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關(guān)鍵詞:杏鮑菇TZH1號(hào);栽培
中圖分類(lèi)號(hào):S646.141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
近年來(lái),內(nèi)蒙古通遼地區(qū)杏鮑菇種植量逐年增多。為了適應(yīng)當(dāng)?shù)匦吁U菇生產(chǎn)的要求,筆者于2008~2012年開(kāi)展了適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件的杏鮑菇新品種選育及栽培技術(shù)研究。通過(guò)人工選擇育種及紫外誘變育種等方法選育出了杏鮑菇新菌株TZH1號(hào),經(jīng)過(guò)多次培養(yǎng)料篩選試驗(yàn)找出了適合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件的培養(yǎng)料配方,在通遼市科左后旗、科左中旗、開(kāi)魯縣等地進(jìn)行了栽培試驗(yàn)。其研究結(jié)果如下:
1.1 形態(tài)特征
杏鮑菇TZH1號(hào)的菌絲體在PDA培養(yǎng)基上萌發(fā)力強(qiáng)、菌絲整齊稠密、潔白粗壯,以玉米芯為主料的栽培種培養(yǎng)基上吃料快、菌絲體生長(zhǎng)旺盛、抗雜菌能力強(qiáng)。子實(shí)體菌蓋呈淡灰色、圓整、肉厚,菌柄呈白色、組織結(jié)實(shí)、棍棒狀、菇質(zhì)優(yōu)良。
1.2 營(yíng)養(yǎng)條件
菌絲體在多種農(nóng)林廢棄物上均可生長(zhǎng),適宜于通遼地區(qū)的栽培料可選擇玉米芯、玉米粉、麥殼、高粱殼等。
1.3 溫度
菌絲體生長(zhǎng)最適宜的溫度為25℃左右,適宜生長(zhǎng)溫度為5~30℃,原基形成的最適宜溫度為8~15℃,子實(shí)體生長(zhǎng)發(fā)育適宜溫度為10~20℃,屬中低溫型菇類(lèi)。
1.4 水分及濕度
菌絲體生長(zhǎng)階段培養(yǎng)料含水量在60%左右為宜,在出菇管理中出現(xiàn)原基開(kāi)始加大空氣相對(duì)濕度到90%左右,子實(shí)體生長(zhǎng)階段濕度可降低些,達(dá)到85%左右即可。
1.5 酸堿度
菌絲體生長(zhǎng)的最適宜pH值以中性7.0為宜,出菇時(shí)的pH值在6.5左右,呈弱酸性。
1.6 空氣
杏鮑菇是好氣性真菌,菌絲體生長(zhǎng)階段對(duì)氧氣需求不高,而子實(shí)體生長(zhǎng)發(fā)育階段要注意通風(fēng)換氣,提供充足的氧氣,及時(shí)排出二氧化碳。
1.7 光照
在菌絲體培養(yǎng)階段不需要光照,子實(shí)體生長(zhǎng)發(fā)育階段需要一定強(qiáng)度散射光。
2 栽培技術(shù)要點(diǎn)
2.1 栽培時(shí)間
通遼地區(qū)氣候冬冷夏熱,春干秋濕,大陸性氣候顯著。在自然條件下溫室大棚內(nèi),可在10月中旬至第二年5月中旬出菇。杏鮑菇TZH1號(hào)的栽培實(shí)踐結(jié)果表明,當(dāng)?shù)睾侠淼纳a(chǎn)季節(jié)安排如下:5~7月制作菌種,8、9月制作栽培袋,10月中旬開(kāi)始出菇。
2.2 栽培原料
根據(jù)杏鮑菇對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求及當(dāng)?shù)丶唇?jīng)濟(jì)又容易得到的栽培料的特點(diǎn),經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),總結(jié)出以下幾種常用的培養(yǎng)基配方:
2.2.1玉米芯70%、麥麩子20%、玉米面8%、石膏粉1%、生石灰1%;
2.2.2玉米芯98%、石膏粉1%、生石灰1%;
2.2.3玉米芯30%、麥殼50%、玉米面8%、高粱殼10%、石膏粉1%、生石灰1%;
2.2.4玉米芯33%、麥殼33%、稻草22%、玉米面10%、石膏粉1%、生石灰1%;
2.2.5玉米芯40%、麥殼48%、玉米面10%、石膏粉1%、生石灰1%;
2.2.6玉米芯40%、高粱殼48%、玉米面10%、石膏粉1%、生石灰1%;以上配方含水量均為60%。
2.3 栽培袋的生產(chǎn)
采用17㎝×36㎝的聚丙烯兩頭開(kāi)的塑料袋裝料,每袋裝干料0.5㎏左右,松緊要適度,兩頭用塑料繩扎口。常壓滅菌100℃保持10h,接種要嚴(yán)格無(wú)菌操作。
2.4 發(fā)菌管理
制作菌種及栽培袋的6~9月是通遼地區(qū)氣溫最高時(shí)期,此時(shí)發(fā)菌快,但是雜菌活動(dòng)也非?;钴S,易造成燒菌和爛袋等現(xiàn)象的發(fā)生。為了避免造成損失,應(yīng)做到嚴(yán)格無(wú)菌操作、勤消毒環(huán)境及通風(fēng)降溫等工作??諝庀鄬?duì)濕度保持60%左右,環(huán)境溫度不超過(guò)28℃。
2.5 出菇管理
栽培袋菌絲長(zhǎng)滿(mǎn)后半個(gè)月即可出菇。菌袋轉(zhuǎn)入菇棚,鋼架內(nèi)擺好菌袋。打開(kāi)菌袋的一口,噴霧器向環(huán)境噴水保濕,空氣相對(duì)濕度在90%左右。早晚各通風(fēng)一次,通遼地區(qū)空氣干燥,通風(fēng)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),每次通風(fēng)在20~30min為宜。注意掌握好通風(fēng)換氣和保濕之間的關(guān)系。光照強(qiáng)度在500~1000Lux。當(dāng)菇蕾長(zhǎng)到2cm之前及時(shí)進(jìn)行疏蕾。每個(gè)菌袋只保留3~4個(gè)健壯的菇蕾,其余的菇蕾用小刀削去蕾尖。子實(shí)體生長(zhǎng)到八成熟未展開(kāi)菌蓋、為彈射孢子時(shí)要及時(shí)采收。采收后的菌袋應(yīng)及時(shí)清理殘余物和老菌皮等。停水養(yǎng)菌一周時(shí)間,使菌絲生長(zhǎng)恢復(fù)后再進(jìn)入下潮出菇管理期。
一、職業(yè)道德要求
RICS會(huì)員必須證明自己是一位擁有專(zhuān)業(yè)地位、符合社會(huì)期望、技術(shù)熟練的從業(yè)者,同時(shí),要求會(huì)員必須理解執(zhí)業(yè)所在國(guó)的法律及法律體制的一般原則。職業(yè)道德共包括12項(xiàng):行事光明磊落、誠(chéng)信執(zhí)業(yè)、透明公開(kāi)、勇于承擔(dān)責(zé)任 、明了自己的專(zhuān)業(yè)能力、保持客觀、尊重他人、注重形象、敢于堅(jiān)持自己的立場(chǎng)、遵紀(jì)守法、申明可能的利益沖突 、保守機(jī)密。
二、專(zhuān)業(yè)能力要求
會(huì)員級(jí)別共分為三級(jí),專(zhuān)業(yè)能力要求共涵蓋以下10項(xiàng)。申請(qǐng)者可根據(jù)本人專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)和不同級(jí)別所要求達(dá)到的專(zhuān)業(yè)能力選項(xiàng),申請(qǐng)不同的會(huì)員級(jí)別。
(一)會(huì)計(jì)原則與程序(M001)
這項(xiàng)能力涵蓋會(huì)計(jì)基本原則及公司賬目分析,以向客戶(hù)提出合理的評(píng)估建議。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(二)資產(chǎn)識(shí)別與評(píng)估(T086)
運(yùn)用知識(shí)識(shí)別和評(píng)估一個(gè)或多個(gè)類(lèi)型的資產(chǎn)并報(bào)告結(jié)果,以支持所提出的合理評(píng)估建議。資產(chǎn)類(lèi)型包括企業(yè)交易、企業(yè)資產(chǎn)(包括股別/股權(quán)、期權(quán)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、研發(fā)、金融工具)、負(fù)債和其他證券、無(wú)形資產(chǎn)權(quán)利。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(三)融資策劃(T008)
這項(xiàng)能力要求掌握財(cái)產(chǎn)和其他有形、無(wú)形資產(chǎn)相關(guān)的稅收激勵(lì)/資本減免知識(shí),申請(qǐng)者應(yīng)注意在不同地理區(qū)域資本減免相關(guān)法規(guī)下可行的資本減免類(lèi)型,并對(duì)實(shí)際工作中資本減免類(lèi)型的選擇問(wèn)題有透徹的理解。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(四)強(qiáng)制購(gòu)買(mǎi)及補(bǔ)償(T011)
這項(xiàng)能力強(qiáng)調(diào)理解并實(shí)際應(yīng)用有關(guān)強(qiáng)制購(gòu)買(mǎi)權(quán)的合適法律框架,包括企業(yè)價(jià)值評(píng)估在立法和索賠方面應(yīng)如何估算。即使只服務(wù)于其中一方,申請(qǐng)者也需要站在購(gòu)買(mǎi)方和所有權(quán)人兩方的立場(chǎng)進(jìn)行考慮。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(五)企業(yè)財(cái)務(wù)(T018)
企業(yè)財(cái)務(wù)專(zhuān)門(mén)研究企業(yè)在商業(yè)世界中利用何種渠道及分析方法來(lái)做決策及做何種決策。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(六)企業(yè)復(fù)蘇及破產(chǎn)(T020)
此項(xiàng)能力涉及當(dāng)企業(yè)無(wú)力償還債務(wù)時(shí)為有關(guān)各方提供合理的評(píng)估建議。這可能需要與固定抵押接管人或破產(chǎn)顧問(wèn)或周轉(zhuǎn)專(zhuān)家及債權(quán)人等方合作。提供的評(píng)估建議涵蓋多種資產(chǎn),包括商業(yè)資產(chǎn)、無(wú)形資產(chǎn)、研發(fā)、負(fù)債,以及交易相關(guān)的房地產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(七)購(gòu)買(mǎi)與出售(T073)
這項(xiàng)能力涉及企業(yè)的購(gòu)買(mǎi)和出售、企業(yè)組成部分和其他有形及無(wú)形資產(chǎn),如知識(shí)產(chǎn)權(quán)、股票、衍生工具及期權(quán)。涉及范圍包括所有設(shè)押資產(chǎn)與無(wú)抵押資產(chǎn)。
申請(qǐng)者應(yīng)該考慮到所有市場(chǎng)、替代用途與標(biāo)準(zhǔn)。處置涵蓋所有方式,包括私人協(xié)議、招標(biāo)和公開(kāi)拍賣(mài)方式。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(八)企業(yè)價(jià)值與無(wú)形資產(chǎn)評(píng)估(T087)
這項(xiàng)能力涉及準(zhǔn)備并提出符合相應(yīng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的、經(jīng)過(guò)適當(dāng)研究的評(píng)估建議,使客戶(hù)能在企業(yè)價(jià)值和無(wú)形資產(chǎn)方面做出明智的決策。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(九)評(píng)估報(bào)告與研究(T088)
這項(xiàng)能力涉及準(zhǔn)備正式的評(píng)估報(bào)告,使之滿(mǎn)足使用需求并能結(jié)合背景提出合理、明確的評(píng)估評(píng)論和分析。各級(jí)別可能涉及的知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn):
(十)稅收(T089)
關(guān)鍵詞: 生物信息學(xué) 農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域 應(yīng)用
