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二维冰的存在的证实及其生长机制的研究
北京大学物理学院量子材料中心江颖、徐莉梅与美国内布拉斯加大学林肯分校曽晓成以及北京大学/中国科学院王恩哥等合作,利用高分辨qPlus型原子力显微镜技术,首次在实验上证实了冰在二维极限下可以稳定存在,将其命名为:二维冰I相,并以原子级分辨率拍到了二维冰的形成过程,揭示了其独特的生长机制。该工作以“Atomic imaging of edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice”为题,于1月2日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。图1 (a)南极罗斯海上的厚冰层;(b)自然界最常见冰相(Ice Ih)的分子模型;(c)本工作发现的二维冰(实验结果的3D效果图) 冰是水的常见物态,由水分子规则排列形成,其结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学等众多领域具有至关重要的作用。早在20世纪20年代,英国著名物理学家、X射线发现者Bragg与其它几位科学家就分别利用X射线对冰晶体结构进行了表征,经过了近一百年的研究和探索,迄今人们已经发现了冰的18种晶相(三维冰相),其中自然界最常见的冰相为六角结构的Ice Ih相(图1a 和b)。然而,冰在二维极限下是否能独立稳定存在?这个问题有很大的争议。一般认为在单层极限下,二维冰具有相当数量的未饱和氢键,需要靠与衬底的相互作用来使得结构稳定。但如此一来,二维冰的结构就非常依赖于衬底的结构和对称性,并不是真正意义上的本征二维冰。2015年,石墨烯发现者Andre Geim带领的团队在双层石墨烯间发现了一种与表面结构无关的四方二维冰相(Nature 519, 443 (2015)),引起了学术界的强烈反响,但这种二维冰随后被质疑是NaCl的晶体结构(Nature 528, E1–E2 (2015)),二维冰存在与否一直悬而未决。图2 二维冰岛内部结构的亚分子级分辨成像。a、b图中从左至右,依次为由高至低不同针尖高度下的原子力显微镜实验图和模拟图;c为二维冰结构的模型示意图的俯视图和侧视图。图像尺寸:1.25 nm x 1.25 nm。在大针尖高度条件下,主要利用高阶静电力成像,可以分辨出平躺水分子(暗点)和竖直水分子(亮点);在中间高度条件下,依靠高阶静电力与泡利排斥力的共同作用,可以分辨出图中红色短线所示的氢键指向信息。 在本工作中,研究人员通过精确控制温度和水压,成功在疏水的金衬底(Au(111))上生长出了一种单晶二维冰结构,这种二维冰可以完全铺满衬底(图1c)。研究人员进一步利用基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术(non-invasive AFM),借助高阶静电力,实现了二维冰的亚分子级分辨成像,并结合理论计算确定了其原子结构(图2)。结果表明,这种二维冰由两层六角冰无旋转堆垛而成,两层之间靠氢键连接,每个水分子与面内水分子形成三个氢键,与面外水分子形成一个氢键,因此所有的氢键都被饱和,结构非常稳定,与衬底相互作用很弱,是一种本征的二维冰结构。1997年,Koga和曽晓成等人利用分子动力学模拟首次预测了这种“互锁型”双层二维冰(PRL 79, 5262 (1997),昵称:Nebraska Ice,美国Nebraska州的印第安语意:广阔浅平的河水),但一直缺乏确切的结构实验证据。因此,这也是第一种被实验所证实的二维冰结构,研究人员将它正式命名为:二维冰I相。图3 二维冰岛的锯齿状(a)边界和扶椅状(b)边界对应的“搭桥”(bridging)式和“播种”(seeding)式生长模式。生长由1至4依次循环进行,原子力显微镜中的红色箭头表示水分子加入,球棍模型图中的红色结构表示水分子加入形成的新结构。图像尺寸分别为:(a)3.2 nm x 1.9 nm和 (b)3.7 nm x 2.2 nm。 为了进一步揭示二维冰的形成机制,研究人员利用前面发展的非侵扰原子力成像技术对二维冰岛的边界进行高分辨成像,成功确定了二维冰的边界是由未重构的锯齿状(zigzag,图3a所示)边界和重构的扶椅状(armchair,图3b所示)边界构成。