中科院、浙大等《自然》子刊发表纳米生物学成果

　　

生物通综合：来自中科院上海应用物理所，浙江大学物理学系，上海交通大学生命科学与技术学院的研究人员运用分子动力学模拟方法，利用仿生的思想，参考生物水通道中分布在重要氨基酸残基上的电荷分布，利用特定半径的纳米碳管，设计出使管内水分子定向运动的纳米尺度水泵，并阐明了相关的物理机理。研究结果发表在国际权威科学期刊 Nature子期刊——《自然—纳米技术》（Nature Nanotechnology）10月21日的提前网上版上，《自然—纳米技术》同时刊发专题评论文章指出：“……他们的计算结果预言了有一种最佳的电荷排列方式会使得水被泵向所需的方向，……该研究成果对于设计用于污水处理、海水净化以及生物芯片上的高效纳米水泵具有一定的启示性。”

文章的通讯作者是中科院上海应用物理所的方海平研究员，以及上海交通大学的生物医学工程专家胡钧，后者为上海交大的****，特聘教授。

分子机器是人类的一个梦想，是纳米科学技术的一个终极目标。虽然，初步的实验已经构建了一些简单的人工分子器件，如小的有机分子棘轮、纳米车轮等，但是由于目前技术水平的限制，很难做出像生物分子机器那样精细复杂的结构并实现其高级功能。近年来，借鉴生物系统中已有的一些本质的东西来设计具有类似特性的人工分子机器的思路逐渐获得人们的重视。这个纳米水泵的设计正是这个思路的一个体现。

这一工作的一个核心是限制于这种纳米水通道中的水表现出沿着纳米水通道轴向的准一维水链，并在通道内形成准一维氢键网络的特性。在他们的前期工作中已经揭示出，这样的准一维水链表现出优异的力学和电学开关特性（JACS. 127, 7166-7170；Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 3687-3692）。在参考生物水通道中的电荷分布引起的非对称电场作用下，这样的准一维水链在保持特定的氢键方向的同时，又维持相对低的通透阻尼，使水分子定向地从纳米管道的一端流向另一端。
（生物通：万纹）

原文摘要：
Nature Nanotechnology 2, 709 - 712 (2007)
Published online: 21 October 2007 | doi:10.1038/nnano.2007.320
A charge-driven molecular water pump
『Abstract』

附：
方海平
博士导师
DNA分子和蛋白质的力学性质与其结构的关系等

男，1985年毕业于山东大学， 1994年在理论物理研究所获博士学位。1997—1998年香港科技大学物理系访问学者，2000—2001年美国John Hopkins大学机械工程系访问副教授。2002年获中国科学院“引进海外杰出人才”资助至上海应用物理研究所工作。现为核物理研究室副主任。1985-1990从事粒子物理学的理论研究。自1991年起从事非线性科学和流体动力学的理论研究，1995年初起，研究晶格玻尔兹曼方法及其在石油开采等方面应用。1998年初开始理论物理、计算流体力学和工程、生物学、医学的交叉边缘学科研究，包括应用PC机群进行血液流和血液中的红、白血球的行为、DNA分子和蛋白质在液体中的行为等等方面的理论研究。

曾作为中方负责人主持国际合作项目“中法先进研究计划M97-05”（法国外交部和中国科技部联合资助）。1995年与曹良月等发表的一篇论文被认可为在国际上应用小波网络于混沌时间序列预测的典型工作，作为第八章编进2002年在美国出版的大学教科书“Foundations of Wavelet Networks and Applications”的第二版“。 研究方向：DNA分子和蛋白质的力学性质与其结构的关系，DNA分子和蛋白质与表面水分子的相互作用等的理论研究；用晶格玻尔兹曼方法研究血液流和血液中的红、白血球的行为。

联系电话：[phone] 电子信箱：[e-mail]

 

胡钧简介

生物医学工程专家。男，1964年9月出生。上海交通大学第二批“****奖励计划”特聘教授。1986年毕业于中国科技大学近代物理系，获理学学土；1989年毕业于中科院上海原子核所，获理学硕士；1999年毕业于复旦大学生理学和生物物理系，获理学博士。

目前，纳米生物学和纳米生物工程学主要以单分子探测和操纵较术以及微电子集成技术为基础，开展生物学和物理学、微电子学以及计算机科学的交叉研究，代表了21世纪生命科学发展的新趋势。具体研究方向主要以纳米显微镜（SPM）和纳米操纵器（Nanomanipulator）技术为基础，在单分子水平上，开展纲米生物学和纳米生物工程学研究。研究内容主要集中在四部分：
　　（A）链状生物大分子的物理操纵与探测及其在蛋白分子与DNA相互作用方面的研究
　　（B）蛋白质结构和功能的SPM探测研究
　　（C）纳米水平DNA分子的物理加工及其DNA分子器件研究
　　（D）水的纳米特性及其生物学功能

　　1993年5月——1995年10月在美国劳伦斯·伯克利国家实验室（LBL）做访问学者。从事生物物理、纳米科技研究。先后承担和参加了国家杰出青年基金、国家自然科学基金、上海市青年科技启明星、中科院“九五”基础研究等重大研究项目14项。获国家自然科学三等奖一项，省部级一等奖二项。发表论文37篇。获得国际发明专利2项，国内专利2项。

　　胡钧教授从1987年起开始从事物理和生物的交叉研究，研制并利用扫描探针显微镜研究生物大分子结构，作为主要参加者获1990年上海市科学技术一等奖，1994年中科院自然科学一等奖。1997年国家自然科学三等奖。赴美访问期间，发明了扫描介电力显微镜（SPFM），开展了水的纳米特性研究并发现了"室温下的冰"这一新的自然现象，相关工作发表在Science等杂志。 Physics Today作了相关报道。目前关于水的纳米特性研究已形成一个新的研究方向。目前致力于在国内开展物理和生物的交叉研究，包括单分子水平研究生物大分子的结构和功能，水的纳米特性及其生物学效应。获1997年度国家"杰出青年"科学基金资助，并于1999年12月获教育部上海交通大学"长江教授"。


头衔： 国家杰出青年科学基金获得者,第二批****特聘教授,

研究方向： 纳米生物学和纳米生物工程学。