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揭示水合离子的微观结构和幻数效应的研究
众所周知,盐放入水中会发生溶解,溶解的离子与水分子结合在一起形成的团簇称为水合离子或离子水合物。水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末,人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究,最早的实验研究可以追溯到1900年德国著名物理化学家Walther Nernst的迁移实验(Transference experiments)。虽然经过了一百多年的努力,离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题,至今仍没有定论。究其原因,关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段,以及精准可靠的计算模拟方法。传统的谱学和衍射技术空间分辨能力较差,只能得到平均效应,无法探测局域环境的影响,实验数据的解释异常困难,甚至得出完全矛盾的结论,因此受到很大的限制。另一方面,由于水分子具有全量子化效应,且水分子与离子相互作用也非常微弱,这对理论计算也是巨大的挑战。图2 钠离子水合物的原子级分辨成像。从左至右,依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸:1.5 nm ×1.5 nm。 为了突破实验上的瓶颈,研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术,在氯化钠表面上可控的制备出了单个水合钠离子,水分子的数目精确可调,为高分辨成像创造了条件。在此基础上,他们利用之前发展起来的非侵扰式原子力显微镜成像技术,依靠及其微弱的高阶静电力,克服了针尖对弱键合水合离子的扰动并首次实现了原子级分辨表征,精确确定了其微观吸附构型(图2)。这也是水合离子的概念提出一百多年来,首次在实验中直接“看到”水合离子的原子级图像。 进一步,研究人员利用带电的针尖作为电极,控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运,发现了一种有趣的幻数效应:包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力,迁移率比其他水合物要高1-2个量级,甚至远高于体相离子的迁移率(图3)。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟,他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度,而且可以在很大一个温度范围内存在(包括室温)。此外,研究人员还发现这种幻数效应具有一定的普适性,适用于相当一部分盐离子体系。图3 钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应。a,效果图:包含3个水分子的水合物具有异常强的扩散能力。 b,分子动力学模拟得到的不同离子水合物在225K-300K下1ns时间内扩散的均方位移。 水溶液中的离子输运研究长期以来都是基于连续介质模型,而忽略了离子与水相互作用以及离子水合物和界面相互作用的微观细节。该工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联,刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。该项研究的结果表明,可以通过改变表面晶格的对称性和周期性来控制受限环境或纳米流体中离子的输运,从而达到选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的,这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义,比如:离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外,该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次,未来有望应用到更多更广泛的水合物体系,开辟全新的研究领域。 该工作得到了Nature三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏(Overall, I enjoyed reading this manuscript),认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”(The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science),“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”(This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems)。
北京大学 2021-04-11
2019冠状病毒病——从基础到临床
《2019冠状病毒病——从基础到临床》针对广大临床医生,阐述了这一新发传染病的流行病学特点,介绍病原学、病毒分子生物学、病毒学研究经过与最新进展,对于国内外关于该新发传染病的临床表现、诊断以及治疗亦有详细论述,包括治疗方案、抗病毒药物研究进展、糖皮质激素应用、高流量鼻导管氧吸氧和无创通气的选择、有创呼吸机和体外生命支持系统的使用等,适用于临床一线相关医务人员以及疾病预防与控制工作人员、医学高等院校学子等参考。
复旦大学 2021-04-10
新冠病毒快速检测试剂盒
河南大学抗体药物开发技术国家地方联合工程实验室马远方教授团队,联合河南大学人民医院(河南省人民医院)、河南大学第一附属医院共同研发取得了这一阶段性成果。据介绍,马远方教授团队采用纳米硒法免疫层析技术研发了新冠病毒特异性IgM和IgG两种检测试剂盒,可在5至10分钟时间完成新冠抗体快速筛查。该试剂盒无需检测设备,检测结果肉眼可读,可在多种应用场景快速、方便的筛查新冠病毒疑似感染人群以及无症状感染者。
