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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
新冠病毒对肝脏的损害的研究
在胆管细胞簇的主要部分(占细胞的59.7%)中发现了ACE2表达的大量富集(图D)。肝细胞中ACE2的平均表达水平,要比胆管细胞群中的表达水平低20倍。值得注意的是,胆管细胞中的ACE2表达水平与肺泡2型细胞相当,而肺泡2型细胞是肺中SARS和新冠病毒的主要靶向细胞类型。也就是说,SARS和2019-nCoV患者的肝异常可能不是由于肝细胞损伤引起的,而是胆管细胞功能障碍和其他原因,例如药物诱导的和全身性炎症反应所引发。研究人员提出,应在住院期间和治愈后不久对2019-nCoV患者进行肝功能异常特别护理,特别是注意与胆管细胞功能有关的肝反应。
复旦大学 2021-04-10
深过冷液体中的奇异输运的现象
液体玻璃化转变过程中的动力学行为一直是物理、化学、生物、和材料科学等诸多领域的热点研究问题之一,这不仅归结于玻璃材料在工程应用方面的潜在价值,还在于玻璃转变过程涉及很窄温度区间其动力学多达数十量级的极速变缓这一挑战性的基础科学难题。正如2003年诺贝尔物理学奖得主Sir Anthony Leggett在一次演讲中所提到的那样:“Glass: The Cinderella Problem of Condensed-matter Physics”。玻璃形成液体具有诸多简单液体所不具备的动力学特征,如动力学非e指数弛豫行为这一玻璃液体的典型特征之一。目前为止,无序非晶体系的研究还没有很好的理论框架和范式来理解和描述玻璃形成液体和玻璃态物质中的诸多异常行为,特别是在过冷液体淬火过程中,随着温度的降低系统的时空关联函数会从拉伸e指数衰减(stretched exponential decay)行为逐步转变为压缩e指数衰减(compressed exponentials)。玻璃态中后一种形式的衰减常常被认为与体系内部的内应力释放有关,但其微观机制确有待于进一步的考察。如图所示,在不同的波矢q所定义的空间尺度内,具有不同局域连接度的粒子表现出特异的输运性质。这些奇异的输运行为都可以跟某种特定的原子结构直接关联,它们本身特征的动力学与它们周围的介质相互作用、相互影响,造就了其特殊的输运方式。(tau~1/q2: normal diffusion; tau~1/q: ballistic-like motion.) 徐莉梅课题组以典型金属玻璃形成液体(Cu50Zr50)为模型体系,发现压缩e指数衰减的弛豫方式在降温过程中的玻璃形成液体中已经存在;而且,拉伸和压缩e指数衰减所对应的两种动力学弛豫模式在玻璃转变温度以上可以共存,并可跟某些特定的原子结构进行直接关联。这一研究表明过冷液体中原子的动力学异常输运方式与多空间尺度和具有非局域性质的结构序参量直接相关,从而建立了结构与复杂液体的动力学行为的关联,为研究金属玻璃所展现出的优良力学性质提供了新的思路和认识角度。
北京大学 2021-04-11
新冠肺炎的死者的临床特征研究
2020年3月26日,华中科技大学同济医学院宁琴团队在国际顶级医学期刊BMJ 发表题为“Clinical characteristics of 113 deceased patients with coronavirus disease 2019: retrospective study”的研究成果,该研究对死者和已确诊COVID-19的患者进行了综合评估,该研究的目的是描述covid-19死亡患者的临床特征。   该研究发现,死者的中位年龄(68岁)显著大于康复者(51岁),死者中男性占主导地位。