超四面体硫簇结构调控与电化学发光研究进展

电化学发光(ECL)因其独特的性能特点在生物分析等领域展现出广阔的应用前景,高效ECL试剂的开发则为性能优异的传感器件的发展和临床应用提供了重要工具. 开放骨架超四面体硫簇由于同时具有分子筛的多孔结构和半导体的优异光电性能,在ECL分析中受到了越来越多的关注. 超四面体硫簇的结构组成可以实现原子级别的精确调控,并且其本身还可以作为结构单元来构筑多孔结构半导体材料. 这些特点使通过原子级别的结构组成调节来调控超四面体硫簇的性能成为可能,为发展性能优异的电化学发光材料,拓展其在生化传感、免疫分析和生物成像等方面的应用提供有效工具. 本综述总结了超四面体硫簇的合成、缺陷掺杂、功能调控及ECL生化分析等方面的研究进展,为推进高效ECL新材料的发展和新应用的拓展提供了借鉴.     

竞争型非线性介质中艾里-高斯光束交互作用的调控

基于分步傅里叶法研究了艾里-高斯光束在三次聚焦和五次散焦竞争型非线性介质中交互作用的调控.结果表明:当入射角度为零时,同相位艾里-高斯光束相互吸引,五次散焦非线性强度较弱时,可形成周期逐渐缩短的呼吸孤子或强度不变的孤子.五次散焦非线性强度较强时,呼吸孤子的平均宽度变大甚至出现光束分叉现象,形成孤子对.反相位艾里-高斯光束相互排斥,排斥力随五次散焦非线性强度单调递增.当入射角度不为零时,通过控制光束入射角度的正负和初始间距.同相位和反相位艾里-高斯光束交互作用时可以同时表现出相互吸引和排斥的现象.     

Fe(Ⅱ)/2-酮戊二酸依赖型双加氧酶重组大肠杆菌全细胞催化合成4-羟基异亮氨酸

以L-异亮氨酸(L-ILe)为底物, 以异源表达Fe(Ⅱ)/2-酮戊二酸依赖型双加氧酶的重组大肠杆菌BL21/pET28a-ido全细胞作为催化剂, 催化合成4-羟基异亮氨酸(4-HIL). 基于重组异亮氨酸双加氧酶(IDO)催化异亮氨酸羟基化的性质和条件, 在摇瓶水平上对辅因子亚铁离子、 α-酮戊二酸(α-KG)及底物浓度进行了单因素优化. 获得的最佳反应条件为2 g/L FeSO₄·7H₂O, 底物与α-KG摩尔比为1∶1, 该条件下反应8 h可生成190 mmol/L 4-HIL. 结合摇瓶水平的最优条件, 在反应器水平上继续对搅拌速度、 菌体浓度等进行优化, 实现了对高底物浓度下催化反应的连续调控. 在50 g/L湿菌体及400 r/min转速下可一次转化合成400 mmol/L 4-HIL, 建立了全细胞催化合成4-羟基异亮氨酸的工艺流程.     

pH和光对复合型乳液拓扑结构的调控

Complex emulsions have attracted much attention because of their relevant application in various fields over the past decade. Though complex emulsions with various topologies can be created by adjusting the fraction of selected components during the homogenization processes, it is still a challenge to control the topology of complex emulsion droplets in situ using stimuli-responsive factors such as light, pH, and temperature. In this work, a three-phase complex emulsion of heptane and perfluorohexane (1:1 volume ratio) in an aqueous solution of a fluorosurfactant, F(CF₂)_x(CH₂CH₂O)_yH (Zonyl FS-300), and a synthesized pH and light dual-responsive surfactant, 1-[2-(4-decylphenylazo-phenoxy)-ethyl]-1-diethylenetriamine (C₁₀AZOC₂N₃) (both serving as emulsifiers), was prepared using the temperature-induced phase separation method. The topology of the heptane-perfluorohexane-water (H/F/W) three-phase complex emulsion was highly dependent on the concentration of C₁₀AZOC₂N₃. Light microscopy images showed that phase inversion from H/F/W to F/H/W type double emulsion via Janus emulsion was achieved by gradually increasing the concentration of C₁₀AZOC₂N₃. It was noticed that interfacial tension between heptane and an aqueous solution containing 0.1% Zonyl FS-300 (mass fraction) decreased from 28.2 to 7.4 mN∙m^-1 when the concentration of C₁₀AZOC₂N₃ was increased to 0.1% (mass fraction). The topology of the complex emulsion droplets is primarily determined by three interfacial tensions at the contact line: the H/W interface (γ_H), F/W interface (γ_F), and H/F interface (γ_HF). The reduction in interfacial tension between heptane and water was the major factor that controlled the topological transition of the complex emulsion. First, it decreases the contact angle between the H/W and H/F interfaces (θ_H). Second, it increases the contact angle between the F/W and H/F interfaces (θ_F) simultaneously. Surfactant C₁₀AZOC₂N₃ is responsive to both pH and light, and therefore, it potentially endows the fabricated complex emulsion with the corresponding stimuli-responses. Experimental results confirmed that the morphologies of complex emulsions can be tuned reversibly between Janus emulsion and F/H/W type double emulsion either by pH variation or UV/blue light irradiation. Interfacial tension measurements between heptane and water show that either protonation variation or trans-cis isomerization of C₁₀AZOC₂N₃ caused a decrease of about 5 mN∙m^-1 in interfacial tension, suggesting that the nature of pH- and light-induced morphological changes of complex emulsion droplets is the same as that induced by the changes in the concentration of C₁₀AZOC₂N₃. Correspondingly, a mechanism for the stimuli-responsive morphological change of complex emulsion was proposed based on the reduction of interfacial tension between heptane and aqueous solution interface by changing the configuration of C₁₀AZOC₂N₃ using pH alteration and light irradiation. This work provides a new approach for controlling the morphologies of complex emulsion droplets with an external double stimulus by simply introducing a dual-responsive surfactant.     

