两组分混合单分子膜分相结构的AFM研究

一些非完全互溶的混合单分子膜会在气-液界面发生相分离现象,形成多种二维微晶畴(Domain)结构,这为人们提供了一个了解与认识准二维混合体系中诸如相变、分相等多种物理过程的机会.同时,混合单分子膜这一结构形式,还提供了一种将多种功能分子组装于同一个单分子层中的方法.因此,对混合单分子膜微观结构的研究与表征具有十分重要的理论及实际意义.     

聚酰亚胺摩擦膜定向液晶的机理研究

液晶易受所接触基片的影响而规则取向,即所谓的定向或锚定。液晶定向技术,是制备液晶器件的关键技术之一。对液晶定向技术的研究,不仅具有重要的实用价值,而且是一个非常重要的理论问题。 通过摩擦聚酰亚胺(PI)涂覆的玻璃基片来诱导液晶排列,是目前最常用的液晶定向方式。关于摩擦膜的定向机理,一种普遍的假设是液晶分子与摩擦所造成的具有一定取向的聚合物分子间的相互作用。Barmentlo等人通过测量表面二次非线性以及光学相位延迟等方式,进一步论证了这一机制。然而,这些光学表征手段的表面分辨率低于1μm~2,因而只能提供一种宏观及平均意义上的证据。本文利用具有高表面分辨率的扫描探针技术:原子力显微术(AFM)和扫描隧道显微术(STM),从微观角度对摩擦膜定向液晶的机理进行了研究。作为比较,我们同时研究了PI Langmuir-Blodgett(LB)膜的结构及其液晶定向性能。     

布儒斯特角显微镜观察菁染料单分子膜的相变

利用不带长烷基链的染料和长链脂肪酸混合,以制备染料的LB膜是近年来广泛应用的一种方法。这种方法使许多不具有两亲性的分子亦能形成LB膜,在分子构筑术上具有重要意义。但是,这种混合单分子膜在不同表面压下的结构是不清楚。最近,法国和德国先后报道了以偏振激光为光源,CCD摄像机作为图像接收器的显微技     

聚酰亚胺Langmuir-Blodgett膜的原子力显微镜研究

聚酰亚胺Langmuir-Blodgett(LB)膜因具有超薄、有序、可控、任意组装等特点而在微电子等现代科学技术中有着极大的应用前景.它们可用于超薄绝缘膜和液晶显示中的定向层.在这些实际应用中,表征聚酰亚胺LB膜的分子结构以研究其分子功能显得尤其重要.但是,使用常规的分析方法难以在分子水平上进行LB膜的直接观察和研究.近年来,扫描隧道显微镜(STM)因具有原子级的分辨为有机超薄膜微观分子结构的表征提供了一种新型强有力的检测手段.1991年日本学者Fujiwara等人首次报道了对单层聚酰亚胺膜的STM观测研     

低维纳米材料的近场光学表征

光学显微术作为一种快速、无损的表征手段在材料研究领域得到了广泛应用,但是受光的波动性制约,传统远场光学显微术无法满足低维纳米材料表征对亚衍射极限空间分辨率的需求.近年来,随着散射式扫描近场光学显微术(s-SNOM)的发展进步,光学成像的空间分辨率已经达到10nm量级,突破了光学衍射极限.本文首先简要阐述了s-SNOM的成像原理,然后按照s-SNOM的工作模式分类介绍了其在低维纳米材料表征领域的应用研究进展,最后对s-SNOM技术未来的发展及应用进行展望.     

单分子膜调控草酸钙晶体成核和生长的研究进展

近年来, 来自医学、生物、材料和化学等领域的学者从不同的侧面对尿结石主要组分草酸钙(CaOxa)的矿化进行了深入研究, 具有类似细胞膜结构的单分子膜是重要的模型体系之一. 本文综述了单分子膜对CaOxa晶体成核、生长和晶面取向的调控作用的研究进展, 讨论了单分子膜亲水头基、疏水尾链、膜聚集态、亚相抑制剂等因素对膜控晶体生长的影响, 从晶格匹配、分子模型、静电作用、氢键、异相成核理论、空间定位与约束等方面深入探讨了单分子膜诱导晶体生长的本质原因, 并论述了采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和计算机模型等方法得到的最新结果.     

