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软光刻法制备具有表面微结构的角蛋白膜

化学学报 2019年第6期77卷 533-538页

作者：朱水洪罗文昊曾文斌林友辉刘向阳厦门大学物理系生物仿生及软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室厦门361005 新加坡国立大学物理系新加坡117542

近年来,使用微纳米制造工艺将蛋白质或多肽进行高精度空间图案化,推动了细胞生物学、组织工程学、药物科学等领域的发展.同时,羊毛角蛋白作为一种储量大的天然生物蛋白质,具有优异的水溶性、良好的生物相容性和可控的降解性,但羊毛角蛋... 详细信息

近年来,使用微纳米制造工艺将蛋白质或多肽进行高精度空间图案化,推动了细胞生物学、组织工程学、药物科学等领域的发展.同时,羊毛角蛋白作为一种储量大的天然生物蛋白质,具有优异的水溶性、良好的生物相容性和可控的降解性,但羊毛角蛋白通常不能自组装形成凝胶网络或其他不溶形式,因此,使用羊毛角蛋白制备如纤维、薄膜、凝胶等的成型结构存在很大困难.本工作通过使用化学修饰的方法,在角蛋白上接枝功能基团,使角蛋白获得光敏感性,探究了共价交联法制备具有表面微结构角蛋白膜的可行性.并用3D激光扫描显微镜、紫外可见近红外光谱仪和傅里叶变换显微红外光谱仪对薄膜结构进行了表征.结果表明,使用软光刻法可以得到表面微结构完整度很高的角蛋白膜.本工作对羊毛角蛋白共价交联法进行了实验探索,实验结果不仅为人们提供了一种软光刻技术制备具有表面微结构的角蛋白膜的方法,而且为羊毛角蛋白制备成型结构提供了新的途径.

关键词：羊毛角蛋白软光刻共价交联图案化表面微结构

二元共组装法制备无裂痕反蛋白石结构薄膜的研究

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化学学报 2017年第10期75卷 1010-1016页

作者：罗文昊朱水洪林友辉刘向阳厦门大学材料学院物理科学与技术学院生物仿生及软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室厦门361005 新加坡国立大学物理系新加坡117542

近年来,由于在光学、电学和生化等领域具有广泛的潜在应用,有序多孔反蛋白石结构薄膜的研究引起了人们的广泛关注.但是其在制备过程中常常会形成一些无法控制的缺陷,限制了这类材料的普及和实际应用.通过使用两种基质前驱体(正硅酸乙酯... 详细信息

近年来,由于在光学、电学和生化等领域具有广泛的潜在应用,有序多孔反蛋白石结构薄膜的研究引起了人们的广泛关注.但是其在制备过程中常常会形成一些无法控制的缺陷,限制了这类材料的普及和实际应用.通过使用两种基质前驱体(正硅酸乙酯或丝素蛋白)与胶体小球混合共组装,探究了二元体系共组装法制备无裂痕反蛋白石结构薄膜的可行性.并用扫描电镜和可见光谱对薄膜结构进行了表征.结果表明,对于正硅酸乙酯体系,在不影响胶体小球有序排列的条件下,正硅酸乙酯在小球间的空隙中发生溶胶凝胶转变,与微球共同组装成有序致密的整体,去除微球模板后,可以得到大规模(>200μm)无缺陷有序的反蛋白石结构薄膜.而对于大分子丝素蛋白体系,由于它和胶体小球有较强的相互作用力,会抑制胶体小球的有序组装,导致无法形成有序结构薄膜.对两种二元共组装体系进行了实验探索,实验结果不仅有助于人们了解共组装方式的适用范围,而且为设计和制备无缺陷反蛋白石薄膜提供了新的途径.

