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基于静电相互作用模型的光子晶体拓扑相变

光学学报 2022年第21期42卷 68-73页

作者：陈家禾李燕方杭志宏苏州大学物理科学与技术学院江苏苏州215006 苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215006 苏州大学高等研究院江苏苏州215006 江苏省薄膜材料重点实验室江苏苏州215006

对于由完美电导体圆柱构成的蜂窝晶格光子晶体,类比静电相互作用,提出一种可计算晶格内与晶格间耦合强度的数学模型,通过对比晶格内耦合和晶格间耦合,在结构层面解释了量子自旋霍尔效应。计算结果表明,随着圆柱半径的增加,晶格内与晶格... 详细信息

对于由完美电导体圆柱构成的蜂窝晶格光子晶体,类比静电相互作用,提出一种可计算晶格内与晶格间耦合强度的数学模型,通过对比晶格内耦合和晶格间耦合,在结构层面解释了量子自旋霍尔效应。计算结果表明,随着圆柱半径的增加,晶格内与晶格间耦合强度发生变化,即引发拓扑相变。数值模拟结果证实转变位置两侧的光子晶体能带结构发生了拓扑反转,在不同拓扑相的光子晶体界面存在单向传播的拓扑光波导。所提出的数学模型可以用于预测光/声拓扑绝缘体的拓扑相变,为后续的元器件开发提供参考。

关键词：物理光学光子晶体拓扑相变静电相互作用拓扑绝缘体

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基于静电相互作用的卵白蛋白与岩藻多糖相行为分析及流变学分析

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食品科学 2024年第9期45卷 51-59页

作者：张婷袁一心嵇竞弘龚泠灵吴昕玲刘静波尚晓敏吉林大学食品科学与工程学院吉林省营养与功能食品重点实验室吉林长春130062

为了解卵白蛋白(ovalbumin,OVA)与岩藻多糖(fucoidan,FUC)复合凝聚体的形成过程及二者的相互作用机制,采用浊度滴定、Zeta电位、圆二色光谱法、荧光光谱法和动态旋转流变仪测定等手段分析OVA和FUC的复合凝聚相行为及临界pH值(pHc、pHφ1... 详细信息

为了解卵白蛋白(ovalbumin,OVA)与岩藻多糖(fucoidan,FUC)复合凝聚体的形成过程及二者的相互作用机制,采用浊度滴定、Zeta电位、圆二色光谱法、荧光光谱法和动态旋转流变仪测定等手段分析OVA和FUC的复合凝聚相行为及临界pH值(pHc、pHφ1、pHmax)。浊度滴定结果表明复合凝聚体形成的临界pH值与生物聚合物的比例和盐浓度密切相关,Zeta电位分析结果表明复合凝聚体的形成主要是由静电相互作用驱动。随着OVA/FUC的质量比增加,复合凝聚体形成的临界pH值向高pH值方向移动。低盐浓度(c(NaCl)静电屏蔽作用使凝聚体形成的临界pH值显著降低。此外,在酸性条件下(pH 4.5),OVA/FUC质量比为20∶1和NaCl浓度为400 mmol/L时显示出最大的黏弹性。本研究可为开发基于硫酸化多糖/蛋清蛋白的功能性产品奠定理论基础。

关键词：岩藻多糖卵白蛋白相行为静电相互作用流变特性

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静电相互作用微米粒的构筑

华中科技大学学报（医学版） 2002年第6期31卷 637-639页

作者：李沙张小滨王向涛侯新朴北京大学药学院物理药学教研室北京100083

通过静电相互作用构筑海藻酸钠 -壳聚糖微囊并优化其制备工艺 ,初步考察微囊的载药性能。在单因素实验的基础上用正交设计优化了海藻酸钠 -壳聚糖微囊的制备方法 ,用显微照相考察微囊的外观形态。以阿霉素为模型药初步研究其载药性能。... 详细信息

通过静电相互作用构筑海藻酸钠 -壳聚糖微囊并优化其制备工艺 ,初步考察微囊的载药性能。在单因素实验的基础上用正交设计优化了海藻酸钠 -壳聚糖微囊的制备方法 ,用显微照相考察微囊的外观形态。以阿霉素为模型药初步研究其载药性能。结果发现 :微囊外观圆整 ,平均粒径为 5 9.6 8μm(30～ 2 5 0 μm,5 6 .0 8% ) ,载药微囊的包封率可达 80 .4 6 %。制备了外观圆整的微囊 ,其对阿霉素有较好的包载能力。

