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        中科院誕生世界首個“納米水泵
        時間:2010-10-16 發布人:admin

              納米技術是近年來的一個研究熱電,而納米技術在生物醫藥領域等也表現出了廣闊的應用前進。來自文匯報的消息,在

        最新一期的《自然·納米技術》雜志上發表的一篇文章報道稱,我中科院上海應用屋里研究所創造出了世界首個納米尺度“小水泵”的設計。

        這個“納米水泵”能驅趕水分子排成一串“單人”長隊,源源不斷地飛快通過納米碳管“隧道”,這可能為人類污水處理、海水凈化找到更簡捷易行的途徑。

         

        進入納米世界,想讓水往一定方向流,就不像在河邊安個水泵抽水那么簡單了。研究人員一直想找到一種方法,讓納米水泵也能像河邊的水泵那樣,一通電就能把水往一定地方送。

        水為何能有序地進出細胞膜?生命體里的蛋白質水通道,給了上海應用物理所方海平等研究人員別樣的靈感——一種蛋白質用自己氨基酸殘基形成的微弱電極,“牽引”水分子挨個進入或退出細胞,井井有條,絕不會發生出入混亂的隧道“踐踏”事件。

        借助于生物學的背景,論文第一作者、上海應用物理所在讀博士研究生弓曉晶在導師的指導下,將蛋白質上的微弱電極“仿真”到納米碳管的模型上,讓水分子在電場的牽引下,列隊通過細小到僅容單個水分子通過的納米碳管。

        令研究人員感到意外的是,在納米尺度下,水分子排隊過“隧道”的速度異常迅速——幾乎是從經典流體力學估算出的流速的一萬到十萬倍。美國肯塔基大學化學材料工程系布魯斯·J·辛茨教授在雜志的特約評論中對“納米水泵”的應用前景給予了高度評價:“分子動力學模擬揭示,這個納米泵的新概念可以在嵌在高分子基質中的大面積碳管膜中得到驗證。有了這一平臺,與細胞內控制化學輸運的相似機制將會應用到更大的人造薄膜上。這對宏觀尺度下的化學分離、水的凈化、傳感檢測以及藥物輸運有著重要的應用。”

        此前,方海平與浙江大學物理系交叉學科實驗室博士研究生李敬源和美國IBM Watson研究中心研究員、浙江大學生物信息中心客座教授周如洪合作,通過對水通道蛋白的簡化模型(即合適半徑的納米碳管)的分子動力學模擬研究,揭示了在納米尺度下水通道所具有的獨特開關特性的分子機制:“排成一列”的水分子之間穩定的氫鍵相互作用,使納米水通道一方面可以不受外界環境中無處不在的“噪聲”影響,另外又可以有效地對真正的信號作出反應。這一研究成果3月6日發表在美國《國家科學院院刊》(PNAS)上,文章的研究結果和科學意義得到了審稿人的認可。

        細胞是組成生物體的基本單位,每個細胞像一座城池,細胞膜上的磷脂雙分子是負責隔絕的“城墻”,而鑲嵌其中的各種膜蛋白分子則是流通物質和能量的“門窗”。美國科學家彼得·阿格雷博士發現,細胞膜中存在一種專門允許水分子出入的水通道蛋白,他因此獲得了2003年的諾貝爾化學獎。在人體中,目前已經確定的水通道蛋白有11種,其中大部分存在于腎臟、大腦和眼睛中。這種蛋白功能的損傷與多種疾病有關。但是,細胞膜蛋白水通道讓水分子進出的具體工作機制,尚有待科學家進一步探索。

        方海平, 男,1985年畢業于山東大學, 1994年在理論物理研究所獲博士學位。1997—1998年香港科技大學物理系訪問學者,2000—2001年美國John Hopkins大學機械工程系訪問副教授。2002年獲中國科學院“引進海外杰出人才”資助至上海應用物理研究所工作。現為核物理研究室副主任。1985-1990從事粒子物理學的理論研究。自1991年起從事非線性科學和流體動力學的理論研究,1995年初起,研究晶格玻爾茲曼方法及其在石油開采等方面應用。

         

        1998年初,方海平開始理論物理、計算流體力學和工程、生物學、醫學的交叉邊緣學科的研究,包括應用PC機群進行血液流和血液中的紅、白血球的行為、DNA分子和蛋白質在液體中的行為等等方面的理論研究。曾作為中方負責人主持國際合作項目“中法先進研究計劃M97-05”(法國外交部和中國科技部聯合資助)。1995年與曹良月等發表的一篇論文被認可為在國際上應用小波網絡于混沌時間序列預測的典型工作,作為第八章編進2002年在美國出版的大學教科書“Foundations of Wavelet Networks and Applications”的第二版“。

         

        方海平博士的研究方向包括:DNA分子和蛋白質的力學性質與其結構的關系,DNA分子和蛋白質與表面水分子的相互作用等的理論研究;用晶格玻爾茲曼方法研究血液流和血液中的紅、白血球的行為。

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