同时,研究人员还通过“速冻”技术,在边界上捕获了冰生长过程中的中间态结构,并基于这些中间态边界结构重现了二维冰的形成过程,结合理论计算和模拟提出了二维冰岛锯齿状边界的“搭桥”(bridging)式生长和扶椅状边界的“播种”(seeding)式生长机制。此外,根据理论计算和模拟的结果,研究者认为该生长机制具有一定的普适性,适用于其他疏水的衬底。 二维冰的发现改变了一百多年来人们对冰相的传统认识,开启了探究二维冰家族系列的大门,为冰在低维和受限条件下的形态和生长提供给了全新的图像。同时,二维冰在很多应用领域也有潜在意义。比如:表面上的二维冰可以促进或抑制三维冰的形成,这对于设计和研发防结冰材料具有潜在的应用价值;二维冰中水分子所有的氢键都被饱和,因此与表面的相互作用极小,可以起到超润滑作用,减小材料之间的摩擦;此外,二维冰本身也可以作为一种特殊的二维材料,为高温超导电性、深紫外探测、冷冻电镜成像等研究提供全新的平台。
北京大学 2021-04-11
一种豇豆胰蛋白酶抑制剂基因、及其应用、大量制备豇豆胰蛋白酶抑制剂的方法
本发明涉及基因工程领域,具体地,本发明涉及一种豇豆胰蛋白酶抑制剂基因、及其应用、大量制备豇豆胰蛋白酶抑制剂的方法。如上所述本发明的发明人首先利用pcr反应从豇豆基因组dna中直接获得cpti基因(cpti基因不含有内含子),然后优化改造所述cpti序列,改造后的序列在大肠杆菌中的表达量和表达比活性都有显著改进。
北京林业大学 2021-02-01
一种豇豆胰蛋白酶抑制剂基因、及其应用、大量制备豇豆胰蛋白酶抑制剂的方法
项目成果/简介:本发明涉及基因工程领域,具体地,本发明涉及一种豇豆胰蛋白酶抑制剂基因、及其应用、大量制备豇豆胰蛋白酶抑制剂的方法。如上所述本发明的发明人首先利用pcr反应从豇豆基因组dna中直接获得cpti基因(cpti基因不含有内含子),然后优化改造所述cpti序列,改造后的序列在大肠杆菌中的表达量和表达比活性都有显著改进。
北京林业大学 2021-04-11
一种新型色胺衍生物及其制备方法和其在脓毒症相关性脑病领域中的应用
项目成果/简介:脓毒症是病原微生物感染(病毒、细菌等)引起的宿主抗感染免疫失控导致的系统性炎症反应综合征,也是重型和危重型新冠肺炎(COVID-19)患者的主要临床症状之一和导致患者死亡的主要原因。脓毒症相关性脑病是脓毒症最常见的并发症之一,属于危急重症,治疗极其困难,死亡率高,可诱发神经炎症而严重损伤患者的远期认知功能,但目前仍无特效治疗药物。本项目从已知有效的化学结构和新药理活性关系出发,通过理性设计、定向合成,开发出一系列毒性低、成药性高、体内外抗神经炎症活性好、靶向 COX-2的多功能抗脓毒症相关性脑病的药物。目前,本项目已完成了对化合物系统的体外和体内药效学评价、初步的药代动力学研究和急性毒性研究,发现:化合物 3 和 16 能够显著抑制细菌内毒素诱导的神经炎症中小胶质细胞和星形胶质细胞的活化,降低炎症因子水平和氧化应激损伤,有效降低细菌内毒素所致的动物神经炎症,有效改善认知功能。该类化合物有望在脓毒症相关性脑病治疗中发挥重要作用,成为该类疾病治疗的特效药物。因此,本研究成果面向医疗负担重、治疗困难并且对药品需求迫切的脓毒症相关性脑病和阿尔茨海默症等重大疾病,不仅对重大疾病的临床治疗、疫情防控和国防军事具有重要意义,还为企业创新药物研发提供基础保障,以期更好地为社会医药行业服务。知识产权类型:发明专利知识产权编号:CN201911145064.X.技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级获得经费:300.00万元
兰州大学 2021-04-10
一种耐热性提高的偏甘油酯脂肪酶突变体及突变 质粒、重组菌株和制备方法
该专利首次公开了三种偏甘油酯脂肪酶突变体及其制备方法,解决了偏甘油酯脂肪酶在实际生产及应用中所存在热稳定性差的国际性技术难题。专利技术在广东溢多利生物科技股份有限公司实施生产,开发形成系列浓缩复合酶产品,成功用于养殖、食品及造纸等行业中,成功出口东南亚、南亚、南北美洲、东欧和韩国、中国台湾、澳洲等多个“一带一路“沿线国家及地区,并被当地用户所普遍接受和认可。截至2017年12月,所开发的产品累计为企业带来销售额接近1.8亿元,利税近2700万元。获得了中国专利优秀奖和广东专利金奖。
华南理工大学 2021-04-10
一种新型色胺衍生物及其制备方法和其在脓毒症相关性脑病领域中的应用
