毛竹薄壁细胞组分分布及取向显微成像研究

薄壁细胞是竹材基本组织中的主要细胞类型起到填充及淀粉贮存作用,是竹材中重要的力学承载单元之一。采用共聚焦荧光显微技术对解离后的竹材薄壁细胞形态进行成像观察,透射电子显微镜成像发现薄壁细胞次生壁呈现宽窄交替的同心层状结构,且单层厚度在0.2～0.3μm。在此基础上利用532 nm共聚焦显微拉曼光谱成像技术原位状态下研究竹材薄壁细胞壁中木质素、纤维素区域化学,通过C—H伸缩振动(2 789～3 000 cm~(-1))特征峰峰高拉曼成像成功的区分出薄壁细胞复合胞间层以及次生壁,由于空间分辨率限制无法对薄壁细胞次生壁亚层进行区分。通过对薄壁细胞拉曼光谱380 cm~(-1)(吡喃环C—C—C对称弯曲振动)和1 600 cm~(-1)(木质素苯环伸缩振动)特征峰成像发现其次生壁中纤维素具有明显的区域选择性,而木质素具有明显的区域选择性,主要汇聚于复合胞间层及次生壁内层。与木质素共轭相联的松柏醛/芥子醛,以酯键和醚键与木质素和半纤维素相联的对羟基肉桂酸类与木质素分布规律类似。采用偏振光拉曼成像阐明纤维素微纤丝在薄壁细胞与纤维细胞各亚层中的空间取向差异,拉曼强度比值表明相对于纤维细胞宽层,纤维细胞窄层及薄壁细胞次生壁中纤维素分子更加趋近垂直于细胞轴向,也即是大的微纤丝角。研究结果加深了对毛竹薄壁细胞结构、细胞壁区域化学及分子取向特性的理解,能够为高效精准利用竹材提供重要的理论指导。     

黄藤细胞壁木质素区域化学分子光谱成像研究

整合共聚焦显微荧光和拉曼光谱成像技术系统研究了黄藤藤茎组织中不同类型细胞以及同一细胞不同形态区域的木质素区域化学特点。共聚焦荧光成像表明黄藤藤茎组织中木质素主要汇聚于初生木质部导管、次生木质部导管、维管束间的薄壁组织细胞以及纤维细胞角隅区。基于荧光光谱差异的光谱成像线性拆分结果显示纤维细胞次生壁由宽、窄层交替的同心层状结构组成,且窄层具有更高的木质化程度。比较黄藤、毛竹、芒草、毛白杨和虎皮松拉曼光谱发现黄藤材细胞壁拉曼光谱与阔叶木毛白杨类似,证实了黄藤材的化学组成更加趋近于阔叶木毛白杨。对拉曼光谱中木质素特征峰成像进一步揭示出纤维细胞中木质素不均一的分布规律: 其中细胞角隅胞间层和复合胞间层的拉曼信号强度最高,表明较高的木质化程度,其次是次生壁中的窄层,而次生壁宽层中拉曼特征峰强度最低,这一分布规律与竹材纤维细胞中木质素分布规律类似。宽、窄层中木质素不仅存在浓度上的差异,而且木质素基本结构单元的比例亦不同。采取光谱去卷积的方法排除了碳水化合物的影响,发现窄层中愈创木基(G型)木质素与紫丁香基木质素(S型)比例为0.19,而在宽层中这一比值为0.14,这一结果亦解释了宽、窄层荧光光谱间的差异。该研究结果对探索黄藤细胞壁生物合成及力学响应机制研究具有重要理论指导意义。     

