飞秒激光电子动态调控促进和控制蛋白质晶体生长技术和机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51775303
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    闫剑锋
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    E0509.加工制造
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Femtosecond laser micro/nano fabrication is a frontier and interdisciplinary field, involving manufacturing, optics, physics, chemistry, materials and biology. The fabrication of large and shape controllable protein crystal is useful for the medical drug design in biology area. Based on the research significance of protein crystal for biology and requirement for processing technology, this project propose a novel ultrafast micro/nano fabrication method to process protein crystals based on electron dynamic control. By using the ultrafast and ultra-intense characteristics of ultrafast laser, we design spatial/temporal ultrafast laser pulse trains and material properties to control photon-electron interactions, then to control localized transient nanoscale electron dynamics to modulate micro/nano microstructure on protein crystals surface. Based on the relation between the micro/nano microstructure and the crystal growth mode to control the structure and shape of protein crystal. The project goal is to achieve a new method to process protein crystal through electron dynamic control and to promote the domestic research progress of femtosecond laser application in biology area.
飞秒激光微纳制造是涉及制造、光学、物理、化学、材料、生物等领域交叉学科。制备形状可控的大尺寸蛋白质晶体在药物设计等生物领域具有重要研究意义和应用价值。鉴于蛋白质晶体在生物领域的重要研究价值以及对蛋白质晶体微纳加工技术的需求，本项目提出采用飞秒激光动态电子调控促进和控制蛋白质晶体生长的新方法。基于飞秒激光超快与超强的优势，通过对其进行时域和空域上的单独或协同整形，调控飞秒激光能量在时间和空间上的分布，调控瞬时纳米尺度电子动态，实现对飞秒激光加工蛋白质晶体过程的控制，并利用加工出蛋白质晶体不同微纳结构对晶体生长模式和生长速率的影响，控制蛋白质晶体形状。最终目标是通过对飞秒激光电子动态的调控，获得一种飞秒激光加工蛋白质晶体的新技术，并推进我国飞秒激光在生物领域应用的研究进展。

结项摘要

蛋白质晶体在大分子结构分析、生物制药等领域具有广泛的应用，传统结晶方法通过蒸发溶剂等方式在溶液中析出结晶，难以实现对于结晶结果的控制。本项目提出通过飞秒激光电子动态调控方法促进和控制蛋白质晶体生长技术，实现对蛋白质结晶形核和生长过程的控制。.项目对飞秒激光与蛋白质材料作用进行了理论和实验研究。研究利用等离子体模型计算了激光与蛋白质晶体作用过程，提出使用时间整形的飞秒激光减小热影响和蛋白质失活。基于光场模拟结果，提出利用蛋白质表面微纳结构产生的近场增强，实现纳米级加工精度。通过泵浦探测技术实现飞秒激光与溶液作用过程的多时间尺度观测，揭示飞秒激光作用过程中电离、冲击波传播、空化气泡形成等过程。基于理论研究基础，实现了飞秒激光蛋白质晶体微纳加工，在蛋白质单晶表面实现精度2μm的图案化微结构，在蚕丝蛋白晶体表面实现64nm的孔，应用于蛋白质基体生物传感器和药物输运载体。.项目利用飞秒激光实现了对蛋白质晶体结晶形核和生长过程的控制。通过研究发现飞秒激光烧蚀后的表面生长速度高于其它晶面，该方法应用于控制蛋白质晶体尺寸和形状，飞秒激光与溶液作用可以诱导有机物结晶形核，提高形核率，结晶的亚稳态晶型比例提高至2倍，实现了对于药物晶体数量和晶型的控制，可用于生物医药相关领域。.实现了利用飞秒激光蛋白质晶体的微纳加工和结晶过程控制，可用于生物医药、生物传感器件等领域。研究产生成果在Nature Communications、ACS Nano等期刊上发表SCI论文16篇，其中6篇封面文章。获授权国家发明专利18项，获授权美国专利2项。.

项目成果

期刊论文数量（16）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（21）
Femtosecond Laser Induced Phase Transformation of TiO2 with Exposed Reactive Facets for Improved Photoelectrochemistry Performance
飞秒激光诱导具有暴露反应面的 TiO2 相变，以提高光电化学性能
  • DOI：
    10.1021/acsami.0c10026
  • 发表时间：
    2020-09-16
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Qiao, Ming;Yan, Jianfeng;Jiang, Lan
  • 通讯作者：
    Jiang, Lan
Effect of laser shock processing on oxidation resistance of laser additive manufactured Ti6Al4V titanium alloy
激光冲击加工对激光增材制造Ti6Al4V钛合金抗氧化性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.corsci.2020.108655
  • 发表时间：
    2020-07-01
  • 期刊：
    CORROSION SCIENCE
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    Guo, Wei;Wang, Hao;Yan, Jianfeng
  • 通讯作者：
    Yan, Jianfeng
Improvement in oxidation resistance of Ti2AlNb alloys at high temperatures by laser shock peening
激光冲击强化 Ti2AlNb 合金高温抗氧化性能
  • DOI：
    10.1016/j.corsci.2021.109364
  • 发表时间：
    2021-03-09
  • 期刊：
    CORROSION SCIENCE
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    He, Dongsheng;Li, Liuhe;Yan, Jianfeng
  • 通讯作者：
    Yan, Jianfeng
Effects of Heat Treatments on Microstructures and Mechanical Properties of Ti6Al4V Alloy Produced by Laser Solid Forming
热处理对激光立体成型Ti6Al4V合金显微组织和力学性能的影响
  • DOI：
    10.3390/met11020346
  • 发表时间：
    2021-02-01
  • 期刊：
    METALS
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Li, Fei;Qi, Bojin;Yan, Jianfeng
  • 通讯作者：
    Yan, Jianfeng
Micro/nano processing of natural silk fibers with near-field enhanced ultrafast laser
近场增强超快激光对天然丝纤维进行微纳加工
  • DOI：
    10.1007/s40843-020-1351-3
  • 发表时间：
    2020-04
  • 期刊：
    Science China-Materials
  • 影响因子：
    8.1
  • 作者：
    Ming Qiao;Huimin Wang;Haojie Lu;Shuo Li;Jianfeng Yan;Liangti Qu;Yingying Zhang;Lan Jiang;Yongfeng Lu
  • 通讯作者：
    Yongfeng Lu

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其他文献

一种层次化的多媒体文档描述方法
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 通讯作者：
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飞秒激光加工低维纳米材料及应用(特邀综述论文)
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  • 通讯作者：
    李欣
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  • 通讯作者：
    邹贵生
纳米银焊膏的烧结性能及其用于铜连接的研究
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  • 发表时间：
    2010
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微连接和纳连接的研究新进展
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  • 作者：
    邹贵生;闫剑锋;母凤文;吴爱萍;Zhou Y.Norman
  • 通讯作者：
    Zhou Y.Norman

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飞秒激光调控过渡金属硫化物相变的制造新方法及机理研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
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相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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