C Selective Polarization and Spin Diffusion in a Lipid Bilayer-Bound Polypeptide by Solid-State NMR

While ¹⁵N solid-state NMR has proven to be very advantageous for the development of structural biological methods, ¹³C spectroscopy has increased sensitivity and spectral dispersion. However, large natural abundance signals and homonuclear dipolar interactions pose significant problems. Here we have used a pair of ¹³C-labeled sites in a lipid-solubilized polypeptide to show the selective polarization can be used in combination with spin diffusion to achieve simplified spectra. Both unoriented and oriented samples have been used, with the latter providing a well-resolved homonuclear dipolar splitting.     

水化磷脂层中蛋白质和多肽的高分辨固体核磁共振波谱学

有序样品的固体核磁共振(NMR)已快速发展成测定蛋白质和多肽在“仿真”水化磷脂层中高分辨结构的重要谱学方法. 由于与膜相连的蛋白质和多肽的结构、动力学和功能往往都和其周边自然环境密切相关,因此人们把蛋白质和多肽有序排列于水化磷脂层中进行固体NMR测量, 从而获得与取向相关的各向异性自旋相互作用. 这些取向约束可作为结构参数重构蛋白质在水化磷脂层中的高分辨三维结构. 近十年来在样品制备,NMR探头和实验方法方面的显著发展,极大地促进了有序样品的固体NMR的发展,并使之成为测定与膜相连的蛋白质和多肽结构的有效方法. 该综述介绍有序样品的固体NMR谱学方法,并总结此领域里的最新研究进展.     

多金属氧酸盐TBA3[VW5O19]及TBA4[PVW11O40]的固体核磁共振研究

多金属氧酸盐（简称多酸,Polyoxometalates,POMs)是由处于d⁰电子构型的前过渡金属元素通过共边或共角缩聚而成的金属-氧簇类化合物．由于其具有丰富的分子结构和独特的物理化学性质,已经被广泛应用于功能材料、催化化学和药物化学等领域．其中钒取代的多酸阴离子具有很好的催化活性,特别是对烃类的氧化,它的活性主要受钒取代的数目和钒中心的阴离子环境这两个因素影响．该文利用固体核磁技术分析了一取代钒的两类典型结构中⁵¹V的局域结构和化学环境,以及有机阳离子对多酸阴离子结构的影响,特别是对⁵¹V的化学环境的影响,为研究多酸的催化活性和催化机理提供基本的结构信息．     

典型高分子材料的固体核磁共振研究

本论文通过固体核磁共振（NMR）谱及动力学参量的测量,并结合X-射线衍射技术和DSC测量等研究了两种典型高分子材料的相结构、链的运动以及相与相之间的关系.  乙烯-醋酸乙烯共聚物( EVA) 是最主要的乙烯共聚物之一. 研究发现,EVA的相组成非常复杂,共有5个不同的组分. 除了PE中所观察到的常规单斜晶相和刚性的正交晶相外,我们发现还存在第三个晶相分量－运动性较强的晶相（SOCP,可能是转动相）. 它不仅拥有自己的熔点,而且它的化学位移和分子运动性不同于刚性正交晶相（LOCP）. 另一方面,非晶相也由两种不同的分量组成：运动受限的各相异性的非晶界面相和高度可动的橡胶型的非晶相. 我们进一步详细研究了EVA中的晶区链动力学和非晶区的低温冻结行为. 实验发现,在正交晶相中,高分子链以180° flip-flop方式运动,同时伴随沿链方向的平移型跳跃运动,并引起正交晶相和非晶相之间的长程链扩散,通过NOE的测量证实了这种相间链扩散的存在,并进一步通过实验证实这种相间链扩散是一种受限扩散而不是自由扩散. 同时非晶相的两个组分具有不同的低温冻结行为：当温度低于-弛豫转变温度时,橡胶型的非晶相中的长程分子运动被冻结,但仍存在分子的局域运动;而界面非晶在低温时冻结成一种有序取向结构,并用质子自旋扩散实验证实该有序结构与正交晶相相邻近.  少量纳米级片层状粘土分散在聚合物中就可赋予材料许多优异的性能,我们用固体NMR技术对EVA/REC复合材料的结构和其中粘土的分散性质进行研究,发现上述复合材料中所形成的晶体类型不仅依赖于各组分的性质还依赖于所形成的复合材料的类型.  偏氟乙烯/三氟乙烯共聚物（P（VDF-TrFE））是最主要的铁电高聚物之一. 我们利用变温固体¹⁹F MAS NMR 谱及弛豫数据的测量详细研究了电子辐照对P(VDF-TrFE)共聚物的分子结构、构型、运动性以及相变等的影响. 发现,电子辐照不仅改变了分子链段的构型和运动性,同时也改变了局部分子化学结构. 电子辐照促使铁电相向顺电相(或者非晶相)转变,与此同时诱发了富含VDF和含-TrFE链段从全反式的构型到混合的反式-旁式构型的转变. 电子辐照加剧顺电区域中的分子运动而在高温熔融态中(>100 ℃）,分子的运动反而受限.     

聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物的固体NMR研究

采用我们前期发展的测定多相高聚物中界面相厚度及相区尺寸的NMR新方法对两种不同嵌段结构的聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物进行了研究,并与关于界面相厚度的高分子物理理论结果进行对比. 该NMR方法采用偶极滤波-自旋扩散技术分别测定非界面相的柔性区与界面相中质子的百分含量,然后根据界面相与柔性相的几何关系计算界面相厚度. 研究结果表明这两种嵌段共聚物具有几乎相同的界面相厚度,该结果与Helfand等人关于多相高聚物中界面相厚度的自洽场理论预言基本符合.     

PVPh/PEO共混物动力学演化过程的NMR研究

聚合物共混物中链段的慢取向运动与其玻璃化转变行为和宏观力学性质密切关联,而基于化学位移各向异性重聚的~(13)C CODEX(centerband-only detection of exchange)固体核磁共振(SSNMR)技术能够有效表征共混物中链段的慢取向运动.该文利用~(13)C CODEX NMR技术详细研究了相容性聚合物共混物聚乙烯基苯酚/聚氧乙烯(PVPh/PEO)中的刚性组分PVPh在较宽温度范围内的慢取向运动特性与玻璃化转变过程的关联.研究表明,在玻璃化转变起始温度以下,PVPh主链的分子运动被冻结,而侧基存在b-松弛的慢取向运动;在玻璃化转变起始温度附近,PVPh主链具有明显的慢取向运动,而且主链和侧基是一种协同的分子运动.该文利用NMR技术揭示了共混物中的玻璃化转变起止温度分别对应于高分子主链慢取向运动CODEX信号的开始和极大值处的温度.     

19F固体核磁共振技术研究膜蛋白相互作用的进展

固体核磁共振技术因其可实现细胞膜环境中的蛋白质结构研究而广受关注.¹⁹F元素由于灵敏度高、天然丰度高,无生物背景等优点,被广泛应用于生物核磁共振技术中.氟标固体核磁共振技术常被用于细胞膜中蛋白质的相互作用研究,如：抗菌肽与细胞膜的相互作用、聚合膜蛋白结构分析等.此篇综述介绍了常用的蛋白质氟标修饰的实验方法,总结了常用的¹⁹F生物固体核磁共振实验技术,以及介绍了应用¹⁹F固体核磁共振研究膜蛋白的成功案例.此外,此篇综述讨论了¹⁹F固体核磁共振技术在蛋白质研究中的局限性.     

生物固体核磁共振中样品发热的研究进展

近年来,固体核磁共振被广泛应用于膜蛋白、纤维化蛋白等体系的结构和功能研究．在固体核磁共振实验中,快速魔角旋转或高功率射频场照射等实验条件将导致样品发热．生物样品发热能导致严重的后果,例如样品温度的快速升高,信号分辨率、信噪比的降低,发热严重时甚至导致样品的不可逆损坏．近年来,人们对样品发热问题进行了一些研究,发现通过优化样品制备条件或固体核磁共振实验条件,以及改进探头设计等手段,可以在一定程度上减轻样品发热．该文主要综述了生物固体核磁共振研究中导致样品发热的原因和减轻样品发热的方法．     

固体核磁共振技术在骨基生物材料研究中的应用

骨是人体的结构组织之一,又是重要的造血器官,它在支持和保护体内器官、贮存钙和磷、参与人体代谢和为肌肉提供附着等方面具有重要的作用,因此了解骨的微观结构对预防和治疗骨疾病有重要意义.由于骨形态多样化,无机和有机成分共存,而且骨样品对物理和化学处理十分敏感,因此对其研究存在许多实验困难.与其他表征技术相比,固体核磁共振（NMR）检测对骨样品不需要任何处理,不会破坏其自身结构,可以实现原位检测.另外,骨头中的许多元素（¹H、¹³C、³¹P、¹⁹F、⁴³Ca、²⁹Si、²⁵Mg和⁸⁷Sr）都是NMR可观察核,因此高分辨固体NMR技术是研究骨基生物材料的强有力工具.该文综述了近年来固体NMR技术在骨基生物材料研究中的应用进展.     