死者中的慢性高血压和其他心血管合并症比康复者更为频繁。死者的呼吸困难,胸闷和意识障碍比康复的患者更常见。死者从疾病发作到死亡的中位时间为16天。死者的丙氨酸氨基转移酶,天冬氨酸氨基转移酶,肌酐,肌酸激酶,乳酸脱氢酶,心肌肌钙蛋白I,N端脑钠肽和D-二聚体的浓度显著高于康复患者。死者中观察到的常见并发症包括急性呼吸窘迫综合征,I型呼吸衰竭,败血症,急性心脏损伤,心力衰竭,碱中毒,高钾血症,急性肾损伤和低氧性脑病。患有心血管合并症的患者更容易出现心脏并发症。无论心血管疾病的病史如何,死者的急性心脏损伤和心力衰竭更为常见。总而言之,严重的SARS-Cov-2感染可引起肺部和全身炎症,导致高危患者多器官功能障碍。急性呼吸窘迫综合征和呼吸衰竭,败血症,急性心脏损伤和心力衰竭是covid-19恶化期间最常见的关键并发症。查看原文
华中科技大学 2021-04-10
超临界水的传热查询表的开发
项目概况 以较宽参数范围内超临界压力下竖直上升管内对流换热为研究对象,通过数据搜集与数据库整理,完成了超临界传热查询表的构建,并作了相应的评价。主要特点 与传统的传热预测关系式相比,查询表具有高预测精度、宽应用范围、正确的参数趋势、使用方便、计算时间少以及便于更新等优点。市场前景 本文在国内首次提出了一种新的超临界传热预测方法,并建立了国内首张具有自主知识产权的用于超临界传热预测的查询表,随着第四代核能系统超临界水冷反应堆(SCWR)研发的展开,超临界水的传热查询表必将有更广阔的用武之地。
南京工程学院 2021-04-13
效应蛋白的分泌机制和功能的研究
近日,上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室董涛团队发现细菌Ⅵ型分泌系统(T6SS)可以分泌一种新型的具有分子内伴侣的核酸酶毒素,并揭示了该毒素蛋白的分泌和自剪切机制。相关研究成果以“Intramolecular chaperone-mediated secretion of an Rhs effector toxin by a type VI secretion system”为题发表于Nature Communications杂志上。上海交通大学博士研究生裴同同、李浩和硕士研究生梁小夜为共同第一作者,董涛研究员为通讯作者,该文作者还包括谢志平研究员、于明特别研究员、林双君教授和许平教授等。本文是董涛团队自2019年11月在PNAS和2020年2月在Nature Microbiology上发表的研究结果的延续和扩展,深化了领域对效应蛋白的分泌机制和功能的研究,并为下一步对T6SS进行合成生物学工具化改造和应用有重要的推动作用。 微生物广泛存在于自然环境中或寄主体内,相应也进化出了多种与其他物种竞争的策略。Ⅵ型蛋白分泌系统(T6SS)是大多数革兰氏阴性致病菌与环境中其他微生物竞争及感染宿主的重要“武器”。T6SS 能够通过直接接触将具有抗菌活性或细胞毒性的效应蛋白注射到受体细胞内。T6SS效应蛋白往往具有不同的大小、结构和功能特性,因此对其分泌机制的解析一直是领域内的热点和难点。 本研究在致病性气单胞菌Aeromonas dhakensis中发现了首个能够自我剪切的T6SS效应蛋白TseI。通过多种生化和遗传突变实验,作者发现TseI表达时能够自剪切为三个片段(N、 Rhs 和 C)。C端是一个核酸酶毒素,而N端和 Rhs在剪切后能够作为伴侣蛋白与C端毒素非共价结合。在N端和Rhs的辅助作用下,C端毒素能够通过T6SS分泌到受体细菌内至其死亡。此外,该研究还在包括铜绿假单胞菌、丁香假单胞菌和副溶血弧菌等多种病原微生物中发现了具有类似特性的T6SS效应蛋白。因此,作者将TseI及其同源蛋白定义为一类新型的含分子内伴侣的自剪切效应蛋白。 A:纯化后的 TseI 显示蛋白剪切为三段; B:TseI同源蛋白的序列对比显示保守氨基酸序列和N/C端自剪切位点; C:TseI同源蛋白在致病菌中的分布;D:分子内伴侣介导的TseI分泌模型。 该研究获国家重点研发项目(2018YFA0901200)和国家自然科学基金委(31770082)等项目的支持。