超快飞秒激光场中原子分子量子态调控

超快激光及其调控技术的发展使得原子分子量子态超快测控受到广泛关注,这些研究加深了对强激光与原子分子量子态相互作用的认识。本文回顾了相关领域的研究进展,特别集中在超快激光场对分子转动、解离的调控以及原子分子电离的量子态调控的研究,并对未来发展进行了展望。     

基于光场调控的高时空分辨率光学成像

光学成像以其非侵入性的特点被广泛应用于生物医学、物理和化学等领域。通过对光场时域和空域参数的调控,可以有效调制光的时序、波前、振幅、相位、色散等特性,从而获得具有高时空分辨率的光学图像。以光场调控原理为主线,综述近年来高时空分辨成像技术的研究进展。     

W/VO2方形纳米柱阵列可调中红外宽频吸收器

基于VO_2的热致相变特性,仿真设计出了一种W/VO_2方形纳米柱阵列可调中红外宽频吸收器,通过时域有限差分法分析了结构参数对吸收性能和结构内电磁场强度分布的影响,以及吸收器在不同偏振态和入射角度下的吸收特性。结果表明:在最佳的结构参数下,当VO_2未发生相变时,入射到吸收器的红外光转变为热而消耗掉,在3～5μm谱段的平均吸收率高达96.2%;当VO_2发生相变而转变为金属相时,吸收器表现出强反射,抑制吸收,高低温下的平均吸收率差可达74.1%。该吸收器的吸收率受入射光的影响较小,具有广角吸收特性,有望在红外智能光电领域得到应用。     

不同压强下BiI3的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论研究了压强对BiI3的结构、电子和光学性质的影响,研究过程中考虑了自选轨道耦合（SOC）效应。计算的能带结果表明：在0GPa条件下,BiI3具有1.867电子伏特的间接带隙,随压强的提升带隙值降低;施加压强也能增强BiI3的光吸收系数和光电导率。0GPa条件下,BiI3的吸收系数为4×105 cm-1,光电导率为3×103 Ω-1•cm-1,因此 BiI3可作为光伏应用的备选材料。     

高压下不同结构的Zr3N4合金结构和弹性性质的第一性原理计算

用基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理方法研究了高压下空间群为I4-3D,Pna21和Pnam的三种结构的Zr3N4的弹性性质,获得了这三种物质在高压下的体弹模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比,B/G等力学性质。结果表明,在高压下这三种结构的Zr3N4都是保持力学稳定的,且这三种结构的Zr3N4在各个方向的可压缩性是各向异性的。三种结构的Zr3N4对应的体弹模量,剪切模量和杨氏模量都是随着压强的增大而增大。其中空间群为I4-3D的Zr3N4有最好的抵抗体积压缩,变形和线性压缩的能力。泊松比和B/G的数据表明三种结构在此压强范围内均有较好的延展性,高压下空间群为Pna21和Pnam的Zr3N4延展性更好。研究结论对理论研究和实验有一定参考价值。     

常温高压条件下硬石膏相变的原位拉曼光谱研究

硬石膏（CaSO₄）是地球上分布最广的硫酸盐矿物之一,为研究硬石膏向高压硬石膏转变的压力条件和相变机理、确定硬石膏拉曼光谱压标的适用范围,实验结合水热金刚石压腔和激光拉曼光谱实验技术,研究了常温高压条件下硬石膏的相变过程以及硬石膏和高压硬石膏的拉曼光谱特征。实验结果显示,常温条件下硬石膏向高压硬石膏发生相变的压力在2.3 GPa左右,但是该相变压力在增压和降压过程中存在较大差异,表明硬石膏与高压硬石膏的转变过程存在明显滞后性,证实了该相变过程属于重建型相变。由于重建型相变的控制因素除了温度和压力之外,还包括相变的速率以及矿物结构的亚稳定性等,从而很好地解释了不同实验者获得的硬石膏与高压硬石膏的相变压力之间存在的巨大差异。与硬石膏相比,高压硬石膏的拉曼光谱特征表现为SO₄对称伸缩振动（ν₁）从1 128.28 cm-1突然下降至1 024.39 cm-1,同时对称弯曲振动（ν₂）分裂为441,459和494 cm-1三个峰,反对称伸缩振动（ν₃）分裂为1 136,1 148,1 158和1 173 cm-1四个峰,反对称弯曲振动（ν₄）也分裂为598,616,646和671 cm-1四个峰,可以作为判定硬石膏进入高压相态的有效标志。与硬石膏相比,高压硬石膏SO₄振动产生的拉曼峰数量更多、强度更低,表明影响SO₄振动的原子更多、分布更加复杂,这与高压硬石膏晶体结构（独居石结构,单斜晶系）的对称性比硬石膏（斜方晶系）更低相吻合。在硬石膏结构稳定的压力范围内（常压至2.3 GPa）,硬石膏SO₄拉曼振动中除了ν_2,416的振动频率变化不显著以外,其余振动均随着压力的升高以稳定的速率向高波数方向移动,同时谱峰的强度、形态和半高宽没有明显改变,从而保证了不同压力下硬石膏的拉曼峰具有一致的拟合误差和压力标定精度。同时,还通过方解石ν_{1,1 085}拉曼峰随压力的变化速率、方解石向CaCO₃-Ⅱ以及CaCO₃-Ⅱ向CaCO₃-Ⅲ的相变压力对硬石膏压力标定结果进行检验,确定了硬石膏压标的可靠性。