纳米管
一种天然纳米材料——埃洛石纳米管
一种天然纳米材料——埃洛石纳米管大家对纳米管的概念不陌生吧?纳米管比人的头发丝还要细1万倍。
本文介绍一种天然纳米管材料—埃洛石纳米管,包括它的结构特点,并举例介绍它在吸附、催化方面的应用原理,供一线高中教师选用于教学。
一、一种硅铝酸盐矿物埃洛石(Halloysite,常缩写为HNTs)是一种硅酸盐矿物,分子式可以表示为Al2Si2O5(OH)4·nH2O,n=0或2,分别代表脱水和水化状态。
埃洛石具有球形、片状和管状结构,管状结构最为普遍[2]。
分子中的硅酸盐组成埃洛石纳米管的管层,管层向内卷二十几层形成管状结构(如图1所示)[3]。
管内径一般为15~100 nm,管长一般为500~1000 nm[4],层间距为10 ?[2]。
分子含有的水分子位于层间。
在100 ℃下,层间水分子可脱去,脱水埃洛石纳米管的层间距缩小为7 ?。
这个过程不可逆。
图1 管层内卷形成的管状结构二、独特的管状结构埃洛石纳米管管层的内部结构如图2所示,管层细分还可分为a,b两层[5]。
a层中,每4个O原子堆积形成1个四面体,Si原子填充在四面体中心,形成以Si原子为中心的硅氧四面体(如图2右上角所示)。
这种四面体上方的3个O原子分别与相邻的3个硅氧四面体共用顶点,这样四面体之间彼此连接(如图2上部俯视图所示),形成一个平面层。
四面体的另一个O原子朝下,参与b层的形成。
b层中,每6个O原子排列形成1个八面体,Al原子填充在八面体中心,形成以Al原子为中心的铝氧八面体(如图2右下角所示)。
每个铝氧八面体通过共用3条边与旁边的3个铝氧八面体连接,形成铝氧八面体层(如图2下部俯视图所示)。
a层中硅氧四面体向下的O原子与b层的铝氧八面体共用顶点(如图2左侧下部所示),两层就这样形成一个完整的埃洛石层。
在b层中每个铝氧八面体的下方,有3个顶点上的氧连有H原子,形成Al—OH羟基基团,氢指向层间(如图2左侧上部所示)。
图2 埃洛石晶体结构埃洛石纳米管就是由这种内含双层的片卷成的。
碳纳米管定义
碳纳米管定义
碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料,具有管状结构。
它的直径通常在纳米尺度(纳米级别为1100纳米)范围内,
长度可以从纳米到微米级别。
碳纳米管的结构可以分为单壁碳
纳米管和多壁碳纳米管两种。
单壁碳纳米管由一个原子薄的石墨单层卷曲而成,形成一个
管状结构。
单壁碳纳米管的墙壁由碳原子构成,以六边形的芳
香环排列。
其典型特点是具有高强度、高导电性、高热导率和
良好的力学性能。
多壁碳纳米管由多个同心圆层组成,每个层均由碳原子六边
形结构构成,层与层之间的间距一般为0.34纳米。
多壁碳纳米管具有类似于单壁碳纳米管的特性,但其力学性能和导电性能
相对较差。
碳纳米管具有独特的物理和化学性质,广泛应用于材料科学、电子学、能源储存和传感器等领域。
由于其独特的结构和性能,碳纳米管在电子器件中可以用作纳米导线、场发射器件、纳米
传感器等。
此外,碳纳米管还被研究用于制备高性能锂离子电池、超级电容器和光催化材料等。
相信随着科学技术的不断发展,碳纳米管将在更多领域发挥重要作用。
碳纳米管的作用
碳纳米管的作用嘿,大伙儿,今儿咱们聊聊个神奇玩意儿——碳纳米管,这玩意儿听起来就高大上,但其实它跟咱们生活还挺近的,只不过平时它爱穿隐身衣,咱们看不见罢了。
想象一下,如果你手里拿着一根细得不能再细的线,细到比头发丝还细成千上万倍,而且这根线还超级强韧,比钢铁还硬,但重量却轻如鸿毛,那你会怎么想?没错,这就是碳纳米管,科技界的“隐形大力士”。
首先说说它的颜值吧,别看它细得跟空气似的,其实它长得还挺有型的。
你可以把它想象成一根根细长的、卷曲的黑色丝带,或者是微型版的迷宫管道,只不过这管道是碳原子手拉手、肩并肩排列成的,紧密得不得了。
这种结构让它拥有了超乎想象的强度和稳定性,简直就是自然界的奇迹。
说到作用,嘿,碳纳米管可真是个多面手。
在高科技领域,它是炙手可热的明星。
比如,在电子产品里,它就像个超级导体,能让电流跑得飞快,还不怎么发热,这样一来,咱们的手机、电脑就能更省电、更凉快地工作了。
再比如,在航空航天领域,碳纳米管被用来打造更轻、更强的材料,让飞机、火箭飞得更高、更远,就像给它们装上了隐形的翅膀。
除了这些高大上的应用,碳纳米管在咱们日常生活中也有不少小妙用。
比如,在医疗领域,科学家们正在研究用碳纳米管来制作更精准的手术刀和药物输送系统,让手术更安全、更有效。
想象一下,未来有一天,你生病了,医生用一把几乎看不见的“纳米刀”在你身体里轻轻一挥,病痛就烟消云散了,是不是很神奇?还有啊,碳纳米管还是环保小能手呢。
因为它超强的吸附能力,可以用来净化水源和空气,把那些看不见的污染物都一网打尽。
这样一来,咱们喝的水更清了,呼吸的空气也更新鲜了,生活质量自然就上来了。
当然啦,碳纳米管的应用还远不止这些。
随着科技的进步和研究的深入,它的潜力还会被不断挖掘出来。
也许有一天,你会发现家里的墙壁、地板、甚至衣服都是用碳纳米管做的呢!到时候咱们的生活肯定会变得更加便捷、更加美好。
总之啊,碳纳米管这个“隐形大力士”虽然平时不显山露水,但它的作用却是实实在在的。
低维材料之碳纳米管
五、碳纳米管复合材料
可以与金属,无机陶瓷材料,有机 高聚物复合,应用广泛
理想的工艺条件:氦气为载气,气压 60—50Pa,电流60A~ 100A,电压19V~25 V,电极间距1 mm~4mm,产率50%。 Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。
• 使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单,但是生成的碳纳米管与C60 等产物混杂在一起,很难得到纯度较高的碳纳米管,并且得到的往往都是 多层碳纳米管,而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该 方法反应消耗能量太大。有些研究人员发现,如果采用熔融的氯化锂作为 阳极,可以有效地降低反应中消耗的能量,产物纯化也比较容易。
结构复合材料:碳纳米管复合材料基于 纳米碳管的优良力学性能可将其作为结 构复合材料的增强剂。 研究表明,与无机复合明显提高韧性, 有机聚合物复合提高强 度。环氧树脂和 纳米管之间可形成数百MPa 的界面强度。 功能复合材料:基于碳纳米管优良的导 电,导热,吸波,介电,储氢功能
六、碳纳米管应用
• 碳纳米管可以制成透明导电的薄膜,用以代替ITO(氧化铟锡)作为触摸屏的材料。先前的技术中, 科学家利用粉状的碳纳米管配成溶液,直接涂布在PET或玻璃衬底上,但是这样的技术至今没有进 入量产阶段;目前可成功量产的是利用超顺排碳纳米管技术;该技术是从一超顺排碳纳米管阵列中 直接抽出薄膜,铺在衬底上做成透明导电膜,就像从棉条中抽出纱线一样。
碳纳米管
碳纳米管的分类
• 碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成,因此按照石墨烯片的层数可分为:单壁碳纳 米管和多壁碳纳米管,多壁管在开始形成的时候,层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获 各种缺陷,因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比,单壁管直径大小 的分布范围小,缺陷少,具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在0.6-2nm,多壁管最 内层可达0.4nm,最粗可达数百纳米,但典型管径为2-100nm。
纳米管技术的研究与应用
纳米管技术的研究与应用近年来,随着人类对微观世界认识的不断深入,纳米材料的研究和应用逐渐成为了前沿领域。
而纳米管技术则是其中备受关注的一个方向。
本文将从纳米管技术的特点、制备方式、研究领域以及在实际应用中的潜力等方面进行详细论述,以期为读者增加对纳米管技术的了解。
一、纳米管技术的特点纳米管是一种直径在纳米级别、长度则可达到微米或甚至更长的管状物。
其最大的特点在于其结构的特殊性。
纳米管由于具有很小的直径,在表面较大的情况下,具有很好的导电性和导热性。
同时,纳米管也具有很好的可控性和可调节性,这为其在储能、传感、催化和传输等领域的应用提供了可能。
二、纳米管的制备方式当前,制备纳米管的方法主要有两种。
一种是物理法,包括电化学法、原子力显微镜法和等离子体等研究方法。
这些方法在研究和应用中都有很好的效果,但是其制备精度和成本都相对较高。
另一种则是化学法制备。
这种方法可以通过细胞外、基底薄膜或气-液-固三相界面法来制备纳米管。
这种方法不仅成本较低,而且还具有制备精度高和可控性强等优点。
各种制备方法各有特点,需要根据不同的需要和应用来选择。
三、纳米管技术的研究领域纳米管技术的研究领域非常广泛。
如:1、电子学领域。
纳米管在电子学领域的应用是目前最广泛的。
由于很好的导电性和导热性,纳米管可以用于芯片电路、储存器、传感器等领域。
同时,纳米管的尺寸一致性和稳定性也比一般材料要好,可以使器件稳定性更佳。
2、生物医学领域。
纳米管在医学领域的应用涉及生物传感、药物输送、治疗和诊断等多个方面。
纳米管具有较大的比表面积、良好的生物相容性和可调节性,可以在体内传输药物,分析和诊断问题等。
3、化学分析领域。
纳米管的表面积很大,所具有的独特物理和化学性质可以被用于化学分析的领域。
比如,在气体传感器、化学传感器中,纳米管可以通过表面改性来检测和分析某些物质。
四、纳米管技术的应用潜力随着纳米管技术的发展,其在各个领域的应用前景也不断扩大。
硅纳米管的结构
硅纳米管的结构
一、引言
硅纳米管是一种具有特殊性质的纳米材料,其应用领域涵盖了电子学、生物医学等多个领域。
本文将详细介绍硅纳米管的结构。
二、硅纳米管的概述
硅纳米管是一种由硅原子构成的管状结构,其直径通常在1-100纳米
之间。
它们可以通过化学气相沉积、电子束蒸发等方法制备。
三、单壁硅纳米管的结构
单壁硅纳米管是由单层原子层组成的圆柱体,其直径为几个到几十个
纳米。
它们可以分为两种类型:单壁碳纳米管和单壁硼氮化物纳米管。
在单壁硅纳米管中,每个硅原子都与四个相邻的原子形成键合。
四、多壁硅纳米管的结构
多壁硅纳米管是由多层原子层组成的圆柱体,其直径为几十到几百个
纳米。
每一层都有不同的晶格定向,因此它们具有不同的电学性质。
五、硅/碳复合材料中的硅纳米管结构
硅/碳复合材料中的硅纳米管是由硅和碳原子共同构成的管状结构。
这种结构可以通过化学气相沉积等方法制备,具有优异的力学性能和电
学性能。
六、硅纳米管的应用
硅纳米管具有优异的电学性能、光学性能和力学性能,因此在电子学、生物医学等领域有着广泛的应用。
例如,在生物医学领域,硅纳米管
可以作为药物载体,用于治疗癌症等疾病。
七、总结