利用超快扫描隧道显微镜研究原子尺度上的电荷动力学

正许多微观物理化学过程发生在皮秒和飞秒量级,传统的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope, STM)能够以原子级分辨观察表面结构和电子态,但其时间分辨率不足以解析皮秒和飞秒尺度的超快动力学过程.超快STM结合了STM的空间分辨率和超快光学的时间分辨率,可以实现原子级分辨率的飞秒光谱学,并用于单原子、单分子、单电子和单自旋的非平衡动力学研究.本文首先介绍了超快STM技术的发展,以及我们在这个研究方向上的进展.随后,将超快STM技术应用于光催化材料金红石型TiO2(110)表面上单个极化子的非平衡动力学研究,揭示了     

计算光学相位成像:从干涉数字全息到光强衍射层析

<正>自400多年前问世以来,光学显微技术经历了不断地革新,已从Leeuwenhoek时代简单的单透镜装置发展成为一种极为重要且精密的观察与计量科学仪器,广泛地应用于生物医学、工业生产、材料化工与科学研究等领域.2014年,诺贝尔化学奖授予了超分辨率荧光显微技术^[1].该技术突破了光学显微镜衍射极限的限制,将荧光显微成像的分辨率带入纳米时代,极大地推动了生命科学和基础医学的发展.除分辨率外,光学显微镜面临的另一大挑战是对比度传统显微镜受强度(振幅)探测机理所限,对无色透明物体(如细胞)的成像依赖染色标记.而在研究活细胞的生理活动及其长时程动态过程时,无标记显微是一种最为理想的探测手段1932年,Zernike发明了相差显微镜:通过空间滤波原理极大地提高了透明物体在镜下的可分辨性,Zernike也因此获得1953年的诺贝尔物理学奖^[2].但时至今日,该技术仍局限于二维定性观测,无法实现三维定量测量,发展较荧光显微技术明显滞后.     

植物重要膜蛋白的扩散与胞吞机制

膜蛋白作为细胞膜的重要组成部分,通常会发生胞吞循环以调控其在细胞膜上的数量平衡,或响应外界环境的刺激.单分子成像技术是近年来发展起来的,可用于在活细胞条件下对单个分子进行观测和研究的新技术,具有较高的时空分辨率,实现了在纳米和微秒水平上对单个分子的快速实时成像和精确分析.本文结合作者所在实验室取得的研究成果,介绍了利用单分子技术,包括全内反射荧光显微术、荧光相关光谱、荧光互相关光谱分析等方法,对植物几种重要膜蛋白在质膜上的运动特征以及胞吞途径的研究工作,总结了植物中脂筏微区分布及脂筏参与的胞吞途径对膜蛋白功能的调控机制,展望了植物质膜微区的精确划分以及膜蛋白胞吞之后的去向等方面所面临的难题.     

细菌视紫红质LB膜光电器件三态光电响应特性的表征与应用

存在于嗜盐菌紫膜中的唯一蛋白质——细菌视紫红质(bacteriorhodopsin,bR)具有奇特的功能:受可见光照射时,能发生光致变色并具有质子泵功能.在生物体外,bR的稳定性极好.可以利用Langmuir-Blodgett制膜技术或其它方法,在透光的载体(如导电玻璃)上形成单层和多层的bR-LB膜或化学增强膜.这种薄膜具有独特的双稳态光色互变特性、非线性光学特性和微分光电响应特性,已被用来研究构造生物分子型的光-光和光-电器件.近年来的研究结果表明,基于bR-LB膜制作的光电器件在信息传感领域有着潜在的应用前景.这方面的研究工作已经引起人们的极大关注.     

