金属离子和化学小分子的检测在人类健康、环境污染以及食品安全等领域具有重要意义，科学工作者们已经在设计、发展高灵敏化学传感器方面进行了大量研究。在过去的几十年里，共轭聚合物由于其卓越的光电性质，引起了人们极大的关注，并取得了众多革命性科技进展。最近，利用共轭聚合物的荧光信号放大机制，人们设计、发展了一系列新型的化学和生物传感体系。共轭聚合物的信号传感机制包括电子转移，荧光共振能量转移以及共轭聚合物聚集或构象改变。本文主要介绍我们实验室在利用共轭聚合物实现金属离子和化学小分子荧光检测方面取得的进展，并对未来发展方向与面临的挑战进行了讨论。

高压诱导蛋白质发生构象变化,引起蛋白质去折叠,并在某种条件下发生聚集,其结果是蛋白质原有的构造被破坏、发生变性。这些过程与蛋白质本身的结构密切相关。同时,折叠中间体结构的揭示对于研究蛋白质去折叠过程也具有重要意义。本文综述了高压诱导下多种谱学方法用于蛋白质构象变化的研究进展,主要包括高压红外光谱、高压荧光光谱及高压小角X射线扫描等多种技术手段在研究中蛋白质构象变化方面所能提供的重要信息,并对相关领域存在的问题及今后的发展作出展望。

智能型蠕虫状胶束体系是指宏观性能随着外界环境条件的微小变化而发生明显改变的胶束体系,是智能型胶体材料和软物质的重要组成部分。本文按照“体系组成-微观结构-宏观性能”的思路分别介绍了具有温度、光、pH和氧化还原响应的智能型蠕虫状胶束体系的组成、性能及响应机理,并展望了其发展前景。

均匀、连续、致密分子筛膜的合成和应用受到广泛关注。利用分子筛膜具有的筛分和催化作用,在传统颗粒催化剂或载体表面包覆分子筛膜形成复合型催化剂,可以实现膜基分离和催化过程的耦合,增加反应物选择性,提高目标产物收率。本文综述了近年来在不同类型颗粒催化剂或载体表面合成分子筛膜的制备方法,描述了分子筛膜包覆型复合催化剂用于不同催化反应体系的研究结果。同时,在归纳和总结已有研究成果基础上展望了分子筛膜包覆型催化剂的研究发展趋势。

离子液体具有极低的挥发性、良好的热稳定性和化学稳定性以及结构性质可调等特点,被认为是一种环境友好的溶剂。由于其结构性质可调,可以设计合成出对SO₂有较高溶解能力和选择性的离子液体,在SO₂的吸收和分离领域得到了研究者的青睐。本文综述了各种用于分离捕集烟气和混合气体中SO₂的离子液体,介绍了它们的结构特点、吸收特性和强化方法,探讨了离子液体脱硫的相关机理,最后对离子液体吸收分离SO₂中存在的问题、发展方向和应用前景进行了论述。

正极材料与负极材料是锂离子电池重要组成部分。目前锂离子电池负极材料比容量通常在300mAh/g以上,而正极材料比容量始终徘徊在150mAh/g。正极材料正在成为锂离子电池性能进一步提升的瓶颈。富锂层状正极材料是一类新型正极材料,其可逆容量在200mAh/g以上,其高容量特性引起人们的广泛关注。这类材料可以用xLi₂MO₃·(1-x)LiM'O₂ (M 为Mn, Ti, Zr之一或任意组合; M'为Mn, Ni, Co之一或任意组合; 0≤x≤1)形式表示。由于其组成与结构的特殊性,这类富锂层状正极材料的充放电机理也不同于其它含锂过渡金属氧化物正极材料。本文介绍富锂层状正极材料的合成、结构与充放电机理,重点介绍近年来通过改性提高其电化学性能方面的研究进展,指出目前富锂材料研究中存在的问题,探讨未来的研究重点。

与传统的碳材料相比,锂离子电池3d 过渡金属氧化物(M_xO_y,M = Co、Fe、Cu、Ni) 负极材料具有更高的容量、倍率及安全性能,更适于锂离子电池在移动电子设备、电动汽车、备用储能和智能电网等领域的应用,因此备受关注。本文介绍了M_xO_y 负极材料的充放电机理,并以零维、一维、二维、三维等纳米结构及空心、核壳等多种微/纳米结构为出发点,详细讨论了过渡金属氧化物电极材料的电化学性能与结构特征之间的关系,分析了具有不同结构特征的负极材料的合成方法;展望了3d 过渡金属氧化物负极微/纳米材料的研究趋势和发展前景。

