本文選題：生物礦化 + 熱穩(wěn)定　； 參考：《浙江大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：生物礦化是指生物體內(nèi)礦物形成的過程,它將自然界中的有機軟物質(zhì)和無機硬物質(zhì)聯(lián)系起來。在自然界中,大多數(shù)生命體都進化出了巧妙的生物礦化調(diào)控機制、能夠構(gòu)建出各種功能生物材料。例如,小至趨磁細菌中的納米磁性微晶,還有介觀的硅藻殼、植物硅晶石,以及大到宏觀尺度的骨骼和牙齒等。特別需要提到的是,從海綿到溫泉細菌,從低等硅藻到高等植物如水稻等都可以通過生物礦物來增強它們對抗惡劣自然環(huán)境的能力。 受生物礦化現(xiàn)象的啟發(fā),我們提出通過仿生礦化來改善生物體系在惡劣環(huán)境中的抗逆性。近年來,研究發(fā)現(xiàn)有機分子特別是蛋白質(zhì)在生物礦化中起著至關(guān)重要的調(diào)控作用,科學(xué)家們能夠利用功能性高分子或仿生多肽來模擬礦化蛋白控制無機礦化的過程,從而能夠在近生理的溫和條件下將無機功能礦物引入生物體中并賦予它們新的特性。酵母作為一種單細胞真核生物是實現(xiàn)該設(shè)想的良好模型。病毒疫苗在疾病預(yù)防和治療中具有重要的地位,因此對它們進行生物功能化具有十分重大的科學(xué)和社會意義。本論文通過生物礦化手段分別在酵母和病毒疫苗表面引入無機礦物,并進一步關(guān)注材料功能化后的酵母或疫苗在熱穩(wěn)定性方面的提升。全文共分為六章： 第一章緒論是對生物礦化的背景及本論文研究線路進行概述。首先介紹了生物礦物的種類并對二氧化硅、磷酸鈣、碳酸鈣以及無定形礦物相進行了重點敘述；然后綜述了蛋白、高分子和仿生多肽等有機分子在生物礦化中的調(diào)控作用,突出了生物體系對磷酸鈣和二氧化硅礦化的調(diào)控；接著歸納了仿生礦化研究中的一些基本原理及相關(guān)應(yīng)用；隨后提出基于仿生礦化的生物功能化設(shè)想并進而明確了在疫苗礦化改造方面展開研究,希望獲得熱穩(wěn)定良好的液態(tài)疫苗,同時也介紹現(xiàn)有提升疫苗熱穩(wěn)定的一些方法；最后提出本研究的思路和目標等。 第二章我們利用酵母細胞作為模型體系探索仿生礦化這種策略在生物功能化方面的應(yīng)用。我們通過層層自組裝并結(jié)合生物礦化手段對細胞進行了二氧化硅殼化修飾,研究了礦物殼對生物體的影響,特別關(guān)注細胞耐熱性的提升。實驗結(jié)果顯示了人工引入的硅礦物層可以改進酵母細胞的耐熱性,其原理是二氧化硅礦物層可以通過大量的氫鍵來禁錮細胞周圍的水分子進而降低了熱運動對細胞膜和細胞器的破壞。 第三章起我們將注意力集中在熱穩(wěn)定性疫苗的開發(fā)。該章以乙型腦炎病毒疫苗株(JEV SA14-14-2)為模型,利用原位礦化成功地在疫苗表面引入了一層納米磷酸鈣外殼。該外殼不影響疫苗基本生物學(xué)功能,但能夠顯著提高疫苗的熱穩(wěn)定性。該研究第一次提出了生物礦化策略可以用于制造出新型液態(tài)熱穩(wěn)定疫苗,為常溫疫苗的研發(fā)提供了全新的思路。這種便宜、方便的制備熱穩(wěn)定疫苗的策略有利于免疫接種項目在發(fā)展中國家和貧困地區(qū)的推廣 第四章中我們受生物體利用蛋白實現(xiàn)自礦化這一現(xiàn)象啟發(fā),通過反向遺傳學(xué)手段獲得了一株具有自礦化能力的基因工程疫苗。該疫苗可以在近生理環(huán)境下自發(fā)地礦化形成納米磷酸鈣外殼,礦化后的疫苗在保持良好的免疫原性的基礎(chǔ)上也表現(xiàn)出顯著增強的熱穩(wěn)定性。由于這種自礦化能力具有可遺傳性,所以該方法突破了疫苗本身礦化能力的限制,為熱穩(wěn)定疫苗提供了一種普適性的制備方法,特別有利于熱穩(wěn)定疫苗的規(guī)�；a(chǎn)。 第五章中我們的目標是通過改變礦化材料來提升礦化策略在制備熱穩(wěn)定疫苗方面的應(yīng)用。我們注意到,自然界中溫泉細菌和熱帶植物往往通過富集無定形二氧化硅來增強其耐熱性。受此啟迪,我們通過原位硅礦化在病毒疫苗表面引入無定形硅納米簇,大幅度提升疫苗的熱穩(wěn)定性。例如,硅礦化后的腸道病毒71型和脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗的熱穩(wěn)定性提高了7-10倍(磷酸鈣礦化提高疫苗熱穩(wěn)定性僅3倍左右)。硅礦化改造疫苗在室溫環(huán)境的存放可長達一個多月。進一步研究發(fā)現(xiàn),這些無定形硅納米簇通過表面羥基與周圍的水分子形成大量的氫鍵,進而在疫苗表面形成水合硅層,降低了疫苗與周圍水環(huán)境的化學(xué)鍵交換,提高了疫苗的熱穩(wěn)定性�；谠摾斫�,我們提出了熱穩(wěn)定的硅錨新概念,也在化學(xué)原理上合理的解釋了自然界中的生物體往往選擇無定形硅材料作為抗熱材料。 第六章我們對本論文的研究做了簡要的歸納和總結(jié),明確展示了生物礦化策略在改善生物耐熱性、尤其是在制備熱穩(wěn)定疫苗方面的巨大前景。我們還進一步討論了今后如何更好地發(fā)展和應(yīng)用這種仿生策略實現(xiàn)基于材料科學(xué)的生物功能化：
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.08

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 Thachamvally Riyesh;Vinayagamurthy Balamurugan;Arnab Sen;Veerakyathappa Bhanuprakash;Gnanavel Venkatesan;Vinita Yadav;Raj Kumar Singh;;Evaluation of Efficacy of Stabilizers on the Thermostability of Live Attenuated Thermo-adapted Peste des petits ruminants Vaccines[J];Virologica Sinica;2011年05期

，

本文編號：1770112