2013-17 科技要闻

实现最高分辨率单分子拉曼成像中国科学技术大学侯建国等在国际上首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像,将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5nm。研究团队一直致力于自主研制科研装备,发展了将高分辨扫描隧道显微技术与高灵敏光学检测技术融为一体的联用系统。利用针尖与衬底之间形成的纳腔等离激元"天线"的宽频、局域与增强特性,通过与入射光激发和分子拉曼光子发射发生双重共振的频谱匹     

活细胞内单分子实时显示的光学途径探索

现代光学探测技术具有高空间分辨率、高时间分辨率、大信息量、无损伤、可实现活体探测等优点，因而成为实现单分子探测的首选方法．针对单分子探测中高时空分辨率、高灵敏度、高特异性的要求建立并发展了多种光学成像和光谱探测方法．在此基础上，我们在活细胞内单个蛋白分子之间的相互作用、活细胞内单个蛋白分子动力学、液体环境中单个分子的拉曼光谱等3个方面开展了应用基础研究，这些工作为在单分子水平上研究生命活动的细节奠定了基础．     

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.     

金属纳米颗粒／微纳结构金属膜增强拉曼研究进展

被称为“指纹谱”的分子拉曼谱及拉曼散射成像在生物及化学单分子识别领域具有重要应用。问题的关键是分子的拉曼散射截面小,利用金属纳米颗粒（LSP）局域场增强特性及其与金属膜（SPP）相互作用可产生比 LSP （ SPP）更强的局域场及尖角结构金属纳米颗粒的“热点天线”效应,可实现单分子拉曼信号的激发与辐射双共振增强效应。本文综述有关金属纳米颗粒和微纳结构金属膜相耦合增强分子拉曼信号的研究进展。     

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     

MoS2光学性质的第一性原理计算

为研究不同层数MoS2的光学性质以及缺陷对单层MoS2光学性质的影响,利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算1～3层MoS2的能带结构、拉曼光谱和光学性质以及具有空位缺陷的单层MoS2的拉曼光谱和光学性质.研究结果表明:单层MoS2为直接带隙半导体,而2～3层MoS2为间接带隙半导体.对于1～3层MoS2的拉曼光谱,随...     

西北大学和清华大学合作承担国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备研制专项

日前,西北大学化材学院亢晓峰教授研究团队与清华大学联合申请的国家重大科研仪器设备专项"纳米通道单分子分析仪器的研制"获国家自然科学基金委批准。项目研究从2014年1月到2018年12月共5年,资助金额800万元,西北大学作为合作单位获资助320万元。西北大学将承担项目中纳米通道单分子电化学分析仪器的研究工作,清华大学将承担项目中光学成像系统的研究工作。这是西北大学首次获得国家     

共焦拉曼光谱仪的白光成像在生物分子拉曼测试中的应用

在研究生物活性分子的表面增强拉曼光谱过程中，利用该拉曼系统的白光成像功能，原位获得银电极表面图像，对电极处理方法进行评估，从而获得理想的实验条件，使生物分子的拉曼光谱质量大大改善．     

自组装二维银纳米粒子的复合Langumir-Blodgett膜的结构及表面增强拉曼散射研究

利用Langumir-Blodgett(LB)技术制备了单层的LB膜，通过自组装的方法将银颗粒组装到LB膜上，形成了成膜分子-银纳米粒子二维结构的复合LB膜。AFM和π—A曲线表明调节成膜分子的比例，银离子可以亚单层形式排列于基底表面。拉曼光谱研究表明，该基底显示出了良好的表面增强拉曼散射效应。     

贵金属纳米材料用于生物成像研究进展

 贵金属纳米材料在光稳定性、光信号强度、生物兼容性等方面具有其他材料无法比拟的优势,已成功应用于各科学研究领域,尤其是在生命科学与生物医学研究等方面具有广阔的应用前景。本文简介贵金属纳米材料在荧光成像、拉曼成像、暗场成像的成像原理及优缺点,综述贵金属纳米材料在生物成像方面的最新研究进展。随着纳米合成技术的快速发展及检测手段的提高,贵金属纳米材料将会从基础的科学研究领域更全面地走向实际应用。而单分子光谱和光学显微成像技术取得了长足的进步,很有可能带给生物成像表征手段一次全新的革命。     

国内新闻

地波雷达首次服务奥帆赛，非线性光学分子功能材料研究获进展，发现调控肝脏甲胎蛋白基因表达关键分子，饮食和运动干预可降低糖尿病风险，研发出紫外单光子成像探测器，研发出多尺度有序多孔的快速自组装方法     

