核酸分子光化学反应动力学研究进展

核酸是生物体遗传物质及基因信息表达、存储和传递的载体,生物体受到的大多数辐射损伤与核酸在分子水平上的物理和化学变化有重要关系.核酸分子光化学反应的研究是理解生物体对光响应的重要领域,也是分子激发态化学反应动力学的前沿和交叉课题.我们通过自行研制的时间分辨的瞬态红外光谱方法,结合瞬态紫外-可见等互为补充的光谱技术,研究了一系列核酸碱基分子及二级结构体系(双链、四链体等)的光化学反应动力学机理.揭示了环丁烷嘧啶二聚体(CPD)环加成、孢子加成(SP加成)、电子转移、质子转移、光敏化、活性氧物质(ROS)氧化、光解断键等导致脱氧核糖核酸(DNA)交联损伤或氧化损伤的光化学反应的复杂过程,阐述势能面交叉、非绝热效应,考察分子的激发态电子结构改变、空间立体构象、碱基配对和π-π堆积、氢键微环境等如何影响和调制核酸光化学衰变路径,揭示了分子和量子态层次上认识DNA损伤的多种化学反应新机理.     

热致和磁致形状记忆合金循环变形和疲劳行为研究

形状记忆合金(包括热致和磁致形状记忆合金)由于其特有的超弹性和形状记忆效应, 一直以来受到学者和工程界人士广泛关注, 且已有诸多成功的工程应用案例.为了进一步拓展该类合金的工程应用范围, 对其热--力和磁--力耦合循环变形和疲劳失效行为的宏微观实验观察和理论模型研究成果进行了综述. 总结了NiTi和NiTiX两类合金材料的温度诱发(即热致)的热--力耦合循环变形和疲劳失效行为研究的最新成果; 对以NiMnGa合金为代表的磁场诱发(即磁致)的磁--力耦合循环变形和疲劳失效行为的研究现状进行了评述; 提出并预测了未来的研究方向及发展趋势.      

热致和磁致形状记忆合金循环变形和疲劳行为研究

形状记忆合金(包括热致和磁致形状记忆合金)由于其特有的超弹性和形状记忆效应,一直以来受到学者和工程界人士广泛关注,且已有诸多成功的工程应用案例.为了进一步拓展该类合金的工程应用范围,对其热–力和磁–力耦合循环变形和疲劳失效行为的宏微观实验观察和理论模型研究成果进行了综述.总结了NiTi和NiTiX两类合金材料的温度诱发(即热致)的热–力耦合循环变形和疲劳失效行为研究的最新成果;对以NiMnGa合金为代表的磁场诱发(即磁致)的磁–力耦合循环变形和疲劳失效行为的研究现状进行了评述;提出并预测了未来的研究方向及发展趋势.     

以耦合量子点体系模块构造量子逻辑非门

我们使用处于居里温度附近的耦合量子点体系模块,并利用旋进磁场与其相互作用,构造一个二能级量子体系,使用驻波形式的电磁激励使其发生拉比振荡.由于该量子体系在统计力学上本质是一个纯粹系综,通过控制电磁激励作用时间的手段,我们可以实现一个输出信号易于被磁强计检测的量子逻辑非门.特别地,该量子逻辑门具备一定抗干扰性质.     

实验与理论研究G-四链体中鸟嘌呤自由基阳离子脱质子反应

G-四链体传输空穴的特殊性质使其有望应用于发展分子电子器件.由于鸟嘌呤自由基阳离子（G^·+）脱质子反应会中断空穴传递,影响传递效率,我们对G-四链体AG₃（T₂AG₃）₃中G^·+脱质子过程展开了理论与实验的研究.根据瞬态紫外可见吸收光谱,确定了脱质子产物是G（N（2）-H）^·;通过测量不同温度下G^·+脱N（2）-H质子的速率常数,得到脱质子活化能为20.0±1.0 kJ/mol.进而,采用显性水和连续溶剂化模型相结合的方法模拟G-四链体中G^·+脱质子环境,在M062X/6-31G（d）水平上得到了脱质子势垒（26.4 kJ/mol）.结合实验值,理论计算的势能面描述了G-四链体中G^·+脱N2-H的过程.这些结果为G-四链体在电子器件方面的应用提供了重要依据和指导.     

