刺激响应型AIE水凝胶研究进展

刺激响应水凝胶可以对环境的微小变化产生较大的物理化学变化,在药物传递、生物分离、生物传感器和组织工程等领域具有广泛的应用。但受聚集导致荧光猝灭(ACQ)效应的影响,其在发光相关领域的应用受到限制,聚集诱导发光(AIE)概念的提出解决了这一难题。将AIE分子引入水凝胶体系,获得刺激响应型AIE水凝胶,在生物医学、信息防伪、3D水凝胶驱动器以及软体机器人的开发等多个高科技领域崭露头角。本文将近年来报道的刺激响应型AIE水凝胶按刺激因素分为物理因素(温度和光)、化学因素(pH、溶剂和离子)和生物因素(酶)三大类,分别阐述了水凝胶的制备、响应机理及潜在应用,并针对刺激响应型AIE水凝胶面临的问题和挑战进行了展望。     

有机掺杂溶胶-凝胶法制备pH敏感膜及其光谱响应的研究

使用四甲氧基硅烷（TMOS）和二甲基二甲氧基硅烷（DiMe-DMOS)为共先驱体，采用溶胶－凝胶的有机掺杂，制备对pH具有宽程响应的敏感膜。详细考察了包埋溴酚蓝和溴酚绿的敏感膜对pH的响应值、响应时间、泄漏和可逆性等响应性能指标，并进行了溴酚蓝和溴酚绿在水相与膜内吸收光谱的研究。     

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,分别是Chlb_653/656^658.7、Chla_662.0^665.2、Chla/b_670/671^677.1、Chla_675.0^677.1、Chla_680/681^682.9、Chla_685.0^689.1和Chla_695.0^695.6.采用光强1013光子/cm²/脉冲激励浓度为30μg/mL的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了2组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及2个长寿命组分1.8ns、2ns.最快的3个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的2个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程.获得的6个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点.经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到3个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领.     

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,分别是Chlb658.7653/656、Chla665.2662.0、Chla/b671.1670/671、Chla677.1675.0、Chla682.9680/681、Chla689.1685.0和Chla695.6695.0.采用光强1013光子/cm2/脉冲激励浓度为30μg/mL的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了2组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及2个长寿命组分1.8ns、2ns.最快的3个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的2个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程.获得的6个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点.经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到3个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领.     

红外探测器光谱响应度的均匀性及直线性测试研究

红外探测器光谱响应度的均匀性及直线性一直被认为是评价红外探测器性能的关键技术指标。目前，国防科工委光学计量一级站正在进行红外光谱响应度及其均匀性和直线性的测试研究，也包括对大气窗口一系列特性的测试研究。同时，还评价了一系列商用红外探测器，期望得到性能良好的、可用于不同波段量值传递的红外标准探测器。本文着重介绍红外探测器光谱响应度的均匀性及直线性的测试方法及测试结果，并评价一系列用于量值传递的不同波段的红外探测器。     

表观遗传修饰核酸碱基的超快激发态动力学研究

核酸碱基的表观遗传修饰是生命体实现表观遗传功能的重要组成部分,可以直接参与调控细胞分化、基因表达等重要的生理过程。然而,核酸碱基的光稳定性会受表观遗传修饰的影响,相应的碱基可能成为紫外线诱导皮肤癌产生的重要突变位点。因此,研究表观遗传修饰对核酸碱基的光物理与光化学性质的影响具有十分重要的意义。本文综述了近年来本课题组利用超快时间光谱技术结合高精度的量子化学理论计算对一系列表观遗传修饰的核酸碱基激发态动力学性质的研究。研究表明,表观遗传修饰对碱基激发态性质的影响主要分为三个方面：显著增长ππ^∗1态的寿命、引入分子内电荷转移态、有效促进单重态到三重态系间窜跃。     

超快光谱技术及其在凝聚态物理研究中的应用

近年来备受关注的超快光谱技术拥有诸多特色,例如极高的时间分辨率,丰富的光与物质的非线性相互作用,可以用光子相干地调控物质的量子态,其衍生和嫁接技术带来许多凝聚态物理实验技术的变革等等.文章介绍了超快光谱技术的一般原理、时间分辨的技术实现和典型构型,并通过具体实例来展示该实验手段在凝聚态物理研究中的应用.     