本文详细介绍了硅纳米管的结构及其应用领域。
随着科技的不断发展,相信硅纳米管在更多领域中将发挥重要作用。
几种纳米管的介绍
几种纳米管的介绍许文贞 vincent.xu.chn@当今纳米科学技术发展迅速,其中纳米管技术的发展尤为突出,纳米管已构成纳米材料中的一个非常重要的类别。
纳米管技术发展至今,已经由最早的碳类纳米管发展至今天的各类化学元素的纳米管,例如有氧化钛纳米管、钛酸盐纳米管、硅纳米管等其他类型纳米管。
因此本文将选取几种纳米管材料,有碳纳米管、TiO 2纳米管、CdS 纳米管以及硅纳米管四种纳米管,对其性质和应用做简单介绍。
1. 碳纳米管碳纳米管(carbon nanotubes ,CNTs)于1991年由NEC (日本电气)筑波研究所的Iijima 首次发现。
碳纳米管由于其独特的结构和奇特的物理,化学和力学特性以及其潜在的应用前景而倍受人们的关注,并迅速在世界上掀起了一股研究的热潮。
碳纳米管的结构见图1。
碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
1.1 力学性质 碳纳米管具有良好的力学性能,CNTs抗拉强度达到50~200GPa ,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达1TPa ,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的5倍。
对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管,其抗拉强度约800GPa 。
碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。
碳纳米管的硬度与金刚石相当,却拥有良好的柔韧性,可以拉伸。
2000年10月,美国宾州州立大学的研究人员称,碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍,重量却只有后者的1/6到1/7。
碳纳米管因而被称“超级纤维”。
另外碳纳米管具有良好的韧性。
碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状,表现出良好的韧性。
这启示人们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧,用在汽车、火车上作为减震装置,能够大大减轻重量。
此外,碳纳米管的熔点是目前已知材料中最高的。
一种天然纳米材料——埃洛石纳米管
一种天然纳米材料——埃洛石纳米管大家对纳米管的概念不陌生吧?纳米管比人的头发丝还要细1万倍。
本文介绍一种天然纳米管材料—埃洛石纳米管,包括它的结构特点,并举例介绍它在吸附、催化方面的应用原理,供一线高中教师选用于教学。
一、一种硅铝酸盐矿物埃洛石(Halloysite,常缩写为HNTs)是一种硅酸盐矿物,分子式可以表示为Al2Si2O5(OH)4·nH2O,n=0或2,分别代表脱水和水化状态。
埃洛石具有球形、片状和管状结构,管状结构最为普遍[2]。
分子中的硅酸盐组成埃洛石纳米管的管层,管层向内卷二十几层形成管状结构(如图1所示)[3]。
管内径一般为15~100 nm,管长一般为500~1000 nm[4],层间距为10 ?[2]。
分子含有的水分子位于层间。
在100 ℃下,层间水分子可脱去,脱水埃洛石纳米管的层间距缩小为7 ?。
这个过程不可逆。
图1 管层内卷形成的管状结构二、独特的管状结构埃洛石纳米管管层的内部结构如图2所示,管层细分还可分为a,b两层[5]。
a层中,每4个O原子堆积形成1个四面体,Si原子填充在四面体中心,形成以Si原子为中心的硅氧四面体(如图2右上角所示)。
这种四面体上方的3个O原子分别与相邻的3个硅氧四面体共用顶点,这样四面体之间彼此连接(如图2上部俯视图所示),形成一个平面层。
四面体的另一个O原子朝下,参与b层的形成。
b层中,每6个O原子排列形成1个八面体,Al原子填充在八面体中心,形成以Al原子为中心的铝氧八面体(如图2右下角所示)。
每个铝氧八面体通过共用3条边与旁边的3个铝氧八面体连接,形成铝氧八面体层(如图2下部俯视图所示)。
a层中硅氧四面体向下的O原子与b层的铝氧八面体共用顶点(如图2左侧下部所示),两层就这样形成一个完整的埃洛石层。
在b层中每个铝氧八面体的下方,有3个顶点上的氧连有H原子,形成Al—OH羟基基团,氢指向层间(如图2左侧上部所示)。
图2 埃洛石晶体结构埃洛石纳米管就是由这种内含双层的片卷成的。
多壁碳纳米管
多壁碳纳米管
多壁碳纳米管(multiwall carbon nanotube)是一种由多层碳原子所构成的结构,其在近些年来受到了广泛关注,其中研究者发现它的优异的物理和化学性能,此外,它的宽范围的用途也使其成为了一种新兴的材料。
多壁碳纳米管有着单层碳纳米管的相同的优点,由结构形成的空心的“管”结构的新的能力。
多壁碳纳米管的优点主要包括低密度较高的强度和刚度,以及能够迅速吸热散热的能力。
另外,它能够在非常高的温度和压力下进行半导体交流,使之成为了一种很有前景的晶体材料。
多壁碳纳米管的应用也很广泛,它主要用于工业电子器件、电池、传感器和电磁介质中。
与其他一些传统碳材料相比,多壁碳纳米管具有更高的电导率和抗老化性能,尤其是抗氧化性,具有优良的热性能。
最近的研究发现,多壁碳纳米管还可以用于药物控释和生物传感,以及量子计算器、通信端口等,看来多壁碳纳米管把它们用到建筑和制造业以及能源和环境管理等更多行业中。
在当今这个充满竞争的时代,多壁碳纳米管技术的发展正让人眼前一亮,它的出现必将推动我们的经济和环境的发展,使得大自然受到越来越多的关注,给人们带来更美好的未来。
埃洛石纳米管 cas
埃洛石纳米管 cas
埃洛石(Erolaite)是一种稀有的矿物,属于硫化物矿物。
它
的化学式为FeNbS2,含有铁(Fe)、铌(Nb)和硫(S)元素。
埃
洛石通常呈现出黑色,具有金属光泽。
它的结晶结构属于正交晶系。
埃洛石在自然界中相对较少见,主要以微小的颗粒形式存在于硫化
铌矿石中。
纳米管是一种纳米材料,指的是直径在纳米尺度(一舃米的十
亿分之一)范围内,长度远远大于直径的管状结构。
纳米管可以由
碳纳米管、硅纳米管等材料构成,具有独特的电学、光学和力学性质,因此在纳米技术和纳米材料领域具有重要的应用价值。
CAS号是化合物的注册号,由化学抽象服务(Chemical Abstracts Service)分配。
埃洛石的CAS号为12011-69-1。
而纳
米管的CAS号则取决于其具体材料,例如碳纳米管的CAS号为308068-56-6。
从化学成分到结构特征,再到CAS号的解释,我希望我能够全
面回答了你的问题。
如果你还有其他相关问题,欢迎继续提出。
多壁碳纳米管电镜描述
多壁碳纳米管电镜描述
多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)是
一种由多层同心圆形碳纳米管组成的纳米材料。
电子显微镜是一种
用来观察微小物体的仪器,其中透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)和扫描电子显微镜(scanning
electron microscope,SEM)是常用于观察纳米结构的工具。
在电子显微镜下观察多壁碳纳米管,可以看到其具有多层同心
圆形结构。
通过TEM,可以获得更高分辨率的图像,能够清晰地显
示出多壁碳纳米管的层间距和层间结构。
而SEM则可以提供更广阔
的观察范围,能够展现出多壁碳纳米管的整体形貌和结构特征。
除了形貌特征,电子显微镜还可以用于观察多壁碳纳米管的尺寸、形状、结晶度以及表面特性等。
通过电子显微镜的观察,可以
对多壁碳纳米管的结构和性质进行深入分析和研究,为其在材料科学、纳米技术等领域的应用提供重要的参考和支持。
总的来说,电子显微镜可以为我们提供关于多壁碳纳米管形貌、结构和性质等方面的详细信息,有助于深入理解和研究这一纳米材
料的特性和应用潜力。
单分子纳米管
单分子纳米管一、什么是单分子纳米管呢?嘿嘿,这单分子纳米管啊,就像是微观世界里超级酷的小管道。
它是由单个分子组成的纳米级别的管状结构哦。
想象一下,在我们肉眼看不到的微小世界里,这些分子就像小小的建筑工人,精准地搭建出这样神奇的管子。
这管子的直径超级小,是纳米级别的呢,纳米可是非常非常小的单位,小到我们难以想象。
它就像微观世界里的秘密通道,有着独特的性质。
二、单分子纳米管的特性1. 它的尺寸小到令人惊叹。
因为是单分子组成的,所以在纳米尺度下有着精确的结构。
这种小尺寸带来了很多独特的物理和化学性质。
比如说,它的表面积与体积的比例非常大,这就使得它在吸附、催化等方面有着巨大的潜力。
就好像一个小小的空间里,却能容纳很多东西或者发生很多反应。
2. 单分子纳米管有着很好的导电性。
就像是微观世界里的小电线一样,可以在电子传输方面发挥重要的作用。
这对于一些电子设备的微型化可是非常关键的呢。
如果我们想要制造更小、更高效的电子元件,单分子纳米管说不定就是那个神奇的钥匙。
3. 它的机械性能也很特殊。
别看它小,却有着一定的强度和柔韧性。
就像微观世界里的小战士,既可以承受一定的压力,又能够弯曲而不断裂。
这在一些需要微观结构具备良好机械性能的领域,如纳米机械装置的制造,有着很大的应用前景。
三、单分子纳米管的应用1. 在电子领域。
可以用来制造超小型的晶体管等电子元件。
因为它的导电性好,尺寸又小,能够让电子设备变得更小更智能。
比如说我们的手机,如果使用了单分子纳米管技术,说不定能变得更加轻薄,性能还更强大呢。
2. 在生物医学方面。
可以用于药物的定向运输。
把药物装在单分子纳米管这个小小的“运输船”里,然后精准地送到病变的细胞那里。
就像给药物配备了一个精确的导航系统,避免对健康细胞的损害。
而且,还可以利用它的特殊性质来检测生物分子,比如检测血液中的某些特殊蛋白或者基因片段等。
3. 在材料科学中。
可以用来制造高性能的复合材料。
把单分子纳米管添加到其他材料中,就像给材料加了魔法一样,能够增强材料的强度、导电性、导热性等多种性能。
金属和半导体碳纳米管
金属和半导体碳纳米管碳纳米管,这名字听起来是不是很酷?就像超级英雄的外号一样。
它们可不是普通的管子,哎呀,它们可有点特别。
想象一下,像细长的意大利面,或者说是微型的筷子,给你一种又细又强的感觉。
科学家们发现,碳纳米管有金属和半导体两种“性格”,简直就是科技界的“双面间谍”。
一方面,金属型的碳纳米管在导电性上可谓是无与伦比,像闪电一样迅速。
谁说电流只能在铜线里跑?这些小家伙可是把电流送得飞快,嘿,简直是电流界的飞毛腿。
而半导体型的碳纳米管呢?哦,那就更有意思了。
这种类型的碳纳米管就像有了情绪的变色龙,可以根据环境变化来调节自己的导电能力。
它们可是灵活的家伙,真是能在不同的条件下变幻莫测。
