纳米酶表面增强拉曼研究进展

纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能,又有催化功能的模拟酶,而表面增强拉曼散射(SERS)是由于一些分子吸附在粗糙金属纳米粒子或其他具有增强性能的纳米材料表面引起的拉曼信号被极大增强的现象,二者有一定的共性。除了贵金属、双金属纳米酶SERS基底的SERS增强来源于电磁场增强机制以外,SERS纳米酶复合材料基底的SERS增强机制一般为电磁场增强与化学增强共同起到作用。由于纳米酶是以纳米材料为基础的催化材料,而SERS基底材料也依赖于纳米材料,纳米酶SERS基底材料的构筑需要协同材料的类酶催化和SERS两个方面的活性。然而SERS活性基底材料的引入有可能会减少催化剂表面催化中心位点,降低催化效率,还会由于被催化分子在催化活性材料与SERS活性材料上的吸附性能不同造成SERS检测信号不能真实反映催化反应的真实进程,很大程度上限制了SERS技术对于催化监测的应用。因此对于纳米酶SERS基底来说,其有效的设计构筑来协同复合材料的催化与SERS活性对于纳米酶催化体系研究具有重要的意义。纳米酶SERS基底材料对于SERS技术在环境监测、食品安全、生物医学等领域应用具有重要的意义。基于特异性分子或者离子对于纳米酶催化反应的刺激响应,可以间接检测一些无拉曼散射截面的小分子,重金属离子和生物分子等,而这些分子本身是无法通过与基底的作用而直接被检测出来,对于这些分子的检测助于推进表面增强拉曼技术的普适化应用。纳米酶SERS基质材料的研究在理论和实际应用中具有重要价值,在催化机理、监测以及超敏生物传感领域具有广阔的前景。     

纳米尺度物质的生物效应和安全性

纳米尺度的物质包括碳纳米管、纳米二氧化碳、纳米三氧化铁和四氧化三铁等，它们与包括氨基酸在内的生物分子和细胞以及动物整体的相互作用受到广泛关注和研究．结果表明这些纳米材料都能和这些生物成分和生物体相互作用，具有明显的生物效应，能够影响生物分子的结构或构象、细胞的生长，且它们的毒性都较小．但从我们获得的资料看，有些纳米物质对生物的整体特性和人的健康有较重的影响．这是我们应该引起严重注意的．     

纳米类酶催化材料SERS基底的构筑及其应用研究

兼具多功能性质的材料是当今表面增强拉曼(SERS)基底构筑的发展方向。纳米模拟酶催化剂近年来发展迅速,引起了不同领域包括材料、化学、生物学、医学等学科的广泛研究兴趣。与天然酶相比,纳米酶具有高稳定性和可调催化活性以及价格低的优点,并能够避免生物酶易失活的特点,使其在催化和酶动力学领域具有广泛的应用前景,特别是在分析化学中有重要意义。构筑了一系列兼具类酶催化活性和SERS活性的纳米酶SERS基底,利用SERS及其他技术研究了类酶催化过程中分子的反应动力学过程,探讨了其类酶催化机理,并将其应用于多种有机分子及生物分子的超灵敏检测中。这里我们介绍几种多功能纳米类酶催化材料SERS基底的构筑及其应用研究:(1)石墨烯/半导体/金属复合纳米酶催化材料的构筑及其对生物体系的超灵敏检测;(2)碳点/金属复合纳米材料的构筑及其SERS增强机制与类酶催化性质研究;(3)导电高分子/金属复合材料的制备及其SERS与类酶催化性质研究;(4)金属/MOF复合材料的构筑及其SERS与类酶增强催化机理与检测研究。     