“生物信息學(xué)”是英文單詞“bioinformatics”的中文譯名,其概念是1956年在美國(guó)田納西州gatlinburg召開(kāi)的“生物學(xué)中的信息理論”討論會(huì)上首次被提出的[1],由美國(guó)學(xué)者lim在1991年發(fā)表的文章中首次使用。生物信息學(xué)自產(chǎn)生以來(lái),大致經(jīng)歷了前基因組時(shí)代、基因組時(shí)代和后基因組時(shí)代三個(gè)發(fā)展階段[2]。2003年4月14日,美國(guó)人類(lèi)基因組研究項(xiàng)目首席科學(xué)家collins f博士在華盛頓隆重宣布人類(lèi)基因組計(jì)劃(human genome project,hgp)的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)[3]。這標(biāo)志著后基因組時(shí)代(post genome era,pge)的來(lái)臨,是生命科學(xué)史中又一個(gè)里程碑。生物信息學(xué)作為21世紀(jì)生物技術(shù)的核心,已經(jīng)成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質(zhì)和生命,其研究成果必將深刻地影響農(nóng)業(yè)。本文重點(diǎn)闡述生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物、種質(zhì)資源優(yōu)化、農(nóng)藥的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、作物遺傳育種、生態(tài)環(huán)境改善等方面的最新研究進(jìn)展。
1.生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用
1997年5月美國(guó)啟動(dòng)國(guó)家植物基因組計(jì)劃(npgi),旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹(shù)等十多種具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵植物的基因圖譜。國(guó)家植物基因組計(jì)劃是與人類(lèi)基因組工程(hgp)并行的龐大工程[4]。近年來(lái),通過(guò)各國(guó)科學(xué)家的通力合作,植物基因組研究取得了重大進(jìn)展,擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測(cè)序。人們可以使用生物信息學(xué)的方法系統(tǒng)地研究這些重要農(nóng)作物的基因表達(dá)、蛋白質(zhì)互作、蛋白質(zhì)和核酸的定位、代謝物及其調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)等,從而從分子水平上了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能[5]。目前已經(jīng)建立的農(nóng)作物生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)研究平臺(tái)有植物轉(zhuǎn)錄本(ta)集合數(shù)據(jù)庫(kù)tigr、植物核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)plantgdb、研究玉米遺傳學(xué)和基因組學(xué)的mazegdb數(shù)據(jù)庫(kù)、研究草類(lèi)和水稻的gramene數(shù)據(jù)庫(kù)、研究馬鈴薯的pomamo數(shù)據(jù)庫(kù),等等。
2.生物信息學(xué)在種質(zhì)資源保存研究領(lǐng)域中的應(yīng)用
種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源,它包括許多農(nóng)藝性狀(如抗病、產(chǎn)量、品質(zhì)、環(huán)境適應(yīng)性基因等)的等位基因。植物種質(zhì)資源庫(kù)是指以植物種質(zhì)資源為保護(hù)對(duì)象的保存設(shè)施。至1996年,全世界已建成了1300余座植物種質(zhì)資源庫(kù),在我國(guó)也已建成30多座作物種質(zhì)資源庫(kù)。種質(zhì)入庫(kù)保存類(lèi)型也從單一的種子形式,發(fā)展到營(yíng)養(yǎng)器官、細(xì)胞和組織,甚至dna片段等多種形式。保護(hù)的物種也從有性繁殖植物擴(kuò)展到無(wú)性繁殖植物及頑拗型種子植物等[6]。近年來(lái),人們?cè)絹?lái)越多地應(yīng)用各種分子標(biāo)記來(lái)鑒定種質(zhì)資源。例如微衛(wèi)星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行分子標(biāo)記產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù),因此需要建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和采用分析工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)分析等[7]。
3.生物信息學(xué)在農(nóng)藥設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的藥物研制主要是從大量的天然產(chǎn)物、合成化合物,以及礦物中進(jìn)行篩選,得到一個(gè)可供臨床使用的藥物要耗費(fèi)大量的時(shí)間與金錢(qián)。生物信息學(xué)在藥物研發(fā)中的意義在于找到病理過(guò)程中關(guān)鍵性的分子靶標(biāo)、闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系,從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物,使藥物研發(fā)之路從過(guò)去的偶然和盲目中找到正確的研發(fā)方向。生物信息學(xué)為藥物研發(fā)提供了新的手段[8,9],導(dǎo)致了藥物研發(fā)模式的改變[10]。目前,生物信息學(xué)促進(jìn)農(nóng)藥研制已有許多成功的例子。itzstein等設(shè)計(jì)出兩種具有與唾液酸酶結(jié)合化合物:4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中,后者是前者與唾液酸酶的結(jié)合活性的250倍[11]。目前,這兩種新藥已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。tang sy等學(xué)者研制出新一代抗aids藥物saquinavir[12]。pungpo等已經(jīng)設(shè)計(jì)出幾種新型高效的抗hiv-1型藥物[13]。楊華錚等人設(shè)計(jì)合成了十多類(lèi)數(shù)百個(gè)除草化合物,經(jīng)生物活性測(cè)定,部分化合物的活性已超過(guò)商品化光合作用抑制劑的水平[14]。
現(xiàn)代農(nóng)藥的研發(fā)已離不開(kāi)生物信息技術(shù)的參與,隨著生物信息學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展,將會(huì)大大降低藥物研發(fā)的成本,提高研發(fā)的質(zhì)量和效率。
4.生物學(xué)信息學(xué)在作物遺傳育種研究領(lǐng)域中的應(yīng)用
隨著主要農(nóng)作物遺傳圖譜精確度的提高,以及特定性狀相關(guān)分子基礎(chǔ)的進(jìn)一步闡明,人們可以利用生物信息學(xué)的方法,先從模式生物
中尋找可能的相關(guān)基因,然后在作物中找到相應(yīng)的基因及其位點(diǎn)。農(nóng)作物的遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的研究積累了大量的基因序列、分子標(biāo)記、圖譜和功能方面的數(shù)據(jù),可通過(guò)建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)整合這些數(shù)據(jù),從而比較和分析來(lái)自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置[15]。在此基礎(chǔ)上,育種學(xué)家就可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型來(lái)提出預(yù)測(cè)假設(shè),從多種復(fù)雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型,然后從大量遺傳標(biāo)記中篩選到理想的組合,從而培育出新的優(yōu)良農(nóng)作物品種。
5.生物信息學(xué)在生態(tài)環(huán)境平衡研究領(lǐng)域中的應(yīng)用
在生態(tài)系統(tǒng)中,基因流從根本上影響能量流和物質(zhì)流的循環(huán)和運(yùn)轉(zhuǎn),是生態(tài)平衡穩(wěn)定的根本因素。生物信息學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域主要應(yīng)用在控制環(huán)境污染方面,主要通過(guò)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的運(yùn)用構(gòu)建遺傳工程特效菌株,以降解目標(biāo)基因及其目標(biāo)污染物為切入點(diǎn),通過(guò)降解污染物的分子遺傳物質(zhì)核酸 dna,以及生物大分子蛋白質(zhì)酶,達(dá)到催化目標(biāo)污染物的降解,從而維護(hù)空氣[16]、水源、土地等生態(tài)環(huán)境的安全。
美國(guó)農(nóng)業(yè)研究中心(ars) 的農(nóng)藥特性信息數(shù)據(jù)庫(kù)(ppd) 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲(chóng)劑信息,涉及它們?cè)诃h(huán)境中轉(zhuǎn)運(yùn)和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術(shù)大學(xué)(toyohashi university of technology) 多環(huán)芳烴危險(xiǎn)性有機(jī)污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線(xiàn)圖。美國(guó)環(huán)保局綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)(iris) 涉及 600種化學(xué)污染物,列出了污染物的毒性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)參數(shù),以及分子遺傳毒性參數(shù)[17]。除此之外,生物信息學(xué)在生物防治[18]中也起到了重要的作用。網(wǎng)絡(luò)的普及,情報(bào)、信息等學(xué)科的資源共享,勢(shì)必會(huì)創(chuàng)造出一個(gè)環(huán)境微生物技術(shù)信息的高速發(fā)展趨勢(shì)。
6.生物信息學(xué)在食品安全研究領(lǐng)域中的應(yīng)用
食品在加工制作和存儲(chǔ)過(guò)程中各種細(xì)菌數(shù)量發(fā)生變化,傳統(tǒng)檢測(cè)方法是進(jìn)行生化鑒定,但所需時(shí)間較長(zhǎng),不能滿(mǎn)足檢驗(yàn)檢疫部門(mén)的要求,運(yùn)用生物信息學(xué)方法獲得各種致病菌的核酸序列,并對(duì)這些序列進(jìn)行比對(duì),篩選出用于檢測(cè)的引物和探針,進(jìn)而運(yùn)用pcr法[19]、rt-pcr法、熒光rt-pcr法、多重pcr[20]和多重?zé)晒舛縫cr等技術(shù),可快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出細(xì)菌及病毒。此外,對(duì)電阻抗、放射測(cè)量、elisa法、生物傳感器、基因芯片等[21-25]技術(shù)也是未來(lái)食品病毒檢測(cè)的發(fā)展方向。
轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)是通過(guò)設(shè)計(jì)特異性的引物對(duì)食品樣品的dna提取物進(jìn)行擴(kuò)增,從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段[26]。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)信息的及時(shí)更新,可準(zhǔn)確了解各國(guó)新出現(xiàn)和新批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品,便于查找其插入的外源基因片段,以便及時(shí)對(duì)檢驗(yàn)方法進(jìn)行修改。目前由于某些通過(guò)食品傳播的病毒具有變異特性,以及檢測(cè)方法的不完善等因素影響,生物信息學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還比較有限,但隨著食品安全檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善,相信相關(guān)的生物信息學(xué)技術(shù)將在食品領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
生物信息學(xué)廣泛用于農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域,但是僅有信息資源是不夠的,選出符合自己需求的生物信息就需要情報(bào)部門(mén),以及信息中介服務(wù)機(jī)構(gòu)提供相關(guān)服務(wù),通過(guò)出版物、信息共享平臺(tái)、數(shù)字圖書(shū)館、電子論壇等信息媒介的幫助,科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國(guó)生物信息學(xué)發(fā)展還很不均衡,與國(guó)際前沿有一定差距,這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流,使得生物信息學(xué)能夠更好地為我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展發(fā)揮作用。
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本書(shū)由數(shù)十位作者集體著作完成,內(nèi)容豐富且表述輕松有趣,把深?yuàn)W的問(wèn)題簡(jiǎn)易化。各作者的組織分工和各章節(jié)安排都合理有序,且各作者把自己的實(shí)驗(yàn)工作和理論部分都介紹得詳實(shí)透徹。全書(shū)共分13章:1.納米管在生物組織內(nèi)部的各種離子的輸運(yùn);2.有機(jī)的納米管在生物學(xué)領(lǐng)域的自聚集效應(yīng)及其當(dāng)前在納米生物學(xué)方面的應(yīng)用,各種納米管的形成和應(yīng)用,比如碳納米管、脂納米管、磷酸酯納米管、縮氨酸納米管、醣脂納米管、基于納米管的石墨烯,可應(yīng)用于納米容器、納米通道、納米移液管等;3.軟物質(zhì)納米管的納米管表層理論和實(shí)驗(yàn)研究,脂類(lèi)納米管的輸運(yùn)動(dòng)力特性分析;4.在納米孔硬樣板模型束縛下的納米管壁的細(xì)觀形成過(guò)程,著重于納米孔的物理結(jié)構(gòu)以及各納米孔之間的相互作用,如結(jié)晶化過(guò)程、相分離、中間相形成過(guò)程等;5.納米孔和納米管在生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用,重點(diǎn)介紹錐形結(jié)構(gòu)的相衰變的生物傳感器;6.可調(diào)諧的彈性納米孔的應(yīng)用,在彈性膜上刺孔制備的納米孔可以作為粒子和流體的通道來(lái)進(jìn)行探測(cè);7.碳納米管的合成,介紹了通過(guò)碳精電弧、激光消融、化學(xué)氣相沉積(CVD)等技術(shù)制備碳納米管;8.納米管和石墨烯復(fù)合材料在光子和光電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,可作為可飽和吸收體來(lái)實(shí)現(xiàn)激光鎖模輸出超快激光,也可以作為光電子領(lǐng)域器件制造的新秀;9.碳納米管制成的場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)的電子輸運(yùn)理論;10.無(wú)機(jī)納米管的特性和合成方法,以及他們?cè)谏飩鞲衅?、藥物輸運(yùn)、納米反應(yīng)器、強(qiáng)化纖維等方面的應(yīng)用,還例舉了無(wú)機(jī)納米管里面的典型代表——多孔硅。以上內(nèi)容全面詳實(shí)地?cái)⑹隽思{米管在生物學(xué)領(lǐng)域的理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)展前沿。
本書(shū)不僅內(nèi)容全面,詳細(xì)介紹了納米管在生物學(xué)領(lǐng)域的理論知識(shí)和應(yīng)用進(jìn)展,而且具有一定的科普特色,并注重理論聯(lián)系應(yīng)用。書(shū)中提供了許多當(dāng)下的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展例子,以便更深刻地認(rèn)識(shí)理論,并在理論進(jìn)展和實(shí)踐目標(biāo)之間建立有機(jī)聯(lián)系。
本書(shū)內(nèi)容全面,敘述由淺入深,可供物理、生物、納米材料和相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)生、研究生、教師、科研人員閱讀和參考。
納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征,引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后,世界各國(guó)對(duì)這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái),它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用,并顯示出它的獨(dú)特魅力。
1.在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi),使經(jīng)濟(jì)效益難以提高,而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑,可大大提高反應(yīng)效率,控制反應(yīng)速度,甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10~15倍。
納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑,特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒,可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池,用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí),半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。
光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類(lèi)型,如醇與烴的氧化,無(wú)機(jī)離子氧化還原,有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成,固氮反應(yīng),水凈化處理,水煤氣變換等,其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2,既有較高的光催化活性,又能耐酸堿,對(duì)光穩(wěn)定,無(wú)毒,便宜易得,是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道,選用硅膠為基質(zhì),制得了催化活性較高的TiO/SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒,對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑,可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究,是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
2.在涂料方面的應(yīng)用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性,具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能,顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇,使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù),添加納米材料,可獲得納米復(fù)合體系涂層,實(shí)現(xiàn)功能的飛躍,使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性;功能涂層是賦予基體所不具備的性能,從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層,抗氧化、耐熱、阻燃涂層,耐腐蝕、裝飾涂層等;功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層,導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層,氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料,可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力,實(shí)現(xiàn)防紫外線(xiàn)照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層,可利用其光學(xué)特性,達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料,可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果,產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料,所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子,在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性,因而能起到靜電屏蔽作用,而且氧化物納米微粒的顏色不同,這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色,克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中,將納米TiO2添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中,能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統(tǒng)汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線(xiàn)輻射材料。在涂料中加入納米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景,將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命,也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
3.在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用