就像是你在选择喝咖啡还是喝茶,心情好就来杯咖啡,心情一般就喝茶。
碳纳米管就能做到这一点。
它们可以用在电子产品中,听上去是不是很厉害?科技公司对它们可是爱得不得了,想想看,手机里如果有了这种半导体材料,速度快到飞起,反应灵敏得像猫一样。
再说说它们的强度,真是让人惊叹。
碳纳米管的强度比钢铁还要高,简直就像是把小超人放在你的工具箱里。
谁说科学不能和力量结合?这东西在材料科学上的应用可多得很。
建筑、航天、甚至是日常生活中,都能见到它们的身影。
想象一下,如果用碳纳米管来制造汽车的车身,那轻便又结实,开起来绝对是一种享受,哇,谁不想开一辆这样的车呢?说到应用,这还真是个大话题。
碳纳米管在电池、太阳能电池板以及传感器方面的潜力可不是一般的大。
你可能会问,这些小家伙到底能干什么?简单来说,电池要是能用上它们,充电的速度就像快递小哥一样迅速,瞬间搞定。
不再需要等上几个小时,谁还愿意等?太阳能电池板用上碳纳米管,能把太阳的能量转化得更高效,像个小能量工厂,真是环保又省钱。
碳纳米管的研究可不是轻而易举的事。
科学家们可是下了不少功夫,反复实验,摸索各种不同的方法。
实验结果让人心情跌宕起伏,像过山车一样刺激。
不过嘛,科学就是这样,有时候需要点耐心和毅力,就像追剧一样,越追越上瘾。
多通纳米管
多通纳米管嗨,小伙伴们!今天咱们来聊聊多通纳米管这个超酷的东西。
一、啥是多通纳米管呢?这多通纳米管啊,听名字就感觉很厉害。
它是纳米级别的管道,而且还不是那种普通的单通道的,是多通道的呢。
想象一下,就像咱们住的房子有好多房间,每个房间都有自己的通道进出,多通纳米管就有点像这样的结构。
它的尺寸超级小,小到我们肉眼根本看不到,要用很高级的仪器才能观察到它的模样。
这种纳米管在很多领域都有着非常重要的作用。
二、多通纳米管的神奇之处1. 在医学领域它可以用来做药物运输的小能手。
因为它的尺寸小,能够很容易地进入人体细胞内部。
比如说,有些药物对正常细胞也有一定的损害,但是如果把这些药物放在多通纳米管里面,就可以精准地把药物送到病变的细胞那里,就像给药物装了个导航系统,直接把药物送到该去的地方,这样就能减少对正常细胞的伤害啦。
还能用于组织工程呢。
它可以为细胞的生长提供一个很好的支架,就像盖房子的框架一样,细胞可以在这个框架上慢慢生长、繁殖,最后形成我们需要的组织。
2. 在材料科学领域多通纳米管可以用来增强材料的性能。
比如在一些复合材料中加入多通纳米管,就像在水泥里加了钢筋一样,可以让材料变得更坚固、更耐用。
它还能改变材料的电学性能。
如果把多通纳米管添加到一些导电材料中,可能会让这些材料的导电性能更好,或者产生一些特殊的电学现象,这对于制造一些高科技的电子元件是非常有用的。
三、多通纳米管的制造制造多通纳米管可不是一件简单的事情。
科学家们需要使用一些特殊的方法。
1. 化学气相沉积法这种方法就是让一些气体在高温和催化剂的作用下发生化学反应,然后在基底上沉积出多通纳米管。
就像是用气体来画画,最后画出多通纳米管的形状。
不过这个过程需要精确地控制温度、气体的流量和成分等各种因素,只要有一点没控制好,可能就做不出理想的多通纳米管了。
2. 模板合成法这就好比我们做蛋糕用模具一样。
先有一个模板,然后在模板里面填充一些物质,经过一系列的处理后,把模板去掉,就得到了多通纳米管。
锯齿型碳纳米管
锯齿型碳纳米管一、锯齿型碳纳米管是什么鬼?嗨,宝子们!今天咱们来唠唠这个锯齿型碳纳米管。
这玩意儿可神奇啦,就像是纳米世界里的一种独特小怪兽。
想象一下,碳纳米管本来就超级小,小到我们用肉眼根本看不到。
而这个锯齿型的呢,它的结构就像是那种锯齿一样,不是那种规规矩矩的形状哦。
它的这种特殊结构就赋予了它一些很独特的性质。
比如说,在电学方面,它可能就和普通的碳纳米管有着不一样的表现。
就好像同样是超级英雄,有的超级英雄擅长飞,有的超级英雄擅长力气大,这锯齿型碳纳米管在电学这个战场上就有着自己独特的超能力。
从化学角度来看呢,它和其他物质的反应也可能因为这个特殊的结构而变得很有趣。
它可能就像一个很挑剔的小客人,只和某些特定的分子玩得好,和其他分子就不怎么来电。
而且呀,这种锯齿型的结构还可能影响它的机械性能呢。
说不定它比普通的碳纳米管更加坚固,就像一个小小的硬汉,能在各种复杂的环境里屹立不倒。
二、锯齿型碳纳米管的研究进展宝子们,科学家们对锯齿型碳纳米管的研究可没少下功夫。
他们用各种超级高大上的仪器去探测这个小小的家伙。
比如说,用那些能看到原子级别的显微镜,就像给锯齿型碳纳米管拍超级特写一样,把它的每一个小细节都看清楚。
在研究过程中,科学家们发现了很多有趣的现象。
比如说,在不同的温度下,锯齿型碳纳米管的性能会发生变化。
有时候温度升高一点,它就像一个被点燃热情的小火苗,变得更加活跃;有时候温度降低一点,它又像是进入冬眠的小动物,变得安静又沉稳。
而且,研究人员还在探索如何利用它的特殊性能来做一些超级酷的事情。
比如把它应用到电子设备里,让我们的手机、电脑之类的变得更小、更强大,就像给它们注入了一股神秘的力量。
三、锯齿型碳纳米管的未来展望咱就大胆畅想一下未来呗。
我觉得锯齿型碳纳米管说不定会成为未来科技的一颗超级明星。
它可能会被用在新能源的开发上。
比如说,在电池领域,它能让电池的续航能力变得超强,这样我们就再也不用担心手机没电啦。
碳纳米管的微观结构
碳纳米管的微观结构
碳纳米管是一种由碳原子构成的微观结构。
它的存在形态分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
单壁碳纳米管是由一个或几个石墨烯层卷成管状物而成。
在其构成中,碳原子呈带有六个角的六边形基元构成。
其结构独特,具有很强的机械性能,化学反应活性强以及电学和热学特性等。
单壁碳纳米管的直径通常在1-2纳米左右,长度则可以达到数微米甚至大于10微米。
由于其特殊的性质,单壁碳纳米管广泛应用于催化、电极材料、生物传感器、航空航天等领域。
多壁碳纳米管是由若干个同轴石墨烯管层堆叠而成,它的结构形态比单壁碳纳米管更加复杂。
多壁碳纳米管的直径通常在20-200纳米之间,壁的数目和厚度也不尽相同。
多壁碳纳米管的性质和应用也与单壁碳纳米管有所不同,例如在电化学储能材料、复合材料、催化剂载体等领域中具有重要的应用前景。
碳纳米管的微观结构是一项十分重要的研究领域。
通过对其结构和性质的深入理解,可以为其应用提供更加精确的设计和性能优化。
同时,也能为石墨烯、碳纳米材料等相关领域的研究提供重要的参考和指导。
为了更好地发掘其潜在价值,我们需要进一步了解碳纳米管的微观结构,并不断推动相关领域的研究工作。
什么是纳米管
什么是纳米管纳米管比人的头发丝还要细1万倍,而它的硬度要比钢材坚硬100倍。
它可以耐受6500°F(3593℃)的高温,并且具有卓越的导热性能。
纳米管既可以用作金属导电体,比金的导电性高得多,也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体。
纳米管在极低的温度下还具有超导性。
神奇的纳米管不久前,我国科学家在一种功能材料上创造了一项世界纪录。
这就是成功地制造出三毫米长的超长定向碳纳米管列车,长度列于世界之最。
? 碳纳米管是一种奇异分子,它是使用一种特殊的化学气相方法,使碳原子形成长链来“生长”。
出的“超细管子”,细到5万根并排起来才有一根头发丝宽。
这种又长又细的分子,人们给它取个计量单位“纳米”(百万分之一毫米)的名字,叫“纳米管”。
尽管碳纳米管在理论上可长到几公里而不断,但人们已用多种方法制备的碳纳米管,最长也只有一二百微米。
我国科学家另辟蹊径,创造性地制出了3毫米长的碳纳米管,把长度增加了上万倍。
碳纳米管有着不可思议的强度与韧性,重量却极轻,导电性极强,兼有金属和半导体的性能;把纳米管组合起来,比同体积的钢强度高100倍,重量却只有1/6。
一次,莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度,将少量纳米管置于29Kpa的水压下(相当于水下18000千米深的压力)做实验。
不料,未加到预定压力的1/3,纳米管就被压扁了。
他们马上卸去压力,它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。
于是,科学家得到启发,发明了用碳纳米管制成像低一样薄的弹簧,用作汽车或火车的减震装置,可大大减轻车辆的重量。
更令人惊奇的是,最近美国、中国、法国和巴西科学用精密的电子显微镜测量纳米管在电流中出现的摆动频率时,发现可以测出纳米管上极小微粒引起的变化,从而发明了能称量亿亿分之二百克的单个病毒的“纳米秤”。
这种世界上最小的秤,为科学家区分病毒种类,发现新病毒作出了贡献。
在航天事业中,利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳,不仅可以为卫星供电,还可以耐受很高的温度而不会烧毁。
纳米管的应用
纳米管的应用引言:纳米技术是一项近年来备受关注的前沿科技,它通过对材料进行精确控制和调控,使得材料的性能得到极大的提升。
纳米管作为纳米技术的重要应用之一,具有许多独特的特性,被广泛应用于各个领域。
本文将从能源、电子、医疗和环境四个方面介绍纳米管的应用。
一、能源领域1. 太阳能电池:纳米管可以作为太阳能电池的光电转换层,通过对纳米管的表面进行功能化修饰,可以增强太阳能电池对光的吸收能力,提高电池的光电转换效率。
2. 锂离子电池:纳米管可以作为锂离子电池的电极材料,其高比表面积和优异的电化学性能使得电池的容量和循环寿命得到显著提升。
二、电子领域1. 纳米管场效应晶体管:纳米管可以用来制作场效应晶体管,由于其极小的尺寸和优秀的电子输运性能,纳米管场效应晶体管在集成电路中具有广阔的应用前景。
2. 柔性电子器件:纳米管可以制备成柔性电子器件,用于制作柔性显示屏、可穿戴设备等,具有重量轻、透明度高、可弯曲性强等优点。
三、医疗领域1. 肿瘤治疗:纳米管可以作为载药体用于肿瘤治疗,通过调控纳米管的孔隙结构和表面性质,可以实现药物的靶向输送,提高治疗效果,减少副作用。
2. 生物传感器:纳米管可以用来制作生物传感器,通过修饰纳米管表面的生物分子,可以实现对生物分子的高灵敏检测,用于疾病的早期诊断和监测。
四、环境领域1. 污水处理:纳米管可以用来制备纳米复合材料,具有高效吸附和催化降解的特性,可应用于污水处理,去除水中的有害物质。
2. 空气净化:纳米管可以制备成纳米过滤膜,具有高效的分离性能,可用于空气净化,去除空气中的颗粒物和有害气体。
结论:纳米管作为纳米技术的重要应用之一,在能源、电子、医疗和环境领域具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和突破,相信纳米管的应用将会得到进一步的扩展和深化,为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
