潜在应用-论坛

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植物科学

植物逆境

       近年来,在我们平常的生活中,经常能够接收到关于污染的信息。从历史发展长河的角度来看,这是一个国家快速发展必经的一个时期,现今的发达国家,无一例外的经历过我们现在所生活的环境。快速高度发展的工业化,提高了国家经济发展速度,但同时也伴随着明显跟不上发展速度的环境治理方法,使得我们的生活环境无论是从空气看,还是从水质看,都或多或少的受到了这些发展的侵蚀影响,而重金属污染也变成了日益突出的问题。
       在工业上真正划入重金属的为10种金属元素:铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。目前在环境中主要存在的重金属污染有铅(Pb)、镉(Cd)、汞、 砷、铬、铜、镍、锌污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加,超出正常范围,最终导致环境质量恶化。
       重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布,不能被生物降解,具有生物累积性,可以直接威胁高等生物包括人类。因此,研究重金属的毒理和富集机制,以及植物对它的修复非常重要,将为我们缓解和治理重金属污染提供依据和方法。
       传统方法都是通过测定重金属在某个地方或者某个生物体内的含量去确定重金属的危害程度,但是各个生物体有差异,难以从生物本身去认识重金属的影响和富集程度。因此,我们需要针对每个生物进行活体研究。
       非损伤微测技术(NMT)是研究重金属富集和毒理的好办法。该技术是实时测定活体材料离子和分子流速的技术,可以直接测定重金属Cd2+的流速,也就是进出活体材料的Cd2+的多少。例如可以直接测定活细胞吸收重金属的量,可以鉴定多少重金属会对生物体造成潜在的危害等。
       目前发表的利用NMT技术研究重金属污染的文章,已经有了不少的成果,自1998年美国康奈尔大学的科研人员第一次建立NMT技术测定Cd2+的流速(Piñeros MA, et al. Plant Physiology, 1998, 116(4):1393-1401.)以来,不论是国内还是国外的科研工作者都已经在不同的材料上加以了应用。在2005年NMT技术进入中国后,NMT能够直接检测Cd2+的流速这一特点也受到了越来越多的科研工作者的关注。随后从2010年开始,便陆陆续续的有不少国内科研工作者研究Cd2+流速的文章开始问世,应用材料也从细胞到植物,微生物都有涉猎。比如,在2012年,中科院烟台海岸带研究所的老师利用碱蓬为材料,来探测盐生植物和甜土植物的Cd2+转运系统(Li LZ, et al. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2012, 75: 1-7.),这为Cd2+的植物修复提供了一个非常稳定的理论基础。同年,湖南大学环境科学与工程学院的老师利用白腐真菌为材料,实时检测了环境毒物对于H+,O2和Cd2+流速的影响,本文的结果也促进了人们理解真菌对毒物的生理反应,阐述了这种反应的机制,为基于真菌的废水处理提供了新的技术和思路。到了2013年华中农业大学资环学院的老师也利用了NMT技术研究了硅(Si)对于重金属Cd2+污染的减弱机制(Liu J, et al. New Phytol. 2013, 200: 691-699. ),从而进一步探索治理重金属污染的办法。
       随着科研内容对于重金属污染领域的进一步深入,现在我们旭月公司的研究院研发团队也针对于其他的重金属离子的直接检测进行着研发。相信随着技术的进一步发展与应用和研究的逐步深入,NMT将会被发掘出更多的应用潜力和获得为重金属污染治理这一领域提供更多行之有效的应用策略。



植物营养

       请问,我是做缓控释肥料中包膜肥的,目前缓控释肥料养分释放的评价方法主要有水或盐溶液溶出率法、土壤培养法、土柱淋溶法等,但尚没有统一的标准,前不久我了解到NMT技术,觉得这个技术“流速测量”这个特性与肥料养分释放这个领域挺相关的,想做这方面的一些实验,在这里想听听你们的意见。
       答复:理论上,NMT技术能够实现某种物质进出两相界面的流动速度(速率、方向)的检测,目前来讲,NMT可以实现液体环境中的检测,若将包膜肥料颗粒置于液体环境中,且“肥料颗粒+液体环境”这个体系能够保证选择性微电极正常工作,那么理论上养分(目前NMT能够实现NH4+、NO3-、K+等养分元素测定)释放速率是可以实时观测的,在NMT研究领域中,您的思路是非常新颖的,具体的实验细节您可以联系我们详谈,我们的联系电话是400-06-98983



医学生理学

呼吸

  • NMT是否能够检测血管内的血流流速?
       如果血管壁对某些离子分子有通透性,那么以O2为例,是有可能实现血管内血液流速的无损检测的:
       血管O2流速.JPG