半晶聚乙烯局部和整体分子链运动的固体核磁共振研究

固体核磁共振技术是研究半晶聚合物的局部和整体分子链运动的一种非常独特的手段。该文对近年来半晶聚乙烯分子链运动的固体核磁共振研究工作进行了综述，展示了如何应用先进的固体核磁共振技术获得半晶聚乙烯局部和长程分子链运动的详细信息。这些分子层次上的信息对加深聚乙烯宏观机械性质的理解具有非常重要的意义。     

先进固体NMR技术研究高分子结构与动力学

随着固体NMR理论和谱仪硬件技术的不断发展,近年来固体NMR技术在高分子多尺度结构与动力学研究领域中正发挥着越来越重要的作用. 多脉冲及高速魔角旋转（MAS）等质子高分辨技术的发展使得高灵敏度的¹H谱可有效地用于高分子化学结构与链间相互作用的检测;基于化学键（J-耦合）相关和通过空间（偶极耦合）相互作用的各种二维异核相关谱NMR新技术,使得复杂高分子的链结构得以严格解析. 基于MAS下同核和异核偶极-偶极相互作用、化学位移各向异性等各向异性相互作用重聚的系列新技术,使得研究者可在采用高分辨¹H或¹³C 检测信号的同时检测准静态下的各向异性相互作用,进而获得与之密切相关的结构和动力学信息. 通过质子偶极滤波技术可有效检测多相聚合物中的界面相与相区尺寸、高分子共混物中的相容性等问题. 在动力学的研究中,通过质子间自旋扩散的有效压制技术和化学位移各向异性的重聚,目前已经可以有效地获取链段上单个化学键的快速局域运动以及链段的超慢分子运动. 上述丰富的多尺度NMR技术可以使研究者在不同空间和时间尺度上对高分子聚合物的微观结构、相分离和动力学行为等进行详细的研究,进而阐明高分子微观结构与宏观性能的关联. 该文以固体NMR中最主要的2类核（¹H和¹³C）的检测技术为主线,简单介绍近年来固体NMR领域的一些最新研究进展及其在高分子结构和动力学研究中的应用.     

Gaussian03/GaussView在NMR Spectroscopy教学中的应用

讨论了Gaussian03/Gauss View软件在《分析化学》中NMR Spectroscopy教学中的具体应用,不仅能使抽象的知识形象化、直观化,而且能增强学生的学习兴趣,提高教与学的效率。     

先进固体核磁共振揭示苯硼酸-壳聚糖纳米粒子非均匀结构和相容性

该文采用先进的固体核磁共振技术研究了壳聚糖-聚3-丙烯酰胺基苯硼酸纳米粒子非均匀结构和高分子间的相容性．¹³C CPMAS 实验表征了壳聚糖与苯硼酸结合后的构象变化,2D ¹³C-¹H HETCOR 实验进一步证明了壳聚糖在界面处通过硼酸配位作用与苯硼酸链紧密相连．2D ¹H-¹H 自旋交换和扩散实验阐明了壳聚糖和聚苯硼酸的界面混合性,相分离尺度大约为15-20 nm．     

High-Resolution Solid-State NMR Spectroscopy of Steroids and Their Derivatives

Abstract: Steroids are an important class of organic compounds containing a vast array of biologically and physiologically essential molecules. Due to their availability, relatively straightforward derivatizability, and endogeneity, they are widely used in pharmacological applications. The investigation of molecular and physicochemical properties of active pharmaceutical ingredients (APIs) in the solid state is important, because these properties are directly related to their pharmacological activity. Several methods are available for this purpose. Solid-state NMR spectroscopy offers a nondestructive and flexible technique, providing both structural and dynamic information. It can be applied to every solid physical state (both crystalline and amorphous) as well as to materials with different compositions. The current article aims at gathering together some of the recent and most important studies in the area of high-resolution solid-state NMR spectroscopy of steroids and their derivatives completed with related theoretical reports not forgetting to outline the future remarks.     

