照妖鏡納米“相機”：讓反應歷程無處遁形
文 | 腦極體
在新材料的研發制備過程中，觀察其形成的完整化學試驗過程至關重要，無論是中間過程形成的不穩定的化合物還是最終試驗形成的“備胎”產物，都有研究價值。
對化學過程中的宏觀和微觀變量進行動態監測，能對反應進程與終點進行合理調控與確認，從而達到合成目標產物的目的。在研制新材料的過程中，比如新有機化合物的合成，會有各種各樣的碳碳鍵組合方式，但在碳碳鍵的組合過程中有些變化就可逆，有些碳碳鍵組合就很穩定，如果能夠在微觀層面進行監測研究，就能夠深入觸達到化學反應合成過程的核心。
但是在一些化合物的制備過程中，一些活躍的化學反應除了其開始原料和最終產物表現穩定，但中間的反應過程劇烈化合物極其多變，了解和觀測非常困難。
近日英國劍橋大學一個團隊制造了一個強大的工具——納米相機，用以實時觀測一些化學反應中間的過程。
分子級實時監測，理論產物無處遁形
這個微型照相機，是用叫作瓜膠（CB）的“分子膠”將微小的半導體納米晶體和金納米顆粒結合起來，在研究某個化學反應的時候，將其放入待研究的分子反應溶液中，這些成分在水里幾秒鐘自我組裝成為一個穩定的強大的工具，進行監控化學反應。
這個被包圍的小納米相機中的半導體會觀察光催化和跟蹤光誘導的電子轉移，類似于光合作用中的電子轉移過程，而這個收集光電子的過程會被金納米粒子傳感器和光譜技術進行監測。
與此前的試驗相比，科研人員可以用納米相機觀察到此前只存在理論研究中的化合物。新型納米相機打開了化學反應過程中的化合物世界，未來這種材料可以用于研究一些功能豐富的潛在化合物，比如改善光催化和光伏可再生能源。
在實際的科研中，研究團隊分享為了開發新材料，經常需要將不同的化學物質組合在一起，想要得到性能優良的混合納米材料是很困難的，大部分的試驗最終會不受控制或得到一些性質不穩定的材料。研究人員通過他們創造的界面自限聚集過程來控制這些納米粒子的組裝，該過程會產生與光相互作用的可滲透且穩定的混合材料。
在分子層面，大自然中各種化合物物質通過自身的化學性質限制一些復雜結構的集合生成，在實驗室中去模擬這些化學全生命過程是非常困難，耗時長、成本貴，甚至有些化合物的生成無法通過檢測儀器監測觀察。
這個新型的納米相機組裝非常簡單，但功能又非常強大，結構穩定可以保持數周。連接粒子和半導體的瓜膠，與半導體納米晶體和金納米粒子都有強烈相互作用，以前，在沒有量子點的情況下，當金納米粒子與分子膠混合時，其組分會無限聚集并從溶液中脫落。新開發的策略，使得這些納米結構的組裝過程互相制約，半導體－金屬混合材料會在試驗的過程中限制自己的大小和形狀。
當研究人員將納米相機運用在試驗中，使用光譜學儀器實時監測化學反應，他們能夠觀察自由基種類的形成以及它們組合的產物，如其中兩個自由基形成可逆的碳碳鍵，這個自由基以前都是停留在理論推導的過程，但從未被觀察到。
研究人員稱納米相機提供了同時誘導和觀察光化學反應的機會，半導體和電漿子納米晶體的全部潛力現在可以被探索。它為化學反應成像和通過對監測的化學系統進行快照打開了許多新的可能性。
簡單的設置讓研究人員告別了以前復雜、昂貴的方法來獲得相同的結果。據悉，這個平臺將開啟一系列廣泛的試驗，包括許多對可持續技術至關重要的材料如電池應用的電極界面和碳碳鍵形成的機制等。
光譜儀：“描繪”首與尾反應歷程
化學反應是一個比較復雜的過程，常常伴隨著多種副反應的發生，且反應過程中常生成多種中間產物，這給科研人員的研究帶來很大的工作量。現下，光譜儀和色譜儀是實時監測化學反應最常用的方式，可以對一些有機化學反應過程進行記錄，以揭示化學反應發生的微觀機理、反應歷程等。
在有機分析科學領域，科研人員運用光譜儀和色譜儀對反應進程和終點進行合理調控，通過研究反應體系中反應物、中間體和產物來推斷有機反應機理，調控有機反應進程，最終實現提高反應的轉化率以及產物質量的效果。
