拉直的单个DNA分子的全内反射荧光实时成像研究

全内反射荧光(TIRF)成像技术利用穿透深度仅200nm左右的隐失波来激发诱导荧光,探测灵敏度和图像信噪比大大提高,成为单分子研究的有力工具。分子梳技术利用DNA末端与固体表面的结合力和周围流体流动产生的侧向力将DNA分子拉伸并平铺在表面上。结合这两种技术,对分子梳拉直的单个DNA分子进行了清晰的实时荧光成像,发现TIRF成像条件下DNA分子与荧光探针YOYO-1组成的复合体可自然避免发生光敏断裂现象;实时监测了单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白过程,通过对激发光照射时间与探测器曝光时间进行同步控制,可大幅降低光漂白程度,为拉直的单个DNA分子的长时间实时观察和成像研究优化了实验条件,为实时、可视化地研究其与蛋白质相互作用的动力学过程奠定了基础。     

三氯六氨络合钴导致DNA凝聚的分子梳研究

利用分子梳技术和动态光散射研究了三氯六氨络合钴和DNA分子之间的相互作用. 从荧光显微镜中可直接观察到经YOYO-1染色后?-DNA分子的平均伸直长度比未染色的DNA分子增长约30%. 这是由于荧光染料YOYO-1分子插入双链DNA的碱基对中从而使DNA分子的长度增加. 另外研究了染色后的DNA-[Co(NH₃)₆]³⁺混合物的伸直长度随三氯六氨络合钴浓度的变化关系,实验结果表明当钴离子浓度从0增加到3 μmol/L,其混合物的伸直长度由原来的20.9 μm减小到5.9 μm. 利用动态光散射技术证实了这个结果,发现在相同的实验条件下加入钴离子前后DNA-Co(NH₃)₆]³⁺混合物的流体力学半径从203.8 nm减小到39.26 nm.     

DNA与组蛋白相互作用的布朗动力学研究

在真核生物中,DNA按左手手征性的方式,缠绕在组蛋白八聚体的周围,形成稳定的核小体结构.文章作者运用布朗动力学,数值模拟了DNA与组蛋白相互作用最终形成核小体的动力学过程,揭示了DNA与组蛋白相互作用的详细图景,并提出了组蛋白八聚体旋转模型,以解释这一过程.文章作者还计算了组成核小体的DNA在受到拉伸力时,组蛋白被从核小体中剥离下来的动力学过程,得到了组装和剥离过程的详细图像,给出了与前人单分子实验一致的拉伸力与拉伸长度的关系曲线和拉伸台阶.此外,还通过建立的组蛋白手征性模型,模拟了核小体手征性的形成过程,发现DNA的缠绕方向强烈依赖于组蛋白的手征性,显示出环境温度对核小体手征性有重要影响.     

透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度研究

通过研究指数掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散漂移长度与均匀掺杂GaAs光电阴极中光电子扩散长度的差异,确定透射式指数掺杂GaAs光电阴极的最佳厚度范围为16—22 μm.利用量子效率公式对透射式指数掺杂GaAs光电阴极最佳厚度进行了仿真分析,发现厚度为20 μm时阴极积分灵敏度最大.外延生长阴极厚度分别为16和20 μm的两种透射式指数掺杂GaAs样品并进行了激活实验,测得样品的积分灵敏度分别为1228和1547 μA/lm,两者的比值为796%. 实验结果与仿真结果符合. 关键词： GaAs光电阴极 透射式 指数掺杂 厚度     

光学分子成像技术观察纳流芯片对DNA分子的研究

λ-DNA与荧光染料YOYO-1结合，利用荧光显微技术对DNA分子在毛细现象作用下进入宽40 nm、深60 nm的纳米沟道内，并在其内部被拉伸以及沿沟道移动的情形进行了观察.讨论了DNA分子在沟道内的运动情况.结合光学分子成像技术与该尺寸范围的纳流芯片，将有助于研究生物分子的动力学和静力学性质.     

单分子操纵与单分子生物物理

文章介绍了近年来发展起来的一些单分子操纵实验技术如光镊、磁镊、微针、斯托克斯拖曳技术，以及应用这些技术拉伸、旋转、解链DNA分子，从而研究其力学性质所取得的研究进展．各种蛋白质如T7 DNA聚合酶、拓扑异构酶，SWI／SNF染色质重建复合体、RNA聚合酶与DNA的作用在生化过程中十分重要，因此，文章也介绍了这些蛋白质与DNA在单分子的水平上相互作用所取得的研究进展．     

一种新型混合双包层光子晶体光纤的色散特性研究

以多极法理论为基础,设计了一种混合双包层结构的光子晶体光纤.通过改变其五层空气孔的四个结构参数（内层空气孔直径、外层空气孔直径、六边形孔间距和八边形孔间距）,理论上实现了色散绝对值在144—20 μm的波段内变化仅为125 ps·km^-1·nm^-1的平坦色散特性.在此情况下对其损耗进行了数值模拟,使所设计的光纤在144—20 μm的宽波段范围内具有小于0005 dB/km的低限制损耗特性.     