FTIR及CLSM对转基因杨木细胞壁木质素含量及微区分布研究

通过木质素基因工程能够有效降低杨木细胞壁木质素含量,从而改善人工林杨树作为木质纤维材料的利用现状。选取C3H基因活性抑制表达的转基因杨树和其对照组杨树为实验材料,利用傅里叶红外光谱(FTIR)技术快速表征C3H基因表达活性降低后幼龄杨木细胞壁木质素的含量,并结合激光共聚焦显微镜(CLSM)和组织化学染色技术原位表征木质素含量微区分布变化规律。结果表明转基因杨树与对照组杨树红外谱图的形状和特征峰数目、位置基本一致,表明C3H基因活性降低并未改变杨木细胞壁主要化学成分及结构,但I_{1 508}/I_{1 379},I_{1 508}/I_{1 425}和I_{1 508}/I_{1 740}木质素特征峰高度比值结果表明转基因杨木木质素含量下降了8.2%～9.5%,峰强度的区别说明C3H基因活性抑制表达能够改变杨木细胞壁上木质素等化学组分含量;CLSM观察发现转基因杨木木质素微区分布含量均为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,与对照组木质素呈现相同的沉积规律,且转基因杨木细胞壁木质素浓度低于对照组杨木;组织化学染色的结果同样表明杨木S单体木质素均匀分布于纤维细胞壁上,而G单体木质素微区沉积规律为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,进一步揭示了C3H基因活性的降低并没有改变转基因杨木G和S木质素单体的沉积规律,但对其纤维和导管壁上木质素单体含量分布有一定影响。     

DFT方法研究木质素单体及二聚体的结构与拉曼光谱

木质素是自然界中第二丰富的天然聚合物,广泛存在于各种陆地植物的木质部中,利用木质素拉曼光谱对植物种类进行快速无损鉴别具有重要的应用价值。但由于木质素大分子构型非常复杂,对其拉曼特征光谱的仿真研究一直存在困难。利用Gaussian16W中包含的B3LYP密度泛函方法结合6-311G(d, p)基组,构建出三种木质素单体及其三种同种木质素单体构成的二聚体以及三种异种木质素单体构成的二聚体,提出了一种利用木质素的三种基本结构单体及其二聚体仿真分析木质素大分子拉曼光谱特征的方法。首先计算了三种单体的基本构型、轨道能级和电子空间分布,并分析了三种木质素单体拉曼光谱和振动模式的特点。随后利用不同组合方式的β-O-4二聚体的光谱谱峰特征,解释了特征谱峰信号位置漂移的成因,提出了判断木质素大分子信号特征的主要依据。研究结果表明,1 712 cm^-1谱峰信号最强且位置稳定,振动归属为碳碳双键伸缩振动,该振动归属引起的特征峰可以作为木质素大分子最主要的信号特征;1 642 cm^-1谱峰信号振动归属为芳香环骨架振动,仅受芳香环甲基数量影响产生劈裂,该振动归属引起的...     

拉曼光谱对高地钩叶藤纤维S2层主要成分的预测

棕榈藤(rattan)属于棕榈科(Palmae)省藤亚科藤类植物,是一种产于热带森林中,仅次于木材和竹材的、重要的非木材林产品,具有很高的经济价值和开发前景。全球棕榈藤总共有13个属660余种,其中我国自然分布有4属37种5变种,但有较高经济价值的不到30种。由于目前对棕榈藤的细胞结构,尤其是藤纤维的细胞壁结构知之甚少,严重限制了对棕榈藤材的研究和加工利用。因此,为构建棕榈藤材纤维细胞壁结构模型,以高地钩叶藤(Plectocomia himalayana Griff.)为研究对象,对其基部、 2 m处、中部和梢部四个部位分别截取试样、软化、聚乙二醇包埋、切片。切片在室温下经0.2 mol·L-1的硼氢化钠(NaBH4)溶液浸泡5~6 h后用蒸馏水洗净,利用LabRam XploRA显微共聚焦拉曼光谱仪,采用逐点扫描显微探针成像方法获取光谱数据集。将获得的光谱数据利用LabSpec5软件进行处理,从而得到藤茎不同部位藤皮、藤中、藤芯处纤维细胞次生壁中层(S2)主要成分,即纤维素、半纤维素、木质素相对含量,并就相对含量在径向、轴向变异进行了分析。结果表明,在径向上,高地钩叶藤藤皮处纤维细胞S2层纤维素与半纤维素相对含量最高,木质素相对含量最低;而藤芯处纤维细胞S2层纤维素与半纤维素相对含量最低,木质素相对含量最高;藤中处纤维素、半纤维素及木质素相对含量居中。在轴向上即不同藤龄处,藤皮纤维细胞S2层纤维素和半纤维素的相对含量在2 m处最大,木质素的相对含量在梢部最大;藤芯纤维细胞S2层纤维素、木质素、半纤维素的相对含量分别在中部、 2 m处、基部处最大。藤皮、藤芯与藤茎一样,纤维细胞S2层纤维素相对含量最小值在梢部,半纤维素和木质素相对含量均在中部最少。分析可知,棕榈藤藤茎不同部位,藤纤维细胞壁中层(S2)纤维素、半纤维素及木质素相对含量是不同的。     

