一、膠原纖維研究

    膠原纖維是人體各種器官（如骨、肌肉）中最關鍵的組成成分之一。膠原纖維擁有復雜的微納生物結構，這種結構的有序排列使膠原纖維能夠表現出優異的生理性能，同時，這種結構的改變會導致其生理特征的急劇變化。勞損、骨折等常見疾病的發病機理就與膠原微納結構變化密切相關。如何觀測并理解膠原纖維微納尺度的結構變化是治療相關膠原類疾病的關鍵所在。

    近日，中國科學院物理研究所陳佳寧課題組利用散射式近場掃描顯微鏡（IR-neaSCOPE）對膠原纖維進行納米分辨率紅外掃描成像。該研究通過在組織切片表面近場測量緊湊排布的膠原纖維簇，對膠原纖維的納米周期性橫紋結構進行量化分析，并觀察到膠原纖維發生的橫紋傾斜現象。該研究借助膠原晶格模型解釋其現象的產生機理，揭示了膠原纖維內部分子間可能存在的滑移位錯形變。

    該結果有助于人們理解膠原結構失序時膠原纖維可能發生的納米結構變化，為解讀膠原類疾病的發病機理提供了新思路。同時，該工作展示了s-SNOM在生命科學中對于生物微納尺度結構研究的廣闊應用前景。相關結果發表在近期的《Nano Research》上。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金，中國科學院戰略重點研究計劃的資助。

二、生物催化（MOF體系）研究

    生物催化轉化在生物體中，如多酶催化級聯，在不同的細胞膜區隔的細胞器中高效率地進行。然而，在自然系統中模擬生物催化級聯過程仍然具有挑戰性。

    近日，華東師范大學李麗老師課題組報道了多殼金屬有機骨架（MOF）可以作為一種層次化的支架，在納米尺度上對酶進行空間組織，以提高級聯催化效率。

    研究人員通過外延逐殼過生長的方法將多殼MOF包裹在多酶上，其催化效率是溶液中游離酶的5.8~13.5倍。重要的是，多殼MOF可以作為一個多空間隔室的納米反應器，允許在一個MOF納米顆粒中物理分隔多個酶，以便在一個鍋中進行不相容的串聯生物催化反應。研究人員使用納米傅立葉變換紅外光譜(Nano-FTIR)來解決與多殼MOF中的酶相關的納米級振動活性的不均一性。多殼MOF能夠根據特定的串聯反應路線方便地控制多酶的位置，其中載酶1和載酶2的殼沿內到外殼的緊密定位可以有效地促進質量傳遞，從而促進高效的串聯生物催化反應。

    這項工作有望為設計高效的多酶催化級聯反應提供新的思路，以鼓勵其在許多化工和制藥工業過程中的應用。

三、原位液相活體細胞研究

    近日，德國attocube systems AG的工程師Korbinian聯合德國慕尼黑大學Fritz Keilmann課題組報道了基于散射型納米紅外成像與光譜技術在液相環境關于納米顆粒和活體細胞的定量研究。納米紅外光譜與成像的液相探測基于一個由10 nm厚度的SiN薄膜和金屬液相池組成，通過掃描探針在針尖形成有效的紅外探測近場對吸附（浸潤）在SiN另一側的納米顆粒或活體細胞進行原位液相掃描。

 液相原位納米紅外成像與光譜下的A 549癌細胞

    這項工作是基于反射式光路的散射型掃描近場顯微鏡（s-SNOM）和nano-FTIR建立的原位液相樣品池，通過搭配波長可調諧的紅外激光器，有希望拓展從近紅外（特別是近紅外II區）到中紅外（全指紋區覆蓋）乃至遠紅外的全紅外波段的液相環境下材料和細胞的納米尺度探測。