表面增强拉曼散射光谱在细胞研究中的应用

本文简介了表面增强拉曼散射（SERS）光谱,阐述了单分子探测灵敏度的SERS光谱术在细胞内的应用进展,提出了鼻咽癌细胞的表面增强拉曼散射光谱研究的建议。     

单分子科学前沿—监测、操纵与表征

单分子监测与操纵（Single-Molecule Observation and Manipulation）综合利用光学工具、荧光标记和扫描探针显微技术对单分子进行成像和监测。过去在观测大分子行为时,必须设法使样本中反应同步进行,以获取相对准确的分布信息。而单分子监测与操纵技术的出现,使得研究生理环境下的实时反应中大分子的构型、分布和反应进程成为可能,并为进一步解释DNA转录、RNA聚合、动力蛋白和蛋白质折叠机理等一系列过程提供了有力的研究手段。使用扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope,STM）,可以更为深刻地观察分子的量子电动力学行为,理解分子水平上力学作用、电磁作用及化学作用的相互影响,并以此为基础设计极其高效的纳米器件。对上述三个领域（光学工具、荧光标记、扫描探针显微技术）做了简要介绍,并重点阐述其在生物大分子研究中的具体应用。     

云母片上单层石墨烯的制备及拉曼光谱研究

采用拉曼表征技术研究了平铺到云母片上单层石墨烯的性质.首先,将单晶白云母暴露在辐照量为1×10~6个/cm~2的重离子中进行辐照,用HF溶液对辐照后的云母片进行蚀刻.之后将CVD(化学气相沉积)法制得的单层石墨烯转移平铺到云母片上,利用SEM、Raman技术对悬空(孔洞之上)及非悬空区域的石墨烯进行分析表征.实验结果表明,辐照后的云母片在HF(体积分数40%)中置于30℃水浴超声蚀刻20 min后产生孔径约为3μm的菱形孔洞.而平铺在云母上的单层石墨烯样貌完整,部分悬空区域处的石墨烯有所破裂,且破裂面积随孔径增大而增多.利用拉曼电镜对悬空区域进行探测,可以得到仅有单层石墨烯的拉曼信号.采用石墨烯/云母基底对生物探针分子进行拉曼表征,结果显示该基底对探针分子的拉曼信号有增强作用.     

表面等离激元增强拉曼散射（SERS）的机理

被称为"指纹谱"的拉曼谱在生物、化学及医学研究中具有重要应用,特别是在单分子传感方面具有优势。但相对于入射光强,拉曼散射信号强度非常弱,需借助科学手段增强信号,即增强拉曼研究,这主要从增强拉曼信号强度和提高信噪比两方面着手。其中,表面增强拉曼散射(SERS)是其中一支极其重要的研究方向。本文从拉曼散射的基本原理出发,研究了金属微纳结构增强拉曼信号的机理,为基于拉曼信号的高灵敏度传感提供理论参考,并给出了一个实验结果。     

近场光学与近场光学显微镜

近场光学是研究距离物体表面一个波长以内的光学现象的新型交叉学科。基于非辐射场的探测与成像原理,近场光学显微镜突破常规光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究。本文将讨论近场光学的基本原理,非辐射场的探测与高分辨率的关系;光学限阈及隐失场在近场光学中的重要性;以及近场信息的获取方法。对近场光学显微镜的主要类型及相应的仪器发展,分辨率,衬度原理做一综述。同时简要介绍近场光学显微镜在超高分辨率光学成像,近场局域光谱,高密度数据存储,在生命科学,单分子光谱,量子器件发光机制等领域中的应用。     

单分子纳米技术

近年来,对于将单一分子作为研究对象的科学研究越来越多。借助于现代的实验仪器,科学家们已经能够揭示单一分子的性质。科学家们可以对酶、分子马达、活体细胞中信号传导过程中的受体等一些重要生物分子的直接表征。常见的单分子研究包括对细胞膜上离子通道电学性质研究,对单分子之间的生物化学反应动力学参数的测量,利用扫描探针技术或荧光技术对单分子进行成像研究以及直接通过电子显微镜对单分子进行检测。     

线性多烯类分子—角黄素的理论与实验光谱研究

本文应用显微共聚焦拉曼光谱和紫外-可见光谱研究线性多烯类分子角黄素的微观结构,并结合量子化学的密度泛函方法 B3LYP优化其几何构型和计算其光谱频率.实验与理论结果表明:角黄素分子是以碳碳单双键交替的共轭分子,紫外-可见吸收光谱带比一般π→π跃迁红移,具有很强的π电子离域能力,其拉曼光谱的碳碳单双键的和频和倍频的拉曼光谱强度可达到基频峰强的30%.     

单球面反射和折射成像规律的分析

单球面成像是光学成像系统的基础,文章依据单球面成像的基本公式,对处于不同位置的物体经单球面折射和反射后所成像的性质进行了分析,对其规律进行了总结。     

国内科技期刊亮点

一种紫外单光子成像系统面世中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室张兴华等,在《物理学报》2008年第7期上发表了以题为"紫外单光子成像系统的研究"的论文,报告了其搭建的一种紫外单光子成像系统。目前,随着生物医学、