分子间相互作用力的直接测量

结合我们近期的研究工作,着重介绍如何将分子组装与单分子力谱相结合,从单分子水平直接研究分子间相互作用力,包括π-π相互作用、多价作用及嵌入作用.在实验中,将一个相互作用单元通过高分子间隔基共价连接到原子力显微镜针尖上,并将另一相互作用单元共价修饰到基底上,通过压电陶瓷管的移动获得力与拉伸长度的曲线.高分子柔性间隔基团的引入既可用来作为判别单链拉伸的"内标",又可避免非特异相互作用对待测的特异相互作用的影响.研究表明,结合静态和动态力学谱,不仅能够实现分子间相互作用力的直接测量,而且还可获得解离速率和相互作用的距离等参数.     

碳纳米管原子力显微镜针尖对脱氧核糖核酸高分辨率成像研究

运用自制的碳纳米管原子力显微镜针尖,在液体中观察了脱氧核糖核酸（DNA）分子的精细结构。结果表明,运用碳纳米管针尖获得的DNA分子的高度与电子显微镜的结果非常接近,且没有造成样品的变形损伤;碳纳米管针尖得到的DNA分子的宽度与真实值相近,减小了原子力显微镜成像的增宽效应,这是用传统的硅针尖无法获得的。DNA分子精细结构的高分辨率图像的获得为研究其功能提供了有价值的信息。     

针尖化学方法研究单壁碳纳米管末端羧基的解离性质

针尖化学利用化学手段对扫描探针显微镜 ( SPM)的针尖进行功能化修饰 ,将其作为化学反应的“探针”用于研究表面的局域化学反应性质、跟踪表面发生的化学反应过程等 [1] .用针尖化学技术来研究自组装膜 ( SAMs)表面酸碱基团的局域解离性质 ,称之为化学力滴定 [2～ 8] .利用表面缩合方法将单壁碳纳米管短管组装到 AFM针尖上 ,通过测定针尖上碳纳米管的末端基团与羟基自组装膜表面之间的粘滞力 ,研究碳纳米管末端羧基的解离性质 ,可得到碳纳米管结构与化学性质的信息 .1　实验部分1 .1　碳纳米管针尖和羟基末端自组装膜的制备　基底 [Si( …     

定位生长法制备AFM单壁碳纳米管针尖

采用粘性胶状物作为生长单壁碳纳米管(SWNTs)的催化剂前驱体, 在原子力显微镜下驱动废旧的硅探针粘附该种胶状物,随后进行化学气相沉积(CVD), 实现了SWNTs在硅探针末端的定位生长, 成功地制备出了SWNT针尖. 对SWNTs及SWNT 针尖进行了表征, 并对针尖的稳定成像条件进行了分析. 结果表明, 针尖一般由5-10 nm 的SWNT 管束构成, 伸出长度仅为几百纳米, 受热振动影响较小, 无需后处理即可稳定地成像, 成像分辨率与新的硅探针相当.     

碳纳米管原子力显微镜针尖在结构生物学研究中的应用

碳纳米管以其较小的半径、较高的纵横比和高的柔韧性成为原子力显微镜对结构生物学进行研究的理想针尖。新的制备方法获得了亚纳米级半径的碳纳米管针尖,运用它们得到了生物大分子及其复合物的生物结构,并获得了新的生物信息,这用传统的原子力显微镜针尖是无法实现的。     

原子力显微镜在多糖结构研究中的进展

简述了原子力显微镜(AFM)的工作原理和特点,以及在多糖,特别是在淀粉结构研究中的进展。     

基于原子力显微镜的单分子力谱在生物研究中的应用

原子力显微镜被广泛应用于生物研究领域,基于原子力显微镜的单分子力谱可以在单分子、单细胞水平上研究生物分子内和分子间的相互作用。 本文介绍了原子力显微镜单分子力谱在生物分子间相互作用、蛋白质去折叠、细胞表面生物分子、细胞力学性质和基于单分子力谱成像等研究中的最新进展。     

原子力显微镜-荧光显微镜联用技术在活细胞单分子检测中的应用

原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)及荧光显微镜(Fluorescence microscopy,FM)是目前活细胞单分子分析检测中最常用的两种工具.结合两种显微镜的优势,发展高时空分辨、多功能的AFM-FM联用技术成为近年该领域的研究热点.本文简述了AFM单分子力谱和FM单分子荧光成像的原理,总结了AFM-FM联用系统在仪器研制方面的发展概况,并结合本课题组在应用AFM-FM联用技术研究细胞膜上配受体相互作用等方面的工作,介绍了其在活细胞单分子检测中的应用进展.     

聚合物力化学的单分子力谱研究

研究聚合物在力致结构转变过程中的分子机制,进而建立起材料的构效关系,对于力响应聚合物材料的设计和精准制备至关重要.然而由于真实材料体系的复杂性,使用传统的测量方法很难从分子水平精准表征上述过程.基于原子力显微镜(AFM)的单分子力谱(SMFS)可以操纵单个聚合物链,是一种研究单个分子力学和动力学性质的有效技术.本文首先重点介绍了力化学的基本概念、影响因素和自由聚合物链单分子力化学的最新进展,按照共价键、配位键及氢键体系的顺序展开.然后讨论了SMFS技术在凝聚态体系的单链力学响应中的应用,包括用于聚合物单晶研究的AFM-SMFS方法的建立,链组成、构象、折叠模式以及环境对力诱导聚合物单晶熔融和纳米力学性能等影响规律的探究.希望本文将引起材料、化学和计算研究界的进一步关注,并加深科研人员们对聚合物结构-性质(功能)关系的理解.     

