基于混酸回流制备碳点的中和过程

Carbon dots (C dots) are relatively novel carbon nanomaterials that have attracted significant interest due to their unique photoluminescence, good biocompatibility, and stability. The preparation methods of C dots was usually summarized into "top-down" and "bottom-up", and mixed acid reflux is a top-down strategy that can be used to synthesize C dots, during which neutralization is a necessary step that can significantly influence the properties and potential applications of the final product. Previously, this research area mainly focused on tuning the properties of C dots by changing the starting materials and/or varying the reaction conditions; the influence of the reagents used during neutralization has been largely ignored. As the previously reported C dots prepared by mixed acid reflux were obtained from different starting materials under varied conditions, a meaningful comparison is difficult. Herein, yellow-emitting C dots were prepared by mixed acid-refluxing a carbon-rich material derived from fullerene carbon soot. For the same batch of as-prepared C dots, the influences of four reagents, i.e., NaOH, Na₂CO₃, K₂CO₃, and NH₃·H₂O, during neutralization on the structures and photoluminescence of the resulting C dots were investigated in detail. The results of thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy clearly showed that the reagent used during neutralization can affect the degree of dissociation of the acidic functional groups on the C dots. This is further supported by examination of the C dot/surfactant mixtures where subtle changes in the phase behavior were observed. Structural changes of the C dots cause variations in their surface states, ultimately altering the optical characteristics, including UV-vis absorption and fluorescence. Among the treated C dots, the sample prepared with Na₂CO₃ showed the strongest emission under the same excitation wavelength, while that prepared with NH₃·H₂O exhibited a distinct red shift (~8 nm) in the emission curve. The results presented herein provide clear evidence that neutralization reagent selection is important for optimizing the properties of the resulting C dots obtained by mixed acid reflux. In addition, the photoluminescence of the C dots can be influenced by their counterions, providing a novel method for tuning the properties of C dots while explaining their behavior in saline solutions. In short, the basicity of the neutralizing reagent and the type of counterions affect the structure of the C dots surface, which brings different performances. This work reminds researchers that it is necessary to use the type of neutralizing reagent as an experimental condition when preparing C dots in the future.     

微纳加工技术在微纳电子器件领域的应用

微纳加工技术推动着集成电路不断缩小器件尺寸和提高集成度,光学光刻技术依然是目前的主流微纳加工技术,同时有多种替代技术如电子束直写、极紫外光刻和投影电子束技术,文章介绍了自上而下的微纳加工技术的进展及其在微纳器件研制的重要作用.     

基于ProteinGoggle 2.0的组蛋白H4蛋白质变体的自上而下表征

由于大量可能蛋白质变体以及每一个翻译后修饰大量可能位点的存在,核心组蛋白上密集的组合式翻译后修饰的自上而下表征一直是一个巨大的分析挑战。结合高分辨串级质谱,基于同位素质荷比和轮廓指纹比对的整体蛋白质数据库搜索引擎ProteinGoggle 2.0在组蛋白翻译后修饰的自上而下鉴定方面拥有诸多独特的优势。该文报道ProteinGoggle 2.0对HeLa核心组蛋白H4的数据库搜索及蛋白质变体的鉴定结果。基于从UniProt网站下载的人类核心组蛋白H4的纯文本文件和“鸟枪法”注释,ProteinGoggle 2.0首先创建包含所有可能蛋白质变体的理论数据库;从纯文本文件中提取的信息主要是氨基酸序列、可能的翻译后修饰（单甲基化、二甲基化、三甲基化、乙酰化和磷酸化）及氨基酸变异（A77→P）。在控制质谱水平假阳性率低于1%的前提下,共鉴定到426个蛋白质变体,这是目前为止H4蛋白质变体的最全报道。这些ProteinGoggle 2.0鉴定到的H4蛋白质变体也与之前报道的ProSightPC 2.0的鉴定结果进行了肩并肩比较。总而言之,ProteinGoggle 2.0可以对具有复杂组合修饰及氨基酸变异的蛋白质组进行数据库搜索和蛋白质变体鉴定。     

“自上而下”高分辨串联质谱法分析德谷胰岛素的序列

基于"自上而下"的序列分析策略,采用高分辨串联质谱法对德谷胰岛素的氨基酸序列及B链C末端侧链非蛋白修饰序列进行了全面的分析。优化了德谷胰岛素的还原条件及串联质谱的碰撞条件,结果表明,联合使用50 mmol/L三(2-羧乙基)膦及6 mol/L盐酸胍,在45℃下反应40 min即可充分还原德谷胰岛素为两条独立的肽链;还原产物经Accucore C₁₈色谱柱分离,采用静电场轨道阱高分辨串联质谱分析,当高能碰撞诱导裂解能量分别为20(A链)与25(B链)时,可获得最丰富的质谱碎片信息,可满足生物技术药物质量评价中100%的序列覆盖率的基本要求,亦可对问题样品提供更全面的序列解析。此方法未使用传统序列分析中昂贵且费时的测序级蛋白内切酶,降低了引入人为修改的风险,以更准确地获得序列信息,节约了成本,并显著提高了工作效率,为胰岛素类似物的序列分析提供了新的解决方案。     

石墨烯量子点的制备

作为石墨烯家族的最新一员,石墨烯量子点(GQDs)除了具有石墨烯的优异性能,还因量子限制效应和边界效应而展现出一系列新的特性,因此吸引了化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。仅近两三年内,关于这种新型零维材料的研究,在实验和理论方面均取得了极大进展。本文主要介绍制备GQDs的两大类方法——自上而下和自下而上的方法。前者包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法,后者则主要介绍溶液化学法、超声波法和微波法、可控热解多环芳烃法。另外还对一些制备条件较为苛刻的制备方法如电子束刻蚀法和钌催化富勒烯C60开笼法也作了简要介绍,并对GQDs的应用前景进行了展望。     

