meso-四（4-（N-甲基吡啶基））卟啉TMPyP4与端粒DNA重复序列TTAGGG形成的G4结构的相互作用

通过圆二色谱、稳态吸收光谱、稳态荧光光谱和皮秒时间分辩荧光光谱研究了meso-四（4-（N-甲基吡啶基））卟啉（TMPyP4）与端粒DNA重复序列5＇-TTAGGG-3’形成的平行结构DNAG4的相互作用．稳态实验结果表明,二者之间的结合常数为1．29×10^6（mol／L）^-1,饱和结合数为3．将时间分辨荧光光谱应用到二者相互作用的研究中,推测了TMPyP4以插入和末端堆积两种方式与DNAG4相结合．当达到饱和结合时,一个TMPyP4分子插入到DNAG4结构层层之间,另外两个分子以末端堆积的方式结合到G4结构的两端．     

颗粒群碰撞搜索及CFD-DEM耦合分域 求解的推进算法研究

在采用计算流体力学-离散元耦合方法(computational fluiddynamics-discrete element method, CFD-DEM)进行固液两相耦合分析时, 颗粒计算时间步的选取直接影响到耦合计算精度和计算效率. 为此, 本文选取每个目标颗粒为研究对象, 引入插值函数计算时间步的运动位移, 构建可变空间搜索网格; 通过筛选可能碰撞颗粒建立搜索列表, 采用逆向搜索方式判断碰撞颗粒, 从而提出一种改进的DEM方法(modified discreteelement method, MDEM). 该算法在颗粒群与流体耦合计算中, 颗粒计算初始时间步选取不受颗粒碰撞时间限制, 通过自动调整和修正实现大步长, 由颗粒和流体耦合条件实时更新流体计算时间步, 使颗粒计算时间步选取过小导致计算效率低、选取过大导致颗粒碰撞漏判的问题得以解决, 为颗粒与流体耦合的数值模拟提供了行之有效的计算方法. 通过两个颗粒和多个颗粒的数值模拟, 得到的颗粒间碰撞力、碰撞位置及次数, 与理论计算结果的相对误差均低于2%, 与传统的DEM碰撞搜索算法相比, 在选取的3种计算时间步均不会影响计算精度, 且有较高的计算效率. 通过多个颗粒与流体的耦合数值模拟, 采用传统的CFD-DEM方法, 只有颗粒计算时间步选取10$^{-6}$ s或更小才能得到精确解, 而采用本文方法取10$^{-4}$ s也能够得到精确解, 避免了颗粒碰撞随时间步增大而出现的漏判问题, 且计算耗时降低了16.7%.      

NiS2助剂修饰g-C3N4光催化剂的简易合成及光催化制氢性能增强研究

g-C3N4是一种新型的稳定的半导体光催化材料,它可以通过热缩聚法、固相反应法、电化学沉积法和溶剂热法等制备.g-C3N4禁带宽度约为2.7 eV,吸收边在460 nm左右,具有合适的导带位置,可用作可见光响应制氢的光催化材料,但在实际应用中g-C3N4光催化性能较低,其原因可归纳为:(1)g-C3N4在吸收光子产生电子和空穴对后,光生载流子的传输速率较慢,容易在体相或表面复合,致使g-C3N4的量子效率较低;(2)材料在合成过程中易于结块,使g-C3N4的比表面积远小于理论值,严重削弱了g-C3N4光催化材料的制氢性能.目前已有很多关于g-C3N4改性的报道,但一些方法对材料的处理过程耗时较长或者合成过程较难控制.用助剂改性是提高光催化制氢活性的半导体材料的主要策略之一.合适的助剂可改进电荷分离和加速表面催化反应,从而提高光催化剂的制氢活性.虽然稀有金属或贵金属,如铂、金和银可大大提高g-C3N4的制氢速率,但由于其昂贵和稀缺性,因而应用严重受限.因此,开发成本低、储量丰富、高性能助剂来进一步提高制氢性能具有重要意义.NiS2来源丰富、价格低廉.它可在酸性和碱性的环境保持相对较高的稳定性,且其表面电子结构表现出类金属特性.但它较难与半导体光催化剂形成强耦合和界面,通常需要水热等条件下合成.实验表明,g-C3N4表面存在着大量的含氧官能团及未缩合的氨基基团,为表面接枝提供了丰富的反应活性位点,因而可利用g-C3N4表面均匀分布的含氧官能团等和Ni2+结合,再原位与S2?反应,从而在g-C3N4上负载耦合紧密的NiS2助剂,进一步提高复合材料的光催化制氢活性.本文采用低温浸渍法制备了NiS2/g-C3N4光催化剂.NiS2助剂在温和的反应条件下与g-C3N4光催化剂复合,可以防止催化剂结构的破坏,同时使得助剂均匀地分散,并紧密结合在催化剂表面,从而大大提高光催化剂的制氢性能.该样品制备过程为:(1)通过水热处理制备含氧官能团和较大比表面积的g-C3N4;(2)添加Ni(NO3)2前驱体后,Ni2+离子由于静电作用紧密吸附在g-C3N4表面;(3)在80oC加入硫代乙酰胺(TAA),可在g-C3N4的表面紧密和均匀形成助剂NiS2.表征结果证实成功制备NiS2纳米粒子修饰的g-C3N4光催化剂.当Ni含量为3 wt%,样品表现出最大的制氢速率(116μmol h?1 g?1),明显高于纯g-C3N4.此外,对NiS2/g-C3N4(3 wt%)的样品进行光催化性能的循环测试结果表明:该样品在可见光照射下可以保持一个稳定的、有效的光催化制氢性能.根据实验结果,我们提出一个可能的光催化机理:即NiS2促进了物质表面快速转移光生电子,使g-C3N4光生电荷有效分离.基于NiS2具有成本低和效率高的优点,因而有望广泛应用于制备高性能的光催化材料.     