超快光谱技术及其在凝聚态物理研究中的应用

近年来备受关注的超快光谱技术拥有诸多特色,例如极高的时间分辨率,丰富的光与物质的非线性相互作用,可以用光子相干地调控物质的量子态,其衍生和嫁接技术带来许多凝聚态物理实验技术的变革等等.文章介绍了超快光谱技术的一般原理、时间分辨的技术实现和典型构型,并通过具体实例来展示该实验手段在凝聚态物理研究中的应用.     

二维红外光谱

文章对二维红外光谱的历史、实验设备、方法原理、具体应用进行了简要的介绍,并对它的前景进行了展望.二维红外光谱是一种通过多束超快（10-15s（1fs）—10-12s（1ps）、中红外（400—4000cm-1）激光对分子的化学键的振动模式进行顺序激发, 从而获得关于分子动态及静态结构信息的方法.它的原理非常类似于二维核磁共振, 但要快上大约6个数量级.现在它已经开始被应用于研究平衡态下快速的分子变化,分子间相互作用（如氢键,偶极-偶极相互作用等）在常温液体里的动态变化, 水氢键网络的演变过程,小分子、多肽和蛋白的静态或瞬间结构变化.     

钙钛矿中热载流子的超快光谱探测

热载流子能量耗散是太阳能电池效率损耗的主要来源之一.近年来,钙钛矿中的热载流子效应获得了研究人员的广泛关注.相比于传统半导体材料,钙钛矿具有较慢的热载流子冷却过程,有望利用这些热载流子,提高太阳能电池的能量转换效率,克服单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限.本文主要阐述了近几年人们利用超快光谱技术在钙...     

飞秒时间分辨的能谱分析光电子显微镜：异质结超快载流子动力学测量

本文成功搭建了一套集成了能谱分析功能的时间分辨光电子显微镜系统(TR-PEEM),能够对电子密度分布进行时间分辨和能量分辨的成像.这套4D显微镜在空间、时间、能量多维度获取电子动力学信息提供了前所未有的手段.本文使用184 fs的时间分辨、150 meV的能量分辨和优于150 nm的空间分辨对半导体进行了测量,在Si(111)表面的Pb岛上获得了微区光电子能谱和能量分辨的TR-PEEM图像.实验结果表明,这套系统是进行异质结载流子动力学观察的有力工具,有助于在亚微米/纳米空间尺度和超快时间尺度上加深对半导体性质的理解.     

超快二维红外光谱用于研究单体水分子中的直接振动能量传递

Vibrational relaxation dynamics of monomeric water molecule dissolved in d-chloroform solution were revisited using the two dimensional Infrared (2D IR) spectroscopy. The vibrational lifetime of OH bending in monomeric water shows a bi-exponential decay. The fast component (T₁=(1.2±0.1) ps) is caused by the rapid population equilibration between the vibrational modes of the monomeric water molecule. The slow component (T₂=(26.4±0.2) ps) is mainly caused by the vibrational population decay of OH bending mode. The reorientation of the OH bending in monomeric water is determined with a time constant of τ=(1.2±0.1) ps which is much faster than the rotational dynamics of water molecules in the bulk solution. Furthermore, we are able to reveal the direct vibrational energy transfer from OH stretching to OH bending in monomeric water dissolved in d-chloroform for the first time. The vibrational coupling and relative orientation of transition dipole moment between OH bending and stretching that effect their intra-molecular vibrational energy transfer rates are discussed in detail.     