精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域,產(chǎn)品數(shù)量繁多,用途廣泛,并且影響到人類(lèi)生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音,并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域,納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡膠中,可以提高橡膠的耐磨性和介電特性,而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料,可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性,而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。國(guó)外已將納米SiO2,作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中,使其密封性和粘合性都大為提高。此外,納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也都有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理的SiO2,可使有機(jī)玻璃抗紫外線(xiàn)輻射而達(dá)到抗老化的目的;而加入A12O3,不僅不影響玻璃的透明度,而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線(xiàn)屏蔽性能,而且質(zhì)地細(xì)膩,無(wú)毒無(wú)臭,添加在化妝品中,可使化妝品的性能得到提高。超細(xì)TiO2的應(yīng)用還可擴(kuò)展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開(kāi)發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車(chē)面漆用的珠光鈦白。納米TiO2,能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn),產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性,可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物,具有除凈度高,無(wú)二次污染,適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域,除了利用納米材料作為催化劑來(lái)處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外,還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染,并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾,從而消除污染。
4.在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
21世紀(jì)的健康科學(xué),將以出入意料的速度向前發(fā)展,人們對(duì)藥物的需求越來(lái)越高??刂扑幬镝尫?、減少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療,已提到研究日程上來(lái)。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體,可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織;使用納米技術(shù)的新型診斷儀器,只需檢測(cè)少量血液就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病,美國(guó)麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物,稱(chēng)之為“定向?qū)棥?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物,注射到人體血管中,通過(guò)磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位,然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流動(dòng),因此可以用來(lái)檢查和治療身體各部位的病變。對(duì)納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究工作。據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道,我國(guó)將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京??萍瘓F(tuán)利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料——長(zhǎng)效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級(jí)的超細(xì)小微粒,然后使之附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用,通過(guò)納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大,表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,殺菌能力提高200倍左右,對(duì)臨床常見(jiàn)的外科感染細(xì)菌都有較好的抑制作用。
微粒和納粒作為給藥系統(tǒng),其制備材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。
納米生物學(xué)用來(lái)研究在納米尺度上的生物過(guò)程,從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。在金屬鐵的超細(xì)顆粒表面覆蓋一層厚為5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶,從而控制生化反應(yīng)。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合,研究分子生物器件,利用納米傳感器,可以獲取細(xì)胞內(nèi)的生物信息,從而了解機(jī)體狀態(tài),深化人們對(duì)生理及病理的解釋。
納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征,引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后,世界各國(guó)對(duì)這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái),它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用,并顯示出它的獨(dú)特魅力。
1.在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi),使經(jīng)濟(jì)效益難以提高,而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑,可大大提高反應(yīng)效率,控制反應(yīng)速度,甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10~15倍。
納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑,特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒,可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池,用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí),半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。
光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類(lèi)型,如醇與烴的氧化,無(wú)機(jī)離子氧化還原,有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成,固氮反應(yīng),水凈化處理,水煤氣變換等,其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2,既有較高的光催化活性,又能耐酸堿,對(duì)光穩(wěn)定,無(wú)毒,便宜易得,是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道,選用硅膠為基質(zhì),制得了催化活性較高的TiO/SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒,對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑,可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究,是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
2.在涂料方面的應(yīng)用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性,具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能,顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇,使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù),添加納米材料,可獲得納米復(fù)合體系涂層,實(shí)現(xiàn)功能的飛躍,使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性;功能涂層是賦予基體所不具備的性能,從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層,抗氧化、耐熱、阻燃涂層,耐腐蝕、裝飾涂層等;功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層,導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層,氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料,可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力,實(shí)現(xiàn)防紫外線(xiàn)照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層,可利用其光學(xué)特性,達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料,可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果,產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料,所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子,在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性,因而能起到靜電屏蔽作用,而且氧化物納米微粒的顏色不同,這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色,克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中,將納米TiO2添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中,能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統(tǒng)汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線(xiàn)輻射材料。在涂料中加入納米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景,將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命,也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
3.在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用