DNA腺嘌呤阳离子自由基脱质子反应机理的研究

Among all the DNA components, extremely redox-active guanine (G) and adenine (A) bases are subject to facile loss of an electron and form cation radicals (G^+· and A^+·) when exposed to irradiation or radical oxidants. The subsequent deprotonation of G^+· and A^+· can invoke DNA damage or interrupt hole transfer in DNA. However, compared with intensive reports for G^+·, studies on the deprotonation of A^+· are still limited at present. Herein, we investigate the deprotonation behavior of A^+· by time-resolved laser flash photolysis. The deprotonation product of A(N₆-H)^· is observed and the deprotonation rate constant, (2.0±0.1)×10⁷ s^-1, is obtained at room temperature. Further, the deprotonation rate constants of A^+· are measured at temperatures varying from 280 K to 300 K, from which the activation energy for the N₆-H deprotonation is determined to be (17.1±1.0) kJ/mol by Arrhenius equation. In addition, by incorporating the aqueous solvent effect, we perform density functional theory calculations for A^+· deprotonation in free base and in duplex DNA. Together with experimental results, the deprotonation mechanisms of A^+· in free base and in duplex DNA are revealed, which are of fundamental importance for understanding the oxidative DNA damage and designing DNA-based electrochemical devices.     

Neutral Dissociation of Superexcited Nitric Oxide Induced by Intense Laser Fields

利用波长800 nm、脉宽60 fs、强度0.2 PW/cm²的强激光激发NO分子,随后通过荧光光谱检测到了处于激发态的N和O的中性碎片. 说明强激光导致的多光子激发同样可以引起NO分子的超激发,并且发生中性解离. 采用离子实解离模型,建立了NO分子的超激发态势能曲线. 提出了直接解离和预解离两种解离过程,分别对应生成N^*+O或O^*+N两个通道.     

使用超快拉曼光谱技术研究四极矩给体-受体-给体分子的激发态动力学

具有对称结构和四极矩性质的给体-受体-给体分子在激发态通常展现出从离域的电荷转移态向局域的电荷转移态转化的电荷重分布过程，该现象已被多种超快时间分辨光谱技术进行了大量研究. 飞秒受激拉曼光谱是一种常用的超快时间分辨光谱，该光谱可以通过检测分子内特定的振动模来研究分子激发态动力学. 本研究采用的4，4''-(1，3-丁二炔-1，4-二基)双(N，N-二(4-甲氧苯基)苯胺)含有位于中间位置的两个相邻炔基(电子受体)和对称分布在分子两侧的N，N-二(4-甲氧苯基)苯胺(电子给体). 研究发现，飞秒受激拉曼光谱能够实时观测该分子在溶剂中发生的激发态电荷重分布过程. 该结果将有助于深入研究具有相邻特征官能团的对称四极矩分子光致电荷局域/离域动力学.     

Rapid classification of copper concentrate by portable laser-induced breakdown spectroscopy combined with transfer learning and deep convolutional neural network

This paper investigates the combination of laser-induced breakdown spectroscopy 〔LIBS〕 and deep convolutional neural networks 〔CNNs〕 to classify copper concentrate samples using pretrained CNN models through transfer learning. Four pretrained CNN models were compared. The LIBS profiles were augmented into 2D matrices. Three transfer learning methods were tried. All the models got a high classification accuracy of >92%, with the highest at 96.2% for VGG16. These results suggested that the know...     

PROSPECT模型的特征波长优化与作物叶绿素含量检测

叶绿素是作物生长诊断的重要参数,对其进行高效检测是农田精细化管理的基础.PROSPECT模型是作物光谱学检测研究的重要工具,可为建立高精度叶绿素诊断模型提供数据集基础.为了建立具有普适性的田间玉米作物叶绿素含量检测模型,使用PROSPECT模型输入叶片结构参数和生化参数模拟叶片400～2500 nm波段反射率曲线106...