GaAs光生载流子动力学机制的超快光谱学分析

利用飞秒激光泵浦探测技术,通过改变光学参数,如中心波长、功率,分别对未故意掺杂高纯n型砷化镓的差分反射谱进行研究,进而分析室温下砷化镓光生载流子动力学过程.首先,当泵浦光功率恒为100mW,探测光功率恒为10mW时,随着中心波长的增大,差分反射率峰值随之增大,信噪比也随之增加.其次,通过拟合不同延迟时间下泵浦光功率和差分反射率的实验曲线,并和理论模型比较后发现,在一定范围内的泵浦功率和差分反射率呈线性相关,未故意掺杂高纯n型砷化镓的饱和载流子浓度为(3.590 1±0.310 3)×1017 cm~(-3).在此基础上,把光生载流子动力学过程分为3个过程:804±67fs的光激发过程、134~268fs的初始散射过程、1ps和3~6ps的复合过程.研究表明,差分反射率与探测功率不存在显著的依赖性,但差分反射谱的信噪比与探测功率存在相关性.     

假根羽藻外周天线三聚体超快荧光动力学研究

通过对稳态、瞬态吸收谱以及瞬态荧光发射谱的测量分析得出：在三聚体内存在以下六个特征叶绿素分子Chl b628、Chl b646、Chl b654,657652、Chl a666664、Chl a677,680674、Chl a683682(下标为吸收峰,上标为发射峰).在波长为655 nm、666 nm、680 nm、683 nm时分别采用时间相干单光子技术(TCSPC)记录其荧光动力学谱.根据荧光产生的物理学机制,对这些荧光动力学谱的分析采用的是分子同时接受能量与耗散能量的指数模型,得出在离体的外周天线三聚体内,Chl b654,657652、Chl a666664、Chl a677,680674和Chla683682分子在接受Chlb628分子的传能时,大部分经过了Chlb646分子,传能时间发生在97~157ps的时间间隔内,可见Chlb646分子在外周天线三聚体中是连接Chlb和Chla传能的主要分子;Chl b654,657652…→Chl a666664…→Chl a677,680674…→Chl a683682分子依次传能的时间在10 ps左右,这种传递过程可归结为是处于激发态分子首先经过内转换后再将能量以Frster共振机制的形式传给了其它分子;大量小于1 ps 的传能过程是叶绿素分子之间以激子共振的方式进行直接传能;Chl b654,657652、Chl a666664、Chl a677,680674和Chl a683682分子以时间常量分别为1.44 ns, 1.43 ns, 636 ps, 713 ps发射荧光回到基态.     

结构乱序对二维有机-无机杂化钙钛矿材料中激子行为和动力学的影响

本文合成了2-苯基乙基铵碘化铅(PEPI)和4-苯基-1-丁基铵碘化铅(PBPI)两种二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜样品,并采用稳态吸收光谱、温度依赖的光致发光光谱和超快瞬态吸收光谱开展了细致的比较性研究. 由于含有较多的乙基基团,PBPI比PEPI具有更长的有机链,其无机骨架发生变形,从而引入结构乱序. 通过能域光谱线形和时域动力学的比较分析,揭示出PBPI中更大程度的结构乱序会导致更多缺陷态的形成,这些缺陷态可作为陷阱态以促进激子动力学. 另外,温度依赖的超快光谱揭示出激子共振的精细结构,并表明其与无机骨架而非有机链相关. 更进一步,在PEPI和PBPI中均观察到光激发相干声子,并揭示出结构乱序对无机骨架低频拉曼振动的微妙影响. 该工作为二维杂化钙钛矿材料的光学性质、激子行为和动力学以及相干声子效应提供了有益的见解.     

pH-Induced Changes in the Secondary Structure of Cytochrome c: an Infrared Spectroscopic Study