比如可以通過觀察反應物和產物隨時間的變化提高反應的區域選擇性，從而優化反應，也可以在藥物生產中阻止將可能改變其藥理活性反應的發生，排除和避免副反應的發生等。
對于一些新興材料領域的研究，已有的反應監測方法可能會滯后合成化學的發展，就需要懂痛點與技術的科研人員自主進行新方法的研究，更新實時監測技術。新型納米相機就是一個很好的拓展研究例子，利用技術發展中的納米技術方法，將微觀層面的反應變化能夠實時監測，對科研人員的化學實驗過程研究帶來了很大的幫助。
我們使用的每種新合成材料，合成藥物等，都是經過科研工作者的千百次試驗
才能得到，微小的發明進步對于行外人來說就是看熱鬧，無法感同身受那種變化與喜悅，而對于行內人來說就是工作、研究質的飛躍。拿生命科學領域的爆炸性新聞來說，DeepMind 的Al phaFold2模型，幾乎將人類的98.5%的蛋白質全部預測了一遍，科研人員在此基礎上可以愉快地深入探索蛋白質中的生命密碼，但是行業外的人根本無法get到Al phaFold2模型工具究竟為蛋白質的研究帶來了什么。
回到納米相機的研究中，新型的納米相機在化學反應的微觀層面上可以獲取光催化和跟蹤光誘導電子轉移的過程，革新了以前只存在理論中的化合產物事實，研究人員只需要簡單地操作就可以完成這個微觀層面的深入觀察。而長遠來看，這個納米相機對新型化合物的發現覆蓋領域巨大，有點像開盲盒，一個微小的技術變化背后，你不知道會因為它而在未來打開什么新驚喜。在新型化合物的制備過程中，科研研究與創新技術一直都是螺旋同步增長的發展過程，研究不止，配套的革新技術就會不止，兩者同向而生，生生不息。
更多精彩內容，關注鈦媒體微信號（ID：taimeiti），或者下載鈦媒體App
相關文章
-
首發 | 儒翰基因完成數千萬天使輪融資，加速固態納米孔基因測序儀及生物大分子檢測領域的產品研發
近日，貝殼社（ID：iBio4P）獲悉，深圳市儒翰基因科技有限公司（以下簡稱“儒翰基因”）完成由力合科創創投領投的數千萬人民幣天使輪融資，此前，儒翰基因在2019年12月曾獲得恒邦資本種子輪融資。本輪融資資金將用于技術研發、設備采購和團隊建設。儒翰基因融合生物工程和基因組學、半導體工藝技術、AI大數據分析技術、微納技術等最新技術，研發具有自主知識產權的第四代基因測序、納米孔病毒檢測等生物大分子檢測...
2021-09-06 11:55:50 基因融資創投 -
戎評：中國反應罕見強烈，一個關鍵被忽略了
立陶宛的事情想必大家都聽說了，10日上午，中國外交部做出決定，宣布召回中國駐立陶宛大使，同時要求立國當局召回其駐華大使，措辭里沒有直接使用驅逐的字眼，算是非常給他們面子了。通常而言，兩國外交關系惡化分為三個烈度：第一個烈度是召回大使；第二個烈度是互相驅逐大使和外交關系降級；第三個烈度也是最高烈度，即是斷絕外交關系。雖然中國并沒有說驅逐，但考慮到已經要求立陶宛主動召回駐華大使，所以實際上中立關系惡化正處于第二個烈度。如果再往前走兩步，立陶宛差不多就沒啥回旋的余地和空間！其實，我國外交風格一向以溫和示人，在世...
2021-08-14 18:39:29 立陶宛中國美國戎評 -
中國反應罕見強烈，一個關鍵被忽略了！
作者：戎評來源公眾號：戎評（ID：rongping898）已獲轉載授權立陶宛的事情想必大家都聽說了，10日上午，中國外交部做出決定，宣布召回中國駐立陶宛大使，同時要求立國當局召回其駐華大使，措辭里沒有直接使用驅逐的字眼，算是非常給他們面子了。通常而言，兩國外交關系惡化分為三個烈度：第一個烈度是召回大使；第二個烈度是互相驅逐大使和外交關系降級；第三個烈度也是最高烈度，即是斷絕外交關系。雖然中國并沒有說驅逐，但考慮到已經要求立陶宛主動召回駐華大使，所以實際上中立關系惡化正處于第二個烈度。如果再往前走兩步，立陶...