关键词：共组装反蛋白石结构无裂痕胶体小球

基于丝素蛋白与纳米银线的柔性透明导电膜及其光电应用

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材料导报 2021年第2期35卷 2064-2068页

作者：徐川严观福生孔令庆欧阳新华林乃波刘向阳厦门大学材料学院生物仿生及软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室厦门361005 福建农林大学材料工程学院福州350002 新加坡国立大学物理系新加坡117542

丝素蛋白具有优异的生物相容性,可用于生物医学、组织工程等领域。为了探索丝素蛋白在不同交叉领域的应用,本工作首先合成了高长径比的纳米银线,将其旋涂在玻璃基底上,然后流延、浇注再生丝素蛋白溶液,经过干燥后得到具有优异的方块电... 详细信息

丝素蛋白具有优异的生物相容性,可用于生物医学、组织工程等领域。为了探索丝素蛋白在不同交叉领域的应用,本工作首先合成了高长径比的纳米银线,将其旋涂在玻璃基底上,然后流延、浇注再生丝素蛋白溶液,经过干燥后得到具有优异的方块电阻和良好的透光率的柔性导电膜。为了探索该柔性导电膜在光电领域的应用,以纳米银线-丝素蛋白膜代替传统的ITO-玻璃基底制备了简单的有机太阳能电池。结果发现,纳米银线形成了充分接触的网格,并且被丝素蛋白牢牢地包覆,膜的结构没有因为纳米银线的引入而被破坏。纳米银线-丝素蛋白膜在550 nm处的透光率随着纳米银线溶液旋涂次数的增加由最高的97%降低至81%。膜的方块电阻随着纳米银线溶液旋涂次数的增加由最高的33.6Ω/sq降低至6.0Ω/sq。有机太阳能电池的光电转换效率为4.78%,开路电压为0.67 V,短路电流为15.22 mA/cm 2。

关键词：丝素蛋白纳米银线透明导电膜有机太阳能电池

CsPbIBr_(2)钙钛矿太阳能电池中通过氧气诱导Spiro-OMeTAD快速氧化

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电化学 2021年第2期27卷 216-226页

作者：王伟国白天薛高飞叶美丹厦门大学物理科学与技术学院生物仿生及软物质研究院物理系福建省柔性功能材料重点实验室福建厦门361005

Spiro-OMeTAD是钙钛矿型太阳能电池中应用最广泛的空穴传输材料,它本身的空穴传输率很低,需要氧化之后才能满足高效率太阳能电池器件的要求。然而,Spiro-OMeTAD在空气中的氧化时间较长,同时空气中的水分会造成器件效率的下降以及器件质... 详细信息

Spiro-OMeTAD是钙钛矿型太阳能电池中应用最广泛的空穴传输材料,它本身的空穴传输率很低,需要氧化之后才能满足高效率太阳能电池器件的要求。然而,Spiro-OMeTAD在空气中的氧化时间较长,同时空气中的水分会造成器件效率的下降以及器件质量不稳定等不良后果。基于此,我们通过一步法制备CsPbIBr_(2)无机钙钛矿太阳能电池,并将旋涂了Spiro-OMeTAD层的器件放在纯氧气中氧化,避免因水分导致的钙钛矿层分解。实验结果表明,氧气氧化后的器件最高效率为7.19%,高于空气中氧化的器件达到的最高效率6.29%,并且氧气氧化可以将Spiro-OMeTAD的氧化时间从18小时缩短到5小时。我们采用一系列电化学表征方法探讨了不同氧化条件下电池器件的性能差异.结果显示,纯氧气氧化Spiro-OMeTAD可以有效减低载流子复合,提高电荷传输。此外,我们采集了多个样本统计分析,发现采用氧气氧化的器件平均效率更高,器件质量更稳定,具有更好的可重复性。这种快速稳定的氧化方法为钙钛矿型太阳能电池的商业化开发提供了有效的思路。

关键词：钙钛矿 Spiro-OMeTAD 快速氧化 CsPbIBr_(2) 太阳能电池

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从高分子构象与动力学到蛋白质折叠

中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第3期51卷 76-85页

作者：曹学正陈虎吴晨旭厦门大学物理科学与技术学院物理学系生物仿生与软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室厦门361005

