从生物矿化到仿生矿化：构筑新功能生命体

生物矿化是生命体通过调控无机矿物的成核、取向、生长和组装来制造有机-无机复合材料的过程。借鉴生物矿化的原理,可利用有机基质实现无机材料的可控合成,制备出性能优异的新型复合材料。更有趣的是,将材料和生物体从结构和功能两个层面整合,利用材料-生物之间的协同调控,可构筑出新功能生命体,这也是仿生矿化发展的重要方向。本论文首先介绍生物矿化的基本理论和自然界中的生物矿化现象。随后通过对生物矿物结构和功能的阐述,提出仿生构筑新功能生命体的概念,并系统介绍构筑新型材料-生物体的方法,在此基础上系统总结新功能生命体在环保、能源、医学等领域的应用。最后,针对目前该领域存在的局限和问题展开讨论,对实现智能仿生构筑生命体的研究进行展望。我们认为基于仿生矿化构筑新功能生命体的研究能够推动学科边界不断融合,为材料学、化学生物学、生物无机化学以及医学等领域的发展提供新的方向。     

Quantum plasmons in the hybrid nanostructures of double vacancy defected graphene and metallic nanoarrays

We study the plasmonic properties of hybrid nanostructures consisting of double vacancy defected graphene(DVDGr)and metallic nanoarrays using the time-dependent density functional theory. It is found that DVDGr with pure and mixed noble/transition-metal nanoarrays can produce a stronger light absorption due to the coherent resonance of plasmons than graphene nanostructures. Comparing with the mixed Au/Pd nanoarrays, pure Au nanoarrays have stronger plasmonic enhancement. Furthermore, harmonics from the hybrid nanostructures exposed to the combination of lasers ranged from ultraviolet to infrared and a controlling pulse are investigated theoretically. The harmonic plateau can be broadened significantly and the energy of harmonic spectra is dramatically extended by the controlling pulse. Thus, it is possible to tune the width and intensity of harmonic spectrum to achieve broadband absorption of radiation. The methodology described here not only improves the understanding of the surface plasmon effect used in a DVDGr-metal optoelectronic device but also may be applicable to different optical technologies.     

有机超薄膜诱导下的晶体生长

在有机超薄膜的存在下，由于界面具有局域化学控制、空间定位与约束，分子间互补等作用，影响了水溶液晶体生长的机制，使晶体生长有确定的取向，改变了晶体的形态甚至结构、性质。这对于进一步模拟生物体系中的矿化过程，制备新型无机功能材料以及晶体工程的发展都具有深远意义。     

ICP-OES法测定穿心莲药材中6种重金属元素溶出特性的研究

以电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)同时测定了中药穿心莲中的As,Ba,Cd,Cr,Cu,Pb等6种重金属元素,方法相对标准偏差2.1%~4.6%,回收率92.0%~103.2%,灵敏度高、简单、准确可靠。考察了采用热回流提取、浸泡提取、超声辅助提取等不同提取方法和提取溶剂时,上述6种元素的溶出情况。结果表明,实验所用穿心莲药材中Ba的含量最高,其次为Cu和Cr,而As,Pb,Cd在药材中含量相对较低。随着提取溶剂中乙醇含量升高,Ba的溶出减少,而Cu、Cr的溶出增加,Cd在酸性溶液中溶出最多;提取方法则以冷浸法溶出重金属元素最少,使用纯水和碱水的热回流提取重金属元素溶出相对较多。以上差异可能与这些元素在药材中的存在形态有关。     

表面能与晶体生长/溶解动力学研究的新动向

界面现象使物质在结晶过程中出现了临界现象.但最近的研究指出在物质溶解过程中,在表面能量的控制下也存在着临界现象以及尺寸效应.实验发现,当晶体自身小到一 定的程度时(通常在纳米尺度上并和临界蚀坑的大小相近),在溶解过程中其速度会自发降 低,反应被抑制乃至停止.尽管在热力学上表面能的因素可以赋予小颗粒晶体较大的溶解度 ,但表面能却也能通过对临界条件的控制而使这些微粒在动力学上不被溶解.这个发现不仅 解决了纳米颗粒在水溶液中稳定性的问题,而且还从动力学的角度解释了生物矿物选择纳米 尺度作为其基本构成单元的原因.由于表面能和晶体生长/溶解的动力学有着密切的关系, 我们可以通过对表面能的调节来修改它们的动力学速度和晶体的形貌.反过来,也可以用动力学的方法来测定表面能及表面吸附/脱附常数等.相对于常规的界面研究手段,通过生 长和溶解动力学途径所得的数据有着很好的可靠性及重复性.我们认为,晶体生长和溶解的 动力学和表面能的研究相结合,不仅为界面研究提供了新的思路和方法,而且也会推动晶体生长和材料科学的发展.     