海洋沉积物孔隙水硫化物浓度与pH值的拉曼定量分析可行性实验研究（英文）

海洋沉积物孔隙水是研究海洋环境、地质与生物地球化学等问题的重要信息载体。高度还原的缺氧孔隙水普遍含有大量的溶解态硫化物(H_2S和HS)。这些硫化物既是孔隙水调查的重要研究对象也关系到另一重要地化参数-pH值。成分逸散、化学平衡破坏使传统非原位分析方法测定的海洋沉积物孔隙水硫化物浓度和pH值具有不确定性,难以反映原位地化信息。深海原位激光拉曼技术为解决这一问题提供了新的手段。孔隙水硫化物在拉曼光谱曲线上表现为位于2 550~2 620 cm~(-1)的明显拉曼重叠峰,包括H_2S的HS伸缩峰(2 592 cm~(-1))和HS~-的H-S伸缩峰(2 572 cm~(-1))。本研究在实验室条件下(25℃,0.1 MPa)对基于内标定法的H_2S与HS~-拉曼光谱定量分析进行了可行性研究,证实该技术可行且精度良好。H_2S与HS~-作为一组共轭酸碱对,其浓度比与pH值呈函数关系。通过配制不同pH值的含硫化物溶液并进行拉曼光谱分析,发现这一关系在拉曼光谱上表现为特征拉曼重叠峰形态和H_2S,HS~-分峰强度的规律性变化,即硫化物拉曼光谱参数与溶液pH值之间存在一定的耦合关系。基于谱峰分解和相关分析,提出了一种全新的含硫化物孔隙水pH原位测定方法。可测定硫化物拉曼重叠峰可分辨情况下的孔隙水pH,在本研究中为6.11~8.32,涵盖了已知的绝大多数孔隙水pH值范围。该研究为获取海洋沉积物孔隙水的高保真数据提供了新的技术参考。     

γ射线辐照处理竹材化学组分及结晶度变化研究

利用核磁共振波谱仪和X射线衍射仪,对γ射线辐照处理前后的竹材进行CP/MAS 13C-NMR图谱、XRD光谱分析,得出竹材细胞壁主要化学组分在辐照过程中结构和性质的变化规律。随着辐照剂量升高,竹材纤维素结晶度呈现先升高后降低的趋势,半纤维素发生降解,木质素由非酚型向酚型转变。     

γ射线辐照处理竹材化学组分及结晶度变化研究

利用核磁共振波谱仪和X射线衍射仪,对γ射线辐照处理前后的竹材进行CP/MAS13C-NMR图谱、XRD光谱分析,得出竹材细胞壁主要化学组分在辐照过程中结构和性质的变化规律.随着辐照剂量升高,竹材纤维素结晶度呈现先升高后降低的趋势,半纤维素发生降解,木质素由非酚型向酚型转变.     

结肠癌病人几种细胞的Raman光谱

文章给出了结肠癌病人的几种细胞的拉曼光谱。从实验谱线中得到,均有构像不灵敏的苯丙氨酸的单取代苯环的伸缩振动谱线1002cm~(-1),谱线强而半高宽较小,且不易改变,可作为生物细胞拉曼谱线的内标。白细胞拉曼谱线弱而少,红细胞拉曼谱线强而丰富,且有一个吡咯环的C—N呼吸振动谱带,窄而强的1919cm~(-1)的特征峰,宽而强的谱线1577,1560,1548cm~(-1),这是其他细胞不具有的。腺癌细胞的拉曼谱线相对较弱,许多谱线消失,生长在不同部位癌变细胞的荧光强度分布不同。通过这些特征拉曼谱线的不同,为癌症的诊断和治疗提供了有力的实验依据。     