基于浓硼扩散层的硅纳米线谐振子制备

纳机电系统(NMES)由于具有体积小、智能化、可靠性高等优点而被广泛研究。其中纳米线谐振子的本征频率能够达到MHz甚至GHz,可应用于各种高性能的质量传感器、谐振器、滤波器等。但是,要制备形貌规则可控的纳米线谐振子,对加工技术要求很高。目前急需一种工艺简单、重复性好、三维尺度可控的硅纳米线制备方法。本文重点研究了基于浓硼扩散层的可集成硅纳米线谐振子的制备方法。该方法采用电子束光刻定义可控尺度硅纳米线,并利用TMAH腐蚀自停止效应实现谐振子的释放。文中还采用SEM对所制备的纳米线谐振子进行了表征。实验结果表明,基于浓硼扩散层制备的硅纳米线谐振子形貌规则,结构可控可调。该方法能够实现可控制的大面积、高产率、低成本、可集成的硅纳米线谐振子制备。     

利用原子力显微镜探针的扫帚机理制备胶原蛋白纳米纤维阵列

利用原子力显微镜能够在微观尺度上对样品材料进行操控和加工的特性,发现并考察了一种自上而下的生物大分子纳米纤维阵列的制备方法。将50μg/mL的天然I型鼠尾胶原蛋白溶液在云母晶面上形成胶原蛋白膜层,接着在原子力显微镜的接触模式下,利用探针对溶液中的胶原蛋白膜层施加100~1000 nN的力时,可以将膜层加工成具有特定取向的蛋白纳米纤维阵列。单根纤维的高度约2~5 nm,宽度在150~350 nm之间。根据纳米纤维阵列的结构与探针扫描方式的关系,对探针的制样原理进行了探讨,验证了原子力显微镜接触模式下的“分子扫帚”机理。此制备方法为生产细胞培养器皿、制备高特异性的生物探针,合成新型微纳材料提供了一种可行技术。     

在云母晶面上应用“自下而上”和“自上而下”两种途径制造胶原蛋白纳米线阵列

以云母晶体的(001)晶面为基质,以天然Ⅰ型鼠尾胶原蛋白单体溶液为原料,分别考察了蛋白单体受基质规导进行"自下而上"的自组装过程,以及原子力显微镜探针对吸附在基质表面的蛋白膜层进行"自上而下"加工过程:(1)两种制备途径均能加工出结构精确可控的胶原蛋白纳米线阵列;(2)"自下而上"制备途径利用了蛋白单体和基质晶体在界面上互相识别并规范的"反相生物矿化"原理;(3)"自上而下"的加工利用了原子力显微镜接触模式下探针的"分子扫帚"机理。     

在云母晶面上应用“自下而上”和“自上而下”两种途径制造胶原蛋白纳米线阵列

以云母晶体的（001）晶面为基质,以天然Ⅰ型鼠尾胶原蛋白单体溶液为原料,分别考察了蛋白单体受基质规导进行“自下而上”的自组装过程,以及原子力显微镜探针对吸附在基质表面的蛋白膜层进行“自上而下”加工过程：（1） 两种制备途径均能 加工出结构精确可控的胶原蛋白纳米线阵列;（2） “自下而上”制备途径利用了蛋白单体和基质晶体在界面上互相识别并规范的“反相生物矿化”原理;（3） “自上而下”的加工利用了原子力显微镜接触模式下探针的“分子扫帚”机理。     

石墨烯化聚合物的合成和应用

石墨烯是由纯粹的sp2碳组成的二维蜂窝状结构,具有良好的导电导热性;聚合物是由某些小分子结构单元组成的链状或网状大分子,包含大量氢,氧,氮等杂原子或大量功能基团.由于石墨烯具有超大比表面积和优异的电学性能,国内外学者投入了大量精力开发基于石墨烯的高性能储能器件,包括锂离子电池和超级电容器.同时,由于微孔聚合物具有高度可控的结构和超大比表面积,这种新型的聚合物可望广泛应用于气体存储、催化及传感领域.近年来,结构介于石墨烯和聚合物之间的一系列过渡型材料受到广泛关注,迅速成为能源等领域特别是储存领域的研究热点.这类材料同时具有石墨烯单元结构和聚合物片段及功能.但与传统的石墨烯/聚合物复合材料比较,这类材料中的石墨烯结构是由聚合物前驱体及聚合物本身在较高的温度下经过脱氢、重构、稠环化等苯环化学的成键反应逐渐长大而形成的;或者通过石墨烯的化学打孔、化学功能化、化学片段化逐渐形成的石墨烯与聚合物共存的独特结构.这些形成的石墨烯单元被有机链或片段相互连接,形成各式各样的带有化学功能的多孔结构与网络结构,这种独特的结构同时拥的良好的电子传输通道和离子传输通道,是二者的有机结合体,在能源储存等领域表现出极大的应用潜力.本文将这种具有独特结构的石墨烯片段与聚合物片段共同组成的结合体称之为石墨烯化聚合物(graphenal polymer),名称的准确与否还要聚合物界前辈与同仁一起决定.本文结合本课题组这几年来在这一领域的工作思路以及其他的部分本领域同行报道的一些工作进展,集中讨论石墨烯化聚合物的合成方法及其在储能领域的潜在应用.