微纳加工领域新著--《微纳加工及在纳米材料与器件研究中的应用》

微纳加工领域是从事物理学研究与应用开发人员,特别是从事纳米材料与器件研究的物理工作者十分关注和重视的领域。这是由于人们在对纳米材料性能的研究中发现,性能与材料的微观结构尺寸的变化关系密切。例如,随着材料尺度的减小,由于表面效应、体积效应和量子尺寸效应的影响,材料的物理性能和采用该材料制作的器件特性等都可能表现出与宏观体相材料和相关器件特性显著不同的特点。这些特点是材料性能对微观结构尺寸变化的敏感性所导致的结果。正是由于这种敏感性,使得无论在纳米材料科学问题研究还是在纳米器件发展应用中,对材料生长控制和微加工的精确程度都提出了极为苛刻的要求。所以,需要纳米、甚至原子、分子层次的微纳加工技术,以探索材料与器件的新特性。可见,基础科学的研究发展往往需要技术科学提供强有力的支持,要想探索在纳米尺度下物质的变化规律、新的性质和器件功能及可能的应用领域,同样离不开相应的技术手段。微纳加工技术作为当今高技术发展的重要领域之一,是实现功能结构与器件微纳米化的基础。借助微纳加工,人们可以按照需求来设计、制备具有优异性能的纳米材料或纳米结构及器件与装置,发展探测和分析纳米尺度下的物理、化学和生物等现象的方法和仪器,准确地表征纳米材料或纳米结构的物性,探索纳米尺度下物质运动的新规律和新现象。     

聚乳酸纳米复合材料的红外成像方法研究

聚乳酸是一类生物可降解聚合物,具有良好的生物相容性。纳米材料改性的聚乳酸复合物具有优异的性质,在包装、生物医用材料、组织工程等领域有重要用途。本文采用红外成像结合主成分分析法对聚乳酸纳米复合材料进行了系统研究。这两种方法的结合能从分子水平上反映生物聚合物的结构变化,为深入研究提供依据。     

分子包埋纳米粒子薄膜阻变特性研究进展

有机分子包埋纳米粒子阻变薄膜是信息存储领域的研究热点之一,本文从器件电极、介质层结构、纳米粒子种类、阻变机理和柔性弯折等方面,综述了其近年来的研究进展.电极/分子及分子/纳米粒子界面性质对器件阻变特性影响较大,但影响规律及界面调控机理仍待探究;分子结构与纳米粒子的种类、尺度及分布可改变膜内界面性质进而影响阻变特性;器件阻变机理主要包括导电细丝、电荷俘获与释放和电荷转移三种,其中导电细丝又分金属、氧空位和碳细丝.分子包埋纳米粒子薄膜阻变研究现多停留在小规模和静态器件方面,下一步应从连续卷绕制备、纳米粒子分布精确控制和耐弯扭特性等方面深入研究,为实现大面积、低成本、高柔性阻变存储器奠定基础.     

银纳米粒子自组装复合LB膜的结构与性质

纳米粒子的自组装和有序组装膜的结构与性质近年来受到了人们的广泛关注,纳米粒子的表面结构与性质对由其组装成的有序膜的结构与性质有直接的影响。文章报道了利用自组装技术制备的银纳米粒子与双亲有机分子的单层和多层复合LB膜,通过吸收光谱和表面增强拉曼光谱研究了银纳米粒子与吸附分子间的相互作用,探讨了复合膜的成膜特性及银纳米粒子的拉曼增强特性。十八胺/银粒子复合LB膜的吸收光谱及拉曼光谱显示,十八胺分子与银纳米粒子表面的活位通过NH₂中的氮原子以复合体的形式结合;同时,在激发光的作用下复合体可能存在光催化过程。根据银粒子复合LB膜的实验结果,十八胺和十八酸之间的反应产物在复合膜中起空间位阻作用,与银粒子表面的相互作用较弱。     

壳聚糖包裹AgInS_2的物理表征及生物毒性研究

选用天然多糖中唯一的碱性多糖——壳聚糖作为稳定剂和包裹剂,成功合成了水溶性的Ag In S2量子点/低分子量壳聚糖纳米复合材料(Ag In S2/LCSMS)。利用透射电子显微镜(TEM)、FT-IR傅里叶红外光谱仪、紫外吸收光谱、荧光分光光度计等表征手段对纳米复合材料的形貌、化学组成及光学性质进行了研究。结果表明,Ag In S2/LCSMS纳米复合材料的粒径约为5~6 nm,在水相中仍具有较稳定的发光。之后,对Ag In S2/LCSMS纳米复合材料的生物相容性进行了研究,对比Ag In S2/LCSMS纳米复合材料与Ag In S2量子点的细胞活性测试结果发现,Ag In S2/LCSMS纳米复合材料的细胞活性比Ag In S2量子点有了明显的提高,说明通过低分子量壳聚糖的包裹可以明显提高纳米材料的生物相容性。因此,这类具有较好水溶性和生物相容性的荧光Ag In S2/LCSMS纳米复合材料可作为优良的生物荧光标记材料在生物医学检验、细胞以及活体成像研究中有广泛的应用前景。     