铁电液晶MBOPDOB相变的光散射研究

我们对铁电液晶 MBOPDOB 进行了温度有关的拉曼散射研究。在低频范围记录了三条拉曼谱线(15,49,93cm~(-1))。其中15和49cm~(-1)谱线消失于 C-Sm C相变温度,没有检测到任何频移现象。93cm~(-1)拉曼线产生部分频移,消失于各向同性相,联系着偶极-偶极互作用。高频范围四个振动模(1178和1116cm~(-1),1710和1738cm~(-1))之间能量转移归于由电子转移引起的 C=0键硬化和 C-0健的弱化。同时也讨论了该液晶 Sm C-Sm A 相变的二级连续型特征。     

细胞色素bc_1复合物的共振拉曼光谱

对不同氧化还原状态的细胞色素 bc_1复合物的共振拉曼光谱进行了分析比较。对部分拉曼信号的变化进行了指认。细胞色素 c_1的还原引起1640cm~(_1)和1560cm~(_1)及1454cm~(_1)的明显变小,细胞色素 b 的还原引起1544cm~(_1)的下降。这些信号可以标志复合物中不同色素的氧化还原状态,对拉曼方法用于研究呼吸链酶系有重要参考价值。     

CaO-SiO_2二元系晶体和玻璃的拉曼光谱研究

研究了CaO-SiO_2二元系晶体和玻璃的拉曼光谱,依据CaO和SiO_2摩尔比为1∶2和1∶1分别制备了Ca_2SiO_4和CaSiO_3晶体,同时又按照CaO的摩尔分数为0.50,0.40,0.33和0.25分别制备了C50S(CaO50·SiO_2),C40S,C33S,C_25S玻璃,采用共焦拉曼光谱仪测定了拉曼光谱,运用基于Materials Studio软件的CASTEP(Cambridge Serial Total Energy Package)模块对CaSiO_3和Ca_2SiO_4晶体的拉曼光谱进行了密度泛函理论计算,并运用量子化学从头计算法模拟研究了CaO-SiO_2二元系硅酸盐玻璃团簇的结构类型、振动波数及散射截面。根据理论计算对两种晶体的振动模式进行了归属,并且在CaO-SiO_2二元系玻璃的拉曼谱图中,较强谱峰主要集中在两个区域:低波数区(500~600cm~(-1))和高波数区(800~1 200cm~(-1)),低波数区以弯曲振动为主,高波数区则以伸缩振动为主。     

拉曼光谱研究苯乙烯热聚合反应

利用拉曼光谱研究了苯乙烯的热聚合反应。根据苯乙烯烯键1632cm~(-1)谱带在热聚合反应中振动强度的变化,以苯环1002cm~(-1)谱带的强度为内标,测试了反应体系中单体浓度随时间的变化,并与经典的化学方法所得结果作了比较。发现两种方法有一定的平行误差,很好地遵从Arrenhnius关系,求得的活化能分别为18.9和19.5 kcal/mol,与文献结果一致。     

毛竹材表面光化降解的FTIR和XPS分析

竹材光变色和光化降解过程比较复杂。该文以我国资源丰富的毛竹为研究对象,利用氙光衰减仪对竹材进行表面劣化处理,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱分析(XPS)对竹材表面化学组成和结构的变化进行表征。XPS测试结果表明,竹材表面光劣化处理后其O元素含量及氧碳比(O/C)明显增加;从C原子结合形式来看,C1(C—C)含量减少,C2(C—O)含量增加,C3(CO)和C4(OCO)含量增加明显,C的氧化态显著升高。FTIR分析表明,光劣化处理使得与木质素有关的吸收峰(如1 604,1 512及1 462 cm-1)强度明显降低,木质素发生降解,同时1 735 cm-1处非共轭羰基吸收峰强度明显增强,表明有新的羰基类物质生成,竹材表面发生光氧化反应。竹材表面的多糖物质(纤维素和半纤维素)受光劣化影响较小,其表面多糖相对含量在劣化处理后明显提高。     

外电场极化对纳米氧化锌拉曼活性及气敏性能的影响

采用沉淀法制备了纳米氧化锌粒子,着重对其进行了不同条件(电场强度、极化温度)下的外电场极化处理.以X射线衍射仪和拉曼光谱仪对产物的结构、拉曼位移等进行了表征.测试了氧化锌极化产物在乙醇、丙酮气体中的气敏性能,研究了外电场效应对纳米氧化锌拉曼光谱和气敏性能的影响机制.结果表明,纳米氧化锌样品在外电场中存在着极化电场强度和温度的阈值,当电场强度和温度分别大于9375 V·cm~(-1)和150℃时,纳米氧化锌试片出现明显的漏电现象,极化效应显著降低并消失.在电场强度和温度阈值范围内,外电场极化作用能够导致氧化锌437 cm~(-1)处的拉曼特征峰强度明显降低.随外电场强度和极化温度增加,纳米氧化锌元件在丙酮气体中的灵敏度逐渐升高,在乙醇气体中的灵敏度逐渐降低,即外电场极化可以有效调控纳米氧化锌的气敏选择性.     

