二维胶体玻璃中玻色峰与结构无序度的关联

本文从实验上研究了胶体玻璃在相同面密度下随着体系结构无序程度的增加, 振动态密度和玻色峰的变化规律. 通过调制两种不同粒径的温敏性水凝胶的数量比来改变体系的无序程度. 通过分析无序体系的声子模式得到体系的振动特性. 研究发现, 随着无序度的增加, 态密度在低频区域增强、玻色峰增高、玻色峰的峰值向低频区域移动. 不同无序程度的样品引起玻色峰的低频声子模式都表现出准局域的特点, 且低频准局域声子模式与样品中无序结构存在关联.     

MXene与溶剂界面电子振动耦合现象的直接观测

作为一种新型的二维材料,MXene凭借其各种优异的物理化学性质已受到极为广泛的关注,例如其具有极其出色的光热转换效率. 然而,人们对MXene的光热转换机制仍然知之甚少. 本文通过结合飞秒可见和中红外瞬态吸收光谱技术,对分散在各种溶剂中MXene(Ti₃C₂T_x)纳米片内的电子能量耗散动力学进行了系统的研究. 结果表明,MXene的激发态寿命在很大程度上取决于周围的溶剂环境. 在MXene被超快激光泵浦后,可以直接观察到MXene纳米片与相邻溶剂分子之间的界面电子振动耦合现象. 这些结果表明界面相互作用在MXene的超快能量传输动力学中起着关键的作用. 这一发现可为二维体系光转换性能的改进提供了一条潜在可行的途径.     

飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术

时间分辨荧光光谱技术是研究激发态弛豫、能量传递以及电荷转移等光化学过程的重要且直接的工具．飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术是一种新发展的具有高时间分辨率、宽探测带宽、高增益的时间分辨光谱技术．本文对该技术的基本原理与工作特性、系统配置、荧光收集和会聚、数据采集模式、时问分辨光谱数据处理等进行了系统阐述．最后简单介绍了飞秒时间分辨荧光非共线光参量放大光谱技术在物理、生物和化学领域的3个典型应用,并以此展现该技术的高时间分辨率、宽光谱探测及高增益优势．     

双连续型乳液凝胶(Bijel)的研究进展

双连续型结构是指同一体系中存在两种连续态,这在刚体中很容易实现,但对于流体却十分困难.要使两种流体同时保持连续态,不仅对它们的相容性、密度、极性等方面要求极高,还需要稳定剂来牢牢稳定住液-液界面.最早的双连续型凝胶是在对高聚物进行研究时发现的,后来英国爱丁堡大学软物质课题组进行了一系列研究,最终在低分子量液体体系中实现了重大突破,制备出本文所要讨论的bicontinuous interfacially jammed emulsion gel(Bijel).这种结构可以被称作"双连续型乳液凝胶",它兼有乳液(emulsion)和凝胶(gel)的物理性质,独特的双连续结构使它拥有更为广阔的应用空间.本文简短地回顾了Bijel的研发过程,总结近年来的研究进展,指出它在工业应用中受到的限制,并对室温下通过直接搅拌制备Bijel的方法做重点介绍.     

玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为研究

废旧橡胶制品颗粒与砂土颗粒混合物作为建筑填充材料具有环保、轻质、减震效果好等特点.软硬组分的混合比例可以调制体系力学性能从而实现兼顾材料柔韧性与强度的需求,但细观层面上材料性能改变的原因尚不明确.本文主要研究玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为及其微观机制.利用飞行时间法测量混合材料等效动弹性模量,发现随着橡胶颗粒增加,体系逐渐从类玻璃刚性行为转变为类橡胶柔性行为.离散元模拟结果与实验结果类似.此外,模拟显示低橡胶颗粒占比样品内主要由玻璃颗粒构成主力链结构,而橡胶颗粒基本不参与强力链的构成.当橡胶颗粒占比较大时,玻璃颗粒和橡胶颗粒共同构成主力链网络结构,但颗粒间法向接触力分布相对更为均匀,可视为玻璃颗粒悬浮于橡胶颗粒中.基于上述结果,提出了改进的等效介质理论,用于描述混合颗粒体系的弹性行为.研究认为:橡胶颗粒占比较小时内部颗粒的变形相对均匀,材料近似满足等应变假设,视为并联弹簧模型;橡胶颗粒占比较大时混合材料近似满足等应力假设,视为串联弹簧模型.两种模型得到的结果与模拟结果一致.上述结果有利于从微观角度揭示混合颗粒材料弹性行为的变化机制.     