针对作用在聚合物刷上的键拉力研究表明作用在接枝基面上的力随着聚合物刷接枝密度的增大反而减小,然而尾端单体上的拉伸张力并没有消失.高分子的构象和动力学转变决定了其物性和多种多样的应用,而生物大分子蛋白质作为由二十种不同属... 详细信息

针对作用在聚合物刷上的键拉力研究表明作用在接枝基面上的力随着聚合物刷接枝密度的增大反而减小,然而尾端单体上的拉伸张力并没有消失.高分子的构象和动力学转变决定了其物性和多种多样的应用,而生物大分子蛋白质作为由二十种不同属性的氨基酸构成的序列,更是具有由其序列所决定的特别的三维自然结构.本文就聚合物刷、聚合物纳米复合材料、聚合物网络等几种高分子体系的构象与动力学过程,及蛋白质构象和其折叠与去折叠的动力学过程做了介绍.特别是蛋白质的折叠与去折叠速率在单分子操纵实验中受到拉力的调控,通过测量这种拉力依赖的动力学过程、蛋白质的自由能曲面和折叠去折叠路径可以得到系统全面的研究.本文以肌肉蛋白titin的免疫球蛋白结构域I27为例对蛋白质折叠研究进行了阐述.

关键词：聚合物刷聚合物纳米复合材料蛋白质折叠

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蛋白基柔性材料的介观重构及其光电子器件

中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第3期51卷 86-98页

作者：叶美丹于瑞林友辉刘向阳郭文熹厦门大学物理科学与技术学院物理学系生物仿生与软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室厦门361005

自然界中的蛋白质材料具有天然丰度、多种化学成分、可调控的性能、优异的生物相容及可降解性能等特点,为柔性光电子器件的发展提供了新的机遇.然而,蛋白质化学稳定性差、机械柔性不可控等缺点使得传统加工技术难以应用在其表面,严重制... 详细信息

自然界中的蛋白质材料具有天然丰度、多种化学成分、可调控的性能、优异的生物相容及可降解性能等特点,为柔性光电子器件的发展提供了新的机遇.然而,蛋白质化学稳定性差、机械柔性不可控等缺点使得传统加工技术难以应用在其表面,严重制约了其在柔性电子领域的应用.本文首先以丝蛋白和角蛋白为例介绍了天然蛋白材料的介观重构以及加工技术,阐述了天然蛋白质材料的多级网络结构与其物理性能的关系.在此基础上,侧重介绍它们在柔性传感、发光、晶体管及存储等器件中的应用,最后展望了蛋白基柔性材料在光电子器件发展中所面临的挑战以及发展机遇.

关键词：介观重构角蛋白光刻丝素蛋白柔性电子

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蚕丝和蜘蛛丝多级结构对力学性能的影响

功能高分子学报 2018年第6期31卷 501-512页

作者：张鸿昊林乃波刘向阳厦门大学材料学院生物材料系生物仿生及软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室福建厦门361005

家蚕丝和蜘蛛丝具有力学性能优异、生物可相容和生物可降解等诸多优点。本文阐述了蚕丝和蜘蛛丝的一级结构、二级结构、β-折叠晶体网络(纳米纤维)结构及其形成过程,综述了丝蛋白亲疏水域、分子量和晶体网络结构对力学性能的影响。其中... 详细信息

家蚕丝和蜘蛛丝具有力学性能优异、生物可相容和生物可降解等诸多优点。本文阐述了蚕丝和蜘蛛丝的一级结构、二级结构、β-折叠晶体网络(纳米纤维)结构及其形成过程,综述了丝蛋白亲疏水域、分子量和晶体网络结构对力学性能的影响。其中,晶体网络结构的强度是影响力学性能的关键,由拓扑结构、相关长度、取向度和连接(或者相互作用的强度)这4个因素决定。本文为力学性能的控制及提高提供了指导。