氮源影响PHB合成代谢的拉曼光谱分析

应用拉曼光谱学结合奇异值分解方法在单细胞尺度上对杀虫贪铜菌(C.necator)H16菌株在不同的氮源下合成聚β-羟基丁酸(PHB)的代谢动态进行分析。结果显示,硫酸铵是PHB发酵的理想氮源,对应PHB发酵速度、效率和产量在测试氮源中表现最好。奇异值分解结果显示,源自RNA、DNA、蛋白质和PHB的拉曼峰是发酵的主要特征,随着发酵进程的延伸,菌体细胞差异、产物含量差别逐渐增大。分析PHB产物快速合成过程,可见表征核酸、蛋白质和PHB的782、1574、1660、1732 cm~(-1)等峰的强度变化活跃;不同氮源下,782 cm~(-1)峰与1660 cm~(-1)峰的强度呈正相关,而1660 cm~(-1)峰与1732 cm~(-1)峰的强度呈负相关。因此,不同氮源可能影响细胞的RNA代谢和蛋白质代谢,从而间接影响PHB的合成。拉曼光谱结合数据挖掘技术可以分析微生物发酵过程中的代谢信息,从分子光谱的角度为寻找最佳的发酵条件提供新的信息。     

电场条件下氧化锌结晶特性及极化产物的拉曼光谱分析

开展高压电场调控纳米材料结构形貌和性能研究在功能材料领域具有重要的理论和实际意义.本文在高压电场条件下合成了氧化锌纳米粉体,并对粉末试片进行了后期电场极化处理,研究了电场对氧化锌的结构形貌、点缺陷、拉曼光谱的影响.以X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和拉曼光谱仪对产物的结构形貌、拉曼位移、缺陷分布等进行了表征.结果表明,高压电场条件下氧化锌的完全晶化时间和温度比未施加电场时明显延长和升高,直流电场能够显著促进前驱物中氧化锌的形核,并降低晶化速度.不同电场强度下氧化锌具有不同的显微形貌.纳米氧化锌粉末试片在直流电场中极化后,其阴极面和阳极面的拉曼光谱表现出明显的差异.有明显漏电电流的情况下,阳极面在1050 cm~(–1)处的二级光学声子模A_1(LO)的强度显著提高,且拉曼强度I_1=438 cm~(–1)和I_2=1050 cm~(–1)的比值与极化电场的场强呈线性关系.当调转试片正反面进行二次极化时,原来在阳极面尖锐的1050 cm~(–1)峰经过阴极极化而消失.阳极面1050 cm~(–1)拉曼峰的锐化与氧化锌晶粒内的缺陷重新分布和双肖脱基势垒有关.     

