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八院士齐聚全国生命分析化学大会 盛况空前

2010.8.23

生物计算逻辑体系在生命分析化学中应用的前景

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中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室 董绍俊 院士

   中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室董绍俊院士作了题为《生物计算逻辑体系在生命分析化学中应用的前景》的报告,主要介绍了数字信息处理的发展,自我供电和智能的逻辑适体传感器,以及基于生物燃料电池的生物计算安全密码锁体系等三方面内容。

   数字信息处理的发展

  逻辑门是(Logic Gates)是计算机信息处理的基本单元,以硅片为基础的计算机因其集成电路的密度已接近理论极限而妨碍发展。近期科学家们已开始利用DNA计算来创造生物计算机,DNA逻辑门作为DNA计算的基础同样受到了广泛关注。

  生物化学体系中的信息处理建立一种新的DNA逻辑门(INH)。K+有助于富G-的DNA(PW17)结合hemin形成平行链结构,促进DNA酶活化;而Pb+诱导 PW17变构从平行到反平行,驱除hemin从G-四极子中逸出,降低DNA酶活性(INH gate)。生物催化反应在BFC的阴极室原位发生,生物阴极可逆的进行“开”和“关”。BFC的行为受免疫反应控制,类似于“NOR”逻辑门。接着董院士概述述了生物化学体系中的信息处理在智能医疗诊断和“芯片上的战地医院”的应用。

  自我供电和智能的逻辑适体传感器

  适体控制的生物燃料电池逻辑体系——自我供电和智能的逻辑适体传感器具有五个特点:适体传感器、生物燃料电池、自我供电、智能和生物计算。设计时董院士第一次提出了适配子与生物燃料电池之间的“互惠"概念,即:基于适配子的逻辑生物信号作为控制生物燃料电池能量的输出,及生物燃料电池作为适配子的传感器。相对于传统传感器,它能逻辑确定样品中两种目标物是否同时存在,智能检测复杂样品中各种物质间的关系,并做出智能判断。

  在应用方面,董院士说如果我们将病理相关目标物适配子引入到本体系中,那么该体系就有进行医学检测和医疗诊断的潜在应用。

  基于生物燃料电池的生物计算安全密码锁体系

  董院士将生物燃料电池和密码锁相结合,进一步制备了一种新的生物计算安全体系,它具有模拟密码锁的功能。其特点是,能自我供电,并且可重复利用。这项研究有利于模拟和设计自然信号的传导,新陈代谢和基因调控体系。

  综观生物计算逻辑体系的快速发展,将在临床诊断,活体监测以及在生命分析化学的应用中有美好前景。


发现新型化学污染物的技术途径

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中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室 江桂斌 院士

  中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室江桂斌院士作了题为《发现新型化学污染物的技术途径》的报告,主要讲述了POPs物质的危害性和筛选、识别新型污染物等方面的内容。下面作简要概述。

  化学污染物在很长时间内是环境污染的主体,包括难挥发的重金属、离子化合物、表面活性剂和高聚物等,易挥发的室内、空气污染物等,以及半挥发的持久性有机污染物。过去10年间,随着仪器分析技术特别是色谱与质谱技术的进步,若干环境中的新型污染物(Emerging Chemical Contaminants)被分离和鉴定出来。这些污染物所导致的环境与健康问题已经引起了国际社会的广泛关注。从物理化学性质上看,大部分新POPs 物质的LogKow 均大于或等于5。它们不仅可以在环境中长期存在,而且可以通过大气、水体或其它途径传播到各个区域。同时,由于这些污染物均具有较强的亲脂性,容易在食物链中逐级放大,产生强烈的累积效应。除此之外, 这些新POPs 物质具有类似的毒性终点, 不仅具有致癌、致畸、致突变性,而且还具有内分泌干扰作用。

  目前,联合国UNEP 已将五溴联苯醚、八溴联苯醚、PFCs 等化学品列入斯德哥尔摩公约受控名单。然而对于公约新POPs 问题,我国的准备十分不足,基础工作相当薄弱。除林丹外,上述其它新POPs 都还没有列入我国环境保护的监控目标。缺乏标准的分离测定和分析方法及其质量保证体系是制约这一工作进展的瓶颈。由于新型污染物通常浓度较低、组分复杂,而且干扰物质较多,因此,对分析技术有更高的要求,发展高灵敏度和高选择性的分离分析方法是解决问题的主要出路。

  POPs的结构复杂、含量低、毒性差别大,如二恶英有210种、多氯联苯209种、多溴联苯醚209中,而且含量在ppt或ppb级。因此,测定POPs是环境分析化学最复杂和最困难的工作。目前江院士已掌握了12种经典POPs的分析,而毒杀芬种类繁多,具有立体结构,其分析仍是现代有机分析的难题。现在我们已发展了同时测定Dioxins、PCBs和PBDEs的方法体系,建立了各种介质中PFCs的高灵敏度分析方法、SCCP的分析方法等。

  近年来,我们在新型污染物的筛选及识别技术方面开展了一些工作,通过下述三种不同的技术途径筛选到一些新的污染物并开展了有关毒理学的前期研究:1)基于化合物定量结构-物化性质相关模型(QSPRs) 对环境中新型PBT物质的鉴别。2)基于质量平衡关系筛选和鉴别新型污染物。3)生物效应引导的新型污染物识别方法。通过将多维化学分析与毒性测定仪器相结合,研制出用于EDA 的成组毒理学分析仪(Integrated Toxicology Analyzer),并建立了以发育神经毒性为检测终点,环境样品中溴代阻燃剂等复合有机污染物的毒性筛选及识别方法。

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