界面自组装的金/氧化石墨烯复合材料的表面增强拉曼散射行为研究

采用Frens法制备金纳米粒子溶胶,通过界面自组装技术在掺磷的非晶碳衬底表面构筑三维的金/氧化石墨烯/金复合结构.以罗丹明B为探针分子,考察金/氧化石墨烯/金复合材料的表面增强拉曼散射活性.结果表明,由于氧化石墨烯的化学增强和金纳米粒子的电磁场增强的协同作用,在该三维复合材料上获得了很强的罗丹明B拉曼信号.所设计的三维金/氧化石墨烯/金复合材料在生物分析、环境监测、疾病防控、食品安全等领域具有潜在的应用价值.     

硫醇衍生化的纳米金与癌胚抗原相互作用的光学分析

纳米金已在在药物靶向传输体系、疾病检测、分子识别、生物标签等领域有着广泛的应用,但是,由于纳米金的表面效应,大量的表面原子具有巨大剩余成键能力,使得纳米金粒子较容易团聚、沉聚,影响了其稳定性。为了实现对肿瘤靶标之一-癌胚抗原的痕量检测,需要制备出对癌胚抗原检测具有良好的增色效应与荧光增敏效应的纳米材料。该工作采用纳米金的硫醇衍生法制备了一种新型的硫醇衍生化的纳米金材料,并对此新型硫醇衍生化的纳米金材料的特性用透射电子显微镜,紫外-可见吸收光谱,荧光发射光谱和红外光谱等方法进行了研究。紫外-可见吸收光谱,荧光发射光谱的实验结果表明,在新的配体乙二硫醇存在下,有更多的电子从配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上,导致荧光增强。这种新型硫醇衍生化的纳米金与癌胚抗原作用时表现出增色效应与荧光增敏效应,而纳米金与癌胚抗原作用时看不到这种增色效应与荧光增敏效应。红外方法的研究结果表明,这种材料的蛋白增色机理为当硫醇衍生化纳米金与癌胚抗原蛋白作用时,体系中蛋白的—OH表现出更多的面外弯曲振动,有利于电子从硫醇衍生化纳米金配合物向蛋白转移而导致其增色和荧光增敏效应。因而这种新的硫醇衍生化纳米金材料比纳米金将具有更好的生物检测应用价值。     

白光和红绿蓝光LED可调光源研制

为了提高LED光源色温和亮度的调节精度和准确度,结合色温由低向高变化时光色所呈现的渐变特点,提出了一种低色温白光LED灯珠、高色温白光LED灯珠加红绿蓝光LED灯珠补偿式调光的方法.将色温分成三个部分进行调节,每个部分选用不同的LED灯珠组合来进行调光.实验结果表明:不同组合情况下的LED光源的初始输出色温相对于目标值的偏差范围在1％以内;亮度可以在保证色温不变的情况下独立进行调节,初始输出值与目标值的偏差范围在1％以内;经过微调之后可以达到目标值;达到了色温和亮度独立调节的要求;光源发光稳定,不会因为长时间工作而影响调节精度.     

Visualization and interferometry for cylindrical and spherical sample tomography and profilometry

A technique combining image processing and laser interferometry for visualizing and detecting the deformation of transparent cylindrical and spherical sample is proposed. This deformation includes geometric deformation such as volume transition in profilometry and physical deformation such as refractive index change in tomography. Phase contour lines are used for quantitative analysis and graphical representation of the deformation. This method allows us to visually detect the spatial variation of the deformation field and to evaluate the test quality such as misalignment of optical system. A theoretical analysis using phase contour map to characterize the deformation field is described in detail. A method using phase contour map to qualify the interferometric test is proposed. Analysis of test examples is carried out. Suggestions on using phase contour line method to ameliorate test system design are finally discussed.     

Quantum and Classical Disparity and Accord

Discrepancies and accords between quantum (QM) and classical mechanics (CM) related to expectation values and periods are generally found for both the harmonic oscillator (SHO) and a free particle in a box (FPB), which may apply generally. These indicate non-locality is expected throughout QM. The FPB energy states violate the Correspondence Principle. Previously unexpected accords are found and proven that 〈x ²〉 _CM =〈x ²〉 _QM and τ _CM =τ _QMb (beat period i.e. beats between the phases for adjoining energy states) for the SHO for all quantum numbers, n. However, for the FPB the beat periods differ at small n. It is shown that a particle’s velocity in an infinite square well varies, no matter how wide the box, nor how far the particle is from the walls. The quantum free particle variances share an indirect commonality with the Aharonov-Bohm and Aharonov-Casher effects in that there is a quantum action in the absence of a force. The concept of an “Expectation Value over a Partial Well Width” is introduced. This paper raises the question as to whether these inconsistencies are undetectable, or can be empirically ascertained. These inherent variances may need to be fixed, or nature is manifestly more non-classical than expected.     

