞色素CctA(small tetraheme cytochrome)是希瓦氏菌周质空间中最丰富的蛋白质之一,能够参与多种氧化还原过程,但目前对CctA在EET中的行为和机理认识仍然有限.[目的]研究阐明CctA蛋白在希瓦氏菌模式菌株MR-1周质空间以偶氮染料作为电子受体的EET中的作用,补充和拓展希瓦氏菌的厌氧呼吸产能机制.[方法]以周质还原型偶氮染料甲基橙(methyl orange,MO)作为电子受体,在mteal reduction(Mtr)蛋白缺失菌株△mtr中研究MO的周质还原特点,并通过基因敲除和回补表达研究CctA蛋白在周质电子传递中的作用.[结果]在缺失Mtr通道的情况下,细胞色素CctA可以介导周质空间的电子传递而还原MO.重组表达CctA在低水平时,MO在周质空间中的还原速率与其表达水平呈正相关,更高水平的CctA表达无助于进一步提高MO的还原速率.蛋白膜伏安结果展示了 CctA与周质空间内其他高电位氧化还原蛋白的显著区别,可能参与构成一条低电位的MO还原通道.[结论]从分子动力学层面揭示了 CctA在周质MO还原中的独特电子传递行为,为进一步推进对细菌周质电子传递机制的理解,以及通过合成生物学设计或改造胞外氧化还原系统、强化生物电化学在污染物降解中的应用提供了重要信息.

背景:虽然神经导管为周围神经修复提供了潜在的治疗手段,但传统神经导管只能为修复过程提供机械通道支持,治疗效果仍有待提高.碳纳米材料具有良好的理化性质,在电化学及组织工程等领域有着广阔的应用前景.负载碳纳米材料的神经导管,在经过适宜的功能化修饰后,有望进一步提升神经修复质量.目的:对近年来负载碳纳米材料的神经导管/支架应用于周围神经修复的研究进展作一综述.方法:在PubMed、Web of Science、中国知网和万方数据库中检索在周围神经再生方面应用碳纳米材料导管的相关文献,英文检索词为"carbon nanomaterials,carbon-based nanomaterials,nerve conduit,nerve guidance conduit,scaffold,nerve regeneration,peripheral nerve repair,peripheral nerve injury",中文检索词为"碳纳米材料,碳材料,石墨烯,碳纳米管,神经导管,神经支架,神经修复,神经再生,周围神经损伤",最终纳入69篇文章进行综述.结果与结论:①碳纳米材料主要通过激活钙离子通道及诱导胞内钙活动发生的方式恢复受损神经生物电信号传导,不同神经导管设计策略的应用提高了神经修复的效果.②神经内血管化是修复周围神经损伤的前提,碳纳米材料生成的活性氧及活性氮触发了后续相关信号通路,促进神经内新生血管形成.③M1和M2型巨噬细胞的比例变化会影响周围神经损伤的修复,碳纳米材料在损伤早期通过促进巨噬细胞向M2型极化以发挥抗炎和促神经再生作用.④部分碳纳米材料在胞内诱导过量活性氧生成,可能具有不利于神经修复的细胞毒性,但合适的功能化修饰能够改善碳纳米材料产生的不良作用.⑤碳纳米材料虽然能够恢复周围神经损伤微环境,发挥促进周围神经再生的积极作用,但由于固有的细胞毒性及不明确的体内转归降解途径,碳纳米材料距离临床应用仍有距离.未来研究可以通过如功能化改性等方法提高碳纳米材料的生物相容性,而经过改良的碳纳米材料在神经组织工程领域有着较好的应用前景.

背景:羟基磷灰石是天然骨和牙齿的主要矿物成分,具有非免疫原性、骨诱导性的特点,适用于骨组织修复;锶元素与钙是同族碱金属,已有研究证明锶具有促进成骨细胞分化和抑制破骨细胞活性的双重效应.目的:概述锶取代羟基磷灰石的制备方法及其生物学性能评价.方法:由第一作者通过计算机检索1990至2017年PubMed数据库收录的相关文献,检索词为“strontium;substituted;doped;containing;hydroxyapatite”,并筛选搜到的文献,排除相关性差、内容陈旧及重复的文献.结果与结论:锶取代羟基磷灰石的制备方法包括液相法(水热法、酸碱中和法与溶胶凝胶法)和固相法(机械化学法);另外,锶取代羟基磷灰石涂层可通过电化学沉积法和微弧氧化法一步制作.锶元素的引入明显改变了羟基磷灰石的晶体尺寸、结晶度、溶解度及机械性能,提高了羟基磷灰石的生物相容性、促成骨作用及抑制破骨作用,但最合适的锶取代比例有赖进一步探索.此外,锶取代羟基磷灰石的免疫调节作用和病理条件下的促成骨性能等方面的研究仍需进一步完善.

