利用原子力显微镜在Au-Pd合金膜上制备纳米结构

利用自行开发的ＳＰＭ刻蚀系统在Ａｕ－Ｐｂ合金膜上成功地机械刻划出纳米尺度的孔洞,沟槽和复杂的图形,最小线宽达２ｎｍ,该系统可以很方便地用来加工所需要的任意纳米图形,并且ＡＦＭ图象表明机械刻划出来的纳米结构非常清晰,真实地反映出待刻图形的细节而没有变形,这说明该刻蚀系统具有较高的可靠性和可控性。同时,实验结果表明我们制得的Ａｕ－Ｐｄ合金膜非常平整并具备优良的机制刻划性能,它可以被用作制备纳米器件的掩     

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     

动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀与单个DNA分子上的物理纳米图形制造

利用“蘸笔”纳米刻蚀技术(DPN)可在金、硅和氧化硅等较硬的固相衬底表面上制作不同的纳米级图案. 但是, 在柔软的物体表面如生物大分子上直接制作纳米图形是尚需开拓的研究领域. 本文发展的动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀技术(CDDPN)可实现在生物大分子上直接制作纳米图形, 并且能达到在拉直的单个DNA分子上制造纳米图形的目的.     

电位控制DNA在金电极上的分子自组装

采用氨基乙硫醇在金电极上自组装得到自组装单分子层（SAM）,再利用水溶性1－乙基－3（3－二甲氨丙基）－碳化二亚胺（EDC）和N－羟基琥珀酰亚胺（NHS）活化SAM,用电位控制的方法制备了DNA共价键合修饰电极。研究了控制电位与DNA组装量的关系,并采用循环伏安、交流阻抗、俄歇电子能谱、和原子力显微镜等手段对电位控制DNA修饰电极进行了表征。结果表明,用电位控制的方法得到了共价组装的DNA修饰电极,而且在不同的电位控制条件下,DNA的自组装存在着一定的规律,即负电位对DNA的自组装产生了抑制作用,而正电位对DNA的自组装起到了促进作用,研究结果将对DNA的可控制组装具有较重要的意义,并为DNA纳米器件的研制提供了技术基础。     

四臂DNA组装成纳米网格

DNA具有可应用于纳米加工中的多态性结构,四臂DNA可以用来组装纳米网格,实验设计了静态型的四臂DNA,合成四臂DNA的同时会产生双臂和单臂的副产品,实验采用两步法提高了四臂DNA的产率,在原子力显微镜下观察到不规则的纳米网格,认为是由于四臂DNA的柔性结构引起的。     

四臂DNA组装成纳米网格

ＤＮＡ具有可应用于纳米加工中的多态性结构．四臂ＤＮＡ可以用来组装纳米网格．实验设计了静态型的四臂ＤＮＡ．合成四臂ＤＮＡ的同时会产生双臂和单臂的副产品,实验采用两步法提高了四臂ＤＮＡ的产率．在原子力显微镜下观察到不规则的纳米网格,认为是由于四臂ＤＮＡ的柔性结构引起的．     

DNA纳米结构仿中国地图

用DNA在纳米尺度构造了中国地图形状. 所构造的纳米结构由DNA折叠而成, 直径约150 nm, 分辨率约6 nm. 通过原子力显微镜观测到的图形与设计图形几乎完全一致. 该图形的构造方法采用了Rothemund于2006年发明的DNA折纸术. 该研究证明了DNA折纸术具有构造几乎任何复杂二维纳米级图形的能力, 为基于自下而上方法的纳米构造技术提供了新方法.     

Pt纳米微粒电极上CO吸附的电化学循环伏安和原位FTIR反射光谱

用化学还原法制备铂金属纳米微粒。经TEM表征纳米Pt微粒的平均直径为2.5nm。应用电化学循环伏安法研究了该纳米微粒电极的电化学性质，与本体Pt相比，吸附在Pt纳米微粒表面CO的氧化电流峰较宽。原位傅里叶变换红外反射光谱检测到Pt纳米微粒电极表面的孪生吸附态CO，以及随电极电位变化线型吸附和孪生吸附态CO向桥式吸附态CO的转化过程。还发现了Pt纳米微粒上吸附态CO的增强红外吸收等一系列特殊性能。     

硫酚自组装单分子层修饰金电极的电化学特异性及其应用

近年来,采用“LB”膜和分子自组装技术在电极表面形成的高度有序的单分子层化学修饰电极,由于能在电极表面建立特定的化学微结构而引起人们的关注.用饱和烷烃巯基化合物通过Au-S键在电极表面形成稳定、高度有序的自组装单分子层已有不少报道.本文研究了不饱和巯基化合物硫酚(TP)在金电极表面自组装形成的单分子层修饰电极(Au/TP)的电化学特性;循环伏安和交流阻抗的研究表明Au/TP表现出和阵列微电极相似的电化学特性;探讨了Au/TP电极在复杂电极反应机理的研究及快速电极反应速率常数的测定等方面的应用.     