精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域,產(chǎn)品數(shù)量繁多,用途廣泛,并且影響到人類(lèi)生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音,并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域,納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡膠中,可以提高橡膠的耐磨性和介電特性,而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料,可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性,而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。國(guó)外已將納米SiO2,作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中,使其密封性和粘合性都大為提高。此外,納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也都有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理的SiO2,可使有機(jī)玻璃抗紫外線(xiàn)輻射而達(dá)到抗老化的目的;而加入A12O3,不僅不影響玻璃的透明度,而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線(xiàn)屏蔽性能,而且質(zhì)地細(xì)膩,無(wú)毒無(wú)臭,添加在化妝品中,可使化妝品的性能得到提高。超細(xì)TiO2的應(yīng)用還可擴(kuò)展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開(kāi)發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車(chē)面漆用的珠光鈦白。納米TiO2,能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn),產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性,可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物,具有除凈度高,無(wú)二次污染,適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域,除了利用納米材料作為催化劑來(lái)處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外,還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染,并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾,從而消除污染。
4.在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
21世紀(jì)的健康科學(xué),將以出入意料的速度向前發(fā)展,人們對(duì)藥物的需求越來(lái)越高??刂扑幬镝尫拧p少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療,已提到研究日程上來(lái)。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體,可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織;使用納米技術(shù)的新型診斷儀器,只需檢測(cè)少量血液就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病,美國(guó)麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物,稱(chēng)之為“定向?qū)棥?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物,注射到人體血管中,通過(guò)磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位,然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流動(dòng),因此可以用來(lái)檢查和治療身體各部位的病變。對(duì)納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究工作。據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道,我國(guó)將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京??萍瘓F(tuán)利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料——長(zhǎng)效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級(jí)的超細(xì)小微粒,然后使之附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用,通過(guò)納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大,表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,殺菌能力提高200倍左右,對(duì)臨床常見(jiàn)的外科感染細(xì)菌都有較好的抑制作用。
微粒和納粒作為給藥系統(tǒng),其制備材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。
納米生物學(xué)用來(lái)研究在納米尺度上的生物過(guò)程,從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。在金屬鐵的超細(xì)顆粒表面覆蓋一層厚為5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶,從而控制生化反應(yīng)。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合,研究分子生物器件,利用納米傳感器,可以獲取細(xì)胞內(nèi)的生物信息,從而了解機(jī)體狀態(tài),深化人們對(duì)生理及病理的解釋。
【關(guān)鍵詞】 化療 增敏 電磁波
[Abstract]Chemotherapy is a primary clinical treatment for cancer, but its lack of selective sensitivity and severe side effects limit its widespread use and application. This article explores the use of experimental techniques in biology and electrical engineering. Based on the observation that electromagnetic waves control tumors, we study how these waves help with sensitization during chemotherapy, and how this may lead to a new way to improve chemotherapy treatments for cancer.
[Key words] Chemotherapy;Sensitization;Electromagnetic waves
引言
隨著人類(lèi)生活環(huán)境、生活水平和生活方式的變化以及醫(yī)學(xué)的進(jìn)步,疾病譜發(fā)生了顯著的變化,一般性傳染病逐漸被控制。而惡性腫瘤則日益成為常見(jiàn)且嚴(yán)重的威脅人類(lèi)生命和生活質(zhì)量的主要疾病之一?;熓桥R床癌癥治療最主要的成熟的治療手段之一。但化療所存在的藥物缺乏特異的敏感選擇性及同時(shí)存在的嚴(yán)重的副作用等制約其在臨床實(shí)踐中的推廣和應(yīng)用。如何提高放療藥物的敏感性是過(guò)內(nèi)外科研、制藥和醫(yī)學(xué)界專(zhuān)家十分關(guān)注的前沿問(wèn)題。
一、研究背景
包括人類(lèi)在內(nèi)的多細(xì)胞機(jī)體均存在細(xì)胞的不斷增殖與死亡。細(xì)胞的死亡包括壞死(necrosis)和凋亡 (apoptosis) 兩種方式。細(xì)胞的凋亡是細(xì)胞主動(dòng)的自殺過(guò)程,是由基因所控制的細(xì)胞自主有序的死亡,凋亡體可從上皮細(xì)胞表面脫落或被周?chē)?xì)胞吞噬清除,不伴隨壞死所特有的炎癥反應(yīng)。凋亡對(duì)維持機(jī)體的正常發(fā)育及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定起著十分重要的作用。
在細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)中,作為肌醇磷脂代謝途徑中細(xì)胞信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的第二信使,細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)起著十分重要的作用。胞內(nèi)Ca2+ 濃度的改變是細(xì)胞生理活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),并在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、誘發(fā)一系列細(xì)胞功能事件中起重要作用。因此,細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 濃度平衡處于嚴(yán)格的調(diào)節(jié)控制之中。研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的高低調(diào)控著多種類(lèi)型細(xì)胞的凋亡,具體表現(xiàn)為Ca2+內(nèi)流和聚積可誘導(dǎo)多種細(xì)胞凋亡,被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的共同途徑。而用鈣通道拮抗劑等方法阻止Ca2+內(nèi)流則可減輕細(xì)胞損傷,抑制細(xì)胞凋亡。
化療藥物對(duì)癌癥治療有效的主要機(jī)制之一是誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。參與調(diào)控細(xì)胞凋亡的因素很多,包括細(xì)胞外信號(hào)、細(xì)胞內(nèi)第二信使及細(xì)胞內(nèi)各種酶類(lèi)。Ca2+ 作為參與許多生命活動(dòng)的第二信使,其在調(diào)控細(xì)胞凋亡中的作用尤其受到關(guān)注。大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),化療中細(xì)胞凋亡主要由細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 介導(dǎo);化療藥物在誘導(dǎo)對(duì)癌細(xì)胞的殺傷時(shí)均與癌細(xì)胞中的Ca2+ 濃度的增加密切相關(guān)。
但目前的化療方法還存在重要不足。化療藥物缺乏特異的敏感選擇性,在殺死癌細(xì)胞的同時(shí),也同樣會(huì)殺傷正常細(xì)胞,并由此產(chǎn)生較為嚴(yán)重的副作用,如骨髓抑制、腎毒性導(dǎo)致腎衰、肌體免疫功能抑制、肝功能損傷、胃腸道反應(yīng)、脫發(fā)、口腔潰瘍等。另外,毒副反應(yīng)還會(huì)使化療藥物的劑量和療程受到限制,導(dǎo)致化療失敗。
另外,癌細(xì)胞對(duì)化學(xué)治療藥物產(chǎn)生多藥耐藥性是癌癥治療不能取得治愈性療效的重要原因之一。多藥耐藥性是指癌細(xì)胞在接觸一種抗癌藥物后產(chǎn)生了耐受包括本藥物在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)迥然不同、作用機(jī)理也大相徑庭的抗癌藥物的抗藥性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在器官、細(xì)胞和分子水平上對(duì)如何克服癌細(xì)胞耐藥性的問(wèn)題,進(jìn)行了大量研究,發(fā)現(xiàn)了一些具有逆轉(zhuǎn)癌細(xì)胞多藥耐藥性的藥物,稱(chēng)為化療增敏劑,其中引人矚目的是Ca2+通道阻滯劑。Ca2+ 通道阻滯劑的作用機(jī)制是能選擇性地阻斷Ca2+經(jīng)細(xì)胞膜上的Ca2+通道進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),從而降低細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度。但Ca2+ 通道阻滯劑作為一種具有心血管藥理作用的藥物,除了可能引起患者的傳導(dǎo)阻滯、低血壓、充血性心力衰竭等心血管系統(tǒng)的嚴(yán)重毒性反映外,還可能對(duì)患者的免疫系統(tǒng)和造血系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。