用原子力显微镜操纵碳纳米管的研究

使用原子力显微镜,在接触模式下实现了对单壁碳纳米管束的各种可控操纵,包括弯折、切割和劈裂等.发现操纵结果与针尖作用力以及碳纳米管束在基底表面的受力状况有关.当碳纳米管在一定程度上被固定在表面上时,能够可控地完成各种操纵；当针尖作用力足够大时,碳管束能够被针尖劈裂.这种操纵技术将有助于碳纳米管特性的测试和纳米电子器件的构筑.     

失效原子力显微镜硅针尖再生

原子力显微镜的传统商品硅针尖在使用过程中极易因磨损而失效，本文研究了一种在实验室条件下简易可行的回收利用失效硅针尖的方法。在原子力显微镜的敲击模式下使用曲率半径大于100 nm的失效硅针尖对生长单壁碳纳米管的样品表面进行扫描，把样品表面的单壁碳纳米管管束粘接到硅针尖上，可制得直径在5～20 nm的碳纳米管针尖。实验对碳纳米管针尖和新的商品硅针尖进行了成像对比，所制备的碳纳米管针尖不仅在成像分辨率而且在成像稳定性上都优于新的商品硅针尖。     

纳米级钡铁氧体的原子力显微镜分析及微波性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备掺杂钡离子的纳米六角晶型铁氧体.采用X衍射仪对其物相进行鉴定,利用原子力显微镜对不同方法制得的试样粒径进行了分析研究,最后用网络分析仪对铁氧体在1～6 GHz范围内的微波性能进行分析,结果表明:实验制得粉体为M型钡铁氧体,利用乙醇分散的稀浓度的试样能在原子力显微镜下很好地观察到颗粒的粒径,其平均粒径为52.68 nm左右,并且实验制得的纳米M型钡铁氧体具有较大的介电损耗和磁损耗,具有良好的吸波性能.     

用原子力显微镜研究磷脂酸Langmuir-Blodgett双层膜中超分子结构

用原子力显微镜研究了二棕榈酰磷脂酸(DPPA)双层LB膜的分子排列结构,发现DPPA双层膜的分子排列具有长程的位置和取向有序,为有序六方结构;同时,在DPPA双层膜的极性区磷酸基团间存在局域超分子结构.     

基于原子力显微镜研究农药对溶菌酶淀粉样纤维化过程的影响

本文利用原子力显微镜(AFM)在分子水平上研究了三氯杀螨醇、氟氯氰菊酯、三唑酮和西维因四种农药对淀粉样纤维化过程的影响。结果发现,四种农药对溶菌酶淀粉样纤维的形貌特征均没有明显的影响。但是,三氯杀螨醇和氟氯氰菊酯缩短了淀粉样纤维生长的指数生长期,对溶菌酶淀粉样纤维化过程有促进作用,而三唑酮和西维因对纤维化过程没有明显的影响。结合表面等离子体共振技术和荧光光谱技术的分析结果,可以推测三氯杀螨醇和氟氯氰菊酯与溶菌酶结合后,使蛋白质构象发生变化而促进了淀粉样纤维的形成。本文不仅从分子水平上研究农药与淀粉样纤维化过程的关系,还有望为预防淀粉样变性疾病提供理论参考。     

原子力显微镜对细胞色素C分子结构的形态研究

用原子力显微镜(AFM)对不同浓度下细胞色素C的分子形态,以及加入蛋白质降聚和变性剂脲后的形态变化进行了考察。实验结果显示,在50μmol/L的低浓度溶液中细胞色素C分子主要以直径为3nm的类球形单体形式存在。浓度增大,细胞色素C分子发生聚集,且随着浓度的进一步增大,细胞色素C分子倾向于形成更大的聚集体。浓度为200μmol/L时,聚集体分子间相互缠绕,形成链状结构。浓度低于0.8mol/L的脲的加入基本不影响细胞色素C分子的形态。加入较高浓度的脲,细胞色素C聚集体的聚集数降低,聚集体分子间没有明显的链状结构。     

H2分子在碱金属掺杂碳纳米管上的吸附特性

采用密度泛函理论研究了H₂在碱金属(M=Li, K)掺杂的扶手椅型单壁碳纳米管上的吸附. 对于碱金属管内掺杂, 模拟了4种氢吸附构型; 对于管外掺杂, 考虑了两种吸附结构, 同时还考虑了两种不同的掺杂浓度. 所有吸附模型都进行了全优化. 计算结果表明, 碱金属掺杂后, 碱金属与碳纳米管之间发生电子授受作用使得碱金属带正电荷, 对于金属Li, 管内掺杂更有利于电子向碳纳米管转移; 与管内掺杂相比, Li原子的管外掺杂更有利于H2分子吸附. 碱金属管外掺杂的碳纳米管吸附H₂的最稳定结构, 存在碱金属原子与H₂分子的配位作用.     

Interaction Forces Between Graphitic Carbon Black Surfaces Coated with Polymers Using Atomic Force Microscopy

Carbon black dispersions are stabilized using polymeric dispersants. The stabilization is provided by adsorbed polymer layers around surfaces through interaction forces. Therefore, it is valuable to measure the interaction forces between bare and polymer-coated surfaces using atomic force microscopy to predict the behavior of dispersions. Three polymeric dispersants (Hypermer LP1, Hypermer B246, and OLOA 11000) are used in the present work to disperse the graphitic carbon black particles in an organic solvent, decaline. Hypermer B246 and OLOA 11000 produced repulsive interactions and, hence, are effective stabilizers for carbon black surfaces. Hypermer LP1 produced attractive interactions, making it an ineffective stabilizer for carbon black. Attractive interactions were also observed in blank dispersions. The experimentally determined interaction curves are compared with theoretical curves, the Derjaguin approximation. The repulsive steric interactions are also analyzed quantitatively based on the Alexander and de Gennes scaling law.