河南大学 2021-04-10
新冠病毒抗体快检试剂盒
复旦大学附属中山医院葛均波院士团队联合研发的“新型冠状病毒(2019-nCoV)IgM 抗体检测试剂盒(胶体金免疫层析法)” 在江苏省医疗器械检验所完成全性能项目检验,符合产品技术要求,成为首批通过法定检测机构检定合格的新型冠状病毒快速检测试剂之一。联合团队已申报科技部国家重点研发计划应急项目,并申报国家药监局应急审批。 复旦大学附属中山医院联合江苏百世诺医疗科技有限公司、泰州市人民医院等机构,针对新冠病毒S蛋白,于2月5日快速研制成功IgM抗体检测试剂。一期已在江苏、重庆、上海等地完成310例临床验证,特异度99.6%,整体诊断符合率达98.1%;即将扩大临床验证。
复旦大学 2021-04-10
新冠病毒抗体快检试剂盒
复旦大学附属中山医院葛均波院士团队联合研发的“新型冠状病毒(2019-nCoV)IgM 抗体检测试剂盒(胶体金免疫层析法)” 在江苏省医疗器械检验所完成全性能项目检验,符合产品技术要求,成为首批通过法定检测机构检定合格的新型冠状病毒快速检测试剂之一。联合团队已申报科技部国家重点研发计划应急项目,并申报国家药监局应急审批。 复旦大学附属中山医院联合江苏百世诺医疗科技有限公司、泰州市人民医院等机构,针对新冠病毒S蛋白,于2月5日快速研制成功IgM抗体检测试剂。一期已在江苏、重庆、上海等地完成310例临床验证,特异度99.6%,整体诊断符合率达98.1%;即将扩大临床验证。
复旦大学 2021-04-10
新冠病毒快速检测试剂盒
新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生以来,山东大学王传新教授联合山东师范大学、潍坊康华生物技术有限公司成立联合研发团队,与时间赛跑,全力攻关,研发新型冠状病毒IgM抗体检测试剂盒和新型冠状病毒抗原检测试剂盒,目前已成功研发出新型冠状病毒(2019-nCoV)IgM抗体检测试剂盒(胶体金法和免疫层析法),最快3分钟内即可出结果,用于检测新冠病毒核心抗原的高灵敏试剂盒等也在陆续研发中。IgM抗体是病毒感染自体免疫过程中最早出现的抗体,是近期感染的标志。山东大学领衔的联合研发攻关团队所研发的新型冠状病毒(2019-nCoV)IgM抗体检测试剂盒能够为核酸检测提供有效补充。
山东大学 2021-04-10
新冠病毒核酸检测试剂盒
四川大学华西医院实验医学科应斌武教授带领的临床团队,与柯博文教授、耿佳教授科研团队紧密合作,联合攻关,成功自主研发了。RT-PCR试剂盒已经完成临床样本检测470例(阳性14例,阴性456例),IgG/IgM抗体联合检测试剂盒已经完成临床样本检测40例(阳性15例,阴性25例),结果均达到国家卫健委疾病预防控制局最新发布的《新型冠状病毒感染的肺炎实验室检测技术指南》等相关检测标准。RT-PCR检测试剂盒以新型冠状病毒ORFIab基因和N基因中的保守序列为靶位点设计特异性引物和寡核苷酸荧光探针,对病毒核酸进行高特异性检测,能够排除其他冠状病毒株的非特异性干扰,检测灵敏度达到200 拷贝/毫升。该产品创新性构建了防污染系统,有效降低了产物气溶胶的污染。同时以假病毒为阳性对照,以人类看家基因为内标,对检测过程进行全面监控,进一步提高了产品的抗干扰能力。
四川大学 2021-04-10
新冠病毒肺炎CT图像自动分析系统
哈尔滨工业大学联合哈尔滨医科大学联合研发“新冠病毒肺炎CT图像自动分析系统”,该系统阅片效率是人工阅片速度的30倍,新冠肺炎相关病变检测准确率基本达到了医生水平,可以定量评估病变范围。 由于新冠肺炎患者肺部CT图像上有较为典型的征象,可以作为新冠肺炎快速诊断和病情评估的重要依据,因此哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院邬向前教授联合哈尔滨医科大学附属第二医院影像科李萍教授,成立哈工大-哈医大联合攻关小组,研发“新冠病毒肺炎CT图像自动分析系统”。联合攻关小组紧急联系中国多家医院,收集177000多张肺部CT图像,其中包括来自新冠肺炎患者的近40000张图像。 联合攻关小组克服了各种困难,经过多天通宵达旦努力工作,仅用了一周左右的时间就初步研发成功可用于诊断评估新冠肺炎的CT图像自动分析系统。该系统可以自动检测CT图片上新冠肺炎相关病变,并估算病变区域在整个肺部的比例,为新冠肺炎患者的筛查和病情评估提供了依据。这些信息,在人工阅片时无法得到。该系统已在哈尔滨医科大学附属第二医院进行部署试用。该系统具有非常优越的性能,其阅片效率差不多是人工阅片速度的30倍,新冠相关病变检测准确率基本达到了医生水平,尤其可以定量的评估病变的范围对临床诊断非常有意义。查看原文
哈尔滨工业大学 2021-04-10
呼吸道合胞病毒亚单位疫苗
研发阶段/n呼吸道合胞病毒(RSV)是引起婴幼儿肺炎的首要病因,福尔马林灭活疫苗产生低中和活性抗体以及偏向Th2型免疫应答,反而引起“疫苗依赖的感染增强”,因此,国内外均无疫苗上市。本发明采用抗原抗体免疫复合物的新思路,提供了一种RSV抗原蛋白F与抗体恒定区Fc的融合蛋白(F-Fc)的制备方法,及其作为RSV亚单位疫苗的应用。融合蛋白经粘膜途径(滴鼻)免疫,使用安全方便,并可在呼吸道诱导强的体液免疫和偏向Th1型细胞免疫。目前尚无疫苗上市,疾病多发于婴幼儿,市场前景巨大
中国科学院大学 2021-01-12
一种流感病毒检测试纸
一种流感病毒检测试纸,本实用新型涉及医疗设备技术领域,盒体右侧通过合页旋转设置有密封盖;盒体的中部固定开设有检测槽,盒体的前侧固定开设有观察口,观察口与检测槽相连通设置;检测槽的内部设置有底板,底板的两侧固定设置有数个滑块,数个滑块滑动嵌设在检测槽的侧壁上;底板上侧的中部固定贴设有层析膜,层析膜的上部固定设置有数个抗体检测线;底板上部的四个角上垂直固定设置有支撑柱,支撑柱的上端固定连接有玻璃片;玻
青岛农业大学 2021-01-12
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