硬脂酸镉LB膜结构的AFM观察及膜表面纳米级刻写

Langmuir-Blodgett(LB)膜因具有分子层次上的有序、厚度可控和易于组装等许多优点而在分子组装中受到人们的广泛关注.这些由LB技术所组装的分子组合体的宏观物理特性的最优化,要求人们对它们的微观结构与性能关系有一个详细的了解.它包括转移至固体衬底上分子膜的结构、相的状态以及不同相态之间转变等.然而,迄今为止已报道的工作多限于在气/液界面上的观察,而且前人对分子膜结构的观察主要采用了荧光和Brewster角这两种     

聚11-(2-甲基丙烯酰氨基)十一酸LB膜的制备及其非线性光学性质

Langmuir-Blodgett膜(简称LB膜)是一种有序排列的有机单分子薄膜,在分子电子学、光学、生物学和化学等许多领域具有广阔应用前景,近年来已日益引起人们的关注。本文报道以11-(2-甲基丙烯酰氨基)十一酸为膜材料的LS膜的制备和聚合,以及它与硬脂酸组装的交替LB膜的非线性光学性质的研究结果,其中关于组装LB膜光学二次谐波系数相互迭加的     

功能化茂铁巯基共轭分子的合成与电化学性质

共轭有机低聚物由于其多样性、易修饰性等优良性质已被广泛应用于分子导线的设计与合成.单分子的组装与光电性能是共轭有机分子研究的重点与难点.含寡聚苯撑乙炔(OPE)构筑块的单分子自组装膜由于其良好的光电性能,已被大量地用于共轭分子导线的电子传递性能研究.二茂铁基团的引入,大大扩展了单分子自组装膜(SAMs)的电化学性质和应用范围.本文重点介绍了近十几年来含巯基(或乙酰巯基)茂铁共轭分子体系的结构与光电性质,并对其未来的发展进行了展望.     

烷氧基取代苯甲酸甲酯有序膜结构的STM研究

利用扫描隧道显微镜研究了3, 4, 5-三取代十二烷氧基苯甲酸甲酯(E12)和3, 4, 5-三取代十四烷氧基苯甲酸甲酯(E14)两种分子的自组装结构、组装层分子间相互作用以及两种分子共吸附在石墨表面时的组装结构. 两种分子均在石墨表面有序吸附, 分子在偶极-偶极相互作用下, 烷基链对插排列形成类二聚体的二维有序长程结构. 取代基数目的差异导致两种分子吸附结构不同. 两种分子混合在石墨表面吸附时, 各自形成不同的畴区, 呈相分离状态.     

化学镀钴基垂直磁化膜的磁力显微镜研究

垂直磁记录是一种高密度的磁记录方式.从实用的角度出发,逢坂弥哲在1981年提出了用化学镀方法制备CoNiMnP垂直磁化膜;薄膜的磁结构对其磁记录性能具有直接影响.磁力显微镜(MFM)是扫描探针显微术(SPM)的一种,通过控制磁性针尖在样品表面的扫描可获得表面磁场信息,它被较多地应用于研究磁头和磁盘或其他存储介质上的数据位结构,例如数据位的大小和形状、介质噪音、重写和材料承受高密度存储的能力,获得有关磁头性能及存储介质质量的的信息,分辨率优于25nm.MFM的一个主要优点是不需要特殊的样品制备技术,甚至样品表面可以裹镀非磁性薄层.我们根据多年研究制定的工艺参数,镀制了几种不同的CoNiMnP膜,对其形貌、磁性能等作了观察和分析,并用MFM观察和分析了这     

制备蛋白A单分子膜层装配抗体构建肿瘤标志物检测芯片

免疫分析方法主要依赖于固定在固相基底上的抗体对相应抗原的特异性识别, 抗体在固相基底上固定后最大程度保持生物学活性是设计免疫分析方法的关键技术. 本研究利用在疏水性硅基底表面制备蛋白A单分子膜层可以特异结合抗体的Fc端, 进而实现对抗体的定向化装配, 进一步构建格式化阵列用于肿瘤标志物检测. 研究结果表明, 制备的蛋白A单分子膜层的厚度为1.8±0.6 nm, 抗体可以经蛋白A单分子膜层实现定向化装配, 由此设计的传感阵列检测肿瘤标志物甲胎蛋白(alpha-fetoprotein, AFP)可以实现1.0 ng/mL的灵敏度, 血清检测结果与电化学法(ECLIA)测定进行统计学检验没有显著性差异(P>0.05).     