溶剂浮选分离富集鬼箭羽中黄酮类化合物

采用溶剂浮选法分离富集鬼箭羽提取液中黄酮类化合物,并利用紫外可见分光光度法和高效液相色谱法对总黄酮及槲皮素的含量作了测定。黄酮类化合物最佳浮选条件为浮选溶剂正丁醇,溶液pH为3.0,氮气流量300 mL·min~(-1),浮选时间50 min。该法运用于鬼箭羽中黄酮化合物的分离富集,总黄酮浮选效率在70.8%～75.0%之间,浮选液旋干后总黄酮的含量是药材提取液旋干后的4.6倍;通过高效液相色谱法研究了以槲皮素为目标物的纯化分离效果,并测定其中槲皮素的含量,结果显示槲皮素浮选效率在88.9%～92.2%之间,浮选液旋干后槲皮素的含量是药材提取液旋干后的5.7倍。     

基于SESAM被动调Q的激光二极管泵浦Yb∶CaYAlO_4脉冲激光器

采用发射波长约为976 nm的半导体激光器作为泵浦源,Yb~(3+)掺杂浓度为1. 5at.%、通光长度为2 mm的Yb∶CaYAlO_4晶体作为增益介质,本文提出了一种基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动调Q的激光二极管泵浦Yb∶CaYAlO_4以获取稳定脉冲输出的方案。通过合理设计谐振腔,实现了稳定的被动调Q激光脉冲输出,并分析了泵浦功率的大小对输出脉冲的重复频率、脉冲宽度、单脉冲能量以及脉冲峰值功率的影响。     

超滤-吸附法制备高纯度L-辛弗林的优化工艺

以枳实提物液为原料,探讨了膜过滤和吸附树脂分离杂质,制备纯化L-辛弗林的新方法并获得纯度高达90%的冻干粉。先用不同截留分子量的超滤膜对枳实提取液进行超滤分级分离,脱除分子量差异大的杂质,再用筛选出的大孔吸附树脂吸附分离超滤透过液中的色素,确定其优化工艺条件,然后用反渗透浓缩及冷冻干燥,获得高纯度L-辛弗林冻干粉。超滤分级富集枳实粗提液中的L-辛弗林的优化条件为:以截留分子量为30kDa和5kDa的超滤膜顺序进行分级分离L-辛弗林浓度为4.5mg/mL的枳实提取液,压力为0.20MPa,获得的枳实超滤液中L-辛弗林透过率达89.7%,多糖、蛋白质和色素截留率分别为95.2%、93.8%和75.7%;D3520大孔吸附树脂脱除超滤透过液中色素的优化工艺条件为:上柱液L-辛弗林浓度为3mg/mL,上柱流速为1BV/h,上柱体积为3BV,获得的脱色液中色素仅残留3.82%,L-辛弗林损失率仅为6.54%;该脱色液经反渗透浓缩及冷冻干燥,制备出L-辛弗林冻干粉,其纯度为89.61%,总收率为77.34%。通过系列超滤膜顺序分级分离枳实提取液中分子量差异大的杂质及采用D3520大孔吸附树脂脱除色素的集成创新方法,制备出高纯度的L-辛弗林,丰富了天然产物分离纯化领域的应用理论和实证,并对分离枳实中L-辛弗林提供指导和参考。     

毛细管气相色谱法测定六神祛暑水中樟脑与薄荷脑的含量

建立了毛细管气相色谱同时测定六神祛暑水中樟脑、薄荷脑含量的方法.樟脑含量在0.04044 -0.505 5mg/mL范围内线性关系良好(r=0.9999),测定结果的相对标准偏差为0.79% (n=6),平均回收率为99.18%;薄荷脑含量在0.049 84-0.249 2 mg/mL范围内线性关系良好(r=0.999...     

生物矿化研究中的化学模型

本文介绍了近年来生物矿化领域的研究情况,特别是从早期的有机-无机界面分子识别模型发展到介观组装和无定形前驱相转化模型的建立。与传统基于水溶液晶体生长的理解不同,人们发现在生物矿化过程中,在溶液中首先沉积的是胶体状的无定型前驱相,有机基质通过对无机相转化动力学及组装过程的控制实现矿物纳米晶体的有序组装,这为材料的仿生制备及生物医学应用提供了全新的策略。