二、研究思路
從前面的介紹中可以看出,癌癥的發(fā)生和發(fā)展取決于細(xì)胞的增殖與凋亡是否平衡,而細(xì)胞的凋亡受胞內(nèi)第二信使Ca2+的調(diào)控?;熓悄壳爸委煱┌Y的主要方法之一,胞內(nèi)Ca2+ 濃度增加是不同化療藥物誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡的共同通路。但化療還存在重要缺陷:化療藥物在誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡的同時(shí),也會(huì)對(duì)正常細(xì)胞產(chǎn)生同樣的殺傷;化療中癌細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生多藥抗藥性,從而導(dǎo)致化療失效,適合臨床使用的化療增敏方法目前尚未找到。
細(xì)胞中的Ca2+ 在癌癥的發(fā)生、細(xì)胞的凋亡、化療對(duì)癌細(xì)胞的殺傷等幾個(gè)方面都起著重要作用;而在特定參數(shù)的電磁波干預(yù)下,正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中Ca2+ 濃度可以產(chǎn)生不同的變化。所有這些都為下列問(wèn)題的提出打下了基礎(chǔ):能否使用特定參數(shù)的電磁波與化療藥物協(xié)同作用,其中電磁波參數(shù)的選擇使癌細(xì)胞可產(chǎn)生窗效應(yīng),而正常細(xì)胞不會(huì)有窗效應(yīng)時(shí),使電磁波與化療藥物分別誘導(dǎo)胞內(nèi)Ca2+ 濃度升高疊加,并共同介導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡,正常細(xì)胞則不會(huì)出現(xiàn)這樣的疊加,從而相對(duì)降低化療藥物對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用?Ca2+ 通道阻滯劑通過(guò)對(duì)細(xì)胞中Ca2+ 濃度的影響,來(lái)逆轉(zhuǎn)癌細(xì)胞的多藥耐藥性,但它會(huì)引起許多副作用而不能實(shí)用于臨床。注意到電磁波的非熱生物窗效應(yīng)也可影響細(xì)胞中Ca2+ 的濃度,那么電磁波能否用于逆轉(zhuǎn)化療藥物的多藥耐藥性?需要哪些條件?
三、研究基礎(chǔ)
1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 出現(xiàn)窗效應(yīng)對(duì)電磁波參數(shù)的要求相對(duì)正常細(xì)胞有其特點(diǎn),即既有相同的一面,又有不同的情況。結(jié)合這些特點(diǎn)設(shè)法增強(qiáng)化療藥物對(duì)癌細(xì)胞敏感性殺傷能力的研究已經(jīng)起步。初步的離體細(xì)胞層次的實(shí)驗(yàn)表明,一定參數(shù)的電磁波可以提高化療藥物對(duì)癌細(xì)胞的選擇性殺傷能力,對(duì)正常細(xì)胞的殺傷相對(duì)可以減輕;
2.初步建立和改進(jìn)了不同癌細(xì)胞株及其正常對(duì)照細(xì)胞株、多藥耐藥性癌細(xì)胞株在電磁場(chǎng)干預(yù)下化療藥物誘導(dǎo)凋亡的體外細(xì)胞研究模型。其中利用改進(jìn)的多藥抗藥性離體細(xì)胞實(shí)驗(yàn)?zāi)P拖啾葌鹘y(tǒng)模型具有抗藥性程度高,性能更穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。
以上理論分析和研究表明,無(wú)論從科學(xué)研究還是臨床醫(yī)學(xué)的要求來(lái)說(shuō),都需要開(kāi)展對(duì)電磁波非熱生物效應(yīng)的進(jìn)一步研究,探討電磁波對(duì)正常組織細(xì)胞和不同種類(lèi)癌細(xì)胞的作用規(guī)律和作用機(jī)理,并將其應(yīng)用于改進(jìn)癌癥的治療,以造?;颊吆蜕鐣?huì)。
四、研究方法
1.寬頻專(zhuān)用橫電磁波傳播小室即TEM小室 (Transverse Electromagnetic Cell,橫電磁波傳輸小室) 的研制,可產(chǎn)生不同參數(shù)、不同類(lèi)型的電磁波,且這些參數(shù)均可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量;
2.建立和改進(jìn)不同癌細(xì)胞及其正常對(duì)照細(xì)胞、多藥耐藥性癌細(xì)胞在電磁場(chǎng)干預(yù)下化療藥物誘導(dǎo)凋亡的體外研究模型;
3.對(duì)不同類(lèi)型癌細(xì)胞和正常對(duì)照組細(xì)胞進(jìn)行電磁波作用下的非熱效應(yīng)發(fā)生條件研究。改變電磁波的類(lèi)型和參數(shù),反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄各組實(shí)驗(yàn)的照片和數(shù)據(jù);分析提取可使癌細(xì)胞和正常對(duì)照組細(xì)胞發(fā)生非熱生物窗效應(yīng)對(duì)電磁波參數(shù)的不同要求;
4.從細(xì)胞和分子層次的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、生物系統(tǒng)建模和細(xì)胞病理生理等角度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析解釋?zhuān)接懓┘?xì)胞電磁波非熱生物效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理;
5.在可使癌細(xì)胞發(fā)生窗效應(yīng),而正常細(xì)胞不發(fā)生生物窗效應(yīng)的電磁波協(xié)同化療藥物作用下,應(yīng)用驗(yàn)證細(xì)胞凋亡的幾種不同方法檢查細(xì)胞凋亡情況,分別研究化療藥物誘導(dǎo)癌細(xì)胞和正常細(xì)胞凋亡的情況,分析提出電磁波對(duì)化療增敏方法與效果;
6.在上述工作的基礎(chǔ)上,逐步研究可供動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用的電磁波協(xié)同癌癥化療增敏技術(shù)。
五、初步成果
本課題研究小組對(duì)電磁波干預(yù)不同生物組織的非熱生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行研究,完成二十多例次實(shí)驗(yàn),取得了一些規(guī)律性的有價(jià)值的結(jié)果。
1.不同強(qiáng)度的電磁波對(duì)癌細(xì)胞增生有明顯抑制作用。
選擇不同強(qiáng)度的電磁波(5mT、8mT、11mT)對(duì)人舌鱗癌細(xì)胞進(jìn)行連續(xù)3天的輻照刺激,每天1h,通過(guò)MTT法和流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞的增生、凋亡和細(xì)胞周期的變化.對(duì)照組采用相同的實(shí)驗(yàn)條件和作用時(shí)間但不加磁場(chǎng)輻照。結(jié)果 MTT法檢測(cè)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組輻照后24h、48h、72h的OD值,通過(guò)SPSS軟件分析顯示實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組的OD值顯著降低(P
由此得出結(jié)論:不同強(qiáng)度的電磁場(chǎng)輻照對(duì)人舌鱗癌細(xì)胞增生有明顯抑制作用,并可阻滯細(xì)胞周期,但對(duì)舌鱗癌細(xì)胞的凋亡未發(fā)現(xiàn)明顯影響。
2.電磁波作用于不同癌細(xì)胞及其正常對(duì)照細(xì)胞時(shí)胞漿Ca2+濃度窗效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。
基本步驟是:制備各種細(xì)胞樣品,包括三種癌細(xì)胞及其對(duì)照正常細(xì)胞;對(duì)不同細(xì)胞樣品進(jìn)行熒光負(fù)載,后用D-Hank’s液洗滌。先將每一樣品在激光掃描共聚焦顯微鏡下進(jìn)行熒光強(qiáng)度檢測(cè),首先獲得沒(méi)有電磁波作用時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);之后將這些樣品放在電磁波照射系統(tǒng)中接受電磁波輻照,并再次將每一樣品在激光掃描共聚焦顯微鏡下進(jìn)行熒光強(qiáng)度檢測(cè),以獲得照射后數(shù)據(jù);改變電磁波的類(lèi)型和參數(shù),反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄各組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果;然后,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,包括有電磁波作用和無(wú)電磁波作用時(shí)的數(shù)據(jù)分析、不同參數(shù)電磁波對(duì)同一樣品作用時(shí)的數(shù)據(jù)分析、不同種類(lèi)癌細(xì)胞對(duì)不同參數(shù)電磁波作用時(shí)的窗效應(yīng)表現(xiàn)等;最后,通過(guò)對(duì)各參數(shù)電磁波產(chǎn)生或不產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的總體分析,尋找出哪些參數(shù)電磁波會(huì)產(chǎn)生細(xì)胞Ca2+ 的生物學(xué)窗效應(yīng)并對(duì)其規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié),特別注意癌細(xì)胞相對(duì)于正常對(duì)照細(xì)胞所表現(xiàn)出的不同窗效應(yīng)特性。
我們采用的熒光探針 (試劑)為Fluo-3,由于 Fluo-3為極性大的酸性化合物,難以進(jìn)入細(xì)胞,而當(dāng)其結(jié)合上親脂的乙酰羥甲基酯(Acetoxymethyl Esters,AM) 成為脂溶性的Fluo-3/ AM,再與細(xì)胞孵育時(shí),就很容易透過(guò)細(xì)胞膜。電磁波對(duì)細(xì)胞樣品的作用是通過(guò)TEM小室來(lái)具體實(shí)現(xiàn)的。采用TEM小室是為了獲得在較大范圍內(nèi)參數(shù)一致的、被屏蔽的均勻平面電磁波,這樣,既便于進(jìn)行準(zhǔn)確的生物電磁劑量估計(jì),又可使各樣品處于相同的、不受外界干擾的輻照環(huán)境中。
實(shí)驗(yàn)研究表明,癌細(xì)胞表現(xiàn)出的窗效應(yīng)相對(duì)于正常細(xì)胞有其類(lèi)似的一面,但也顯示出明顯差異。具體表現(xiàn)為,在頻率為16Hz、強(qiáng)度為42.5V/m的電磁波作用下,肝癌細(xì)胞和正常對(duì)照肝細(xì)胞均會(huì)出現(xiàn)胞內(nèi)Ca2+ 濃度明顯改變的(頻率)窗效應(yīng),但肝癌細(xì)胞在同樣強(qiáng)度、頻率為45 Hz的電磁波作用下也會(huì)出現(xiàn)窗效應(yīng),而正常肝細(xì)胞在該頻率電磁波作用下則不會(huì)出現(xiàn)窗效應(yīng)。
3.特定參數(shù)電磁波協(xié)同化療藥物作用對(duì)提高癌細(xì)胞選擇性殺傷效果的實(shí)驗(yàn)研究。
首先分別培養(yǎng)各種正常細(xì)胞和癌細(xì)胞樣品株,對(duì)正常細(xì)胞和癌細(xì)胞分別加化療藥物后將這些樣品放在該癌細(xì)胞可產(chǎn)生生物窗效應(yīng)(對(duì)正常細(xì)胞不會(huì)有窗效應(yīng))的電磁波照射系統(tǒng)中接受電磁波輻照。選擇不同時(shí)間點(diǎn)觀察電磁波協(xié)同化療藥物作用下對(duì)正常細(xì)胞的殺傷情況和癌細(xì)胞凋亡的情況,研究電磁波協(xié)同改善化療敏感性的條件和方法;對(duì)選擇性誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡、相對(duì)減輕正常細(xì)胞損傷的效果做出評(píng)價(jià)。