黄藤细胞壁微纤丝取向偏振光拉曼光谱研究

采用532 nm共聚焦显微拉曼光谱技术原位状态下研究了黄藤藤茎纤维及导管细胞壁中纤维素微纤丝空间取向差异。在高数值孔径（NA=1.25）物镜测试条件下,C-H伸缩振动（2 771~3 000 cm-1）特征峰峰面积拉曼成像成功的区分出细胞角隅、复合胞间层以及次生壁。进一步发现纤维细胞次生壁呈宽窄交替的同心层状结构,而导管次生壁无明显的分层结构。采用平行于细胞径向壁的拉曼偏振激光进行光谱成像发现纤维细胞次生壁窄层纤维素C-O-C（1 097 cm-1）拉曼信号强度明显高于宽层,即窄层中微纤丝取向更加平行于入射激光偏振方向,与细胞轴夹角更大,而导管次生壁中微纤丝取向较为均一。细胞壁不同形态区域拉曼光谱分析发现纤维素C-O-C特征峰以及CH和CH₂特征峰的拉曼信号强度与入射激光的偏振方向存在明显的相关性。当入射偏振激光的电矢量方向从平行变化到垂直于微纤丝方向时,其糖苷键C-O-C非对称伸缩振动信号减弱,而CH和CH₂的取向在与入射偏振激光的电矢量方向垂直时,其拉曼信号强度相较于平行状态略微降低,表明纤维素特征峰中的糖苷键C-O-C的非对称伸缩振动比CH和CH₂伸缩振动对拉曼偏振光的方向改变更为敏感。比较纤维细胞宽层与窄层的拉曼光谱发现径向次生壁窄层1 097 cm-1处拉曼信号强度明显高于弦向次生壁窄层,而径向次生壁宽层的2 897 cm-1处拉曼信号强度低于弦向次生壁宽层。拉曼特征峰比值（I_{1 095}/I_{2 897}）可用来定性研究细胞壁微纤丝角,结果发现这一比值在导管次生壁、纤维细胞窄层和纤维细胞宽层中分别为1.32~1.10,0.92~0.55和0.42~0.33,表明导管次生壁具有最大的微纤丝角,纤维细胞窄层次之,宽层最小。该研究为解析藤材细胞壁骨架空间结构、化学成分分布以及微力学特性提供了新型的分析手段和重要的理论指导。     

气相沉积法制备聚酰亚胺薄膜不同单体配比的表征及其性能影响

聚酰亚胺微球作为惯性约束聚变的重要候选靶丸之一,其力学性能和热学性能的提高对于实现聚变点火有重要意义.本文以均苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚为原料,采用气相沉积法制备了不同单体配比的聚酰胺酸薄膜,研究了制备聚酰胺酸薄膜过程中不同单体蒸发温度对薄膜组成的影响,并对聚酰胺酸薄膜进行热环化处理.采用红外光谱仪分析了聚酰胺酸薄膜和聚酰亚胺薄膜的组成,结果表明:随着二酐蒸发温度的增加,聚酰胺酸薄膜中过量二酐单体的红外吸收振动特征峰(1780 cm~(-1),1850 cm~(-1)强度增加,单体配比由二胺过量到二酐二胺配比均衡再到二酐过量.热环化处理的过程中,薄膜中过量单体会再次蒸发,其红外图谱显示最终产物只有聚酰亚胺,但单体配比接近样品聚酰亚胺红外特征振动峰(1380 cm~(-1))强度更大.X射线衍射图谱显示配比接近的样品具有更高的晶化程度,说明过量单体的存在抑制了聚酰胺酸分子链的生长,造成分子量降低.采用纳米压痕仪和热重分析仪分别测量了聚酰亚胺薄膜的弹性模量和硬度以及失重曲线,结果表明分子量的降低会造成聚酰亚胺薄膜的弹性模量和硬度的降低,同时热稳定性也变差.扫描电子显微镜图像显示聚酰亚胺薄膜呈层状结构,单体配比接近的样品表面状况更好,这一点与聚酰亚胺分子的生长规律相符合.     

拉曼光谱对稀酸预处理奇岗细胞壁区域化学的研究

共聚焦拉曼显微光谱技术可有效用于木质纤维生物质细胞壁的区域化学研究。利用该技术探索稀酸预处理过程中奇岗纤维细胞壁木质素和羟基肉桂酸的区域化学变化规律。研究发现预处理前木质素在细胞壁各区域的浓度不同,木质素浓度较高的区域羟基肉桂酸的浓度也较高。稀酸预处理后1 600cm-1(木质素)和1 170cm-1(羟基肉桂酸)的峰值强度降低,表明二者被部分溶出,且溶出率为次生壁复合胞间层角隅胞间层。预处理过程中次生壁和复合胞间层的特征峰强度比值(I1 170/I1 600)呈现上升趋势,表明在这两个形态区域中木质素比羟基肉桂酸更易溶出;而在角隅胞间层没有明显变化,表明该形态区域对二者的溶出没有倾向性。通过本研究可以更加深入了解稀酸预处理中化学组分在亚细胞水平的变化规律,同时也进一步拓展了拉曼光谱技术在植物细胞壁研究领域的应用。