短碳纳米管
短碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料,其径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,管子两端基本上都封口。
它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。
层与层之间保持固定的距离,约0.34nm,直径一般为2\~20nm。
短碳纳米管的发现是在1991年,由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产碳纤维的产物中发现的。
按照管子的层数不同,短碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
这种材料具有优异的力学、电学和化学性能,吸引了材料、物理、电子、化学等领域众多科学家的关注,成为国际新材料领域的研究前沿和热点。
以上信息仅供参考,如有需要,建议查阅相关网站。
碳纳米管的优势
1.力学性能:具有极高的弹性和韧性,杨氏模量是钢的近6倍、抗拉强度是钢的100倍,也是目前自然界中比强度最高的材料。
2.电学性能:导电性显著优于石墨烯、炭黑等材料,且管径越细、长度越长,导电性越好。
3.导热性能:极高的导热率,室温下导热率是金刚石的2倍。
轴向导热性能优、径向导热较差,可合成各向异性的导热材料。
4.化学稳定性:具有耐酸性、耐碱性,在高分子复合材料中添加碳纳米管可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能。
5.嵌锂性能优异:碳纳米管的中空管腔、管与管之间的间隙、管壁中层与层之间的空隙及管结构中的各种缺陷,为锂离子提供了丰富的存储空间和运输通道。
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and makes this animal the longest living rodent. NMRs show negligible senescence, no age-related increase in mortality, and high fecundity until death 2. In addition to delayed aging, NMRs are resistant to both spontaneous cancer and experimentally induced tumorigenesis 3,4. NMRs pose a challenge to the theories that link aging, cancer and redox homeostasis. Although characterized by significant oxidative stress 5, the NMR proteome does not show age-related susceptibility to oxidative damage nor increased ubiquitination 6. NMRs naturally reside in large colonies with a single breeding female, the “queen,” who suppresses the sexual maturity of her subordinates 11.NMRs also live in full darkness, at low oxygen and high carbon dioxide concentrations 7, and are unable to sustain thermogenesis 8 nor feel certain types of pain 9,10. Here we report sequencing and analysis of the NMR genome, which revealed unique genome features and molecular adaptations consistent with cancer resistance, poikilothermy, hairlessness, altered visual function, circadian rhythms and taste sensing, and insensitivity to low oxygen. This information provides insights into NMR’s exceptional longevity and capabilities to live in hostile conditions, in the dark and at low oxygen. The extreme traits of NMR, together with the reported genome and transcriptome information, offer unprecedented opportunities for understanding aging and advancing many other areas of biological and biomedical research.We applied a whole genome shotgun strategy to sequence the genome of an individual male NMR (Table 1 and Supplementary Tables 1-3). The sequencing depth of 98.6% of the genome assembly was higher than 20X (Supplementary Fig. 1-4). The mitochondrial genome was also assembled. Approximately 25% of the NMR genome was represented by transposon-derived repeats, which is lower than in other mammals (40% in human, 37% in mouse, and 35% in rat genomes) (Supplementary Tables 4 and 5, Supplementary Fig. 5-7).The predicted NMR gene set included 22,561 genes (Table 1 and Supplementary Table 6),which is comparable to other mammals (e.g., 22,389 in human, 23,317 in mouse, and 22,841in rat). Among these, 21,394 (94.8%) genes were transcribed (based on the RNA-seq data for 7 organs). More than 98% of NMR genes could be functionally annotated through homology approaches (Supplementary Table 7), and the quality of predicted genes wascomparable to that of well-annotated mammalian genomes (Supplementary Tables 6 and 8and Supplementary Fig. 8).Most of the NMR genome (93%) showed synteny to human, mouse, or rat genomes(Supplementary Table 9), and pairwise comparisons suggested a relatively low rate of NMRgenome rearrangements after the split from the murid common ancestor. We definedcommon synteny blocks in human, mouse, rat and NMR genomes and identified segmentalduplications and lineage-specific indels (Supplementary Tables 10 and 11 andSupplementary Fig. 9). By analyzing single-copy orthologous groups, we constructed aphylogenetic tree involving NMR and other mammals (Fig. 1). As expected, NMR placedwithin rodents and its ancestor split from the ancestor of rats and mice approximately 73million years ago, whereas the ancestor of NMR, mouse and rat split from rabbitapproximately 86 million years ago. Thus, in spite of some exceptional traits of NMR, theoverall properties of its genome appeared to be similar to those of other mammals.Lineage-specific gene family expansions may be associated with the emergence of specificfunctions and physiology. Compared to other mammals, NMR showed a moderate numberof gene families under expansion and contraction (Fig.1b), including 96 NMR lineage-specific gene families (Fig. 2). Analysis of syntenic regions identified 750 gained and 320lost NMR genes (Supplementary