作为过渡金属团簇的一种,金纳米团簇由于具有不同于其它纳米材料的特殊物化性能,在催化、光学、电学及生物技术等领域具有潜在的应用前景。本文综述了液相合成金纳米团簇的研究进展,主要包括有机膦化物和硫醇保护的金纳米团簇的合成方法与晶体结构,这将为金纳米团簇的研究者提供一定的参考。

近20年来,大量二聚吡咯-咪唑类生物碱从海绵中分离得到,并表现出良好的生理活性。而这些分离上的进展,为确定该类化合物结构提供新的信息,更促进了生源合成的研究发展。这类化合物因其结构新颖性、多样性以及良好的生理活性而成为合成化学家们关注的焦点。由于该类天然产物分子结构的复杂性、分子中的高氮数(N/C ≈ 1 ∶2)以及不确定的绝对构型,使得这类分子的合成十分具有挑战性。本文主要综述了海洋二聚吡咯-咪唑类生物碱的分离和合成进展。

随着化石燃料的日益减少,寻找可再生的液体生物质燃料已经引起了越来越广泛的关注。由生物质制备得到的2,5-二甲基呋喃(DMF)具有高能量密度、高沸点、高辛烷值和不溶于水等优点,近年来被认为是一种非常有前景的液体燃料。本文归纳和总结了生物质转化为DMF的化学途径、方法和反应机理以及DMF的燃烧性能,并对今后的研究方向进行了展望。

有机微孔聚合物(MOPs)是一类新型的多孔材料,具有合成方法多样、化学和物理性质稳定、孔尺寸可调控、表面可修饰等优点。近年来,MOPs在物理吸附储存气体方面表现出巨大潜力,从而在储氢和温室气体封存方面成为研究的热点之一。本文首先介绍了MOPs的结构类型及特点,分别介绍了自具微孔聚合物、超交联聚合物、共价有机网络以及共轭微孔聚合物的最新进展,分析结构与性能间的关系,并对其在催化、分离和气体储存方面的应用做了简单总结。最后对MOPs未来的研究进行了展望。

在超分子主-客体识别系统中,由专一作用如多重氢键、拓扑捕捉、金属-配体驱动的识别虽然具有高选择性,但要求主体具有严格的尺寸、形状和电子环境;同时识别通常限于那些具有拓扑特征和电子特征的分子,这类识别机制称为静态识别。另一方面,由超支化聚合物衍生的核-壳两亲大分子(CAM),方便易得且有广泛的客体亲合性,但客体选择性通常较低。近年的研究表明,CAM的核经过合适的电子性质改性后,竞争客体分子间的差异可被放大,从而实现高选择性包裹与分离,而CAM最大的特点是核内有大量随机分布的官能团,从而可以进行各种精细的改性。这一由复杂系统的非线性特征导致的识别不需要专一作用的推动,适合于复杂分子的识别,被称为超分子模糊识别。实验表明,超分子模糊识别主体可以用于各种离子客体的高效分离,还可以识别拓扑特征和电子特征非常相似的分子。本文就超分子模糊识别的机制、特点以及应用作了综述。

灵感来源于蛋白质离子通道的仿生功能化单纳米通道,已逐渐成为一种成熟的单分子检测技术和离子整流器。功能化纳米通道包括两种:基因改造的蛋白质纳米通道和固体加工的纳米通道。常用的固体纳米通道有三种:在纳米氮化硅或石墨烯上用聚焦离子束(FIB)或电子束(FEB)轰击得到的纳米通道,化学腐蚀聚合物薄膜中的重金属离子轨迹得到的锥形纳米通道和拉制毛细管或激光刻蚀得到的玻璃纳米孔。相对于蛋白质纳米通道,固态的人工纳米通道具有更优越的机械稳定性,并可用于各种功能基团的修饰。经过近十年的发展,包括蛋白质纳米通道在内的各种仿生的纳米通道已广泛用于对小分子、蛋白质和聚合物等其他一些对象的定性和定量检测。本综述详细介绍了近年来国内外该领域的发展,并对未来的发展方向作了简要的展望。

卟啉是一类重要的有机共轭分子,可以模拟许多酶的活性中心。一系列卟啉仿生酶已被合成,并用于模拟生物蛋白酶的催化活性,包括平面卟啉、栅栏卟啉、扩展环卟啉和三元环卟啉。在生物体内,许多金属蛋白酶经常自组装成纳米尺度的超分子结构来实现其基本的生物催化作用。卟啉可以通过共价或者非共价作用有序组装在纳米材料上,实现其模拟金属蛋白酶的功能。金属卟啉是良好的电子媒介体,对生命过程相关小分子的氧化还原具有较好的电催化活性。因此,金属卟啉纳米组装形成的纳米材料复合物可用于新型电化学生物传感器的构建。基于卟啉纳米材料复合物的光物理和光化学性质构建的新型光电化学生物传感平台已用于生物分子的检测。本文主要从卟啉仿生酶的合成、有序纳米组装和卟啉纳米复合物的生物传感进行评述,为构建新型电化学和光电化学传感器提供有用信息。