上海交通大学 2021-04-11
空间中心发现明安图射电频谱日像仪图像位置校准新方法
中国科学院国家空间中心明安图野外科学观测研究站研究员颜毅华带领的研究团队,探索出一种新的可用于明安图射电频谱日像(MUSER)图像位置校准的方法。近日,相关研究成果发表在Research in Astronomy and Astrophysics上。
国家空间科学中心 2022-10-26
L型二氧化碳纯度测定仪,四氟芯阀门
产品详细介绍上海化科,L型二氧化碳纯度测定仪,四氟芯阀门产品地址:http://www.shhk.com.cn/product_detail-1139.htm L型二氧化碳纯度测定仪(F),规格99.00%~99.999用途:适用于工业液体二氧化碳(GB/T6052-1993)、焊接用二氧化碳(HG/T2537-1993)、焊接用混合气体氩-二氧化碳(HG/T3728-2004)、食品级二氧化碳(GB10621-2006)的分析。使用说明:1.本产品安装时为了保证密和性,活塞芯、活塞必须清洁。2.清洗仪器后,打开C、D活塞,待测气体由B管进入A球,约1分钟后,关闭C、D活塞,如图所示。3.将吸收液(KOH)加入E漏斗至105ml。4.标线处。慢慢打开活塞D,吸收液由漏斗E进入球A,边流入边吸收,等待吸收过程完成后,关闭活塞D,将仪器向右翻转。5.未吸收的其他存于细管中,仔细读数,既得百分比含量。L型二氧化碳纯度测定仪,运用碱液吸收法测量二氧化碳的纯度。具有操作方便、测定准确、误差小等优点。被广泛用于气体检测站,啤酒厂及汽水、可乐、绿茶等碳酸饮料厂。L型二氧化碳纯度测定仪是目前市面上精度最高的二氧化碳纯度测定仪,准确性比进口的纯度仪高10倍。 CO2纯度与球面尺刻度关系对照表气泡外缘直径(mm)-纯度(%)气泡(mm)纯度(%)气泡(mm)纯度(%)气泡(mm)纯度(%)1.099.9994.099.976.599.902.099.9954.599.967.099.882.599.9905.099.957.599.853.099.9855.599.948.099.823.599.9806.099.928.599.80  上海化科实验器材:http://www.shhk.com.cn/ 订单邮箱:sales@shhk.com.cn(推荐)咨询电话:021-67652117,57602161QQ 在线:1152028600。大量供应:L型二氧化碳纯度测定仪。  
上海化科实验器材有限公司 2021-08-23
HiCC-T型全自动抑菌圈测定仪、抗生素效价
产品详细介绍一、用途:用于自动进行抑菌圈测量和抗生素药敏分析、抗生素效价分析、乳酸链球菌素效价分析等二、主要性能参数指标:1 ★成像装置配Epson Perfection V330 Photo超微立体彩色扫描成像仪(最高4800dpi、19mm大景深、微透镜12 线矩阵CCD),亮度可调、自动聚焦,能实现光学分辨率2960万像素的悬浮式暗视野成像,最大色彩深度48位适应培养皿:50~180mm及A4幅面内的矩形平板,同时测定6个90mm平皿2 ★抑菌圈测量(含药敏效价自动分析)1)一键式全自动测定6个90mm直径平皿中的所有抑菌圈,可全自动测定局部粘连的抑菌圈,可在有局部文字干扰的情况下,自动获得抑菌圈面积、直径等结果。