Tables 12-14). At least 75.5% of gained genes showedevidence of transcription, and the lost genes were enriched for ribosome and nucleosidebiosynthesis functions (Supplementary Table 15). We also identified 244 pseudogenes,containing 183 frameshift and 119 premature termination events (Supplementary Tables 16and 17). Functional categories enriched for pseudogenes included olfactory receptor activityNIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author Manuscript(GO:0004984, P < 0.001, Fisher’s exact test, 36 genes), visual perception (GO:0007601, P =0.015, CRB1, CRYBB3, GNAT2, GRK7, GUCA1B , and PDE6H ), spermatogenesis (GO:0007283, P = 0.044, ADAM29, ADC , CCIN , CCT6B , DEDD , OAZ3, and SHBG ), and possibly RING domain (SM00184, P = 0.142, CNOT4, KCNRG , RNF5, TRIM17, TRIML1,and ZSWIM2). The enrichment in the visual perception category appears to underlie the evolution of poor vision in NMR, whereas many RING domain-containing proteins act as ubiquitin ligases 12. The levels of ubiquitinated proteins in NMRs are lower than in mice and,unlike those in mice, do not change significantly with age 6.Identification of genes that have undergone positive selection in the NMR lineage can provide useful pointers to the evolution of its unique traits. 45 genes (0.4%) were identified as positively selected in the NMR lineage at the false discovery rate (FDR) of 0.01 and 141genes (1.2%) at the FDR of 0.05 (Supplementary Table 18). 12 out of the 45 genes (corresponding to the FDR of 0.01) passed a strict manual inspection for the alignment quality. In comparison, 0.7% of genes were predicted to be positively selected in the human lineage from high quality alignments and using ROM correction for multiple testing 13.Interestingly, our set included TEP1 encoding a telomerase component and TERF1, a telomeric repeat binding factor identified at the FDR of 0.05 (Supplementary Fig. 10).TERF1 gene product is one of six proteins contributing to the shelterin complex that shapes and protects telomeres 15 and that has been proposed to regulate telomere length 16.To gain further insights into biological processes that underlie the exceptional traits of NMR, we identified 39 NMR proteins containing 45 amino acid residues unique among orthologs present in 36 vertebrate genomes (Supplementary Table 19). This gene set included cyclin E1 (CCNE1), uncoupling protein 1 (UCP1) and γ-crystallin (CRYGS ), which are associated with G1/S transition during the cell cycle, thermogenesis and visual function,respectively. Noteworthy are also APEX1, a multifunctional DNA repair enzyme, RFC1,replication factor C, and TOP2A , a DNA topoisomerase that controls the topologic states ofDNA during transcription. This set also contained 8 genes designated as cancer-relatedgenes 14. Finally, TOP2A , along with TEP1 and TERF1 from the set of positively selectedgenes, are part of a 5-protein complex of alternate lengthening of telomere pathway 17.Overall, these analyses point to altered telomerase function in NMR, which may be relatedto the evolution of the extended lifespan and cancer resistance.We also identified 1.87 million heterozygous SNPs. This results in an estimated nucleotidediversity (mean per nucleotide heterozygosity) of 7×10−4, which is much lower than inmouse and rat populations and is comparable to nucleotide diversity observed in humans.Transition nucleotide changes were observed twice more frequently than transversionsindicating that variant calls reproduce expected properties of natural variation in othermammals. The low level of nucleotide diversity may reflect a low effective size of NMRpopulation, but may also be due to a high level of inbreeding, a reduced mutation rate orhigh efficiency of the repair systems. The variation of diversity along the genome wasconsistent with inbreeding in the NMR population. In protein-coding regions of the genome,our analysis identified 10,951 non-synonymous and 8,616 synonymous SNPs. Their ratio ismuch higher than in other studied organisms, including human, which appears to signalrelaxation of purifying selection in NMR, potentially as a consequence of reduced effectivepopulation size. Finally, we analyzed context dependency of NMR SNPs (SupplementaryFig. 