纳米尺度下不同曲率半径针尖接触滑动过程的分子动力学模拟

针对不同磨损情况的原子力显微镜探针,运用三维分子动力学模拟方法研究不同曲率半径探针接触压入及滑动过程中单晶铜基体表面材料的变形及摩擦磨损机制.研究结果发现,在探针接触压入单晶铜基体时,接触作用力、位错及位错发射等缺陷随着接触深度或接触半径的增大而增加,位错发射方向为[101]和[101].探针在单晶铜基体表面滑动过程中,探针曲率半径增大,因材料塑性变形形成的沟槽、法向力及摩擦力也随之增大,而摩擦系数随之减小.堆垛层错沿着滑动方向扩展并随探针曲率半径增大而增多.此外,摩擦磨损过程中产生的隆起堆积原子数量随着探针曲率半径或滑动距离增大而增多.     

偶氮苯自组装单分子膜的特征电化学响应

自组装膜作为在分子水平上设计界面结构的方法,在基础研究和应用开发两方面均得到广泛的发展。自组装膜的电化学是一个非常活跃的领域,但是主要的研究工作则集中在简单可逆的氧化还原体系,例如:二茂铁衍生物、紫精类、醌类、钌和锇的联吡啶和胺的络合物。我们的目的是应用高度有序和致密的自组装膜研究复杂的偶氮苯基团的电化学反应机制,在初步的研究中,我们已成功地将偶氮苯导入自组装膜体系,并且获得了良好的电化学响应,本文报道了系列新型偶氮苯自组装单分子膜的构造以及电化学性质的考察。这样一个全新体系使得我们能够洞察在有序分子组装体系中所进行的电子转移与离子传递的特征规律性。     

纳米气泡对HOPG表面BSA吸附影响的AFM原位观察

利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)原位观察, 发现纳米气泡会影响牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)在疏水表面高序热解石墨(highly ordered pyrolytic graphite, HOPG)表面上的吸附. 在水/HOPG界面BSA分子可以均匀吸附并与纳米气泡共存. 注入乙醇除去纳米气泡后, 在原来纳米气泡的位置上BSA吸附层出现圆形空洞. 空洞的深度约8 nm, 直径在数十纳米. 纳米气泡与相应位置上空洞面积间的相关系数达0.88～0.94, 显示这些空洞确为纳米气泡所致. 另外, BSA分子环绕纳米气泡排列成环状, 说明在水/HOPG界面BSA倾向于吸附在接触线区域.     

闭合式无线纳米孔电极检测单个外泌体

单个体电化学通过在限域电化学测量界面上检测单个纳米粒子、单个脂质体、单个细胞等的电化学特性,实现对单个体各向异性的研究.这种高度灵敏的电化学方法能够快速测量并区分纳米级单个体的大小和表面电荷等.目前,已在单颗粒催化、环境监测和细胞分析等领域得到应用.本研究通过使用尺寸可控的石英纳米孔作为模板,将贵金属金沉积在石英纳米孔尖端,以形成用于单个体测量的纳米级电化学限域界面,从而制备具有高灵敏度的闭合式无线纳米孔电极.利用该电极构建了单个体电化学测量体系,实现了单个外泌体的检测,获得了信噪比高达25.1的单个外泌体碰撞信号,电化学测量平均电流幅值为15.1 pA,单个信号持续时间为0.4 ms,从而实现了单个外泌体与纳米电极间动态相互作用的实时测量.     

表面主客体复合自组装纳米结构的STM 研究

基于自组装的基本原理, 以“自下而上”的方式在表面构筑主客体复合纳米结构是纳 米科学与技术研究的重要内容之一, 并在单分子科学和纳米电子学等领域具有重要意义. 扫描隧道显微镜(STM)以其原位、实时、实空间和原子级分辨的优点, 在主客体复合体系 表面自组装的研究中发挥了不可替代的作用. 在表面组装中, 主客体分子之间有多种不同 的复合模式, 最常见的是客体分子填充于由主体分子构成的含有空腔的二维骨架结构, 空 腔的大小和对称性由主体分子的结构调节, 客体分子通过尺寸匹配等效应填充; 客体分子 能够沿着主体分子形成的单层结构外延生长, 在主体分子层上面形成第二层客体结构; 此 外, 主体分子形成的组装结构能够根据客体分子的尺寸和形状做出相应的改变来适应不同 的客体分子, 进一步丰富了主客体复合结构的内涵. 本文以主客体分子之间的复合方式为 主线介绍固体表面构筑主客体复合纳米结构的最新进展.     