产电呼吸是指电活性微生物(electroactive microorganisms,EAMs)以胞外固体电极作为电子受体的一种呼吸形式,在可再生能源利用和环境修复方面具有广阔的应用前景.能否进一步提高EAMs的产电呼吸能力是相关技术能否从实验室走向实际应用的核心,而提高产电呼吸能力的关键是加强EAMs与胞外固体电极间的电子传递能力.目前总结如何促进EAMs产电呼吸能力的综述文献极少.因此,本文从投加化学试剂、施加物理作用及改造生物基因3个方面总结了现有的促进EAMs产电呼吸能力的方法,介绍了每种方法的优势与缺陷,重点阐述了每种手段的作用机理及促进效果,并从实际应用和机理研究的角度展望了今后的研究方向.

脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1(Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1,APE1)是一种广泛存在于生物体内、在碱基切除修复(Base excision repair,BER)过程中能够在碱基缺失位点(AP site)处识别并切割DNA的蛋白酶,其作用效率高且特异性强.同时,APE1在一些癌症细胞中的活性较正常细胞明显偏高,因此其自身也是一种癌症生物标志物.目前,通过在DNA上人工设计AP位点,利用APE1的切割能力生成理想的功能核酸链,并结合不同的信号输出及放大方式,研究者已经建立了一些APE1介导的电化学、荧光功能核酸生物传感技术,实现了对DNA糖基化酶等的酶活性的检测.另外,也有一些针对APE1自身活性的功能核酸生物传感技术被建立起来.综述了近年来APE1介导的功能核酸生物传感技术以及以APE1为靶物质的功能核酸和免疫生物传感技术的研究状况,讨论了与APE1相关的生物传感技术的意义及存在的问题,并对未来利用APE1实现更多靶物质的检测的发展趋势进行了展望,以期促进APE1成为一种功能核酸生物传感技术中常用的酶工具.

石油污染是当前紧迫的水环境问题,研究石油污染物降解机制有助于探索石油污染修复技术路径.重点介绍了微生物降解石油污染物过程中的微生物种类、降解机制和反应机理,即具有代表性的细菌、真菌和藻类,石油烃的有氧降解(链烷烃、环烷烃和芳香烃)和厌氧降解(脱氢羟基化、延胡索酸盐加成).并对微生物降解石油组分的影响因素进行了讨论,具体包括:烃类结构(支链多结构越复杂,越难降解)、微生物种类(混合菌的生化降解能力更强)、环境因子(pH、温度、盐度、含氧量和营养物质),进一步指出了生物修复技术应用于石油污染修复治理研究中的优缺点.此外,还对现有微生物降解技术的应用做了简要概述,归纳总结现有研究中存在的问题,尝试性的提出了今后生物降解石油污染物的研究重点,即生物降解石油的机制还需进一步明确,并重点分析了生物电化学方法在降解去除石油污染物方面可行性.综述石油烃生物降解机制和反应机理,以期为生物修复水体石油污染提供参考和借鉴作用.

目的 探索不同类型的蛋白对合金抗腐蚀能力的影响及其机制,以期为镍钛和不锈钢弓丝在临床上的安全应用及表面改性提供参考.方法 采用动电位极化法测试纤维蛋白原、IgG或黏蛋白对镍钛和不锈钢弓丝抗电化学腐蚀能力的影响,并用循环极化法检测三种蛋白处理后表面钝化膜的修复能力.电感耦合等离子体发射光谱法(inductively coupled plasma optical emission spectrometer,ICP-OES)测定腐蚀产物的类型,并对腐蚀后表面形貌进行扫描电镜和原子显微镜分析.结果 添加纤维蛋白原、IgG或黏蛋白对同一合金的抗腐蚀能力影响不同.添加蛋白能够降低不锈钢合金的抗腐蚀能力,可减缓镍钛合金的腐蚀进程.添加黏蛋白能够提高镍钛合金抗腐蚀性和表面钝化膜的修复能力.与黏蛋白及IgG相比,纤维蛋白原能够降低镍钛和不锈钢合金的抗点蚀能力.结论 不同类型的蛋白能与弓丝发生作用,在表面形成不同的沉积形貌,并参与合金的腐蚀过程.

纳米金(AuNPs)凭借其在电化学和光学方面独特的性能,在催化、环境污染物的降解以及环境修复等方面近年来成为研究热点.相比较传统的合成方法,生物法合成纳米金具有过程简单、无毒、环保、成本较低等优势;除此之外,生物法合成的纳米金颗粒具有尺寸均一、单分散性好且生物相容性好的特性.利用Cupriavidus metallidurans SHE胞内提取物合成纳米金,结果显示最适反应条件为胞内提取物浓度为500 mg/L,HAuCl4浓度为1 mmol/L,pH为7,反应时间为7d;透射电子显微镜(TEM)图像表明纳米金颗粒主要为球形和伪球形,平均粒径为14.3 nm;通过傅里叶转换红外线光谱(FTIR)分析结果推测提取物中的羟基、氨基、羧基等官能团参与了纳米金的稳定过程;在上述条件下合成的纳米金对4-硝基苯酚具有较好的催化还原活性,其催化速率常数k为5.98×104/s,且该纳米金能催化脱色多种偶氮染料.本研究表明Cupriavidus metallidurans SHE能绿色合成尺寸均一、分散性良好的纳米金,且该纳米金在催化还原硝基芳烃污染物和偶氮染料方面具有潜在的应用价值.