以2-氨基嘌呤为荧光探针研究双链DNA分子内电荷传递机理

2-氨基嘌呤(2Ap)是腺嘌呤的结构类似物, 经常作为荧光探针分子用以研究DNA分子内电荷传递过程. 设计并合成了一系列2-氨基嘌呤和鸟嘌呤核苷酸重复序列GGG之间不同距离的双链DNA分子, 利用时间分辨荧光光谱手段研究了2Ap的荧光衰减动力学以及给体(…GGG…)与受体(2Ap)间的桥体(I, 次黄嘌呤)长度变化对双链DNA电荷传递过程的影响. 结果表明, DNA分子的荧光探针分子2-氨基嘌呤的荧光动力学呈三指数衰减. 其中几百皮秒的组分来源于2-氨基嘌呤和鸟嘌呤之间的电荷转移反应, 当两者间的距离不大于2.4 nm时, 衰减速率随距离的指数函数而减小, 衰减因子b值为1.3 nm^−1; 当两者间的距离大于2.4 nm时, 荧光衰减速率随距离增加而加快, 说明电荷转移过程还与桥体次黄嘌呤I的多重复序列能量匹配有关.     

笼型倍半硅氧烷及其在阻燃聚合物中的应用

笼型倍半硅氧烷(POSS)是一种新型的有机-无机杂化材料,是基于化学键作用形成的分子内杂化结构。由于其独特的分子结构,与聚合物复配后形成的杂化材料不但能够明显改善聚合物基体的力学性能、加工性能和光电性能,同时能够显著提高聚合物的耐热性能和燃烧性能。本文简要综述了POSS单体的结构特点及几种在阻燃聚合物中常用到的带有特种结构官能团POSS的合成方法,分析了POSS的加入对聚合物阻燃机理的影响,重点介绍了近年来POSS在阻燃聚合物中的应用研究进展,并展望了今后的研究方向和重点。     

超表面上表面等离激元波的光栅衍射行为研究

本文利用严格数值仿真研究了550~700 nm波段的可见光通过金属光栅耦合方式激发的表面等离激元(SPP)波在金属表面的光栅衍射行为与现象。研究结果表明:SPP波在金属表面的衍射行为与自由空间光相比有极大不同,由于SPP波的近场属性,经金属光栅衍射后在近场可表现出明显的光栅分光现象,但经过一段传输距离后则分光现象消失而表现为不同级次的光合为同一束光;在近场衍射情况下,其情况与自由空间光衍射行为类似,对SPP亚波长金属光栅来说同样只有零级透射光;而当金属光栅周期大于SPP波长时,高级衍射级次则开始出现。研究结果对下一步在金属表面上实现微米级片光谱仪器具有重要借鉴意义。     

非病毒型DNA纳米微球层层组装构建多层膜用于原位基因传递

高效安全的基因传递体系是基因技术发展的关键问题. 基于聚阳离子的基因纳米微球是一种典型的非病毒型基因载体, 能够在体内外有效转染细胞. 本文通过层层组装方法构建装载基因纳米微球的可降解多层膜, 这种固相基因传递体系能实现材料表面的贴壁细胞的原位转染. 与装载裸DNA的多层膜相比, 基因纳米微球多层膜能更有效地原位转染贴壁细胞, 这主要是因为DNA在此多层膜中仍处于与聚阳离子缔合的状态. 构建于聚乳酸三维支架表面的基因纳米微球多层膜亦能实现支架表面贴壁细胞的原位转染. 这种结构可控、易制备的基因纳米微球多层膜为精确控制基因纳米微球传递提供了一种新方法, 也为基因治疗进一步应用于组织工程、介入治疗和医用植入体提供了一种可能的技术手段.     