11). Relative rates of nucleotide changes and nucleotide context dependencies weresimilar to those observed in human polymorphism with the exception of a relative reductionof SNPs due to CpG mutations. This was caused by a combination of a relatively low CpGdensity in the NMR genome and a higher fraction of CpG di-nucleotides within CpG islandscompared to the human genome. CpG density was only 0.19 of the expected under GCcontent, which is lower than in human, dog and panda genomes, but is similar to the mouseNIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author Manuscriptgenome. However, in comparison to mouse, a higher fraction of CpG di-nucleotides was concentrated in CpG islands. CpG di-nucleotides within CpG islands contribute less to genetic variation because of lower methylation rate and possibly also due to selection.Long lifespan is a key feature of NMR. To study aging and longevity, we obtained RNA-seq data for brain, liver and kidney of newborn, young adult (4-year old) and old adult (20-year old) NMRs (Supplementary Table 20). In contrast to other mammals, few genes showed differential expression between 4 and 20 year old NMRs, especially in the brain (Supplementary Tables 21-23). A recent study identified 33 under-expressed and 21 over-expressed genes in the human brain during aging 18. Of these, 32 genes did not show consistent expression changes with aging in NMR, 30 had stable expression and 2 changed in the opposite direction compared to human brain (Supplementary Table 21). For example,CYP46A1 and SMAD3 were down-regulated in the human brain, but showed elevated expression in the NMR brain. The product of CYP46A1 gene is a mediator of cholesterol homeostasis that influences the tendency of A β to aggregate. The product of SMAD3 is a modulator of TGF-β signaling, playing a role in cancer development by slowing down the rate of cell proliferation. Elevated expression of SMAD3 in NMR during aging may help optimize the rate of cell death, protecting NMRs from cancer.A previous meta-analysis of age-related gene expression in mice, rats and humans revealed 56 consistently overexpressed and 17 underexpressed genes 19. However, many of these genes did not show the same expression changes, suggesting that different regulatory mechanisms may underlie NMR longevity (Supplementary Tables 22 and 23). For example,genes related to degradation of macromolecules, such as GSTA1, DERL1, and GNS, were not up-regulated with age in NMRs. We also found that genes encoding mitochondrial proteins (NDUFB11, ATP5G3, and UQCRQ ) were not down-regulated, consistent with stable maintenance of mitochondrial function during aging. It is also of interest that TERT (telomerase reverse transcriptase) showed stable expression regardless of age(Supplementary Fig. 12). This finding is consistent with the role of the telomerase complexhighlighted by positive selection on TEP1 and TERF1. Overall, transcriptome and sequencedata revealed different (compared to humans, mice and rats) patterns of NMR genes, whichmay underlie longevity mechanisms in this animal.Non-shivering thermogenesis is a major heat production process in mammals that mainlydepends on the action of UCP1, one of the 39 vertebrate genes that changed uniquely inNMR (Supplementary Table 19). UCP1 featured changes in amino acids Gln146, Arg263,Trp264 and Thr303, with the latter two residues being subject to positive selection (P <0.05, likelihood ratio test for the branch-site model, n = 30) and Arg263 and Trp264 locatedin the conserved nucleotide binding motif (Fig. 3a). With Arg-Trp in place of the rigid Gly-Pro in the key regulatory site, UCP1 is expected to lose the tight regulation by purinenucleotides as inhibitors and fatty acids as activators (Fig. 3b and 3c). The same loop alsofeatures two positively charged Lys residues followed by a negatively charged residue (alsoa unique combination), that should markedly affect the local electrostatic potential of UCP1.In addition, Gln146 replaced a conserved His involved in proton transport, and the samemutation was shown to decrease proton conductance of UCP1 five-fold 20. Thr303 is locatedin the C-terminal motif (RqTxDCxT) required for binding purine nucleotides 21. Takentogether, these observations indicate a tight association of UCP1 function with the uniquethermoregulation in NMR 22.In mammals, switches between light and dark periods affect synthesis of a hormonemelatonin, which modulates sleep and circadian rhythms. NMRs live in the natural darkhabitat and their pineal glands, where melatonin is synthesized, are characterized byatrophy 23, but we found that the genes involved in melatonin synthesis (TPH1, TPH2, DDC ,NIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptAANAT and ASMT ) are intact. Interestingly, the expression of genes involved in the final two steps of melatonin synthesis was very low (AANAT ) or undetectable (ASMT ) in the NMR brain regardless of age (Supplementary Table 24 and Supplementary Fig. 13).Moreover, two major mammalian melatonin receptors (MTNR1A and MTNR1B encoding MT 1 and MT 2, respectively) were inactivated by mutations that introduce premature stop signals (Supplementary Fig. 14). Synteny analyses showed that these pseudogenes corresponded to mouse MTNR1A and MTNR1B . Although melatonin signaling appears to be disrupted in NMR, its circadian rhythms were maintained in terms of locomotor activity and body temperature when exposed to periodic light/dark changes 24. Our finding is consistent with the previous report that MT 1/MT 2 knockout mice maintained essentially normal circadian rhythms 25. These mice also showed decreased insulin secretion 25. Likewise, our transcriptome analysis of NMR revealed decreased expression of genes involved in insulin/IGF-1 signaling in the liver compared to mice (Supplementary Fig. 15).To explain the extraordinary resistance of NMR to cancer 3, a two-tier protective mechanism involving contact inhibition mediated by p16Ink4a and p27Kip1 was proposed 4. The involvement of p16Ink4a is unusual, since humans and mice only show contact inhibition mediated by p27Kip1. We analyzed the gene locus and the transcriptome reads corresponding to tumor suppressors p16Ink4a and p19Arf . As in mice, the p16Ink4a transcript consists of three exons (Supplementary Fig. 16). However, sequence similarity in the last exon is low,and two early stop codons in the second exon were predicted to result in a shorter 14 kDa protein (Supplementary Fig. 17). The four ankyrin repeats were, however, intact and Thr69,a residue important for CDK6 binding, was conserved, so the function of the protein may be partially preserved (Supplementary Fig. 18). The p19Arf transcript consists of two exons, but four stop codons in the second exon should lead to a shorter 10 kDa protein (Supplementary Fig. 19-21).NMR is also unique in that its skin and cutaneous C-fibers lack the neuropeptide SubstanceP, making this animal insensitive to certain types of pain 9,10. Our analysis revealed thepresence of intact TAC1 encoding Substance P. However, NMR had a deletion in the corepromoter region highly conserved among mammals (Supplementary Fig. 22). Thus, thisneurotransmitter appears to be functional but may be under unique regulation.We further examined the molecular basis for poor visual function and small eyes in NMR.Among the four vertebrate opsin genes (RHO , OPN1LW , OPN1MW , and OPN1SW ), two(OPN1LW and OPN1MW ) were missing (Table 2); this distinguishes NMR from otherrodents with dichromatic color vision, such as mice, rats, and guinea pigs. However, NMRhas intact RHO (rhodopsin) and OPN4 (melanopsin), supporting the presence of rod-dominated retinae and the capacity to distinguish light/dark cues. Among about 200 genesassociated with visual perception (GO:0007601) in humans and mice, almost 10% wereinactivated or missing in NMR (Table 2 and Supplementary Fig. 23). These mammaliangenes participate in crystallin formation, phototransduction in the retina, retinaldevelopment, dark adaptation, night blindness and color vision. For at least 10 of thesegenes, we observed relaxation of the functional constrain on NMR sequences by estimatingthe ratio of non-synonymous to synonymous substitutions, which corroborated thedysfunction of these genes. Inactivation of CRYBA4, one of microphthalmia-related genes,may be associated with the small-sized eyes, whereas inactivation of CRYBA4 and CRYBB3and a NMR-specific mutation in CRYGS (Supplementary Table 19) with abnormal eyemorphology 26. Thus, while some genes responsible for vision are preserved in NMR, itspoor visual function may be explained by deterioration of genes coding for various criticalcomponents of the visual system.NIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptFurther analysis revealed that substantial divergence of the NMR nuclear receptorcorepressor Hairless from other mammalian orthologs and the presence of amino acidreplacements associated with the hairless phenotype, which is consistent with the lack of furin NMRs (Supplementary Fig. 24). In addition, we found substantial sequence variation inthe sweet taste receptor and lack of many bitter taste receptors common to other mammals(Supplementary Fig. 25 and 26). In particular, NMR appears to lack thephenylthiocarbamide taste, a dominant genetic trait in humans, as well as several othercommon bitter tastes.Air in NMR burrows is low in O 2 (~8%) and high in CO 2 (>20%) due to many animalssharing a limited air supply and poor gas exchange through soil 27. To cope with the low O 2conditions, NMR developed adaptive circulatory (altered hemoglobin oxygen affinity) andmetabolic functions reducing metabolic rate and slowing down development 1,7,28,29. Toobtain insights into this adaptation, we examined gene expression changes in several tissuesof NMR subjected to 8% O 2 for one week (Supplementary Tables 25-31 and SupplementaryFig. 