中國粉體網(wǎng)10月18日訊 中科院上海應(yīng)用物理研究所黃慶,、方海平、樊春海研究員與IBM沃森研究中心,、哥倫比亞大學(xué)周如鴻教授組成的國際合作團(tuán)隊(duì)，將計(jì)算機(jī)模擬與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合起來,，在石墨烯抗菌機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展,，提出了石墨烯與細(xì)菌細(xì)胞膜相互作用的一種分子機(jī)制,，相關(guān)論文已于近日在線發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology, DOI:10.1038/nnano.2013.125）,。
上海應(yīng)物所物理生物學(xué)研究室樊春海,、黃慶研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)于2010年在實(shí)驗(yàn)上首次發(fā)現(xiàn)石墨烯的抗菌作用（ACS Nano,，2010,，4, 4317）,，即氧化石墨烯可以破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜,，從而導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)外流并殺死細(xì)菌,。由于這是一種潛在的沒有耐藥性的物理“抗生素”，該工作發(fā)表后立即引起了科技界的廣泛興趣,，短短3年已有超過50篇石墨烯抗菌相關(guān)研究工作發(fā)表,。然而,，石墨烯如何通過與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用而產(chǎn)生強(qiáng)大的抗菌能力，一直缺乏清晰的圖景和明確的分子機(jī)制,。
隨后,，上海應(yīng)物所方海平團(tuán)隊(duì)開始使用計(jì)算機(jī)分子動(dòng)力學(xué)模擬來研究石墨烯抗菌的分子機(jī)制,，其中上海應(yīng)用物理研究所的博士畢業(yè)生、上海大學(xué)的涂育松博士在模擬中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜上的磷脂分子可以被石墨烯抽取導(dǎo)致細(xì)胞膜的破壞,，這意味著一種新的分子機(jī)制被發(fā)現(xiàn)。由于細(xì)菌細(xì)胞膜很復(fù)雜,，氧化石墨烯與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用需要大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬,，為此，方海平團(tuán)隊(duì)與周如鴻團(tuán)隊(duì)緊密合作,，將上海超算中心與IBM藍(lán)色基因超級(jí)電腦的強(qiáng)大計(jì)算能力聯(lián)合起來,，最終闡明了這種石墨烯抗菌的分子機(jī)制,。
他們發(fā)現(xiàn),，石墨烯不但可以通過對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的插入進(jìn)行切割，還可以通過對(duì)細(xì)胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取,，來破壞細(xì)胞膜從而殺死細(xì)菌,。他們指出，正是石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使其可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的磷脂分子發(fā)生超強(qiáng)的相互作用,，從而導(dǎo)致大量磷脂分子脫離細(xì)胞膜并吸附到石墨烯的表面。物理生物學(xué)室則通過電鏡實(shí)驗(yàn),，直接觀察到了細(xì)菌細(xì)胞膜與氧化石墨烯作用后產(chǎn)生的大范圍空腔結(jié)構(gòu),，為理論計(jì)算結(jié)果提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù),。這種提取細(xì)胞膜脂類分子從而破壞細(xì)胞膜的現(xiàn)象為揭示納米材料的細(xì)胞毒性及抗菌活性提供了一種全新的分子機(jī)制，將促進(jìn)石墨烯納米材料的生物效應(yīng)研究及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,。
雖然計(jì)算機(jī)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法功能強(qiáng)大（剛剛榮獲2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）,，但是石墨烯與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用還是非常復(fù)雜的,，其分子機(jī)制的全面闡述還需要長(zhǎng)期的研究。該工作邁出了重要的一步,，因此發(fā)表后立即得到了眾多國際科學(xué)媒體的關(guān)注,。如ChemistryWorld，BeforeIt'sNews,，GrapheneWiki&News等網(wǎng)站均進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)與評(píng)論,，提出這也許預(yù)示著石墨烯可以用于制造新型的抗菌“邦迪”（enable novel anti-bacterial band-aids）,。
該項(xiàng)研究工作的理論部分是在方海平研究員、周如鴻教授指導(dǎo)下,，由涂育松（上海應(yīng)物所博士,，現(xiàn)工作于上海大學(xué)）,、修鵬（上海應(yīng)物所博士,，現(xiàn)工作于浙江大學(xué)）， Tien Huynh,，Matteo Castelli等完成,，實(shí)驗(yàn)部分由黃慶、樊春海研究員指導(dǎo)呂敏博士等完成,。
