是否存在合理化学合成的极限?

合成化学作为古老的学科之一,曾经是自然科学的重要领域和支撑点.随着现代合成、分析和仪器的进步,特别是随着合成化学的不断发展及其在生物化学、材料化学等领域的应用不断深入,人们关心的重点已经从早期的合成目的逐渐过渡到更加贴近生活的应用领域.例如所合成的分子用于医疗和特殊材料领域时,人们看到的往往是这些分子表现出来的特性和作用,因为这更加直观,而其背后的分子基础和制备这些分子的艺术却在有意无意之间被逐渐淡化.另外,由于合成化学自身的发展促使各种新颖的方法学不断被开发出来,设计巧妙的原子经济、氧化还原经济、无保护基等策略的应用,使得针对特定分子的合成的相对难度在不断的降低,甚至有人认为"没有合成不了的分子".理性合成的化学学科似乎已经发展到了极限,然而真相究竟如何?究竟是否存在合理化学合成的极限?这是Science提出的125个科学前沿问题之一.本文试图从合理化学合成的历史、近期发展等角度探讨这一问题的内涵.     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

Ar-N2分子振转光谱和势能函数的理论研究

Ar-N_2体系的研究对大气化学有重要意义.近年来,通过分子束散射实验、相互作用维里系数与温度的关系、气体的输运性质、场致效应和弛豫现象等的计算值与观测值的比较确定了该体系的势能函数 CPV,BTT,M3SV.MMSV和MMSV’.这些势能函数通常由Morse函数,3次样条函数和 van der Waals函数组成的分段函数来表达,它们分别具有不同的势能参数值.最近,Jager和Gerry在分子束装置中利用微波 Fourier变换光谱技术观测到了Ar-N_2,Ar-~(14)N~(15)N和Ar-~(15)N_2微波谱,得到了这些体系的振转跃迁频率.这些观测数据为研究势能面的径向关系提供了直接的依据.由于Ar-N_2分子的van der Waals键的离解能较低(77.96.cm~(-1)),其振动态在基频即出现大振幅振动,相应的波函数分布在势能面上很宽的区域内,使得传统的分子光谱分析方法失效,也使得求解 van der Waals分子的核运动Schr(?)dinger方程比稳定分子更加困难.本文应用离散变量表示方法 DVR分别对这5个势能函数计算出Ar-N_2体系的振转能级和波函数,通过振转激发态的跃迁频率的计算值与观测值的比较考察这5个势能函数的质量,从中选出最优的势能函数,并预测了一些目前尚未观测到的谱带频率,振转跃迁的谱线强度和同位素位移效应.     

单个DNA分子光敏断裂过程的观察

利用荧光显微镜和冷却CCD记录单个拉直的lDNA分子在光照下逐渐断裂的动态过程. lDNA分子经高效的YOYO-1染料染色后, 用分子梳技术拉直, 并使DNA链的若干局部点固定在APS修饰的玻片上. 在蓝光的照射下, 观察lDNA的断裂和断裂后的弹性回缩过程. 结果表明, DNA构象的变化以及水分子的作用, 有可能使DNA在光照的作用下更加容易断裂. 此技术将在研究DNA弹性、DNA与染料相互作用以及肿瘤治疗中起一定的作用.     

"交换舞伴"的舞蹈--诺贝尔化学奖成果解读

碳是地球生命的核心元素.碳原子能以不同方式与多种原子连接,形成小到几个原子、大到上百万个原子的分子.     

碳纳米豆荚内C_(60)分子振荡行为的模拟

利用AIREBO势函数、L-J势函数结合分子动力学模拟方法,对碳纳米豆荚中C60分子的振荡行为进行了模拟.分别讨论了环境温度、碳管管壁层数及C60分子填充个数对碳纳米豆荚振荡性能的影响.研究表明,C60分子沿着碳管轴向做阻尼振荡运动.随着温度升高,振荡频率逐渐减小,振幅衰减速度加快.增加碳管管壁层数使C60分子与管壁间的范德瓦耳斯力增大而滑动摩擦力减小,因而有益于形成稳定振荡.由于C60分子间受力随距离变化以及分子间存在碰撞,增加C60分子填充个数并不能观察到稳定振荡.     

主体分子型非病毒基因载体的基础应用

设计并制备了一种新的具有分子探针功能的主体分子型非病毒载体-邻菲啰啉-b-环糊精衍生物主体分子(DZY-1), 应用凝胶电泳法研究探讨了DZY-1与DNA相互作用及客体分子对该主体分子诱导DNA凝聚的影响; 并进一步研究探讨了单一主体分子、主/客体分子配合物诱导DNA分子凝聚和聚合所形成的超分子聚合物抗限制性内切酶(HindⅢ)酶解的特性. 应用扫描电子显微镜(SEM)观测到该主体分子、主/客体分子配合物与DNA分子相互作用形成超分子聚合物的微观结构形态. 阐述了其作为非病毒基因载体可能的传递机制, 为设计、制备新的非病毒基因载体提供了一种新途径.     