神经

       近日,一项刊登于国际杂志Nature上的研究论文中,来自哈佛大学医学院等机构的科学家们通过对将近6.5万人进行特殊的遗传学分析揭示,如果个体遗传了和突触修剪(神经元间连接的消失)相关的基因的特殊突变,那么个体患精神分裂症的风险或许会增加,这项研究首次揭示了和特殊基因突变及生物学过程相关的人类破坏性精神性疾病发生的起源。
       研究者指出,突触修剪在青春期期间尤为活跃,因为青春期期间是精神分离症症状表现的初期,而且精神分裂症患者的大脑趋向于表现为神经元间较少的连接;名为补体组分4的基因(C4)在免疫系统中扮演着重要角色,但同时其在大脑发育和精神分裂症风险上也扮演着重要角色。
       精神分裂症是一种破坏性的精神性疾病,2014年一个国际研究小组就在人类基因组中鉴别出了100个区域携带者精神分裂症的风险因子,而本文研究则报道了这些风险因子背后的特殊基因以及其如何和大脑的特殊生物学过程的关联。基于对此前遗传数据的分析,研究者McCarroll及其同事主要对包含C4的区域进行研究,不像其它大多数基因,基因C4存在较高的结构可变性,而且不同个体存在不同的基因拷贝以及该基因的不同类型。
       于是研究者开发出了一种新型的分子技术来对人类DNA样本中的C4基因结构的特性进行分析,随后他们在将近700份个体死后的大脑样本中测定C4基因的活性,结果发现C4基因结构(DNA)可以帮助预测其在每一个患者大脑中的基因活性(RNA),而且利用相关信息就可以推断出6.5万名精神分裂症患者和非患者机体基因组中C4基因的活性情况。研究者指出,这些研究数据揭示了惊人的关联性,极携带C4基因特殊结构形式的患者往往会高表达该基因,反过来则患精神分离症的风险较高。
       那么C4究竟是如何影响个体患精神分裂症的风险呢?研究者发现,基因C4在大脑成熟期间在修剪突触过程中扮演着重要作用,尤其他们发现C4对于另外一种在突触上沉积的C3蛋白非常必要,后者可以作为一种突触修剪的特别信号;研究结果显示,动物机体的C4活性越高,发育关键是建立大脑中突触消失的就越快。
       研究者Eric Lander表示,本文研究为理解精神分裂症发生的生物学机制提供了新的思路,而且这项研究也首次指出了精神分裂症的起源不再是一个谜题,理解该病的发病机制对于后期开发新型干预措施以及靶向话疗法治疗疾病提供了新的线索。当然研究人员也希望进一步深入探究精神分裂症的更深层次的病理学发生机制。
       想必大家都知道,非损伤微测技术的发明人Jaffe教授就是神经学家,而且NMT首次应用就是神经学方面,检测Ca2+流速。结合NMT,这篇文章可以从另一角度开辟出广阔的研究空间。

其它

       从刚刚召开的2016年全国中医药会议中获悉,《中医药法(草案)》已经形成了成熟的法律草案,目前已进入了立法阶段,2016年有望出台.该法律根据中医药的基本规律,将医疗、保健、教育、科研、产业、文化及国际交流等内容都纳入了法律的框架下,这将对推动中医药的发展,树立国际影响力形成最基本的推动力。
       2015年注定是中国中医药界不平凡的一年,除了立法工作之外,中国药学家屠呦呦获得2015年诺贝尔生理学或医学奖的事情,使得中医药走上了世界的最高领奖台,获得了高度关注。
       落实到具体的中医科学研究上,中医药的疗效是世人认可的,但是中医药的量化,却始终是科学界的一道难题。我们也曾就此类问题,与中国中医科学院的中医药专家们进行过深入的探讨。目前在传统的研究中,很难找到一种简单易行、准确且快速的方法,将中医药的有效成分进行量化,而NMT技术的特点和测量方式则给传统中医药科研工作者们带来了新的视角和思路。
       NMT作为揭示活体生物语言的一项创新技术,目前已在中国中医科学院(屠先生所工作的单位)投入研究应用,其潜力也在逐步的被挖掘。鉴于NMT技术在其它生命科学领域已取得的诸多世界前沿成果,我们有理由相信,NMT技术必将为中国中医药科学走向世界做出贡献。



环境科学

       水安全.JPG
       小鱼虫大作用,给安全饮水再添把锁——饮水安全监测的革命性改​变



技术结合

       我近期做微流控等芯片实验,感觉在研究对象、测量方式上与NMT比较相关,但还没有具体的想法,旭月的工程师们能不能帮着想一想,给一些提示?
       首先祝贺您,非损伤微测系统完全可以提升您在芯片实验基础上的研究深度。为了帮助您了解,特为您举个例子:
       众所周知,NMT是测具体分离子流速的技术,而在此之前,有一种扫描振动电极技术(SVET),用于检测样品整体的电流。后来,随着技术的发展出现了NMT,可以具体检测到某种离子,精确研究形成电流的离子种类。
       以植物花粉管研究为例,美国海洋生物学实验室的Jaffe教授在70年代利用电流密度测试发现花粉管发育过程中有较大电流出现,但是直到90年代才利用NMT证明该电流的形成90%是依靠Ca2+的流动,从而把机理研究推进了一大步。换言之,只有真正知道了是哪种离子或分子存在于该反应过程,才会对研究有本质上的帮助。
       说到这您大概就明白了,NMT是在芯片实验结果的基础上,进一步地研究其背后更加具体的信号变化。因为只有了解各离子间的相互关系,才能够真正阐明动植物生理过程中的机理机制。


       [1] Kühtreiber WM, et al. Detection of extracellular calcium gradients with a calcium- specific vibrating electrode. Journal of Cell Biology, 1990,110(5): 1565-1573.
       [2] Weisenseel MH, et al. Large electrical currents traverse growing pollen tubes. Journal of Cell Biology, 1975, 66(3): 556-567.



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