上海高研院的两项成果连续被英国物理学会Physics World杂志报道

文章来源:上海高等研究院  |  发布时间:2020-12-23  |  【打印】 【关闭

  

  2020年,上海高研院基础交叉研究中心(上海光源in-house研究团队)杨海军副研究员的两项成果连续被世界领先的物理学杂志Physics World专题报道。这些工作最初发表于Chinese Physics LettersCPL)的Express Letters栏目,题目分别Controlling the Coffee Ring Effect on Graphene and Polymer by Cations和“Unexpectedly Strong Diamagnetism of Self-Assembled Aromatic Peptides 

  一、222日,Physics World以“A salty solution for the coffee-ring effect”为题,专题报道了杨海军副研究员等用微量离子控制富含芳香环材料表面的“咖啡环”效应的工作https://physicsworld.com/a/a-salty-solution-for-the-coffee-ring-effect/ 

  “咖啡环效应已受到国际社会广泛关注。它广泛存在于我们的日常生活和工农业生产中。例如,咖啡环效应会妨碍布料的均匀染色;影响工业印刷、喷墨打印、光子元件组装以及DNA(脱氧核糖核酸)芯片制造的质量和功能等。如果能人为控制咖啡环效应,将具有非常重要的科学意义和巨大的应用价值。 

  杨海军副研究员在方海平教授的指导下,与上海大学、中科院上海应用物理研究所的研究人员合作,仅仅通过向液滴中添加微量的盐,就可以将悬浮颗粒/分子均匀地吸附在石墨烯、碳纳米管或其它富含芳香环的材料表面,包括芳香族聚酰胺(芳纶,如Nomex?Kevlar?)、芳香族聚酰亚胺(如Kapton?)、芳香族聚酯(如,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、芳香族聚氨酯、芳香族聚碳酸酯、芳香族环氧树脂等,从而简单高效地实现了对咖啡环效应的精确控制(图1),同时还显著增强了沉积层与基底的结合力。 

  该成果为规模化制备均匀沉积的高质量功能化图案提供了一个全新的方法,必将有力推动石墨烯、碳纳米管和其它富含芳香环的材料(芳香族橡胶/塑料薄膜、涂层、织物、纤维等)表面上制备功能图案的广泛应用,例如包装、高温燃料电池、薄膜太阳能电池、显示器、纺织品、电子产品和军事应用等,亦可用于微量溶液中微纳米颗粒的便捷分离与检测。文章发表在CPL Express Letters37卷第2期,我国的《物理》杂志也报道了这个工作。 

  

  1阳离子控制染料在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上的沉积图案。分别用0 mM(左)和16 mM(右)氯化钠控制酸性红(上)和酸性蓝(下)染料分子的沉积 

  二、97日,Physics World以“Self-assembled peptides exhibit surprisingly strong diamagnetism”为题,专题报道了杨海军副研究员等发现的自组装芳香族多肽具有超强抗磁性的工作。 

  https://physicsworld.com/a/self-assembled-peptides-exhibit-surprisingly-strong-diamagnetism/ 

  在生物界,鸟类、蝴蝶、海龟、龙虾、鲸鱼等动物就是靠着体内强大的磁感应能力来辨别方向的,但大部分相应的器官中并不包含铁、钴等人们知道的磁性物质。另外,不包含磁性物质的细胞,其定向、增殖、微管和有丝分裂纺锤体的排布方向高静磁场下会发生显著改变。通常认为,非铁磁性物质(包括水)的磁性都很弱,不足以支持这些效应。那么这些生物磁效应从何而来? 

  杨海军副研究员在方海平教授的指导下,与广州医科大学张峰教授合作,发现一种含芳香环的典型生物分子(多肽AYFFF)自组装成纤维后,具有超强的抗磁性,其磁化率竟然比水高出一百倍以上。这种含芳香环的多肽的抗磁性与其自组装程度密切相关:溶解在有机溶剂中的多肽分子(基本没有自组装的纤维)的抗磁性略高于水而在20°C下刚刚分散于水中的多肽(仅仅含有少量自组装纤维)的抗磁性有明显提高16小时后具有大量自组装纤维的多肽的抗磁性有大幅度提高,达到水的磁化率的175倍。对照实验表明,不含芳香环的多肽(IIIGK)在自组装前后的抗磁性都与水相近,说明多肽分子中芳香环的自组装在其超强抗磁性中起着关键作用。 

  芳香环一般都是由五、六个碳原子形成的环状结构,广泛存在于生物分子中。本研究发现不仅对于理解生物磁效应的分子机理有极大的帮助,也有助于调控生命体的磁效应、开发利用高场MRI的成像技术,以及利用磁场研究生物分子的特性等。文章发表在CPL Express Letters37卷第8期,后续研究工作正在稳步推进。 

  

  

  这些工作是上海光源对基础交叉in-house研究长期支持的结果,并得到了国家自然科学基金委、中国科学院、上海自然科学基金委以及中国科学院北京超算中心,广州超算中心和上海超算中心的资助和支持。 

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