液气相变型超声分子探针研究进展

随着分子成像技术和各种纳米生物材料的迅速发展,医学影像技术有望对人体疾病实现从器官、组织水平到细胞、分子水平全方位、多层次在体实时观察.通过基于分子靶标的肿瘤早期诊断、革命性的肿瘤分子分型以及肿瘤边界确定和术中手术导航的全面开展,实现精准医学.超声分子影像是分子影像学的一个新的分支,在近10年发展迅速.液气相变型超声分子探针凭借其良好的穿透性以及诊疗一体化等优点,已显示出其优于传统超声分子探针的众多优势,在基础与临床应用方面展现出巨大潜力.本文对液气相变型超声分子探针的相变机制以及近几年在生物医学应用领域的研究进展进行了综述.     

转铁蛋白及其抗体分子间作用的原子力显微镜探测

采用原子力显微镜对饱和铁转铁蛋白和脱铁转铁蛋白与转铁蛋白抗体之间的相互作用进行研究. 对转铁蛋白抗体层层自组装在喷金基片表面并且与抗原蛋白之间特异性结合的形貌进行了表征. 通过原子力显微镜对分子间力的曲线的探测, 比较了饱和铁转铁蛋白和脱铁转铁蛋白与抗体之间的作用力的差异. 实验表明, 饱和铁转铁蛋白与抗体分子之间结构互相嵌合, 结合更加紧密; 分子间力的曲线亦显示饱和铁转铁蛋白与抗体之间的特异性结合力明显大于脱铁转铁蛋白.     

长期记忆存储的神经编码与调控

人类根据自身以及后天学习获得的经验与知识,也就是记忆,适应并改造了自然界,从而创造了现代文明.建立在大脑神经元的物质基础之上,记忆承载了外界纷繁复杂的信息,整合了时间与空间等不同维度上的多感知信息,为大脑作出正确判断和操作提供支撑.通过对大脑记忆机制的研究不仅仅可以揭示脑高级功能的生物学基础,更加重要的是,可以提供一条由亿万年进化史选择的解决高级认知运算与高效信息处理的途径.近年来,对记忆机制的认知从突触、分子等生物层面渐渐深入到细胞编码、解码与整合等信息层面,依赖对大脑中信息编码直接相关的记忆印迹(engram)的深入研究则揭示了神经环路的记忆存储与调控机制.本文围绕记忆印迹细胞的分子、细胞、环路与信息处理机制的运用,回顾了近期记忆机制的研究进展,探索了记忆编码机制研究对生物大脑运作原理及类脑智能的深远影响.     

肠道微生物与皮肤疾病——肠-脑-皮轴研究进展

皮肤疾病,特别是湿疹、皮炎和痤疮等不仅影响个人形象,还可引起躯体感觉不适或精神异常.皮肤疾病影响人群广泛,病因复杂,复发率高,全球范围内患病人数不断增加.皮肤疾病与心理疾病之间存在密切联系,并且心理疾病的患病比例增长趋势也很明显.近年来的研究表明,肠道状态、肠道微生物以及心理疾病与皮肤疾病的关联称作肠道-大脑-皮肤轴(肠-脑-皮轴).肠道微生物可影响皮肤疾病的发生,并且精神状态与肠道微生物健康状况可折射皮肤健康状况.反之,皮肤状况也可作为精神状态和肠道微生物健康状况的评估参照.饮食是通过肠-脑-皮轴影响皮肤的重要因素,而心理因素对皮肤健康的影响也不能忽视.通过将肠道和皮肤微生物、肠道状态、大脑以及皮肤作为一个系统,而非独立对待,进而围绕肠-脑-皮轴进行干预将是解决皮肤疾病的重要方法.未来皮肤病的治疗趋势是将饮食、益生菌、益生元、药物和心理健康等方式综合运用.本文将重点介绍人类第二基因组——人体微生物组、肠道-大脑-皮肤轴与皮肤疾病的关系以及相互影响有关的研究进展.     

一氧化氮与亚稳态一氧化碳分子的传能反应

激发态分子和自由基的反应是大气化学、化学激光、燃烧化学中重要的过程,有关亚稳态分子的传能反应一直受到人们的极大重视.Setser在流动体系中,对CO(a)与NO分子的反应进行了初步研究,求得了产物的形成速率,Ottinger在束气条件下,利用CO~+束源与NO作用,认为CO~+与NO首先发生共振激发传能产生CO(a)再进一步与NO反应,但事实上他并没有观察到CO(a)的发射.本工作在分子束条件下,利用束放电方法产生高浓度的亚稳态CO(a)分子束并与NO反应,得到了振转分辨的NO(A)化学发光光谱,并结合相空间理论进行了讨论.     