一种新型混合双包层光子晶体光纤的色散特性研究

以多极法理论为基础,设计了一种混合双包层结构的光子晶体光纤.通过改变其五层空气孔的四个结构参数（内层空气孔直径、外层空气孔直径、六边形孔间距和八边形孔间距）,理论上实现了色散绝对值在144—20 μm的波段内变化仅为125 ps·km^-1·nm^-1的平坦色散特性.在此情况下对其损耗进行了数值模拟,使所设计的光纤在144—20 μm的宽波段范围内具有小于0005 dB/km的低限制损耗特性. 关键词： 光子晶体光纤 多极法 平坦色散 限制损耗     

一种改进型单分子操纵装置及其应用

改进了单分子横向磁镊装置,可以直接用于观察单个DNA分子的伸长和扭转并随时更换样品池内的溶液,还可以同时操纵多个DNA分子,大大提高实验效率.此方法可以提供01到40pN范围的拉力,足以满足大部分单分子DNA实验的要求.用该装置实时观测到了DNA分子在拉力作用下的伸长以及在旋转磁场作用下的扭转,并成功地观察到了分子马达拉动DNA的动力学过程,从而验证了该装置的实用性. 关键词： 横向磁镊 单分子操纵 DNA拉伸 DNA扭转     

抗生物素蛋白与DNA相互作用的单分子研究

抗生物素蛋白(avidin)在生物单分子实验中被广泛用于DNA与修饰表面的连接,同时avidin也可作为一种DNA载体用于基因治疗中.本文利用原子力显微镜(AFM)、动态光散射(DLS)、单分子磁镊(MT)技术系统地研究了avidin与DNA之间的相互作用,以及avidin引起DNA凝聚的机理.首先通过AFM对avidin-DNA复合体形貌进行观察,发现不但有avidin导致DNA凝聚的环状形貌,同时也存在avidin自身聚集引起的DNA凝聚现象,通过定量分析,发现其凝聚尺寸越来越小,而当avidin浓度大于2 ng·μL~(-1)时,其凝聚尺寸又突然变大.DLS实验结果也显示了同样的规律,伴随着avidin浓度的升高,DNA的粒径大小从大约170 nm减小到125 nm左右,其电泳迁移率由-2.76(10~(-4)cm~2·V~(-1)·s~(-1))变化到-0.1(10~(-4)cm~2·V~(-1)·~(-1)).此外,通过MT技术的力谱曲线变化,发现avidin导致的DNA凝聚与其他多价离子相比,长度的变化曲线几乎呈线性变化,偶尔存在少而小的阶跃,这种变化趋势与组蛋白的变化曲线更相似.因此可以判断,avidin导致DNA凝聚是由avidin与DNA的静电吸引和avidin自身聚集两种相互作用引起的.     

乙烯在Ni（110）表面吸附的几何结构

用理论计算的方法研究了不同覆盖度的乙烯在Ni（110）表面吸附的位置.乙烯的吸附几何结构在团簇计算中进行了局部优化.在低覆盖度下，单个乙烯分子占据了短桥位和顶位之间的中间位置.乙烯分子的C—C轴大致沿衬底的Ni原子链排列（即沿<110>晶向），C—C轴与衬底Ni（110）表面有10°的倾斜角.乙烯分子的C—C键的键长为0151nm.在高覆盖度下(05ML)，乙烯在Ni (110)上形成了有序的c（2×4）相，在一个表面元胞内的两个乙烯分子的吸附位置类似于低覆盖度时的结果，但乙烯分子的C—C 键键长分别为0142和0143nm.     

一种提取光反馈混沌激光器时延信息的谱分析方法

鉴于时延信息严重威胁着混沌通信的保密性,提出了一种利用频谱仪直接确定激光器时延信息的新方法。通过记录和观察信号的频谱,发现其频谱受到了时延信息的调制;进一步对频谱作逆傅里叶变换,即可直接获取光反馈混沌激光器的时延信息。实验中对腔长L=11.02 m的单反馈和腔长近似相等(L1=11.02 m, L2=11.25 m)或腔长成整数比(L1=11.02 m, L2=22.03 m) 的双反馈情形进行了研究。分析结果表明:在两外腔长度近似相等的情况下,2个外腔长度信息不能被隐藏;当反馈外腔长度成整数比时可以从频谱中提取出半导体激光器的反馈延迟时间。     

