基于纳米孔道的分析与检测:超越resistive-pulse的方法（英文）

受生命体系中蛋白质孔道结构与功能的启发,基于固体材料的各种纳米孔道结构和纳流体器件的研究逐渐成为来自物理、化学、纳米、材料、机械工程等多学科研究人员所关注的焦点.因此,固体纳米孔道也成为离子输运和分子传感研究领域不可或缺的一个元素.本文主要从电学输出信号的角度,系统归纳了稳态离子电流和瞬变电流波动2种类型的纳米孔道的传感分析方法.目前,由于固体纳米孔道的分析检测研究仅处于起始阶段,对于未来纳米孔道的研究和应用,不仅需要新的材料和修饰方法,而且需要将纳米孔和非电流的传感技术相结合.而学习自然,构筑受生物启发的仿生智能人工纳米孔道系统,可以为未来的分析检测技术提供更多的应用价值.     

光阱中多个金纳米棒的双光子荧光效应及热熔合过程

本文利用单束、波长对应金纳米棒长轴表面等离子共振的飞秒脉冲激光对多个长度为40 nm,直径为10 nm的金纳米棒颗粒进行了光捕获,系统研究了金纳米棒颗粒在共振激光作用下的双光子荧光及光致热熔合效应.实验结果表明,在光阱捕获过程中金纳米棒颗粒会激发出明显的双光子荧光.当多个金纳米棒被光力捕获在光斑中心时,金纳米棒发生热熔化并熔合成大尺寸的金纳米团簇.利用这种单光束光镊熔合技术,我们在玻璃衬底上制备了二维有序的金纳米团簇阵列.这一研究对利用金纳米棒颗粒来制备微纳光子结构及多功能光子器件等具有重要的指导意义.     

基于聚乙烯亚胺功能化石墨烯的高灵敏电化学阻抗传感方法用于血清中mircoRNA-155检测

建立血清中癌症标志物microRNA-155的高灵敏电化学检测方法.采用一步法制备了聚乙烯亚胺功能化的石墨烯,通过静电相互作用制备了金纳米粒子功能化的石墨烯复合物.将该复合物用作电极基底材料,基于金纳米粒子与DNA捕获探针上的SH基团之间形成的强烈的S-Au键可将DNA捕获探针固定到电极表面.通过DNA捕获探针对microRNA-155的特异性识别作用可特异性地捕获待测样品中的microRNA-155分子.利用生物分子对电极表面电子传递的阻碍作用,从而实现对microRNA-155分子的电化学阻抗传感器的构建.在最优条件下,该传感器的阻抗值与microRNA-155的浓度的对数值在1~1000 nmol/L浓度范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.51 nmol/L(S/N=3),可实现实际血清样品中的microRNA-155的灵敏快速检测.     

有序介孔氧化硅材料中的药物分子组装及缓释研究进展

从成功合成出像MCM-41、SBA-15这样的有序介孔氧化硅材料以来,此类材料已经发展成为一种新型药物控缓释载体材料;由于其具有无毒、比表面积和孔容巨大、孔道排列有序、孔径分布狭窄、水热稳定性高、生物兼容性好、制备中的结构调变技术成熟等特点成为药物控缓释领域的研究热点之一,越来越受到重视;介绍了药物分子在有序介孔纳米氧化硅材料的纳米孔道中的组装、控缓释研究的进展;集中介绍了影响药物控缓释行为的两个主要因素(有序介孔氧化硅材料的比表面积和孔道结构)对药物控缓释行为的作用;可为控缓释药物研究人员开发新型药物分子载体材料、药物分子组装技术及研究药物分子的控缓释行为提供参考和研究依据.     

有机分子笼封装金属纳米团簇的合成策略与催化应用

金属纳米团簇是由若干金属原子组成的纳米材料，尺寸介于单个金属原子和纳米颗粒之间，具有独特的几何和电子结构，在催化反应中展现出良好的性能.然而裸露的金属纳米团簇由于表面能较高，在催化过程中容易聚集失活.近年来，有机分子笼(organic molecular cages,OMCs)作为一种新兴的多孔材料受到了广泛关注.将金属纳米团簇封装在有机分子笼的限域空间内不仅可以提高其粒径均一性，还可以提高稳定性.有机分子笼的孔道结构完全开放，封装在其内部的金属纳米团簇在氧化、还原、偶联、产氢等反应中仍保持较高的催化活性.本文简要总结了有机分子笼封装金属纳米团簇的合成策略以及这类材料在催化领域的应用.     