完全分配格上的p.q.度量理论

文献[1,2]在完全分配格中引入分子概念,成功地建立了完全分配格上点式拓扑学的丰富理论。接着文献[3]与[4]又建立了拓扑分子格的乘积理论、子拓扑分子格和商拓扑分子格理论。但到目前,拓扑分子格理论还未涉及拓扑学中心问题之一的度量化问题。本文中,我们建立了完全分配格上的一种弱度量理论——p.q.度量理论,取得了一系列理想的结果,特别有:     

0.22纳米:冷冻电镜技术取得新进展

<正>低温冷冻电镜技术((cryo-EMs)最近的发展,让研究者们得以观察到由原子和分子组成的微观世界。得益于在光学、传感器和后期软件上的不断创新,如今的数码照片要比若干年前的显得更加生动。低温冷冻电镜技术((cryo-EMs)最近的发展,让研究者们得以观察到由原子和分子组成的微观世界。如今研究人员更是自豪地宣布,他们创造出了有史以来分辨率最高的冷冻电镜,通过它所拍摄的图谱能够以接近原     

化学烧伤的紧急处理

目前,越来越多的化学物质得到了更加广泛的应用。有些物质具有不同程度的腐蚀作用,接触或溅到皮肤,粘膜后便会引起损伤、这种损伤就是所谓的化学烧伤。例如,因硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸等引起的酸烧伤;因石灰、氨水、火碱等引起的碱烧伤等等。     

改善环境的绿色化学

安纳柯斯蒂亚河流经美国华盛顿市中心,但河里的鱼儿不太喜欢这条河的水质,因河水受到染料、塑料、沥青和杀虫剂等分子残余物的污染.近来的检验结果更显示,河里高达68%的云纹鲶都患有肝癌.为此,野生生物局的官员向民众建议,如果捉到该河里的鱼,最好丢回去不要吃,同时这条河也禁止游泳.     

生活在物质世界多幸运

世界是物质的 勿庸置疑,我们能够感知的世界是由物质组成.即世界上的万物,从大的星系、星云、太阳、行星,到小的陨石、树木、动物及微生物,均由物质组成.物质则是由分子组成,分子由原子组成,原子内部有原子核与电子,原子核是由中子与质子组成.现在人类发现的最基本物质结构是夸克,即所有物质最终都是由夸克和轻子组成.     

光电双活性偶氮苯自组装单分子膜的设计

具有光化学和电化学活性的有机分子在功能器件开发方面具有潜在的应用前景 偶氮苯衍生物是典型的化合物之一,如图1A所示,它具有光致顺反异构化和电化学氧化还原反应的双重活性.利用偶氮苯衍生物有序分子组装体系的光电化学性质,我们提出了“单向循环”的新型信息存储原理.在过去的工作中,我们利用Langmuir.Blodgett技术将偶氮苯长链脂肪酸衍生物分子固定在ITO导电玻璃上而形成高度有序的单分子膜.由于偶氮苯衍生物分子是物理吸附在基底上,在反复进行光化学及电化学测试过程中,常常脱落到电解质溶液中,从而造成单分子膜的脱落;同时偶氮苯从反式到顺式过程伴随着空间的增大,因此在致密有序的LB膜中顺反异构化效率较低.我们利用自组装技术将偶氮苯衍生物通过与基底的     

分子动力学模拟亲水性纳米窄缝中的聚乙烯分子

采用分子动力学模拟了两亲水性壁面间的聚乙烯分子水溶液. 壁面间距(1.26~ 3.15 nm)与聚乙烯分子的特征尺寸相当, 随间距减小可以观察到聚乙烯分子构象从三维结构向二维结构的转变. 同非受限状态相比, 强受限情况下, 化学键取向呈规则变化, 亚甲基分层排布且沿垂直于壁面方向上的扩散运动显著降低. 从热力学角度看, 水分子运动空间增大对聚乙烯分子的构象熵减小做出补偿, 以使体系自由能降低.     

亚稳态稀有气体原子He,Ne,Ar与N2分子的激发传能

亚稳态稀有气体原子与双原子分子的电子激发态传能,由于理论上还不能对其反应体系的势能面、电子云重叠、散射截面进行精确计算,实验数据便显得尤为重要.而亚稳态稀有气体原子与Ｎ2分子之间的能量传递是实验化学家非常关注的一个反应体系.亚稳态稀有气体原子Ｈｅ,Ｎｅ其资用能(20,16ｅＶ)远高于Ｎ2分子的电离能,迄今为止人们认为反应通道只有Ｐｅｎｎｉｎｇ电离和缔合电离[1].我们利用交叉分子束技术结合高灵敏度光谱测试技术,采用束放电方式产生高浓度的Ｈｅ,Ｎｅ,Ａｒ原子束在单次碰撞条件下与Ｎ2分子碰撞反应,均探测到了Ｎ2(Ｃ3Πｕ＿Ｂ3…