关键词：蚕丝蜘蛛丝多级结构力学性能

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软物质实验方法前沿:单分子操控技术

物理学报 2016年第18期65卷 182-191页

作者：钱辉陈虎严洁厦门大学物理科学与技术学院生物仿生与软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室厦门361005 新加坡国立大学生物力学研究所新加坡117411 新加坡国立大学物理系新加坡117542 新加坡国立大学生物影像科学中心新加坡117546

传统的分子生物学实验方法基本都是系综的方法,测量的信号来自大量的生物分子的平均响应,这不利于得到生物分子的构象转变与功能的动力学细节.另外,很多生物大分子如细胞骨架蛋白、分子马达等在行使功能的时候都会受到或者产生力的作用... 详细信息

传统的分子生物学实验方法基本都是系综的方法,测量的信号来自大量的生物分子的平均响应,这不利于得到生物分子的构象转变与功能的动力学细节.另外,很多生物大分子如细胞骨架蛋白、分子马达等在行使功能的时候都会受到或者产生力的作用,传统的实验方法也难于研究生物分子的力学响应.最近20年左右发展起来的单分子操控技术可以实现对单个分子的操控,同时测量单个分子在拉力作用下的力学响应.最为常用的单分子操控技术主要包括光镊、磁镊和原子力显微镜,不同的技术有不同的特点和适用范围.本文对几种常用的单分子操纵技术的特点,包括物理原理、可以施加的力的范围与精度、可以测量的分子长度范围与精度等做一个系统的介绍.另外,单分子操控技术在生物大分子如核糖核酸(DNA),脱氧核糖核酸(RNA)和蛋白质的构象转变,相互作用,以及分子马达的功能机理等方面已经取得的丰富成果也给出概括性的介绍.本文对生物学家系统的了解单分子操控技术和如何应用该技术解决自己的生物问题提供一个有益的参考.

关键词：单分子操控磁镊光镊原子力显微镜

NiCo2S4/MXene/氮掺杂碳空心微球的构筑及其作为钠离子电池负极的应用

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厦门大学学报(自然科学版) 2024年

作者：陈炳祺李宝宝付晓光邹煜熙祝梓博左婉莹叶美丹厦门大学物理科学与技术学院生物仿生及软物质研究院福建省柔性功能材料重点实验室

[目的]针对可充电钠离子电池（SIBs）实际应用中，NiCo2S4电极存在的动力学缓慢和循环稳定性不足等问题，对NiCo2S4电极材料进行优化研究。[方法]本研究利用聚乙烯微球（PS）和金属有机骨架ZIF-67双重模板，通过室温搅拌和高温煅烧的工... 详细信息

[目的]针对可充电钠离子电池（SIBs）实际应用中，NiCo2S4电极存在的动力学缓慢和循环稳定性不足等问题，对NiCo2S4电极材料进行优化研究。[方法]本研究利用聚乙烯微球（PS）和金属有机骨架ZIF-67双重模板，通过室温搅拌和高温煅烧的工艺，制备了一种NiCo2S4/MXene/氮掺杂碳的空心微球（NiCo/MX/NC），将其作为SIBs负极材料，考察其电化学性能。[结果] 在结构方面，NiCo/MX/NC具有独特的中空球形结构，球内表面有着导电性优异的MXene片，外表面均匀地附着高容量的NiCo2S4。NiCo/MX/NC在SIBs应用中获得了优异的电化学性能，具有较高的充电比容量（780 mAh/g在0.2 A/g的电流密度下），首周库伦效率高达86.4%，优异的循环稳定性（在10 A/g大电流条件下，循环4000圈，约0.0034%/周的低容量衰减率）。此外，动力学研究表明，NiCo/MX/NC电极具有混合的电荷储存行为，且表面吸附的赝电容过程起主导作用。[结论] MXene和氮掺杂碳的引入显著提高了复合电极的导电性，而空心球形结构的构建有效提升了复合电极的稳定性，增强了其大电流承受能力，防止了NiCo2S4材料在循环过程中的结构塌陷。本工作采用的结构设计、复合掺杂等综合策略，为提高金属硫化物的储钠性能提供了新思路。

关键词： NiCo S MXene 空心球双模板钠离子电池稳定性