关键词：静电相互作用微米粒海藻酸钠壳聚糖微囊阿霉素制备工艺

静电相互作用对荷电超滤过程中带电小分子清除的影响

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膜科学与技术 2009年第2期29卷 60-64页

作者：王来欢邵嘉慧何义亮上海交通大学环境科学与工程学院上海200240

研究了不同荷电量小分子(分子量为1kD左右)通过表面带同种电荷但荷电量不同的超滤膜(截留分子量为10kD)时的行为.实验结果表明,荷电超滤膜对带电小分子的截留作用与超滤膜荷电量、小分子带电量以及溶液离子强度密切相关.低离子强度条件... 详细信息

研究了不同荷电量小分子(分子量为1kD左右)通过表面带同种电荷但荷电量不同的超滤膜(截留分子量为10kD)时的行为.实验结果表明,荷电超滤膜对带电小分子的截留作用与超滤膜荷电量、小分子带电量以及溶液离子强度密切相关.低离子强度条件下,荷电超滤膜对高荷电小分子的截留率很高,这主要是静电相互作用的结果.随着离子强度的增加,静电屏蔽作用增强,荷电超滤膜对带电小分子的截留作用也相应减小.结果还表明,表观透过率的实验值与基于滞膜模型的理论计算值有较好的吻合.

关键词：静电相互作用超滤全过滤透过率杂质去除

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静电相互作用对驱动蛋白马达运动的影响

河北大学学报（自然科学版） 2017年第3期37卷 237-242页

作者：黄艳宾郭海军李洁刘秀红纪青河北工程大学数理学院河北邯郸056038 邯郸学院机电学院河北邯郸056005 河北工业大学生物物理研究所天津300401

利用一种常见驱动蛋白(1BG2)和微管蛋白(1TUB)的结晶结构,通过静电计算得到了马达头部和微管蛋白表面的电势分布,并对比晶体结构分析了微管势场对马达头部正电势区域的作用.此外,利用解泊松方程的方法计算了驱动蛋白与微管间的静电相互... 详细信息

利用一种常见驱动蛋白(1BG2)和微管蛋白(1TUB)的结晶结构,通过静电计算得到了马达头部和微管蛋白表面的电势分布,并对比晶体结构分析了微管势场对马达头部正电势区域的作用.此外,利用解泊松方程的方法计算了驱动蛋白与微管间的静电相互作用,并发现马达沿微管轴向运动时所处的微管电势场具有周期性,其周期与马达步进周期有很好的一致性.最后,结合计算结果提出了驱动蛋白在静电作用下的运动机制.

关键词：驱动蛋白马达微管静电相互作用泊松方程

基于静电相互作用的聚丙烯酸钠强化胶原纤维膜

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食品科学 2018年第7期39卷 71-77页

作者：王亚斌王稳航天津科技大学食品生物技术教育部工程研究中心天津300457

为了提高胶原纤维膜的性能,基于聚丙烯酸钠的负电性与酸膨胀的胶原纤维的正电性,利用其静电相互作用原理,采用质量分数为0.1%~1.0%的聚丙烯酸钠强化胶原纤维膜,评价了其对膜性能的影响。结果发现:随着聚丙烯酸钠质量分数的增加,成膜液的... 详细信息

为了提高胶原纤维膜的性能,基于聚丙烯酸钠的负电性与酸膨胀的胶原纤维的正电性,利用其静电相互作用原理,采用质量分数为0.1%~1.0%的聚丙烯酸钠强化胶原纤维膜,评价了其对膜性能的影响。结果发现:随着聚丙烯酸钠质量分数的增加,成膜液的Zeta电位有显著变化(P静电相互作用增强。加入聚丙烯酸钠后,复合膜的拉伸强度逐渐增大,最高达到纯膜的1.50倍;断裂延伸率、透光率和水蒸气透过率下降,其中,水蒸气透过率最低为1.30×10^(-12)g/(cm·s·Pa);膜热稳定性分析表明,复合膜降解温度提高,膜厚无明显变化,扫描电子显微镜显示聚丙烯酸钠-胶原纤维复合膜更致密。当聚丙烯酸钠的质量分数为0.3%时,复合膜的综合性能较佳,拉伸强度为37.60 MPa,断裂延伸率为14.20%,透光率为48.70%,水蒸气透过率为1.30×^(-12)/(cm·s·Pa)。此外,红外分析也显示复合膜的构象发生了变化。静电相互作用导致了聚丙烯酸钠与胶原蛋白的作用增强及其膜性能的变化,适宜的添加量可有效地改良胶原纤维膜的性能。

