超顺磁/稳定单畴磁铁矿颗粒的仿生矿化及岩石磁学研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41774076
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0405.地磁学和地球电磁学
  • 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

Viscous superparamagnetic (VSP) magnetite nanoparticle at the superparamagnetic (SP) to stable single domain(SSD) threshold is a key researching field of environmental magnetism. However, the rock magnetic properties of such magnetic particles are limited for understanding, because ideal magnetic nanoparticles are hardly acquired. This project is inspired by biomineralization of magnetotactic bacterium, which can synthesize magnetosomes in the cell from small superparamgnetic to big stable single domain magnetite nanoparticles. A key protein of MmsF regulating the size and shape of magnetosomes of Magnetospirillum magneticum AMB-1 will be genetically engineered and prokaryotically expressed in Escherichia coli. We will use MmsF protein as a biotemplate to synthesize ideal SP, VSP and SSD magnetite nanoparticles with high monodispersity, no crystal defect, controlled magnetotactic interactions, uniform shape and controlled sized distribution. Through strictly controlled the size distribution, the growth of magnetite crystal will stepwisely passing the SP/SSD threshold. To reveal the biomimetic mineralization mechanisms of MmsF and determine threshold diameter of SP/SSD magnetite nanoparticles, combined techniques of electron microscopy and magnetic mesurement will be used to study the crystal and magnetic properties of these non-interacting or interacting magnetite nanoparticles. Finally, we will experimentally mixture SP, VSP and SSD magnetite nanoparticles with different concentration, size distribution and magnetostatic interaction to mimick the environment and quantitatively determine the relationship of size distribution and concentration with each rock magnetic parameter, especially the frequency-dependent susceptibility. This project will enable better understanding of the rock magnetic properties of magnetite and further help to explain magnetic parameters measured from the environmental samples.
从超顺磁(SP)转变为稳定单畴(SSD)临界区间的粘滞超顺磁(VSP)磁铁矿颗粒是环境磁学的重要研究对象,但是由于难以获得理想样品,这些颗粒的岩石磁学实验研究极其薄弱。项目受到趋磁细菌磁小体合成经历从小到大,SP转变为SSD磁铁矿过程的启示,拟以趋磁螺菌AMB-1的矿化蛋白MmsF为研究对象,建立新型的仿生矿化技术,合成单分散、无晶格缺陷、磁相互作用可控、粒径均一、形状为立方八面体的理想SP、VSP和SSD磁铁矿颗粒,控制粒径逐渐跨越SP/SSD临界区间。综合运用电子显微学和岩石磁学方法对这些颗粒进行系统的晶体学和岩石磁学研究,揭示MmsF控制磁铁矿的晶体生长机制,确定SP/SSD磁铁矿的临界粒径。最后,通过不同含量、粒径和磁相互作用的SP、VSP和SSD磁铁矿颗粒的混合,定量各种岩石磁学参数(尤其是频率磁化率)与磁铁矿的粒径和含量的关系,为解释自然样品的环境磁学参数提供实验依据。

结项摘要

本项目通过生物矿化和生物地磁学科交叉,以嗜热菌铁蛋白、聚合物以及融合表达的MmsF蛋白,仿生矿化合成超顺磁磁铁矿纳米颗粒与趋磁细菌产生的单畴磁铁矿颗粒为研究对象,开展了系统的应用基础科学研究,取得多项创新性成果:1)发现嗜热菌铁蛋白相比人H亚基铁蛋白更加耐热,能耐受110 oC的高温,并且在90 oC能够合成粒径和形状均一的磁性铁蛋白,这种磁性铁蛋白是一种优良的磁性纳米颗粒,比传统磁性铁蛋白具有更高饱和磁化强度和磁热效应; 2)这种具有强磁热效应的磁性铁蛋白可以通过多巴胺与海绵实现高效结合,进一步通过疏水修饰可以制备具有电磁加热、光加热和快速吸油的多功能材料,能够实现高粘度稠油漏油污染的快速升温降粘和连续回收;3)发现磺化聚苯乙烯和丙二酸的共聚物(PSS-co-MA)能够自组装成类似于铁蛋白的笼型结构,仿生合成粒径可控的超顺磁磁铁矿纳米颗粒,这种聚合物磁性纳米颗粒可以耐受高温和高盐的储层条件,结合金属离子制备纳米乳液,并且在极低浓度下能够稳定大乳液;4)发现趋磁细菌的MmsF蛋白可以与耐热拟杆菌的胶囊蛋白融合形成约40纳米的笼型结构;5)系统研究趋磁细菌MSR-1的磁小体的岩石磁学性质和磁热效应,发现趋磁细菌磁小体链的磁热效应高于常规同粒径的磁铁矿纳米颗粒,其磁热效应的机制是由于磁滞效应。以磁性铁蛋白为代表的超顺磁纳米磁铁矿颗粒和以趋磁细菌磁小体为代表的单畴磁铁矿颗粒的混合为环境自然样品提供了很好的模拟材料。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Advances of Adsorption and Filtration Techniques in Separating Highly Viscous Crude Oil/Water Mixtures
高粘度原油/水混合物吸附过滤技术研究进展
  • DOI:
    10.1002/admi.202100061
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Advanced Materials Interfaces
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Jiacheng Yu;Changqian Cao;Yongxin Pan
  • 通讯作者:
    Yongxin Pan
Determination of the heating efficiency of magnetotactic bacteria in alternating magnetic field
交变磁场中趋磁细菌加热效率的测定
  • DOI:
    10.1007/s00343-021-1071-4
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Journal of Oceanology and Limnology
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Tongwei Zhang;Huangtao Xu;Jia Liu;Yongxin Pan;Changqian Cao
  • 通讯作者:
    Changqian Cao
Thermostable iron oxide nanoparticle synthesis within recombinant ferritins from the hyperthermophile Pyrococcus yayanosii CH1.
来自超嗜热菌 Pyrococcus yayanosii CH1 的重组铁蛋白合成耐热氧化铁纳米颗粒
  • DOI:
    10.1039/c9ra07397c
  • 发表时间:
    2019-11-27
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yu, Jiacheng;Zhang, Tongwei;Xu, Huangtao;Dong, Xiaoli;Cai, Yao;Pan, Yongxin;Cao, Changqian
  • 通讯作者:
    Cao, Changqian

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    曹长乾;蔡垚;张同伟;潘永信
  • 通讯作者:
    潘永信
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    科学通报
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    --
  • 作者:
    田兰香;曹长乾;刘青松;潘永信
  • 通讯作者:
    潘永信

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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

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          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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