窗效應(yīng)的產(chǎn)生取決于施加的脈沖場(chǎng)強(qiáng)、脈沖時(shí)間、細(xì)胞大小、細(xì)胞種類(lèi)以及懸浮液或周?chē)M織的條件。通過(guò)電脈沖聯(lián)合低劑量順鉑治療異種移植人卵巢癌SKOV_3裸鼠,取得了很好的療效,為特定參數(shù)電磁波協(xié)同化療藥物作用對(duì)提高癌細(xì)胞選擇性殺傷效果的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明:高幅度電磁波對(duì)腫瘤具有較強(qiáng)的抑制作用,其對(duì)腫瘤的治療作用具有選擇性,這種選擇性與腫瘤組織的特性以及腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中采用的藥物劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)化療劑量,并且在腫瘤部位直接給藥,減少了藥物總量以及藥物的全身循環(huán),毒副作用小。通過(guò)對(duì)化療后的裸鼠腎臟做病理檢察表明:低劑量藥物未造成裸鼠腎功能的損傷。 高幅度電脈沖對(duì)腫瘤血管的生長(zhǎng)具有明顯抑制作用。經(jīng)電場(chǎng)處理的腫瘤表面幾乎無(wú)血管分布,而未經(jīng)電場(chǎng)處理的腫瘤表面血管豐富。采用免疫組化法檢測(cè)腫瘤病理切片中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGF受體KDR的表達(dá),經(jīng)電場(chǎng)處理的腫瘤的VEGF受體KDR明顯下降,腫瘤血管的生長(zhǎng)受到明顯的抑制。說(shuō)明高幅度電場(chǎng)抑制了腫瘤血管的生長(zhǎng),減少或完全切斷了腫瘤的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng),促使腫瘤細(xì)胞凋亡或壞死,達(dá)到了治療腫瘤的目的。
在利用特定參數(shù)電磁波協(xié)同化療藥物作用對(duì)提高癌細(xì)胞選擇性殺傷效果時(shí)應(yīng)該選擇合適的脈沖參數(shù)。
六、研究特色
1.通過(guò)大量實(shí)驗(yàn),可以系統(tǒng)研究電磁波作用于不同癌細(xì)胞和正常對(duì)照細(xì)胞株時(shí)胞內(nèi)Ca2+運(yùn)動(dòng)的生物學(xué)窗效應(yīng)規(guī)律,也為進(jìn)一步探討其發(fā)生機(jī)理提供了更好基礎(chǔ)。
2.在特定參數(shù)電磁波協(xié)同化療藥物的作用下,研究增強(qiáng)化療藥物對(duì)癌細(xì)胞選擇性凋亡誘導(dǎo)能力的方法。這些研究的開(kāi)展,可以為克服臨床化療中存在的困難提供新途徑。
3.建立和改進(jìn)了癌細(xì)胞株在電磁場(chǎng)干預(yù)下化療藥物誘導(dǎo)凋亡的體外細(xì)胞研究模型。我們建立的模型相比傳統(tǒng)方法有抗藥性程度高,性能更穩(wěn)定的特點(diǎn)。
4.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究中的一些問(wèn)題,涉及電磁波應(yīng)用于動(dòng)物或人體時(shí)的使用方法、身體介質(zhì)衰減和體內(nèi)分布估計(jì),電磁波協(xié)同化療藥物作用時(shí)的時(shí)間和效果分析。
結(jié)語(yǔ)
本項(xiàng)目擬研究電磁波的生物效應(yīng)對(duì)腫瘤化療增敏的效果與其作用的機(jī)理,旨在提高腫瘤化療治療效果的新途徑,屬探索性基礎(chǔ)研究。但因此項(xiàng)目涉及提高社會(huì)資源消耗極大的腫瘤醫(yī)療效率提高的問(wèn)題,所以,即使在項(xiàng)目研究進(jìn)展上取得很小的突破,也將具有極廣闊的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)前景,對(duì)腫瘤化療的治療效果產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
【參考文獻(xiàn)】
【1】郭鷂 陳景藻 《電磁輻射生物效應(yīng)及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用》中國(guó)工程咨詢(xún) 2003
【2】張智軍 唐露新 《電磁波的生物學(xué)效應(yīng)研究進(jìn)展》科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2007年36期
大山里走出來(lái)的生物學(xué)家
1957年3月出生于房縣城關(guān)鎮(zhèn)的鄧子新,從貧困山區(qū)的農(nóng)家孩子到名牌大學(xué)的教授,從農(nóng)村青年到蜚聲海內(nèi)外的分子生物學(xué)專(zhuān)家,鄧子新以他的勤奮和執(zhí)著,走出了一條自強(qiáng)不息、勇攀高峰的成功之路。
1977年恢復(fù)高考,鄧子新以?xún)?yōu)異的成績(jī)考入華中農(nóng)學(xué)院,成為生化系微生物專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生。1982年,鄧子新入了黨,并以?xún)?yōu)異成績(jī)畢業(yè)。后經(jīng)人推薦,他拜師在世界鏈霉菌遺傳系研究中心霍普伍德先生的門(mén)下。鄧子新在英國(guó)沒(méi)有辜負(fù)祖國(guó)、老師對(duì)他的期望,發(fā)現(xiàn)了鏈霉菌啟動(dòng)子在大腸桿菌中能起作用,揭示了鏈霉菌異源基因表達(dá)和調(diào)節(jié)的新內(nèi)容,贏得霍普伍德先生的信任和欣賞,破例讓他立即到東英大學(xué)注冊(cè),提前轉(zhuǎn)攻博士學(xué)位。鄧子新只用三年半時(shí)間,完成了別人六年才能完成的學(xué)業(yè)。1987年5月,他順利通過(guò)博士論文答辨,戴上了英國(guó)皇家博士帽。
1988年5月,鄧子新攜妻子一起回到祖國(guó)?;貒?guó)后,他結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況,在重視和強(qiáng)化自己基礎(chǔ)研究能力的前提下,重點(diǎn)開(kāi)展了應(yīng)用基礎(chǔ)性研究,中心課題是絲狀細(xì)菌鏈霉菌抗生素生物合成的遺傳學(xué),但他們的研究進(jìn)行得很不順利。
鄧子新早在英國(guó)時(shí)就對(duì)分子生物學(xué)很感興趣,并在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一些細(xì)菌的DNA發(fā)生了降解,而另一些細(xì)菌的DNA則不降解。整個(gè)DNA的提取、電泳等過(guò)程都是一個(gè)人操作的,在同樣的環(huán)境、操作方法和實(shí)驗(yàn)條件下,為什么不同生物來(lái)源的DNA會(huì)出現(xiàn)降解特性完全相反的差異呢?他很快發(fā)現(xiàn),自己的新發(fā)現(xiàn)得不到同行的認(rèn)可,一方面由于解答質(zhì)疑總要花上一年半載,另一方面太新的想法容易被人看成是在“忽悠”經(jīng)費(fèi),所以往往申請(qǐng)了也白搭。
鄧子新還是個(gè)多面手,在微生物分子遺傳學(xué)、抗生素藥物代謝工程和化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域,發(fā)展了一系列重要抗生素產(chǎn)生菌的體內(nèi)外分子操作技術(shù),設(shè)計(jì)了一系列新抗衍生物,取得了一批抗生素基因簇或其藥物衍生化合物的專(zhuān)利。雖然這些工作使他陸續(xù)獲得了不少經(jīng)費(fèi)支持,但他一直“癡心”的這個(gè)DNA降解之謎卻得不到經(jīng)費(fèi)支持,不得已,他就從自己的其他項(xiàng)目“借用”資金,國(guó)內(nèi)做不成的實(shí)驗(yàn),就通過(guò)國(guó)際合作來(lái)解決。
1997年,鄧子新和同事已經(jīng)將有關(guān)基因分離出來(lái),分析結(jié)果顯示,這些基因編碼的蛋白質(zhì)與硫有關(guān)。但當(dāng)時(shí)他們第一次拿到DNA上存在硫修飾的證據(jù),那時(shí)還沒(méi)有遺傳學(xué)、生物化學(xué)、尤其是沒(méi)有化學(xué)分析的最終證據(jù),難以服眾。
2000年,上海交通大學(xué)創(chuàng)辦Bio-X生命科學(xué)研究中心,鄧子新在此中心組建了微生物遺傳學(xué)團(tuán)隊(duì),并從武漢來(lái)到了上海。交大看重他們的研究,給他們提供了較好的工作條件和啟動(dòng)經(jīng)費(fèi),這無(wú)疑是項(xiàng)目得以順利展開(kāi)的最好催化劑。
2003年,他著手申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金委的重點(diǎn)項(xiàng)目,然而答辯沒(méi)有通過(guò),說(shuō)明認(rèn)可的程度很低,但基金委認(rèn)為這是一個(gè)有潛力的項(xiàng)目,因此以提供基金委生命科學(xué)部主任基金的方式給了他一筆30萬(wàn)元的資助。這是在非共識(shí)的情況下得到的經(jīng)費(fèi),鄧子新很感動(dòng),因?yàn)檫@畢竟是對(duì)他挑戰(zhàn)常規(guī)的一種鼓勵(lì)。
DNA骨架上第一種生理修飾之謎被破解
2007年,鄧子新與其科研團(tuán)隊(duì)在這個(gè)原創(chuàng)性新領(lǐng)域不斷努力,有一種被用作藥物的DNA修飾物,原本一直是科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中合成的,現(xiàn)在,中美科學(xué)家共同發(fā)現(xiàn),原來(lái)細(xì)菌早就會(huì)干這件事——5種酶合力,能將硫摻入到DNA骨架中。這種被稱(chēng)為磷硫酰化的DNA修飾,是迄今在天然DNA骨架上發(fā)現(xiàn)的第一種生理修飾。
鄧子新領(lǐng)銜的實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)麻省理工學(xué)院合作,成功解析DNA硫修飾精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)為“R-構(gòu)象的磷硫?!钡难芯砍晒都?xì)菌DNA大分子上的磷硫?;?,發(fā)表在《自然》系列之《化學(xué)生物學(xué)》網(wǎng)絡(luò)版上。這是迄今為止在天然DNA骨架上發(fā)現(xiàn)的第一種生理修飾。
“這一發(fā)現(xiàn),再次證明大自然蘊(yùn)含無(wú)窮神秘,人類(lèi)會(huì)做的事情,它早就會(huì)做了。”鄧子新表示,天然DNA骨架上磷硫?;陌l(fā)現(xiàn)無(wú)疑構(gòu)成了對(duì)DNA結(jié)構(gòu)又一新的補(bǔ)充,如同甲基化的修飾導(dǎo)致了一系列新的發(fā)現(xiàn)一樣,DNA磷硫酰化的發(fā)現(xiàn)將產(chǎn)生分子生物學(xué)領(lǐng)域新的“信息”流,并打開(kāi)一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域。
有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為,這個(gè)新領(lǐng)域剛剛打開(kāi),眾多研究?jī)?nèi)容的延伸可能形成一系列新的跨越不同學(xué)科的研究生長(zhǎng)點(diǎn)。比如透過(guò)DNA磷硫酰化修飾找到全新功能的核酸酶,用細(xì)菌來(lái)合成磷硫酰化寡核苷酸用于生物化學(xué)和基因治療等,都將具有重大的生物學(xué)或生物工程學(xué)意義。
期待陸地海洋領(lǐng)域?qū)W者一同“下海”
“陸地微生物的多樣性成為天然藥物的第一寶庫(kù),那么海洋就是生物多樣性的第二寶庫(kù)?!敝锌圃涸菏苦囎有氯缡钦f(shuō)?!肮采呛Q蟮偷壬锓毖芎蜕娴谋U?。”
隨著探索和研究的進(jìn)行,越來(lái)越多的化學(xué)和生物證據(jù)提示,海洋低等生物中分離的天然產(chǎn)物其實(shí)是由共生微生物直接或間接產(chǎn)生的。“我們甚至可以這樣說(shuō),與海洋低等生物共生的微生物,才是許多海洋藥源天然產(chǎn)物的真正制造者。藥物產(chǎn)生是生物共生的需求,也是人類(lèi)資源的外延。如果能夠從海洋共生微生物入手,找到或克隆出相關(guān)化合物的生物基因簇,那么就可以解決藥源限制的瓶頸問(wèn)題,從而促進(jìn)海洋藥物的發(fā)展?!?/p>