脑神经活动光学显微成像技术

大脑包含数亿至数千亿的神经元以及更为复杂的神经突触连接网络,是生物体中最复杂的器官.脑科学是21世纪以来最重要的前沿新兴学科之一,它的兴起标志着人类在认识自我、探索智慧和意识的本质中进入了一个新时代.在活体中对大脑神经活动进行长时间、大视野、高时空分辨率的观测,是解析大脑功能的关键.光学显微成像技术以其时空分辨率高,光学探针的特异性和多样性等优势,成为了脑神经活动研究的重要工具.针对大脑的高度散射、高速神经信号传递、超大神经元规模、精细突触连接结构等特性以及自由活动动物的脑神经活动观测需求,本文将从超深、超快、大视场、超分辨、微型化5个发展方向,概述包括多光子、红外二区、光声、光片、结构光以及自适应光学在内的多种光学显微成像技术在脑神经活动显微观测领域的发展进展及前沿动态,并展望脑神经活动光学显微成像技术的未来发展方向与前景.     

MgO/α-Al_2O_3单晶衬底上磁控溅射Pt外延薄膜微结构观测分析

采用射频磁控溅射方法在Mg O和α-Al_2O_3单晶基片上沉积制备Pt外延薄膜,研究了衬底晶格结构和沉积氛围对薄膜外延生长晶向和表面形貌的影响.实验研究表明,Pt薄膜外延生长晶向主要受衬底表面晶格结构的影响,沉积氛围主要影响薄膜表面形貌.X射线衍射分析证明了Pt(100)//Mg O(100),Pt(111)//Mg O(111),Pt(111)//α-Al_2O_3(0001)和Pt(111)//α-Al_2O_3(01 12)的晶面外延关系.扫描电子显微镜观测发现15%氧分压氛围沉积在Mg O(111)和α-Al_2O_3(01 12)衬底上的Pt(111)外延薄膜以三角形晶粒密排堆叠形成平整致密的膜面,但膜内存在旋转畴缺陷;而15%氧分压氛围沉积在Mg O(100)衬底上的Pt(100)外延薄膜无旋转畴缺陷,但薄膜表面出现大小不一的微孔.     

西藏嗜盐菌xz515紫红膜中类菌紫质分子的AFM成像

嗜盐菌H.sp.xz515是从西藏扎北湖分离出的一种嗜盐菌新株,H.sp.xz515中紫红膜上的质子吸收和释放的过程与普通嗜酸盐（Halobacterium salinarum)中紫膜上的过程相反,而且紫红膜的质子泵的效率也比紫膜的低,但原子力显微镜的观测图像显示类菌紫质分子在细胞膜上也是三聚体结构,三聚体再形成六边形排列。类菌紫质分子的C至G螺旋的一级结构和菌紫质分子之间的同源性仅56％,但B和D螺旋之间界面上相互作用的氨基酸残基却是保守的,表明这些氨基酸残基在维持蛋白质寡聚体的稳定性上起着重要的作用。     

稀土配合物LB膜二阶非线性光学性质的研究

有机化合物作为非线性光学材料,由于具有很大的非线性系数,光学响应速度快以及光损伤阈值大等优点而受到人们的重视.对于二阶非线性光学材料而言,其发色团分子的非中心对称结构是其非线性光学信号叠加的必要条件.LB膜技术以其不同的沉积方式,可有效地控制有机分子的排列和取向,形成非中心对称结构,成为制备高性能非线性光学材料的良好手段.疏水性的稀土配阴离子,可以改善二嗜性分子的成膜性质和分子的排列,从而使膜具有好的稳定性和大的非线性极化率.本文报道几种具有较大二阶非线性极化率性质稳定的稀土配合物的合成、成膜性及非线性光性质的研究.