三维纸页结构分析仪

中国科技网讯 据物理学家组织网5月11日（北京时间）报道，美国卡罗拉多大学博尔德分校机械工程师最近开发出一种用特定波长的光来折叠物体的技术，这种“光折纸术”有望带来一种全新的三维结构制造技术。相关论文发表在最近出版的《应用物理快报》上。 实验中，研究人员用一种含有光敏剂的平面二维聚合物演示了这种光折叠物体的新技术。首先，将聚合物拉伸产生机械张力，然后用光照射它的某个区域，比如折线的地方，这会让光敏剂分解为自由基，自由基具有高度活性，会使聚合物分子链断裂重组，以缓解该区域张力。材料自身为了实现机械均衡，重新分布张力导致形变，使材料沿着照射线折叠起来。“这是一种非接触式方法，通过三维编程和计算机模拟操纵，能让聚合物薄膜精确地弯曲及折叠。”领导该研究的机械工程教授马丁·邓恩解释说。 整个过程是一次折叠，每增加一次折叠要重复照射、变形的步骤，这些步骤按特定的顺序进行，就能造出复杂的形状。 这种“光折纸术”只靠光和机械张力来折叠材料，有望成为一种更简单的、自动连续的折叠工艺。研究人员介绍说，目前能按照编程程序折叠材料的方法有很多，但大部分方法都要在材料上附加一些操作装置，从外部施加操作压力。这种让材料自行折叠而不需要附加因素的新技术可大大简化工艺，获得更广泛的应用。“理论上讲，该技术能以任意方向，按任意顺序制造出由各种弯曲和折叠构成的复杂结构。”邓恩说，“我们可以通过计算机模拟来设计大量结构。” “光折纸术”的应用远远超出了折纸作为一种创造性艺术的最初领域。研究人员说，当一件物品需要存储、运输之后再打开使用，技术性折纸术就非常关键。比如用于太空太阳能电池组、自动安全气囊、组织工程、包装箱，以及最大化捕获光能的光伏电池等。除了宏观领域，还可用于微观和纳米领域，比如折叠分子改变其形状，就能改变分子属性。“我们还打算制造更小更精密的，能大批量生产的结构，赋予它们多重物理功能。”邓恩说。（记者 常丽君） 总编辑圈点 这是一种自组装技术，被激活的基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发地组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。但与以往不同，光折纸术通过工艺创新实现了非接触式的自组装，不但让古老折纸术成为解决现代工程难题的参考，也让我们思考：可不可以根据光线的不同波长做出不同的反应？能不能实现声波折纸术、电磁折纸术……也许，为我们打开了一扇创新灵感的窗户，也是这项研究的重要意义。 《科技日报》（2012-05-12 一版）

最近，美国能源部劳伦斯-伯克利国家实验室与德国斯图加特大学研究人员合作，开发出了世界首个三维等离子标尺，能在纳米尺度上测量大分子系统在三维空间的结构。该标尺有助于科学家在研究生物的关键动力过程中，以前所未有的精度来测量DNA（脱氧核糖核酸）和酶的作用、蛋白质折叠、多肽运动、细胞膜震动等。研究论文发表在最新一期《科学》杂志上。　　随着电子设备和生物学研究对象越来越小，人们需要一种能测量微小距离和结构变化的精确工具。此前有一种等离子标尺，是基于电子表面波（也叫“等离子体”）开发出的一种线性标尺。当光通过贵金属，如金或银纳米粒子的限定维度或结构时，就会产生这种等离子体或表面波。但目前的等离子标尺只能测量一维距离长度，在测量三维生物分子、软物质作用过程方面还有很大局限，其中等离子共振由于辐射衰减而变弱，多粒子间的简单耦合产生的光谱很模糊，很难转换为距离。　　而新型三维等离子标尺克服了上述困难。该三维等离子标尺由5根金质纳米棒构成，其中一个垂直放在另外两对平行的纳米棒中间，形成双层H型结构。垂直的纳米棒和两对平行纳米棒之间会形成强耦合，阻止了辐射衰减，引起两个明显的四极共振，由此能产生高分辨率的等离子波谱。标尺中有任何结构上的变化，都会在波谱上产生明显变化。另外，5根金属棒的长度和方向都能独立控制，其自由度还能区分方向和结构变化的重要程度。 　　研究人员还用高精度电子束光刻和叠层纳米技术制作了一系列样品，将三维等离子标尺放在玻璃的绝缘介质中，嵌入样品进行测量，实验结果与计算出来的数据高度一致。与其他分子标尺相比，这种三维等离子标尺建立在化学染料和荧光共振能量转移的基础上，不会闪烁也不会产生光致褪色，在光稳定性和亮度上都很高。　　谈到应用前景，该研究领导者、伯克利实验室负责人鲍尔·埃利维塞特说，这种三维等离子标尺是一种转换器，可将其附着在DNA或RNA链多个位点，或放在蛋白质、多肽的不同位置，再现复杂大分子的完整结构和生物过程，追踪这些过程的动态演变。（科技日报）

将来能否将（三维）核磁的谱图信息直接高效的转化为生物大分子的三维结构？