黑克、布劳、及伯曼-温采尔代数的诱导及分导系数和量子经典李代数的耦合与重新耦合系数

本文总结了计算黑克、布劳、及伯曼 温采尔代数在各种工数链下诱导及分导系数的线性方程方法(LEM)。特别强调了关于A,B,C,D型李代数及其量子情形与其中心代数之间的舒尔 魏尔 布劳双关性关系。这一关系使我们能够利用相应中心代数的诱导及分导系数计算出经典李代数及其量子情形的耦合与重新耦合系数。讨论了从该方法得到B,C,D型李代数不可约表示克罗内克积分解的应用。基于LEM还得到了处理对应于置换群CG系列问题的黑克代数张量积的方法。     

国外超导材料技术研究政策和方向

超导材料技术是21世纪具有战略意义的高新技术,极具发展潜力和市场前景。世界各发达国家纷纷制定研发计划,给予高度重视和大力支持,加快超导材料技术的基础研究和产业化发展。主要从美国、日本、欧洲国家、韩国等国家的相关研发计划、政策以及主要科研机构的研发概况出发,阐明目前国外超导材料技术的研究政策和方向。     

Rapid and flexible laser marking and engraving of tilted and curved surfaces

We present a novel method for rapid and flexible laser marking and engraving of tilted, curved and freeform work-piece surfaces. The method is based on integrating a three-dimensional (3D) laser measurement system into a 3D laser marking system. We use the same laser source and optics for measurement and processing with a minimum of additional hardware components. A low power CW laser regime is used to measure the 3D shape of a work-piece surface while a high-peak power-pulsed laser regime is used for processing. The acquired 3D surface data are used to determine the 3D trajectory of the processing beam focus. Neither the 3D shape of the work-piece nor its orientation needs to be known in advance as long as the processed surface lies within the working range of the 3D laser processing system. This eliminates the need for exact work-piece positioning before processing and substantially improves processing flexibility (allowing, e.g. variations in work-piece shape or/and orientation from mark to mark). This paper discusses key issues concerning an implementation of the method and presents typical examples of markings and engravings, which demonstrate the advantages of the method with respect to the existing industrial 2D and 3D laser marking and engraving methods. The method can also be applied to flexible laser structuring and microprocessing of curved surfaces.     

Spectroscopy and Photophysics of Iso- and Alloxazines: Experimental and Theoretical Study

We present a systematic study of the effect of methyl substitution on iso- and alloxazines in acetonitrile solutions. Substitution patterns have profound effects on both spectral and photophysical properties, with fluorescence quantum yields varying by more than an order of magnitude. TD-DFT calculation were used for the first time to correlate electronic structure changes with the substitution patterns, with good agreement between calculated and theoretical band positions and oscillator strengths. Both n-pi* and pi-pi* states in these compounds are predicted, with the oscillator strengths indicating that only the pi-pi* states should be observable in the absorption spectra. Substitution patterns are shown to be responsible for energy order inversion between these states.     

Nano and micro-scale fluid and plasma dynamics: present and future applications

In this letter, we illustrate the importance of fluid dynamics research by considering two particular areas of study: nano- and micro-scale fluid and plasma dynamics. We show how improved scientific knowledge of nano- and micro-fluid dynamics can significantly enhance our future. Application is also discussed regarding environmental aspects.     

Divergence- and Curl-Preserving Prolongation and Restriction Formulas

We present new second-order prolongation and restriction formulas which preserve the divergence and, in some cases, the curl of a discretized vector field. The formulas are suitable for adaptive and hierarchical mesh algorithms with a factor-of-2 linear resolution change. We examine both staggered and collocated discretizations for the vector field on two- and three-dimensional Cartesian grids. The new formulas can be used in combination with numerical schemes that require a divergence-free solution in some discrete sense, such as the constrained transport schemes of computational magnetohydrodynamics. We also obtain divergence-preserving interpolation functions which may be used for streamline or field line tracing.