分子动力学模拟研究纳米孔道中受限水的自扩散

利用分子动力学模拟技术考察受限于3种不同材料的纳米孔道(单壁碳管、硼氮管、铁原子孔道)中水分子的静态结构与扩散动力学,计算孔道中水分子沿轴向的自扩散系数Dz,讨论孔道截面尺寸、形状以及组成材料的变化对水分子扩散动力学的影响.结果表明,水分子的轴向自扩散系数随孔道半径的增大而减小,光滑的孔道壁有利于水分子的运输.在3种孔道限制体中,水分子在单壁碳纳米管内的自扩散系数最大.     

基于局域表面等离子体共振特性的高灵敏度凝血酶检测

用核酸适体修饰的纳米金共振散射光谱探针可实现对微纳空间内凝血酶的特异性识别与检测.提出了一种基于局域表面等离子体共振-暗场显微光谱联用技术的分析方法,研究了局域在金纳米粒子表面的生物分子的识别过程对局域表面等离子体共振散射光谱的影响.研究了单颗粒纳米粒子的形貌特征,实现了单分子层面上生物分子识别过程的追踪.     

纳米尺度化学识别获重要进展

<正>纳米尺度上的化学识别对于微观结构设计与功能调控至关重要,而实现相邻不同分子的化学识别则代表着识别技术的一种极限挑战。最近,中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室单分子科学团队董振超研究小组继2013年成功实现亚纳米分辨的单分子拉曼光谱成像     

致密油压后渗吸分子动力学模拟

在渗吸采油过程里,致密油储层微纳米孔隙中流体的吸附散和运移行为难以通过常规实验手段来描述。采用分子动力学模拟研究在不同温度、不同时间下渗吸过程中原油从孔道置换的现象和致密油自身的赋存状态,并分析分子间的作用机制。模拟结果表明,原油的自身扩散能力和压裂液剥离能力是导致原油被置换出孔道的两种现象“析出”和“剥离”的原因。烷烃自扩散能力导致“析出”少量的游离态原油会在升温的影响下产生微弱增加,而由于压裂液对原油的配位数接近于1说明油水两相混相,大量的原油成油带状被“剥离”出孔道,剩下孔道内吸附态的原油随着温度的提升逐渐减少,并且从范德华力的角度解释原油对岩石表面的吸附是从远离压裂液一端率先发生。此外也揭示了压裂液中内部组分和岩石表面的羟基结合生成氢键和隔绝分子层使原油剥离的机理。此研究结果全面深刻的从分子尺度探究了压裂液/致密烷/纳米级孔道体系下渗吸驱油机理,对致密油开发具有指导意义。     

外场操控单分子的电子转移动力学特性

研究单分子的电子转移动力学特性并进行可靠的量子操控是应用单分子于量子信息领域的先决条件.利用电场改变单分子与周围电子受体之间的库仑势垒,操控PMMA聚合物薄膜中的染料SR单分子的电子转移,发现分子荧光对电场响应存在增强效应.将电流引入染料SR单分子/ITO半导体纳米粒子系统中,观察到了电流操控下的单分子荧光强度熄灭效应,电子转移率达到91％.     

沸石分子筛孔道中苯胺的电聚合行为

采用循环伏安法研究苯胺在 HY和丝光沸石分子筛孔道中的电氧化聚合行为 .结果表明 ,通过控制电位氧化苯胺聚合得到单一状态的纳米聚苯胺 ;苯胺在不同分子筛孔道中电氧化聚合的电位有较大差别 ,与 HY相比 ,苯胺在 H型丝光沸石分子筛孔道中的电氧化聚合需要提高氧化电位 (大于等于 0 .40 V)     

单分子表面增强光谱

单分子表面增强光谱的研究不仅对揭示分子与金属纳米结构的相互作用的物理机制具有重要意义, 而且具有重要的应用前景. 本文主要结合我们在单分子表面增强拉曼散射方面的研究工作, 介绍了单分子表面增强拉曼散射的研究进展, 包括增强机理、与入射光偏振的关系、多颗粒体系中对拉曼散射光的偏振调控、单分子表面增强拉曼散射中的光学力问题及单分子表面增强拉曼散射的远程激发, 并简要介绍了单分子针尖增强拉曼散射和单分子表面增强荧光.     