高活性Ag修饰TiO2空心八面体光催化剂的简易模板诱导合成

贵金属修饰的TiO2空心纳米光催化材料由于具有大的比表面积、低的质量密度、良好的表面渗透性、强的光吸收能力以及界面电荷的快速转移,因而表现出优异的光催化性能.为了制备结构可控且精良的贵金属修饰TiO2空心纳米光催化材料,人们先后采用湿化学法、高温固相法、声化学法及光化学沉积法等.由于在制备过程中涉及多种异相材料的合成和结构控制,因此上述合成方法通常需要复杂且多步过程(有些过程甚至很容易导致结构破坏),从而限制了其在光催化领域的实际应用.本文开发了一种简单的模板诱导法,成功制备了Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂.合成过程包括模板指导沉积和原位模板溶解.以Ag2O八面体为模板, TiF4水溶液为前驱体,首先通过TiF4水解形成TiO2纳米粒子沉积在Ag2O模板表面,而TiF4水解产生的酸性HF水溶液可原位溶解碱性的Ag2O模板,从而一步制得TiO2空心八面体.同时,利用Ag2O以及Ag+离子的光敏特性,在光照条件下使Ag2O和Ag+离子生成Ag纳米颗粒,直接沉积在TiO2空心八面体的内外表面,得到Ag/TiO2光催化剂.由此可见,该合成方法具有明显的步骤少的优点.扫描电镜、透射电镜、能量散射和紫外-可见光谱等表征结果表明成功制得内外Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂,其中TiO2空心八面体的壁厚约为25 nm,边长约为1μm,而修饰在其表面的Ag纳米粒子尺寸仅为5–10 nm.此外,通过控制TiF4前驱体浓度,还可制备核壳结构的Ag2O@TiO2八面体以及不同壁厚Ag修饰的TiO2空心八面体,表明该方法在Ag/TiO2形貌合成上的多样性和可控性.为了获得良好的光催化活性,对制备的Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂进行了不同温度的热处理. X射线衍射结果表明,即使在600 oC高温下,制备的Ag/TiO2空心八面体光催化剂依然能够保持原有的特殊形貌和锐钛矿TiO2晶型.该温度明显高于TiO2从锐钛矿向金红石转变的温度.这说明合成的Ag/TiO2能在保持高活性锐钛矿相的同时获得更好的结晶性.这可能是由于分散在TiO2原始晶粒周围的Ag纳米粒子能阻止其进一步长大,从而抑制了其晶型转变.不同样品光催化降解甲基橙的结果表明,经600oC高温热处理的样品表现出最高的光催化活性,相应的反应速率常数为0.11 min？1.这应得益于该光催化剂具有以下三个特点：(1) TiO2空心八面体的薄壁结构能够缩短光照条件下光生电子和空穴从内部扩散到表面的距离;(2)由于贵金属Ag纳米粒子沉积在TiO2薄壁的内外两个表面以及TiO2和Ag形成肖脱基势垒,因此在它们接触的界面上能够发生更快的界面电荷转移;(3)高温处理导致TiO2良好的晶化以及高活性锐钛矿TiO2晶型的保持.     

层状组装：先进药物控释涂层材料的新选择*

先进的药物控释体系和医用植入体是生物医用材料研究的重要内容,将两者有机结合构成的结合装置为采用药物控释的手段有效解决医用植入体面临的挑战,提升医用植入体的功能提供了新的可能。基于静电交替组装的层层组装技术具有操作简单,涂层组成、厚度可控,适用组装分子和组装基材种类广泛,利于保持药物活性等一系列优点,已成为先进药物控释涂层材料的新选择。本文从层状组装多层膜构建原位药物控释涂层的方法研究,对药物释放的调控和功能药物涂层研究三个方面对这一技术在该领域的应用进行了简要介绍。系统总结了层状组装作为先进药物控释涂层材料的优势。并针对将药物控释与医用植入体有机结合的要求,对现有层状组装涂层方法的不足和今后发展的方向进行了论述。     

硬球加强模型在CFD-DEM耦合计算中的验证与分析

针对CFD-DEM耦合计算中,颗粒计算时间步的选取影响颗粒碰撞计算精度和效率的问题。本文引入插值算法,将动量定理求解颗粒碰撞前后速度进行加权平均;根据弹性理论计算得到颗粒碰撞力,进行动力学方程求解;通过速度收敛准则修正初值速度并自动调整迭代求解次数,提出一种计算精度不受计算时间步长影响,无需对碰撞过程进行精细描述的高效率和高精度的加强硬球模型。对两个颗粒匀和变速碰撞算例进行数值模拟,碰撞后速度、碰撞力和碰撞时间与理论计算误差小于4%,与采用软球碰撞模型的DEM方法相比,颗粒碰撞计算精度不受计算时间步长影响,计算效率提高36.3%和36.8%。对单个颗粒在静水中沉降进行数值模拟,计算步长取10 s～5 s,颗粒与壁面即可得到精确解,计算效率提高33.5%。通过压力损失实验验证了该模型能够准确计算颗粒体积分数小于12%条件下两相流的压力损失。