我國(guó)的海洋共生體研究及海洋藥物研發(fā)還處在初級(jí)階段,存在著很多的不足和限制。對(duì)此,鄧子新認(rèn)為,應(yīng)該鼓勵(lì)陸地微生物學(xué)和化學(xué)生物學(xué)家“下海”,加強(qiáng)對(duì)海洋共生微生物代謝產(chǎn)物和功能基因簇的克隆。針對(duì)樣品采集過(guò)程中各自為政、重復(fù)研究而造成資源浪費(fèi)甚至破壞的情況,鄧子新建議,“強(qiáng)化海洋生物采集技術(shù)與設(shè)備的投入,提高采集效率,同時(shí)統(tǒng)籌規(guī)劃樣品采集的利用和保護(hù),加強(qiáng)相互協(xié)同,并且借鑒陸地微生物,如放線(xiàn)菌的研究經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化和完善整個(gè)體系的研究”。
由于99.9%以上的共生微生物還不能被分離培養(yǎng),同時(shí)海洋微生物都是未經(jīng)馴化的野生菌,因此藥源制備非常費(fèi)力,難以規(guī)模發(fā)酵。對(duì)于野生型微生物的特點(diǎn),鄧子新也有獨(dú)特的理解,他認(rèn)為,可以?xún)?yōu)化培養(yǎng)裝置、發(fā)酵與代謝調(diào)控技術(shù),或者利用分子生物學(xué)技術(shù),將其“馴化”為易于遺傳操作、發(fā)酵性能良好的微生物藥物工業(yè)產(chǎn)生菌。
目前我國(guó)從事海洋藥物研發(fā)的單位非常有限,主要集中在北京、上海、廣州、青島等幾個(gè)城市。鄧子新表示,期待國(guó)內(nèi)外陸地和海洋領(lǐng)域的學(xué)者能夠共同加入,利用學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì),協(xié)同作戰(zhàn),共同促進(jìn)我國(guó)海洋藥物的進(jìn)一步發(fā)展。
近幾年來(lái),我國(guó)在抗生素藥物基礎(chǔ)研究方面的優(yōu)勢(shì)不斷增強(qiáng),研究機(jī)構(gòu)有高等院校、科研院所,覆蓋面非常寬,研究的跨度也很大??股禺a(chǎn)業(yè)涉及到各個(gè)部門(mén),從學(xué)科來(lái)講涉及到上中下游,從產(chǎn)業(yè)來(lái)講,企業(yè)也有強(qiáng)烈的愿望。政府、科研機(jī)構(gòu)希望通過(guò)各種不同的機(jī)制能夠推動(dòng)基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)生互動(dòng)。任何一個(gè)研究機(jī)構(gòu)在目前的情況下都很難包打天下,從原始資源一直做到優(yōu)產(chǎn)資源,所以我們希望資源與技術(shù)對(duì)接,基礎(chǔ)與產(chǎn)業(yè)互動(dòng)。在基礎(chǔ)研究方面,通過(guò)國(guó)家建立的科研平臺(tái)形成強(qiáng)有力的科研積累,研究人員與企業(yè)共同在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)需求,通過(guò)資金投入、項(xiàng)目管理和科技政策的制定等等,促進(jìn)有用資源的產(chǎn)業(yè)化。
關(guān)鍵詞:制藥;新技術(shù);發(fā)展;分析
中圖分類(lèi)號(hào):X787 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9599 (2010) 01-0000-01
生物技術(shù)藥物(biotech drugs)或稱(chēng)生物藥物(biopharmaceutics)是集生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)的先進(jìn)技術(shù)為一體,以組合化學(xué)、藥學(xué)基因(功能抗原學(xué)、生物信息學(xué)等高技術(shù)為依托,以分子遺傳學(xué)、分子生物、生物物理等基礎(chǔ)學(xué)科的突破為后盾形成的產(chǎn)業(yè)。
一、當(dāng)前生物制藥技術(shù)的發(fā)展方向
目前生物制藥主要集中在以下幾個(gè)方向:
1.腫瘤在全世界腫瘤死亡率居首位,美國(guó)每年診斷為腫瘤的患者為100萬(wàn),死于腫瘤者達(dá)54.7萬(wàn)。用于腫瘤的治療費(fèi)用1020億美元。腫瘤是多機(jī)制的復(fù)雜疾病,目前仍用早期診斷、放療、化療等綜合手段治療。今后10年抗腫瘤生物藥物會(huì)急劇增加。如應(yīng)用基因工程抗體抑制腫瘤,應(yīng)用導(dǎo)向IL-2受體的融合毒素治療CTCL腫瘤,應(yīng)用基因治療法治療腫瘤(如應(yīng)用γ-干擾素基因治療骨髓瘤)?;|(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TNMPs)可抑制腫瘤血管生長(zhǎng),阻止腫瘤生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移。這類(lèi)抑制劑有可能成為廣譜抗腫瘤治療劑,已有3種化合物進(jìn)入臨床試驗(yàn)。
2.神經(jīng)退化性疾病 老年癡呆癥、帕金森氏病、腦中風(fēng)及脊椎外傷的生物技術(shù)藥物治療,胰島素生長(zhǎng)因子rhIGF-1已進(jìn)入Ⅲ期臨床。神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)和BDNF(腦源神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子)用于治療末稍神經(jīng)炎,肌萎縮硬化癥,均已進(jìn)入Ⅲ期臨床。美國(guó)每年有中風(fēng)患者60萬(wàn),死于中風(fēng)的人數(shù)達(dá)15萬(wàn)。中風(fēng)癥的有效防治藥物不多,尤其是可治療不可逆腦損傷的藥物更少,Cerestal已證明對(duì)中風(fēng)患者的腦力能有明顯改善和穩(wěn)定作用,現(xiàn)已進(jìn)入Ⅲ期臨床。Genentech的溶栓活性酶(Activase重組tPA)用于中風(fēng)患者治療,可以消除癥狀30%。
3.自身免疫性疾病 許多炎癥由自身免疫缺陷引起,如哮喘、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化癥、紅斑狼瘡等。風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者多于4000萬(wàn),每年醫(yī)療費(fèi)達(dá)上千億美元,一些制藥公司正在積極攻克這類(lèi)疾病。
4.冠心病美國(guó)有100萬(wàn)人死于冠心病,每年治療費(fèi)用高于1170億美元。今后10年,防治冠心病的藥物將是制藥工業(yè)的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。Centocor′s Reopro公司應(yīng)用單克隆抗體治療冠心病的心絞痛和恢復(fù)心臟功能取得成功,這標(biāo)志著一種新型冠心病治療藥物的延生。
基因組科學(xué)的建立與基因操作技術(shù)的日益成熟,使基因治療與基因測(cè)序技術(shù)的商業(yè)化成為可能,正在達(dá)到未來(lái)治療學(xué)的新高度。轉(zhuǎn)基因技術(shù)用于構(gòu)造轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,已逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)階段,用轉(zhuǎn)基因綿羊生產(chǎn)蛋白酶抑制劑ATT,用于治療肺氣腫和囊性纖維變性,已進(jìn)入Ⅱ,Ⅲ期臨床。大量的研究成果表明轉(zhuǎn)基因動(dòng)、植物將成為未來(lái)制藥工業(yè)的另一個(gè)重要發(fā)展領(lǐng)域。
二、現(xiàn)代生物制藥新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)生物技術(shù)將對(duì)當(dāng)代重大疾病治療劑創(chuàng)造更多的有效藥物,并在所有前沿性的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域形成新領(lǐng)域。
生物學(xué)的革命不僅依賴(lài)于生物科學(xué)和生物技術(shù)的自身發(fā)展,而且依賴(lài)于很多相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)走向,例如微機(jī)電系統(tǒng)、材料科學(xué)、圖像處理、傳感器和信息技術(shù)等。盡管生物技術(shù)的高速發(fā)展使人們難以作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),但是基因組圖譜、克隆技術(shù)、遺傳修改技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、疾病療法和藥物開(kāi)發(fā)方面的進(jìn)展正在加快。
除了遺傳學(xué)之外,生物技術(shù)還可以繼續(xù)改進(jìn)預(yù)防和治療疾病的療法。這些新療法可以封鎖病原體進(jìn)入人體并進(jìn)行傳播的能力,使病原體變得更加脆弱并且使人的免疫功能對(duì)新的病原體作出反應(yīng)。這些方法可以克服病原體對(duì)抗生素的耐受性越來(lái)越強(qiáng)的不良趨勢(shì),對(duì)感染形成新的攻勢(shì)。
除了解決傳統(tǒng)的細(xì)菌和病毒問(wèn)題之外,人們正在開(kāi)發(fā)解決化學(xué)不平衡和化學(xué)成分積累的新療法。例如,正在開(kāi)發(fā)之中的抗體可以攻擊體內(nèi)的可卡因,將來(lái)可以用于治療成癮問(wèn)題。這種方法不僅有助于改善癮君子的狀況,而且對(duì)于解決全球性非法貿(mào)易問(wèn)題具有重大影響。
各種新技術(shù)的出現(xiàn)有助于新藥物的開(kāi)發(fā)。計(jì)算機(jī)模擬和分子圖像處理技術(shù)(例如原子力顯微鏡、質(zhì)量分光儀和掃描探測(cè)顯微鏡)相結(jié)合可以繼續(xù)提高設(shè)計(jì)具有特定功能特性的分子的能力,成為藥物研究和藥物設(shè)計(jì)的得力工具。藥物與使用該藥物的生物系統(tǒng)相互作用的模擬在理解藥效和藥物安全方面會(huì)成為越來(lái)越有用的工具。例如,美國(guó)食品藥物管理局(FDA)在藥物審批的過(guò)程中利用Dennis Noble的虛擬心臟模擬系統(tǒng)了解心臟藥物的機(jī)理和臨床試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果的意義。這種方法到2015年可能會(huì)成為心臟等系統(tǒng)臨床藥物試驗(yàn)的主流方法,而復(fù)雜系統(tǒng)(例如大腦)的藥物臨床試驗(yàn)需要對(duì)這些系統(tǒng)的功能和生物學(xué)進(jìn)行更為深入的研究。
藥物的研究開(kāi)發(fā)成本目前已經(jīng)高到難以為繼的程度,每種藥物投放市場(chǎng)前的平均成本大約為6億美元。這樣高的成本會(huì)迫使醫(yī)藥工業(yè)對(duì)技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)行巨大的投資,以增強(qiáng)醫(yī)藥工業(yè)的長(zhǎng)期生存能力。綜合利用遺傳圖譜、基于表現(xiàn)型的定制藥物開(kāi)發(fā)、化學(xué)模擬程序和工程程序以及藥物試驗(yàn)?zāi)M等技術(shù)已經(jīng)使藥物開(kāi)發(fā)從嘗試型方法轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄖ菩烷_(kāi)發(fā),即根據(jù)服藥群體對(duì)藥物反應(yīng)的深入了解會(huì)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和使用新的藥物。這種方法還可以挽救過(guò)去在臨床試驗(yàn)中被少數(shù)患者排斥但有可能被多數(shù)患者接受的藥物。這種方法可以改善成功率、降低試驗(yàn)成本、為適用范圍較窄的藥物開(kāi)辟新的市場(chǎng)、使藥物更加適合適用對(duì)癥群體的需要。如果這種技術(shù)趨于成熟,可以對(duì)制藥工業(yè)和健康保險(xiǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。
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