肽调控生色团自组装纳米结构及应用研究进展

自然界中,蛋白质/肽与功能发色团结合,自组装形成的复合物用于光合成系统中的光捕获和能量转移。由于肽分子结构可设计、自组装形式多样,并且可与自然界中存在的蛋白质相对照,因此,通过合成肽分子来人工仿制自然界中的光捕获复合物成为研究热点。本文对基于肽调控的功能性生色团自组装形成的纳米结构进行人工模拟光捕获系统的进展进行了综述,并且对肽调控生色团的组织形式、合成肽-生色团复合物以及肽分子与发色团分子通过非共价键相互作用组装进行了重点阐述。同时,本文也对人工仿制光捕获复合物的光捕获性能及能量转移进行了讨论,并且对这类复合物在无机纳米粒子矿化、分子产氢产氧方面的应用进行了介绍。     

我国科学家在DNA自组装技术方面取得突破

正仿生纳米孔道结构的设计与构建是生物分析、合成化学和限域催化领域的热点。经典的蛋白质纳米孔道结构精确,然而其可控性和稳定性较差;通过电子束刻蚀固态纳米孔道成本高、重复性差、通量低。自组装DNA纳米结构合成纳米孔道具有可编程设计、成本低廉、通量高     

纳米孔道中磁场调控的离子输运特性

探究了固体仿生纳米孔道在磁场作用下的净扩散电流和离子筛分能力.首先通过实验得出净扩散电流随着膜厚的增加而降低,并且验证了实验与模拟具有相同的变化趋势.然后通过数值计算得出净扩散电流会随着磁感应强度的增加而增加.最后,模拟纳米孔道中磁场调控离子输运,以实现从混合溶液中筛分目标离子.该结果可为基于磁场调控的纳米孔道能源利用提供新策略.     

λ-DNA在锥形纳米孔中易位的研究

纳米孔是目前单分子测序的一项重要技术,文中利用聚焦离子束在氮化硅薄膜上制备了30/60 nm的锥形孔,并通过膜片钳装置对λ-DNA易位的电学信号进行了统计和分析.发现在一定的电场(＞200 mY)驱动下,DNA分子随着离子电流进入纳米孔,由于体积阻塞效应引起电流的下降.随着偏置电压的增大,阻塞电流也增大,同时易位的速度加快,DNA易位的弛豫时间减少.还可以根据阻塞信号的特点区分不同形貌的易位分子.     

Ag@Au双金属纳米颗粒的制备和表征

采用种子生长法制备了银纳米颗粒,通过电置换反应将单金属银颗粒转变为中空金银双金属纳米颗粒.电镜表征及吸收光谱的结果表明,通过控制种子溶液的加入量、超声时间和离心次数等条件,能够有效调控金属纳米颗粒的尺寸以及局域表面等离激元的共振峰位与目标分子匹配;进而可以利用配体交换反应在金属纳米颗粒表面包裹TDBC分子薄膜,实现表面等离激元-分子激子的强耦合.     

单分子的新奇物性及其调控

随着电学器件的尺寸逐渐减小,分子电子学,即将单个分子作为电路的组成元件,逐渐成为一个前沿研究领域.在分子电子学领域中,这种单分子器件不仅为未来电路器件的微型化提供了潜在的解决方案,更是由于其独特的纳米尺度而蕴含着大量新奇的物理性质.本文在简要介绍单分子器件的构筑方法后,详细介绍了单分子器件在电学、磁学和量子方面的部分新奇物性以及相应的调控方式,并对单分子科学在器件制备方法、测试手段和机制研究等方面进行简要的总结与展望.     

Fe3O4纳米粒子在气液界面上与Gemini分子的组装

以共沉淀法制得的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)改性的纳米Fe3O4溶胶作为亚相,在其气/液界面上与Gemini表面活性剂分子进行了组装,用表面压与单分子面积曲线测定、透射电镜(TEM)和布儒斯特角显微镜(BAM)等手段进行了表征.结果表明:SDBS表面修饰后的Fe3O4纳米粒子表面带负电荷,平均粒径约为10 nm;Fe3O4粒子受到Gemini分子中阳离子头基的吸引进入Gemini单分子层,使得其平均单分子面积从1.00 nm2增加到1.28 nm2,崩溃压从34 mN.m-1升高到40 mN.m-1;通过控制Gemini单分子层的表面压在12~15 mN.m-1范围内,Gemini分子形成聚集并规则地排列形成六边形的区域分布在气/液界面上,Fe3O4纳米粒子受到Gemini分子的静电作用进入Gemini单分子层,在气/液界面上组装成具有六边形形貌的Gemini-Fe3O4复合单分子膜.     

基于微纳光纤的光热捕获研究及应用

光热捕获利用微纳光纤上的温度梯度场,实现了对周围液体中的大量微纳米颗粒捕获、收集、迁移和分离等操作.通过在微纳光纤表面涂覆一层氧化石墨烯(GO)胶体薄膜,制备出具有良好光热转换性能的微加热器.通入小功率的近红外光,GO薄膜产生一个温度梯度场.结果表明,该温度梯度场对微粒具有良好的捕获作用,可长时间、大范围地捕获分布于周围液体中的聚苯乙烯小球、银纳米线等不同形状、密度的微粒.该光热捕获装置具有操作简单、易于制备、耗能功率小的特点,在微粒捕获、微纳米器件加工等领域有良好的应用前景.