关键词：胶原蛋白聚丙烯酸钠静电相互作用性能可食膜

静电相互作用构筑多金属中心催化剂及其氧催化性能研究

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静电相互作用构筑多金属中心催化剂及其氧催化性能研究

作者：张子钰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

质子交换膜燃料电池与锌-空气电池都是重要的清洁能源设备，然而因其阴极贵金属催化剂的成本问题而发展受限。多金属中心催化剂（亦称多原子催化剂）作为阴极催化剂的候选者，具有原子利用率高，结构可调，稳定性好等优点。然而当前的... 详细信息

质子交换膜燃料电池与锌-空气电池都是重要的清洁能源设备，然而因其阴极贵金属催化剂的成本问题而发展受限。多金属中心催化剂（亦称多原子催化剂）作为阴极催化剂的候选者，具有原子利用率高，结构可调，稳定性好等优点。然而当前的多原子催化剂制备方法难以同时满足通用、成本低、原子转化率高等要求，限制了其应用与发展。　　本文基于正负电荷间的静电效应，开发了一种用于多原子催化剂制备的静电吸附方法，通过两步吸附法先后向碳基体表面引入带有正负相反电荷的两种配位离子。在库伦力的作用下，两种离子相互吸引靠拢构成双原子结构，并在后续的热活化过程中转变为具有电化学活性的双原子位点。该方法具有简便，成本低，通用性好，原子转化率高等优点。　　通过上述方法制备的(Fe,Pt)-N-C双原子催化剂表现出优异的氧还原催化性能，在碱性电解质中性能甚至超过商业Pt/C催化剂，24000s放电电流保持率达97%。由其组装的锌-空气电池峰值功率为192mW·cm-2，质子交换膜燃料电池峰值功率759mW·cm-2。研究显示，FePtN6位点是(Fe,Pt)-N-C催化剂的活性位点，且催化中心在Fe原子上。Pt通过调节Fe电子结构，使得其d带中心下移，使得σ*电子被填充;同时增加极化增强，破坏了电子对称性，削弱Fe-O键，两方面作用促使产物解析从而加速了反应的发生，理论过电势仅为328mV。　　通过向前驱体中引入Ni元素，上述方法还可制备出(Ni,Fe,Pt)-N-C三原子催化剂，包含FePtN6与NiN4两种位点，兼具氧还原与氧析出两种电催化。其优化后的样品氧还原-氧析出电位差为695mV，超过贵金属催化剂。由此组装的锌-空气电池峰值功率175mW·cm-2，充放电循环300圈几乎无性能衰减。研究显示，NiN4单原子位点是氧析出反应活性位点。与FePtN6的单Fe原子中心催化机理不同，NiN4由于对含氧中间体吸附过弱，需要基体中的碳原子辅助催化反应，表现为C-Ni双位点协同的氧析出机理，理论过电势586mV。

关键词：多原子催化剂电子调控静电相互作用

大豆分离蛋白与寡糖静电相互作用及复合物乳化性的分析

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食品科学 2018年第12期39卷 126-132页

作者：樊雪静刘红玉迟玉杰东北农业大学食品学院黑龙江哈尔滨150030

以大豆分离蛋白(soybean protein isolate,SPI)和寡糖(棉子糖和水苏糖)为原料制备复合溶液,通过调节pH值(3.0~10.0)研究SPI-寡糖形成复合体系的相行为、微观结构,确定形成可溶性静电复合物的条件及其对蛋白质溶解性、乳化性的影响。Zet... 详细信息

以大豆分离蛋白(soybean protein isolate,SPI)和寡糖(棉子糖和水苏糖)为原料制备复合溶液,通过调节pH值(3.0~10.0)研究SPI-寡糖形成复合体系的相行为、微观结构,确定形成可溶性静电复合物的条件及其对蛋白质溶解性、乳化性的影响。Zeta电位、激光共聚焦显微镜观测和浊度测定的结果显示,在酸性条件下,SPI与寡糖通过静电相互作用形成复合物,且等电点与SPI相比向酸性偏移;内源荧光光谱扫描发现SPI-寡糖复合物的荧光强度低于SPI,且静电相互作用越强荧光强度降低越明显。当pH 6.0时,SPI-寡糖较大程度形成可溶性静电复合物,此时复合物的功能性质较SPI有所改善,SPI-水苏糖和SPI-棉子糖的乳化性与SPI相比分别提高了50.66%和39.69%。

关键词：大豆分离蛋白寡糖静电相互作用溶解性乳化性

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静电相互作用介导的超电荷荧光蛋白自组装

静电相互作用介导的超电荷荧光蛋白自组装

作者：颜淑婷湖南大学

学位级别：硕士

蛋白质在生命体内广泛存在,是构成生命体结构和功能复杂性的关键。其中,大多数天然蛋白质会自发组装成多层次结构,如1D微管、2D细菌表面层和3D病毒衣壳。这些组装体在生命系统中发挥着重要作用,并为构建具有广泛应用前景的新型纳米材料... 详细信息