利用氢键构筑超分子纳米结构

合成了一个核中心含有6个氮的diquinoxalino(2,3-2′,3′-a,c)- phenazine(DQP)分子, 并在大气条件下用扫描隧道显微镜(STM)研究了它在高定向裂解石墨(HOPG)表面的吸附和组装行为. 利用1,14-十四二酸作为桥成功构筑了二维有序的超分子纳米结构. 结果表明, 利用分子与分子之间的氢键可以来构筑与调控超分子纳米结构.     

Pt纳米微粒电极上CO吸附的电化学循环伏安和原位FTIR反射光谱

用化学还原法制备铂金属纳米微粒. 经TEM表征纳米Pt微粒的平均直径为2.5 nm. 应用电化学循环伏安法研究了该纳米微粒电极的电化学性质, 与本体Pt相比, 吸附在Pt纳米微粒表面CO的氧化电流峰较宽. 原位傅里叶变换红外反射光谱检测到Pt纳米微粒电极表面的孪生吸附态CO, 以及随电极电位变化线型吸附和孪生吸附态CO向桥式吸附态CO的转化过程. 还发现了Pt纳米微粒上吸附态CO的增强红外吸收等一系列特殊性能.     

电化学制备铁磁金属纳米点接触的磁电阻

运用机械抛光技术在单面敷铜板表面制备了由两根宏观金属铜薄膜电极组成的T形结构微米间隙,在T形结构微米间隙之间运用电阻负反馈控制电化学过程的方法制备了铜电极纳米间隙,在纳米间隙之间,同样运用电阻负反馈控制电化学过程的方法制备了不同大小接触面积的具有极小磁致伸缩效应特性的Ni80Fe20铁磁金属纳米点接触.测量和比较了不同接触面积的Ni80Fe20纳米点接触的磁电阻,结果表明Ni80Fe20纳米点接触的磁电阻与接触面积之间没有必然关系;在铜电极纳米间隙之间制备的Ni80Fe20纳米点接触可以减少在测量磁电阻时磁致伸缩效应对所测量的磁电阻效应的影响,而它的磁电阻大小与具有明显磁致伸缩效应的Ni纳米点接触的磁电阻大小相近,实验结果一定程度上说明了铁磁金属纳米点接触的弹道磁电阻效应与磁致伸缩效应的关系极小,但由于运用各种方法制备的铁磁金属纳米点接触在本质上都属于两个各向异性微观界面之间的机械点接触行为,所以并不能排除在测量磁电阻时随外加磁场变化而变化的两个点接触界面之间相互作用力引起的电阻变化对所测量的弹道磁电阻效应的影响.     

纳米铂钯合金膜电极上CO吸附的异常红外效应

彩和电化学循环伏安共沉积方法在玻碳基底上制备纳米级厚度的纳米铂钯合金膜电极（nm-PtPd/GC）,扫描隧道电子显微镜（STM）观察发现,PtPd合金膜由椭圆形层状晶体组成,电化学原位红外反射光谱显示出吸附在nm－PtPd／GC电极上的CO的红外吸收显著增强、谱峰方向与在Pt、Pd电极表面得到谱峰方向相反、半峰宽明显增加等异常红外效应的特征,测得的红外增强吸收因子随PtPd合金膜厚度的增加发生变化,在实验条件下最大达到38．3。     

表面修饰聚合物自组装多层的金纳米棒的表面增强荧光

在金纳米棒表面自组装由阴离子聚合物和阳离子聚合物通过静电作用形成的聚合物多层结构,并研究了该金纳米棒的表面增强荧光效应.未经聚合物修饰的金纳米棒猝灭荧光素的荧光,最高猝灭率为91.5%.经聚合物自组装多层结构修饰后,金纳米棒增强荧光素的荧光.3层聚合物修饰的金纳米棒的荧光增强因子可达102级.     

基于AFM的淋巴瘤细胞成像及其机械特性测定

原子力显微镜(AFM)以其独特的成像方式, 为在细胞水平和分子水平获取细胞生理状态的新认识提供了技术手段. 研究了近生理环境下基于AFM的Burkitt淋巴瘤(Burkitt’s lymphoma, BL)细胞成像及其机械特性的测定, 探索了基于多聚赖氨酸的悬浮细胞固定方法, 并在此基础上实现了AFM对BL细胞表面形貌及其超微结构的高分辨率成像; 对活体BL细胞以及戊二醛固定后的BL细胞的机械特性进行了测定, 验证了Hertz模型对BL细胞机械特性描述的有效性, 同时揭示了戊二醛的引入将导致BL细胞硬度的显著增加. 实验结果为近生理环境下悬浮细胞的高分辨率形貌表征和机械特性测定提供了技术思路和实验方法, 同时为在单细胞尺度上探索可用于疾病早期快速诊断和个性化治疗的新生物标记奠定基础.