固体核磁共振谱学研究层状双氢氧化物

层状双氢氧化物(LDHs)作为一类非常重要的无机超分子材料,已经被广泛应用于催化、离子交换、生命科学等众多领域．固体核磁共振谱学是研究层状双氢氧化
物局域结构和动态特征的一种强有力手段,提供了非常丰富的信息．特别是最近,借助固体核磁共振在探索层状双氢氧化物的结构方面取得了非常重要的进展（如：阳离子的有序性信息）．该文主要介绍了最近40 年来固体核磁共振研究层状双氢氧化物方面的重要进展．     

应用多核固体核磁共振光谱与量子化学计算的方法研究层状的过渡金属硫化物

层状的过渡金属硫化物及其衍生物在许多领域内有着广泛的应用前景. 具体应用包括催化、陶瓷、润滑、能量储存、半导体、电子与光学器件. 该文报道了作者最近用固体核磁共振光谱的方法来表征几种有代表性的过渡金属硫化物(MS₂: M=Zr, Ti, W, Mo和Ta)的结果. 并在不同的磁场强度下（21.1、14.1、9.4 T）成功地获取了³³S, ^47/49Ti,⁹¹Zr,⁹5Mo 在天然丰度下的固体核磁共振光谱. 为了帮助解释实验结果,同时还进行了量子化学计算. 实验及理论计算的结果都表明³³S, ^47/49Ti, ⁹¹Zr, ⁹⁵Mo 的固体核磁共振参数对于这些核的局部几何与电子环境非常敏感.     

固体核磁共振研究固体酸催化剂酸性进展

酸性直接与固体酸催化剂的活性相关,因此研究固体酸催化剂的酸性受到了科研工作者的广泛关注. 固体核磁共振技术已经成为研究固体酸催化剂酸性的一种强有力的工具. 该文介绍了固体核磁共振的特点和各种常用技术,着重综述了固体核磁共振研究固体酸催化剂酸性的进展.     

固体NMR 研究PMMA 纳米复合材料结构与受限链运动

聚合物/无机纳米复合材料的微观结构和动力学决定了其宏观性能,阐明无机纳米材料对复合材料结构和动力学的影响,对认识材料结构-性能关系及设计新材料都具有重要意义．该文通过乳液聚合方法合成了聚甲基丙烯酸甲酯/锂藻土(PMMA/Laponite)纳米复合材料,采用1H MAS 和¹³C CPMAS、弛豫时间及¹³C 化学位移各向异性谱(SUPER)等多种固体NMR 技术,详细研究了无机纳米材料的界面改性及其对纳米复合材料的微观结构和动力学的影响．¹H MAS 和¹³C CPMAS 实验表明,有机改性剂与锂藻土形成强的有机-无机界面相互作用,¹³C 纵向弛豫时间实验表明,PMMA 及其锂藻土纳米复合物均含有刚性和柔性两个组分,而纳米复合物中的聚合物链运动相对较低,特别是其中PMMA 的酯基分子运动明显受限．进一步的¹³C SUPER 实验表明,PMMA 酯基的化学位移各向异性在加入锂藻土后发生变化,预示酯基与锂藻土表面的羟基可能存在氢键作用而导致聚合物的链段运动进一步受限,上述纳米尺度受限效应提高了复合材料的玻璃化转变温度．     

POSS纳米复合物链运动的固体NMR研究

利用固体NMR技术、并结合TEM技术研究了POSS掺杂到不同聚合物体系后POSS复合物的链段运动及结构特点,其中聚合物包括聚甲基丙烯酸正丁酯（PBMA）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）. 实验结果表明：POSS能很好的分散在这2种聚合物中,形成纳米结构的复合物;其中POSS在PBMA中形成的复合物表现出较强的链段运动性,而在PMMA中则表现出较低的运动性;同时,2D HETCOR的结果表明这2种聚合物本身结构特点不同,POSS/PBMA复合物中聚合物部分与POSS部分间的距离较近,而在POSS/PMMA中则较远.     

高斯波束对界面附近离轴球形粒子的轴向声辐射力

从声波的散射理论出发,利用级数展开法得到高斯波束的波束因子,推导其对阻抗边界下离轴球形粒子声辐射力.针对刚性球与液体球两种球形粒子进行数值模拟,与自由空间的情况进行比较.讨论边界反射系数、粒子与边界距离、束腰半径以及离轴角度与距离等对声辐射力的影响.仿真结果表明：边界反射系数的增大会引起声辐射力的增加,但不改变峰值的位置;在合适的频率处,可以产生负向声辐射力;声辐射力随粒子与边界距离呈周期性变化;束腰半径的影响主要体现在中高频;随着粒子偏离传播轴的距离和角度增大,声辐射力明显衰减.该研究为利用高斯波束实现对粒子的操纵提供理论基础.