利用Keating模型计算Si（1-x）Gex及非晶硅的拉曼频移

利用Keating模型计算了Si_（1-x）Ge_x合金中Si—Si,Ge—Ge和Si—Ge三种振动模态的拉曼频移,计算分别获得Ge浓度为01,05和09时,Si—Ge的振动拉曼频移分别为40275,41339和38815 cm^-1,这些结果与文献的实验结果符合,证明了Keating模型建立的关于原子振动模型是有效的,并可以利用拉伸压缩和相邻原子键之间弹性系数变化获得处于应变状态的拉曼光谱频率.利用Kea 关键词： Keating模型 拉曼光谱 （1-x）Ge_x')" href="#">Si_（1-x）Ge_x 非晶硅     

Measurement of the resonant lengths of infrared dipole antennas

The resonant lengths of infrared dipole antennas at 10.6 and 3.39 μm are experimentally investigated. For this purpose, submicron-sized microbolometers coupled to dipole antennas with lengths between 0.7 and 20 μm were fabricated on a SiO₂-on-Si substrate. The response of the detector to 10.6 μm radiation shows a first resonance for an antenna length between 1.0 and 2.5 μm. A subsequent zero and a second attenuated resonance are observed as the antenna length increases. Similar behavior is observed for illumination at 3.39 μm, with a first resonance occurring at a length shorter than 1 μm. The results permit evaluation of an effective dielectric permittivity and shows the effect of the surface impedance of the metal on the propagation of current-wave on the antenna. The resonance behavior is further studied by changing the irradiation conditions of the detectors. Air-side and substrate-side illumination exhibit identical resonant antenna lengths, but different efficiencies of power collection. The antenna patterns as a function of incident angle have also been measured at 10.6 μm, showing a transition from a primary broadside lobe to the development of side lobes for longer antennas. Finally, an antenna response is measured at visible frequencies. Our measurements point out similarities, as well as differences, between infrared antennas and their counterparts at microwave frequencies, and provide insights useful for the design optimization of planar infrared antennas.     

利用基于自动复形技术的二维光子晶体模型设计宽角度宽波长偏振分束器

基于自动复形技术，在148—152μm的近红外波段设计了可以实现全角度偏振分束（TM模透过，TE模反射）的波状膜层二维光子晶体结构.从能带角度解释了全角度偏振分束的原理.波状膜层倾角θ和a-Si单层膜厚T分别可以在38°—49°和014—015μm的范围内变动，不影响全角度的偏振特性.对波状膜层进行了变形，针对波长128—1 31μm设计了宽角度偏振分束的箭羽型二维光子晶体结构.对比两种结构的能带，阐明了二 维光子晶体偏振分束器光线入射角范围的拓宽与能带结构变化的关系.能带计算全部采用平 面波展开算法. 关键词： 偏振分束 平面波展开 完全禁带     

Electron transport in sub-micron GaAs channels at 300 K

Transient velocity-field characteristics have been computed for GaAs channels having lengths of 0.1, 0.2, 0.5, 1, and 20 μm for electric fields between 1 and 50 kV/cm at 300 K. The results are compared with earlier calculations and the significant features of the computed results are discussed. It is found that the electron motion for all channel lengths and for all fields is significantly affected by collisions. The threshold field for negative differential mobility increases, and the magnitude of the differential mobility decreases with decrease in the length of the sample. The maximum steady-state velocity increases with decrease in the length and may be as high as 5.4×10⁷ cm/s for 0.1 μm samples.     

双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种双芯高双折射光子晶体光纤,采用多极法（multipole method）和光纤的模式耦合理论研究了光纤的双折射、耦合长度以及色散特性.数值研究发现,对于空气孔节距 Λ=1.2　μm,空气孔直径d=1.0　μm的光纤,在1.55　μm处双折射度为1.24×10^-2;对应x偏振模的耦合长度为21.6　μm,对应y偏振模的耦合长度为24.3　μm. 这种具有高保偏度和极短耦合长度的双芯光子晶体光纤对于微型光子器件的研制具有重 关键词： 光子晶体光纤 双芯 双折射 耦合长度     

快速傅里叶变换与线性调频Z变换联合算法在光纤法布里-珀罗传感器解调中的应用

将快速傅里叶变换(FFT)与线性调频Z变换(CZT)联合变换的方法应用到法布里-珀罗(F-P)腔传感器的解调中,从理论上分析了该方法的解调原理及误差.模拟计算得出,该联合算法解调出的腔长的相对误差达到0.01%,腔长的最大绝对误差小于0.05 μm.在对测量范围为O～3 MPa的F-P腔微机电系统(MEMS)压力传感器进行的解调试验中,该算法可以辨别0.01 MPa的压力,腔长与压力数据的拟合度为0.99316,测量压力与实际压力的标准偏差小于0.005 MPa.实验结果表明,FFT与CZT联合解调的方法可以在较少计算量的基础上达到较高的精度,满足实际需求.