27-30). Many changes associated with energy metabolism and redox control wereobserved. Sequence analysis of NMR hypoxia-induced factor 1α (HIF1α) revealed a T407Iexchange unique among mammals and located in the VHL-binding domain. In normoxia,VHL mediates ubiquitin-dependent degradation of HIF1α. In addition, NMR VHL harborsV166I exchange at a functionally important site. These amino acid changes are consistentwith relaxation of ubiquitin-dependent degradation of HIF1α, and, thus, with adaptation tolow oxygen conditions.To summarize, sequencing and analysis of the NMR genome revealed numerous insightsinto the biology of this remarkable animal. In addition, this genome and the associateddatasets offer the research communities working in aging, cancer, eusociality, and manyother areas a rich resource that can be mined in numerous ways to uncover the molecularbases for the extraordinary traits of the one of the most unusual mammals, NMR. In turn,this information provides unprecedented opportunities for addressing some of the mostchallenging questions in biology and medicine, such as mechanisms of aging, the role of thegenetic makeup in regulating lifespan, adaptations to extreme environments, hypoxiatolerance, thermogenesis, resistance to cancer, circadian rhythms, sexual development andhormonal regulation.Methods SummaryThe NMR genome was sequenced on the Illumina HiSeq 2000 platform. The sequencedindividual NMR was from a captive breeding colony located at the University of Illinois,Chicago. The genome was assembled by using SOAPdenovo. We obtained 2.5 G contigsequences with N50 19.3 kbp and N90 4.7 kbp, and 2.7 G scaffold sequences with N50 1.6Mbp and N90 0.3 Mbp. RNA-seq data (aging and low O 2 experiments) were for animalsfrom the same colony. See Supplementary Information for data analysis and additionaldetails.Supplementary MaterialRefer to Web version on PubMed Central for supplementary material.AcknowledgmentsWe thank Pamela Colleen LaVinka for help in preparing NMR tissues and Nickilynn Estologa for help in preparingthe manuscript. We acknowledge financial support from the WCU Program (R31-2008-000-10010-0), NIH(AG038004, AG021518 and CA080946), Shenzhen Municipal Government (ZYC200903240077A), NationalNatural Science Foundation of China (30725008), and National Science Foundation (0744979).NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptReferences1. Edrey YH, Park TJ, Kang H, Biney A, Buffenstein R. Endocrine function and neurobiology of the longest-living rodent, the naked mole-rat. Exp. Gerontol. 2011; 46:116–123. [PubMed: 20888895]2. Buffenstein R. Negligible senescence in the longest living rodent, the naked mole-rat: Insights from a successfully aging species. J. Comp. Physiol. 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[PubMed: 14363] NIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author ManuscriptFigure 1. Relationship of NMR to other mammals a , Estimation of the time of divergence of NMR and 6 other mammals based on orthology relationship. Distances are shown in millions of years. b , Expansion and contraction in gene families. Numbers designate genes gained and lost since the split from the commonancestor.NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author ManuscriptFigure 2. Common and unique NMR gene families This Venn diagram shows unique and overlapping gene families in NMR (H. gla), rat (R.nor), mouse (M. mus) and human (H. sap).NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author ManuscriptFigure 3. Unique changes in UCP1 and their roles in thermoregulationa , Alignment of mammalian UCP1 sequences. Amino acids unique to NMR are highlighted in red, and conserved motifs in blue.b , Topology of UCP1. Regions affected in NMR are highlighted.c , Structural model of UCP1. Location of the channel and the nucleotide-binding loop with altered sequences in NMR are shown.NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author ManuscriptNIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author Manuscript NIH-PA Author ManuscriptTable 1 Global statistics of the NMR genome.(a) SequencingInsert size Total data (Gb)Sequence coverage (X)170~800 bp126.5247Pair end libraries2~20k120.6645Total247.1892(b) AssemblyN50 (kb)Longest (kb)Size (Gb)Contigs19.3179 2.45 Scaffolds1,5857,787 2.66(c) AnnotationNumber Total length (Mb)% of the genomeRepeats3,090,116666.725Genes22,561722.327.1CDS181,64132.5 1.2。