The infrared spectra of 3mM solutions of horse heart cytochrome c were recorded as a function of pD(corresponding to acid high spin form, acidic low spin form, native form, lysine form, the so-termed “strained lysine form” as well as the so-termed “A state” of cytochrome c). An analysis of the pH-induced changes in the secondary structure was performed based on changes in the conformation-sensitive amide I bands of this protein. In lysine and strained lysine forms, the contents of random structure increase at the expense of α-helix. In acidic low. spin form (pH4–2.5), cytochrome c was almost unfolded. The proportion of α-helix had a substantial decrease while the contents of both random structure and 3₁₀-helices got a rise. In acidic high spin form (when pH is below 2.5), a further decrease of pD gave no rise to a continued unfolding in cytochrome c but made it refold to the “A state” with properties similar to those of a molten globular state. Adding enough KC1 to the cytochrome c solution(pD2.2 with 0.5MKC1 and pD3.0 with 1.5 MKCl) in which cytochrome c was nearly fully unfolded also led to the formation of A state of cytochrome c. The compositions of all types of secondary structures in A state were evaluated. The behavior of 3₁₀-helices in acidic high/low spin form indicated they might be intermediates between α-helices and random structure in acidic solution as proposed by Miick et al.     

Electronic and Infrared Spectroscopic Studies of Aggregation of Cholesterol

A number of reasons and causes has been put forward to understand and explain the process of atherosclerosis, or plaque formation in arteries, and the strategies to combat it. We wish to communicate that the increased level of alkalinity in serum plays an important role in atherosclerosis. On one hand, higher alkalinity helps monomer cholesterol to dimerize, supporting plaque formation. On the other hand, this converts polymer (higher aggregates) into dimer (a lower aggregate). The other finding is that the presence of a certain class of molecules in serum, part of whose bonding structure is ‐CH₂‐O‐CH₂‐, for example, dioxane (maybe as a pollutant), promotes dimerization of cholesterol, which may set in motion the process of plaque formation. At the same time, higher aggregates (insoluble) are converted to dimer (relatively more soluble). This finding could be strategically employed to tackle atherosclerosis.     

利用可见-近红外-中红外超快光谱揭示离子交换法制备的少层MoS2中缺陷介导的载流子动力学

本文结合可见-近红外-中红外瞬态吸收光谱技术对离子交换法制备的少层MoS₂中缺陷介导的载流子动力学进行了详细的解析. 在近红外瞬态吸收光谱中观察到的宽带漂白信号表明少层MoS₂纳米片带隙中分布着大量的缺陷态. 实验结果明确揭示了载流子被缺陷态的快速捕获以及进一步的复合过程,证明带隙中的缺陷态对MoS₂光生载流子动力学过程起着至关重要的作用. 在中红外瞬态吸收光谱中观察到的正信号到负信号的转变进一步证实了在导带下小于0.24 eV处存在被载流子占据的缺陷态. 这些在少层MoS₂纳米片中存在的缺陷态可以作为有效的载流子捕获中心来辅助光生载流子在皮秒时间尺度内完成非辐射复合过程.     

吉林长白山硅藻土的红外光谱研究

对长白山硅藻土在 10 0～ 1330℃温度范围进行热处理并开展红外光谱研究 ,结果表明经 5 0 0℃热处理样品开始出现 374 5cm- 1 峰 ,在 90 0℃达到最大 ,12 0 0℃消失 ,此时硅藻土转变成方石英。对 374 5cm- 1 峰所反映的以孤立Si—OH形式存在的水的含量进行了半定量计算 ,表明这种OH除存在于样品表面外 ,还存在于内部的结构缺陷处 ,并推测硅藻土转变成方石英与这种孤立Si—OH的消失有关     

质子化水团簇对乙炔溶剂化作用的结构与红外光谱

利用团簇模型研究了质子化水团簇对乙炔的溶剂化作用. H⁺(C₂H₂)(H₂O)_n (n=1~5)的量子化学计算结果表明,水分子倾向与乙炔的π电子形成新型OH…π氢键作用,并且乙炔的第一溶剂层需要4个水分子来完成. 模拟的红外光谱揭示了OH…π氢键作用后的OH伸缩振动是研究乙炔与水溶剂化过程的灵敏探针. 这些红外光谱可以用红外光解离光谱实验方法测得,将为理解OH…π氢键作用以及质子化水团簇如何溶剂化乙炔提供有力的科学数据.