脓毒症是病原微生物感染(病毒、细菌等)引起的宿主抗感染免疫失控导致的系统性炎症反应综合征,也是重型和危重型新冠肺炎(COVID-19)患者的主要临床症状之一和导致患者死亡的主要原因。脓毒症相关性脑病是脓毒症最常见的并发症之一,属于危急重症,治疗极其困难,死亡率高,可诱发神经炎症而严重损伤患者的远期认知功能,但目前仍无特效治疗药物。本项目从已知有效的化学结构和新药理活性关系出发,通过理性设计、定向合成,开发出一系列毒性低、成药性高、体内外抗神经炎症活性好、靶向 COX-2的多功能抗脓毒症相关性脑病的药物。目前,本项目已完成了对化合物系统的体外和体内药效学评价、初步的药代动力学研究和急性毒性研究,发现:化合物 3 和 16 能够显著抑制细菌内毒素诱导的神经炎症中小胶质细胞和星形胶质细胞的活化,降低炎症因子水平和氧化应激损伤,有效降低细菌内毒素所致的动物神经炎症,有效改善认知功能。该类化合物有望在脓毒症相关性脑病治疗中发挥重要作用,成为该类疾病治疗的特效药物。因此,本研究成果面向医疗负担重、治疗困难并且对药品需求迫切的脓毒症相关性脑病和阿尔茨海默症等重大疾病,不仅对重大疾病的临床治疗、疫情防控和国防军事具有重要意义,还为企业创新药物研发提供基础保障,以期更好地为社会医药行业服务。
兰州大学 2021-05-11
一种用于发动机尾气中的银掺杂钙镁复合储存还原催化剂及其制备方法和应用
本发明提供了一种用于发动机尾气中的银掺杂钙镁复合储存还原催化剂及其制备方法和应用,本发明以ZSM‑5分子筛颗粒为载体,以可溶性镧盐和银盐为原料,碱性溶液为共沉淀剂,将La与Ag负载于分子筛颗粒表面,焙烧得到负载第一层的催化剂;将该催化剂置于溶解了氢氧化钙和氢氧化镁的丙三醇溶液中,向溶液内滴入氨水再加入硫醛或硫脲等有机物,将Ca、Mg和S负载于已负载有第一层催化剂颗粒的表面,干燥后得负载有两层活性组分的催化剂颗粒。所述催化剂可同时存储尾气中的硫氧化物和氮氧化物气体,可解决传统氮氧化物存储催化剂价格偏高、于含硫尾气中脱氮效率下降较快等技术问题,且本发明合成工艺简单,缩短合成周期,降低生产成本。
青岛农业大学 2021-04-11
一种不含粘结剂的生物有机无机全元复合微生物肥料及其制备方法和应用
本发明公开了一种不含粘结剂的生物有机无机"全元"复合微生物肥料及其制备方法和应用,属于农业高新技术.所用肥料原料为粉粹过筛的生物有机肥和粉粹后的无机化肥;生物有机肥所用菌株为解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens SQR‐9;所用化肥为硫酸铵,过磷酸钙和氯化钾.工艺流程为将原料根据养分需求配比混匀,加入圆盘造粒机,间歇性喷雾造粒,分筛,最终在温度≤50℃条件下烘干至含水质量比低于20%,包装即为商品生物有机无机"全元"复合微生物肥料.此工艺大大降低了生物有机无机肥的生产成本,操作简单,肥料成粒率好,造粒效率高 。
南京农业大学 2021-04-13
一种利用甲壳废弃物制备甲壳素L-乳酸钙和复合氨基酸或肽的方法
研发阶段/n一种利用甲壳废弃物制备甲壳素L-乳酸钙和复合氨基酸或肽的方法  本发明涉及一种通过微生物发酵虾蟹等甲壳废弃物制备甲壳素、L-乳酸钙和复合氨基酸或肽的方法,具体为甲壳废弃物在鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus?rhamnosus)CICC6003和枯草芽孢杆菌(Bacillus?subtilis)CICC23579种子液中发酵后获得L-乳酸钙,然后在米曲霉(Aspergillus?oryzae)CICC41477种子液中发酵后获得复合氨基酸或肽和甲壳素。本发明的方法可以实现虾蟹等甲壳
湖北工业大学 2021-01-12
一种表柔比星诱导建立的乳腺癌多药耐药性细胞株及其 构建方法和应用
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,据统计,全球每年乳腺癌 的发病人数约有 120 万人,约 50 万人死于乳腺癌。乳腺癌属全身性 疾病,综合治疗非常关键,其中化疗是不可替代的重要手段之一。然 而多药耐药常导致治疗失败及后期肿瘤的复发和转移,严重威胁患者 生存。肿瘤细胞在化疗中产生的耐药性常表现为多药耐药,即同时对 多种结构和作用机制不同的化疗药物产生交叉耐药的现象,它是化疗 失败的主要原因。近年来,肿瘤耐药细胞株已成
兰州大学 2021-04-14
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