該工作得到上海超算中心,、國家科技部“973”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金,、IBM藍(lán)色基因計(jì)劃的共同資助,。
上海應(yīng)物所物理生物學(xué)研究室樊春海,、黃慶研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)于2010年在實(shí)驗(yàn)上首次發(fā)現(xiàn)石墨烯的抗菌作用（ACS Nano,，2010,，4, 4317）,，即氧化石墨烯可以破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜,，從而導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)外流并殺死細(xì)菌,。由于這是一種潛在的沒有耐藥性的物理“抗生素”，該工作發(fā)表后立即引起了科技界的廣泛興趣,，短短3年已有超過50篇石墨烯抗菌相關(guān)研究工作發(fā)表,。然而,，石墨烯如何通過與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用而產(chǎn)生強(qiáng)大的抗菌能力，一直缺乏清晰的圖景和明確的分子機(jī)制,。
隨后,，上海應(yīng)物所方海平團(tuán)隊(duì)開始使用計(jì)算機(jī)分子動(dòng)力學(xué)模擬來研究石墨烯抗菌的分子機(jī)制,，其中上海應(yīng)用物理研究所的博士畢業(yè)生、上海大學(xué)的涂育松博士在模擬中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜上的磷脂分子可以被石墨烯抽取導(dǎo)致細(xì)胞膜的破壞,，這意味著一種新的分子機(jī)制被發(fā)現(xiàn)。由于細(xì)菌細(xì)胞膜很復(fù)雜,，氧化石墨烯與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用需要大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬,，為此，方海平團(tuán)隊(duì)與周如鴻團(tuán)隊(duì)緊密合作,，將上海超算中心與IBM藍(lán)色基因超級(jí)電腦的強(qiáng)大計(jì)算能力聯(lián)合起來,，最終闡明了這種石墨烯抗菌的分子機(jī)制,。
他們發(fā)現(xiàn),，石墨烯不但可以通過對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的插入進(jìn)行切割，還可以通過對(duì)細(xì)胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取,，來破壞細(xì)胞膜從而殺死細(xì)菌,。他們指出，正是石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使其可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的磷脂分子發(fā)生超強(qiáng)的相互作用,，從而導(dǎo)致大量磷脂分子脫離細(xì)胞膜并吸附到石墨烯的表面。物理生物學(xué)室則通過電鏡實(shí)驗(yàn),，直接觀察到了細(xì)菌細(xì)胞膜與氧化石墨烯作用后產(chǎn)生的大范圍空腔結(jié)構(gòu),，為理論計(jì)算結(jié)果提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù),。這種提取細(xì)胞膜脂類分子從而破壞細(xì)胞膜的現(xiàn)象為揭示納米材料的細(xì)胞毒性及抗菌活性提供了一種全新的分子機(jī)制，將促進(jìn)石墨烯納米材料的生物效應(yīng)研究及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,。
雖然計(jì)算機(jī)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法功能強(qiáng)大（剛剛榮獲2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）,，但是石墨烯與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用還是非常復(fù)雜的,，其分子機(jī)制的全面闡述還需要長(zhǎng)期的研究。該工作邁出了重要的一步,，因此發(fā)表后立即得到了眾多國際科學(xué)媒體的關(guān)注,。如ChemistryWorld，BeforeIt'sNews,，GrapheneWiki&News等網(wǎng)站均進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)與評(píng)論,，提出這也許預(yù)示著石墨烯可以用于制造新型的抗菌“邦迪”（enable novel anti-bacterial band-aids）,。
該項(xiàng)研究工作的理論部分是在方海平研究員、周如鴻教授指導(dǎo)下,，由涂育松（上海應(yīng)物所博士,，現(xiàn)工作于上海大學(xué)）,、修鵬（上海應(yīng)物所博士,，現(xiàn)工作于浙江大學(xué)）， Tien Huynh,，Matteo Castelli等完成,，實(shí)驗(yàn)部分由黃慶、樊春海研究員指導(dǎo)呂敏博士等完成,。
該工作得到上海超算中心,、國家科技部“973”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金,、IBM藍(lán)色基因計(jì)劃的共同資助,。