蛋白质在生命体内广泛存在,是构成生命体结构和功能复杂性的关键。其中,大多数天然蛋白质会自发组装成多层次结构,如1D微管、2D细菌表面层和3D病毒衣壳。这些组装体在生命系统中发挥着重要作用,并为构建具有广泛应用前景的新型纳米材料提供了设计模板。与DNA和RNA组装领域取得的巨大成就相反,蛋白质组装领域由于蛋白质尺寸大、相互作用复杂而进展缓慢。荧光蛋白具有相对刚性的β折叠桶结构,经表面重构技术对其表面的非保守氨基酸重新设计,可获得各种不影响原有功能、且带有不同正或负电荷的超电荷荧光蛋白。发展基于静电相互作用的超电荷荧光蛋白自组装将有望进一步拓展蛋白组装元件的选择范围。然而,静电相互作用驱动的蛋白质组装不仅需要蛋白与其他组分的表面带电量相反,还对蛋白表面电荷分布情况和界面间相互作用强度有较高的要求,该方案的实现,关键在于蛋白序列的设计以及组装条件的摸索。为了发展静电相互作用介导的超电荷荧光蛋白自组装新方法,本文对超折叠绿色荧光蛋白(sf GFP)的性质进行了深度调研。鉴于sf GFP的稳定结构、独特光谱特性和表面可设计性,我们通过对sf GFP表面重构,构建了一端带15个正电荷、一端带10个负电荷的极性绿色荧光蛋白(p GFP)。通过异源表达、纯化p GFP,并探究它的最佳组装条件,获得了在溶液中尺寸达到微米级别的长方体形貌的组装体,实现了荧光蛋白的光谱特性与可自组装性的巧妙结合。利用GROMACS分子动力学模拟技术模拟蛋白对接结果,基于此分析的蛋白间相互作用辅助了我们对组装过程的理解。另外,以p GFP序列作为模板,获得了具有不同颜色、且可自组装的突变体,并将满足供体发射光谱与受体吸收光谱重叠性的荧光蛋白组装体构建成FRET对。具体研究内容如下:1、p GFP的体外表达和自组装性能研究。构建p ET28a-pgfp重组质粒并在体外成功表达和纯化p GFP。通过优化组装条件,确定了p GFP在蛋白终浓度为1μM,温度为4℃,组装时间为2 d能自发组装成微米级别的长方体结构。组装过程受溶液中Na Cl浓度与p H值的调节可逆变化,证明了该组装行为受静电相互作用驱动。当组装时间延长至50 d时,单个组装体平均长度能生长至50.2μm。组装体的这些性能使其在药物释放领域具有潜在应用价值。2、p GFP自组装行为的分子动力学模拟研究。通过从空间结构和能量维度对建模结果进行评价,确定了SWISS-MODEL方法构建的sf GFP和p GFP模型是最优模型。在明确最优结构模型的基础上,利用刚性对接技术获得几何和能量上匹配的初始结合模型(sf GFP1+1、p GFP1+1和p GFP2+2),并对这些结合模型分别进行GROMACS分子动力学模拟。结合自由能结果证明了促进p GFP分子间聚集的主要能量贡献来源于静电相互作用能,实现了从微观层面解释p GFP的自组装行为,为基于荧光蛋白自组装的普适化设计奠定基础。3、基于荧光蛋白自组装体FRET对的构建和性能优化。首先,利用定点突变技术构建重组质粒p ET28a-pcfp和p ET28a-pyfp,并在体外表达p CFP和p YFP。随后,在p GFP的最佳组装条件基础上探究了p CFP和p YFP的最佳组装条件(蛋白终浓度为3μM,温度为4℃,组装时间为3 d),形成的组装体同样表现为微米级别的长方体结构。接着通过分子模拟技术分析两种突变体自身间相互作用的差异,从而解释不同颜色蛋白自组装体长宽比存在差异的原因。并证明了组装后的p CFP和p YFP具备构建FRET对的可行性。随后,构建和比较了由不同混合组装方式设计的FRET对,并将不同实验组的FRET Ratio值均优化至超过2.5,其中该值最高为21.43(先单独组装p YFP 30 d,再加入p CFP组装18 d)。这样不仅丰富了荧光蛋白FRET对的构建方式,甚至为后续FRET传感平台的设计提供了全新思路。

关键词：蛋白自组装静电相互作用分子动力学模拟 pGFP pCFP pYFP