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.     

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．     

果蝇昼夜生理节律之细胞质PER-TIM间隔定时器的大聚合物模型

昼夜生理节律使得生物体的生理和行为能够适应外界环境的昼夜循环变化. 实验发现在果蝇的细胞质中存在由PER-TIM复合体组成的间隔计时器. 本文提出了这个间隔定时器的一种可能的数学模型. 模型的特点是大聚合物, 快速交换, 不同磷酸化位点有不同功能. 模拟结果基本与实验相符, 符合PER-TIM间隔定时器的主要时间特征并重现了per^L 变异细胞系中定时器的特点, 以及PER和TIM蛋白进入细胞核的三种不同类型的过程.     

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.     

全内反射瞬逝场照明高精度磁镊及其在DNA解旋酶研究中的应用

传统磁镊的测量精度受限于磁球的布朗涨落, 当磁力小于约10 pN时, 磁球的布朗涨落明显增大, 对应磁镊的空间分辨率显著下降. 为了提高传统磁镊在小力条件下的测量精度, 本文将全内反射荧光技术引入到磁镊技术中, 并建立相适应的“磁球-手柄-荧光微球-待测生物分子”单分子连接系统, 在小力条件下(小于10 pN)获得纳米量级的测量精度. 应用改进的磁镊对DNA发卡的折叠-去折叠态的转变过程进行了研究, 依据DNA发卡的折叠-去折叠态转变的性质对全内反射场的穿透深度进行了校正, 并结合实验结果对改进后的磁镊的测量精度进行分析. 观察了Bloom解旋酶的解旋动力学过程, 获得初步实验结果, 证实了改进的磁镊在单分子研究中的实用性. 关键词： 磁镊 全内反射荧光 DNA发卡 解旋酶     

对颗粒物质运动的一致性进行控制的随机力场

在颗粒流的研究中引入了一个正态分布的随机力场, 并通过计算机模拟研究了该力场对均匀颗粒流的影响. 结果发现: 随机力场基本上不改变均匀颗粒流的平均密度和速度, 对颗粒流密度的涨落也影响很小. 随机力场对均匀颗粒流的影响主要体现在它可提高速度的涨落, 它与颗粒体系的耗散性质相抗衡, 使颗粒流维持一定的波动能量. 研究结果还显示: 通过随机力场所获得的波动能量并没有均匀分布到各个自由度上, 由于颗粒体系的耗散性质颗粒体系难以达到能均分状态. 关键词： 颗粒物质 随机力 分子动力学模拟     

大气压冷等离子体射流灭活子宫颈癌Hela细胞

研究了大气压冷等离子体射流对子宫颈癌Hela细胞的灭活机制. 在倒置显微镜下观察不同等离子体处理条件下的细胞形态, 并通过中性红吸收测试定量测定各个条件下的细胞存活率. 将功率维持在18 W, 在900 mL/min 氩等离子体中添入氧气的百分含量分别为1%, 2%, 4% 和8%的条件下处理Hela细胞, 探讨活性气体氧气在惰性气体氩气中的百分含量对Hela癌细胞灭活效率的影响, 发现添加2%氧气时, 氩/氧等离子体灭活效果最佳, 处理180 s后细胞存活率可降至7%. 当继续添加氧超过2%时, 灭活效果逐渐减弱, 直至8%时, 其效果反而不如单纯氩等离子体. 通过测量等离子体发射光谱, 结果表明活性氧自由基在癌细胞灭活过程中可能起关键作用. 关键词： 大气压冷等离子体射流 Hela癌细胞 存活率 发射光谱     

颗粒气体团簇行为实验研究

颗粒体系由于非弹性碰撞和摩擦等内秉的能量耗散特性,由宏观粒子形成的颗粒气体体系经常会有局部凝聚现象,这是颗粒气体体系与分子气体体系的最大区别之一.理解和预测这一现象的发生将有助于人们对远离平衡态体系的复杂现象,如有序结构、斑图和团簇形成的认知.这种局部凝聚现象可以类比于分子气体中亚稳分解形成的液滴,将气液相分离用于解释和寻求局部凝聚现象的此模型得到了分子动力学模拟的校验.但是实验的校验却由于宏观粒子运动受重力作用的影响难以在实验室中实现.作为实践十号卫星的前期实验,本文利用国家微重力实验室落塔装置,以水平激振装有不同尺寸和数目的颗粒样品,在短时微重力条件下,成功观察到颗粒气体团簇的形成;并将实验结果与颗粒气体类范德瓦耳斯气体分子相分离模型对比,由形成团簇样品的颗粒数密度条件,来实验确定了所选颗粒的恢复系数,得到直径为0.5 mm的钛珠颗粒的恢复系数在0.6—0.8之间,直径为1 mm的钛珠颗粒的恢复系数约为0.8,直径为2.5 mm的钛珠颗粒的恢复系数应大于0.8.     

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.