用单分子技术研究Sso7d与DNA的相互作用

为了维持基因的稳定性,每种生物体都含有一套独特的染色质蛋白来保护脱氧核糖核酸(DNA)的结构,观察染色质蛋白对DNA结构的作用过程和结果,可以帮助人们了解这些蛋白的具体功能和作用机理.硫化叶菌是一种能在高温下存活的古细菌,Sso7d是硫化叶菌的一种染色质蛋白.深入地了解Sso7d和DNA链的相互作用,有助于解释硫化叶菌的DNA为何能在高温环境下保持活性,本文通过原子力显微镜(AFM)和磁镊两种单分子操作手段,研究了Sso7d与DNA的相互作用.AFM的实验结果给出了Sso7d与DNA的作用过程:结合Sso7d后,DNA首先发生弯折,然后出现loop结构,最终DNA会团聚为致密的核结构.利用磁镊装置测量了Sso7d的结合对打开DNA双链的影响,实验结果表明Sso7d的结合导致打开DNA双链的力的增大,经过数据分析,计算出Sso7d与DNA结合的结合能?G=3.1k_BT,平均每5.5个碱基对(bp)结合一个Sso7d,较高的结合密度和较大的结合能,两方面的作用结果,解释了Sso7d能够稳定DNA结构的原因.     

基于片层光照明的新型单分子横向磁镊

磁镊是一种高精度的单分子技术,它用磁场对连有生物大分子的超顺磁球产生磁力,通过追踪磁球的位置来测量生物大分子的长度信息.磁镊包括横向磁镊和纵向磁镊.纵向磁镊空间精度高,但昂贵;横向磁镊简单便宜,但由于受其成像原理的限制,一般情况下只能连接较长的DNA等生物大分子,且其空间精度较差,进而限制了其应用范围.为了解决这个问题,本文改进了横向磁镊,用片层光照明的方法使光线主要被磁球散射,从而能够直接观察到吸附在样品槽侧壁上的磁球,这使得测量短连接的底物成为可能.对于实际应用的检测,首先测试了包含270 bp发卡结构的0.5μm双链DNA,用其中发卡结构的"折叠-去折叠"跳变过程证明了改进后的横向磁镊的确可以追踪短DNA等生物大分子.然后,进一步用16μm的λ-DNA检验了实验系统.最后,将新型横向磁镊与普通横向磁镊及纵向磁镊在小力和大力条件下拉伸不同长度DNA的噪声进行了比较,发现改进后的横向磁镊在空间精度上明显优于普通横向磁镊,与纵向磁镊相比也无明显差异.以上结果证明了改进后的横向磁镊的精度优势,并扩展了横向磁镊的应用范围.     

tBid蛋白引发磷脂膜透化过程的研究

Bid蛋白是仅有BH3结构域的Bcl-2家族蛋白,在溶酶体膜透化以及线粒体外膜透化引发的细胞凋亡过程中起着非常重要的调控作用,但是Bid蛋白与生物膜之间的相互作用导致脂膜透化的确切机制尚不十分清楚.本文利用激光扫描共聚焦显微成像技术及基于氧化石墨烯表面诱导荧光衰逝的单分子荧光技术,分别从单囊泡及单分子水平对tBid蛋白与磷脂膜之间的相互作用进行了系统的研究.结果表明,tBid蛋白在膜上聚集后可引起脂膜的透化,且脂膜透化的发生源于聚集体中一些tBid蛋白更深入地插入了脂膜中.     

颗粒堆准静态崩塌及慢速流动过程中的堆结构研究

运用自行设计的实验装置并结合颗粒跟踪与成像技术,系统地研究了不同堆积程度的颗粒堆在准静态崩塌过程中的滑移行为.实验发现在颗粒堆中一部分颗粒沿着斜下方向滑动,而另一部分颗粒则几乎没有滑动.精确的数据分析还表明颗粒堆的滑动部分具有明显的层状结构特征,在每一滑动层中颗粒的滑移量基本相同,且各滑动层之间近似相互平行.这些滑动层与水平面的夹角约在40—50之间,与静态层表面与水平面的夹角一致.各滑动层中颗粒的滑移量随其距静态层表面的距离而线性的增加.不同堆积程度的颗粒堆的静态部分基本上不随堆积体积而改变.     

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.