测量分析耗时1~4秒钟,能统一保存或查看阅读相关各类分析数据2)平皿可任意方向摆放。具有抑菌圈样本自动挑选、保真的可视化比对、编辑功能。抑菌圈测量系统的读数分辨率≤0.001mm、最高光学测量分辨率≤0.0053mm,重复测量误差≤±0.01mm或≤±0.1%;效价测量误差≤±0.1%;效价重复测量误差≤±0.1%;台间测量差异≤0.2%3)符合中国药典、USP美国药典、EP欧洲药典,可完成最新的国家药典(2020版)一、二、三剂量及合并计算,以及全部菌种的抗生素效价分析。具有效价的组合优化分析特性。4)可按食品添加剂 乳酸链球菌素QB 2394-2007标准,全自动同时测量24个以上抑菌圈并自动分析出效价5)内置美国CLSI“抗微生物药物敏感性试验执行标准”最新第25版(2015)数据,提供数据输入和修改平台,方便更新,为纸片法药敏分析提供快捷工具3 数据导出:分析结果可保存,自动形成Excel或PDF文档报告。软件具有在线升级特性。4★数据追溯、权限保护,操作记录可追踪回溯,符合GLP和GMP要求:采用多重系统构架,分设职能与权限,确保数据信息的安全、完整、真实和可追溯。1)系统管理员:负责创建、管理所有普通管理员与操作员的账户,设置普通管理员和操作员的权限。系统管理员只有一个,拥有系统最高权限。2)普通管理员:负责全部测试数据的审核、存档管理、以及其他系统数据的管理。系统可分配多个普通管理员,其权限由系统管理员设置分配。3)操作员:负责样品制作、测试、修正、形成电子报告、提交审核等。系统可分配多个操作员,其权限由系统管理员设置分配。4)所有账户都可自行修改登录密码,设置自己的电子签名并输出到报告。5)系统自动记录每个账户的操作记录,系统管理员可对操作记录进行追溯、查看、输出等。5 测量功能:全自动尺寸标定,也可人工标定。可鼠标拖动精确测量长度、角度、弧度、面积、弧线、任意曲线。6 系统配置:万深HiCC-T型自动抑菌圈测量分析软件、锁及附件  1套EPson Perfection V330 Photo超微立体彩色扫描成像仪   1台万深HiCC系列自动抑菌圈测量仪专用标准板 1片(附1份权威校准认证书)7.环境条件:温度10~30℃,相对湿度≤85%,防止强光照射。仪器应放在平稳工作台上,周围无强烈的机械振动和电磁干扰;电源要求220V±10%,50Hz。推荐选配:品牌电脑(酷睿i5 CPU / 8G内存/ 19.5”彩显/无线网卡,5个以上USB2.0口,运行环境Windows 10完整专业版或旗舰版) 
杭州万深检测科技有限公司 2021-08-23
低孔低渗岩心含油率 12MHz核磁岩心分析仪
产品详细介绍产品简介:  12MHz核磁岩心分析仪,主要用于常规与非常规岩心的孔渗饱测试,可用于低孔低渗岩样测试评价。  MicroMR12产品身躯小巧,结构紧凑,是具有世界先进水平的台式核磁共振岩心分析仪;可满足石油勘探领域的孔隙度、渗透率、饱和度、可动流体饱和度、束缚流体饱和度等相关分析测试,测量结果客观真实、精准度高、重复性好,仪器性能稳定,性价比高。技术指标:1、磁体类型:永磁体;2、磁场强度:0.28±0.05T,仪器主频率:12MHz;3、探头线圈直径:25.4mm;应用解决方案:1) 常规岩心孔隙结构及流体饱和度;2) 非常规岩心(致密岩心,泥岩,页岩)孔隙结构及流体饱和度;3) 中大尺寸岩样含油含水分布、油水含量测试;应用案例一:玻璃珠孔隙模型测试(不同饱和度下T2弛豫图谱分析)应用案例二:核磁共振T2图谱与岩样孔喉分布注:仪器外观如有变动,以最新款为准。
上海纽迈电子科技有限公司 2021-08-23
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