G-四链体-氯化血红素(hemin)DNA酶是一种由特定的核酸G-四链体与hemin结合后形成的具有过氧化物酶活性的人工模拟酶。作为一类重要的DNA酶,G-四链体-hemin DNA酶近年来在分析化学领域受到了越来越多的关注。目前这类DNA酶已被用在了多种传感器,包括金属离子传感器、适配体传感器、酶传感器、DNA传感器及药物传感器的设计当中。本文对G-四链体-hemin DNA酶在传感器设计中的应用进行了系统的介绍和评述,并对其未来的发展进行了初步的展望。

离子液因其具有良好的生物兼容性和独特的理化性质,近年来在生物催化和生物大分子蛋白质与核酸的分离分析领域得到广泛应用。离子液与生物大分子相互作用的研究是离子液相关理论与应用研究的基础,有关离子液与蛋白质和核酸相互作用的机理研究受到关注。本文简要介绍了常用离子液的分类,离子液与蛋白质分子作用的机理,离子液与核酸分子作用的机理,以及离子液在酶催化反应、生物分子分离、生物分子电化学分析和毛细管电泳分析中的应用,并主要综述了近年的相关研究和应用进展。

分子印迹分离技术通过模拟抗体-抗原相互作用原理,专一地与目标分子互补性结合,从而将目标分子与杂质分离,是一种非常具有发展前景的分离技术。传统的分子印迹技术通常是在有机相中制备对印迹分子具有选择性的印迹聚合物,然而分子印迹技术的实际应用环境大多是水相体系。近年来,分子印迹水相分离技术受到了科学工作者的广泛关注。本文分别从以下几个方面总结了分子印迹水相分离技术的最新研究进展:水相中分子印迹聚合物的设计原理与合成方法;印迹聚合物在水相中的作用机制;印迹水相分离技术在分析化学中的应用。最后讨论了该项技术现存的问题,并对其未来发展进行了展望。

分子中基团的运动方式、机制对分子体系性质、分子功能的表达等具有重要作用。微波波谱法在研究分子系统内部动力学、分子结构、构象变化、弱相互作用、基团大幅度运动以及探索量子溶剂等方面具有独特的能力,特别适合研究分子的精细结构、分子系统基团的内部转动运动,具有高灵敏度、高分辨率的特点。本文讨论了微波波谱法在研究分子系统基团大幅度运动动力学方面的应用,包括分子系统中甲基基团的内部转动、OH基团的运动、氨和氨基化合物的反演以及环状有机分子环运动等的动力学,同时结合作者使用微波波谱法研究的部分体系进行了分析。

结合细胞和生物可降解支架的组织工程和再生医学技术为组织、器官的修复和再生提供了一种新途径。骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有多向分化潜能,因其取材简单、来源广泛、增殖能力强,无伦理争议,免疫排斥反应小而备受关注。BMSCs在特定区域定向分化成为靶细胞是干细胞治疗的一个重要前提,尤其受到生物材料表面正负电荷、亲疏水和不同的拓扑结构的影响。材料表面涂层蛋白或接枝多肽能够促进BMSCs的分化能力,而生物材料不同的机械性能、几何形状也会影响BMSCs的分化方向。本文综述了近期生物材料调控BMSCs分化的研究结果,为基于BMSCs的组织工程和再生医学材料的设计提供借鉴和指导。

随着能源与环境问题的日益严峻,利用微藻生产生物柴油已经成为研究者们关注的焦点。与传统油料作物相比,微藻具有生长速度快、含油量高、不占用耕地等优势,是极具潜力的生物燃料生产原料。虽然许多微藻在压力条件下会在细胞内积累脂肪,特别是中性脂肪三酰甘油(TAG),它是生产生物柴油的主要原料,但目前对于微藻脂肪的合成和代谢调控还了解的很少。为了更好地理解和操纵微藻脂肪代谢以增强脂肪积累,本文综述了微藻脂肪合成与代谢调控的研究进展,包括TAG生物合成途径,提高脂肪积累的生化调控和基因工程策略,阐述了营养控制对脂肪积累的影响,总结了增强脂肪酸合成途径、增强Kennedy途径、调控TAG旁路途经、抑制脂肪合成的竞争途径、抑制脂肪的分解代谢等5种基因工程策略,同时也对微藻脂肪代谢研究的发展进行了展望。