2021-08-12 19:23:17 中國罕見反應 -
聯想創投周 | CVC2.0的化學反應：破圈合作
【獵云網北京】7月14日報道為期兩周的年度創投盛會——聯想創投周，于7月12日—7月23日在聯想總部舉行。7月14日，在聯想未來CLUB發布會上，聯想集團高級副總裁、聯想創投集團總裁賀志強講述了過去5年在CVC道路上取得的成果與經驗，發表了對CVC2.0新模式的戰略思考，并首次發布三級生態聯動體系（成員企業白皮書2.0、聯想賦能平臺、科技產業行）。聯想未來CLUB發布會嘉賓合影5年探索，CVC2....
2021-07-14 22:08:14 企業創投聯想集團 -
上海：大力發展六大重點產業，推動骨干企業芯片設計能力進入3納米及以下
創頭條7月14日消息近日，上海市人民政府辦公廳印發《上海市先進制造業發展“十四五”規劃》。規劃提出，以集成電路、生物醫藥、人工智能三大先導產業為引領，大力發展電子信息、生命健康、汽車、高端裝備、先進材料、時尚消費品六大重點產業，構建“3+6”新型產業體系。其中，以自主創新、規模發展為重點，提升芯片設計、制造封測、裝備材料全產業鏈能級；以全鏈協同、成果轉化為重點，聚焦生物制品、創新化學藥、高端醫療器...
2021-07-14 15:55:10 芯片上海市人工智能 -
芯擎科技首款七納米車規級芯片今年上市
6月29日，據湖北日報，由湖北芯擎科技有限公司（以下簡稱“芯擎科技”）自主研發的第一代智能駕艙芯片SE1000，已經進入流片階段，將于今年四季度推向市場。據悉，這是國內首款基于先進7納米工藝制程的車規級智能駕艙控制芯片，預計2022年完成上車集成和測試，將打破此前國外供應商在這一市場的壟斷地位，并填補我國在自主設計高端智能駕艙平臺主芯片領域的空白。企查查APP顯示，芯擎科技是一家汽車電子芯片研發商...
2021-06-29 10:55:19 芯片該公司汽車電子 -
清風：關于中美在臺灣問題的博弈與歐洲取向、我國的反應、前景分析
一、關于臺灣問題。前幾天由臺毒士兵曝光 美國陸戰隊特種部隊已經入臺 的新聞，國內不少人感覺憋屈，認為我國不作為，并認為已經踩我紅線，應該 地動山搖 。可以明確的是，這個新聞是在美國指揮下，臺毒當局故意制造的一個讓我國非常為難的新聞，因為這種新聞最大的難度在于 實質證據 ，美臺間這種互動平時非常多，即美國打擦邊球：用民間方式進行軍事交流，這種人員是以非軍方行為方式進行的，但執行的是軍事任務，多到什么程度，給朋友們舉例說明：美國出售武器給臺毒，都需要 培訓 ，而且需要保養，這些都必然是美國軍方出面（美國軍火公...
2021-06-04 19:07:28 美國歐洲中國清風 -
于和偉打疫苗反應太好笑 顫抖直言自己暈針硬漢形象不在
于和偉在很多觀眾心目中一直都是硬漢的形象，他在影視作品中基本上都塑造的是很正派的人物。不過最近于和偉上傳了一則自己去打新冠疫苗的視頻，引發了網友的圍觀與熱議。于和偉打疫苗反應太好笑了，想不到竟然顫抖的和醫生說自己暈針，甚至打針的時候還叫了起來，和往昔的模樣天差地別。 于和偉打疫苗反應太好笑 視頻中于和...
2021-05-29 21:22:14 硬漢疫苗好笑 -
世界最早的納米技術 1600年前羅馬人制的玉綠色杯
世界最早的納米技術有多早？納米技術（nanotechnology）是用單個原子、分子制造物質的科學技術，研究結構尺寸在1至100納米范圍內材料的性質和應用。下面就跟放肆吧一起具體看看世界最早的納米技術等相關內容。世界最 ......
2021-05-24 11:52:05 納米技術羅馬人年前 -
世界最受歡迎的滑沙之地 納米比沙漠極其適合滑沙
世界最受歡迎的滑沙之地在哪里？納米比沙漠是位于非洲西南部的納米比亞境內大西洋海岸線，非洲最大的納米比—諾克陸夫國家公園內。成形于八千萬年前的納米比沙漠被認為是現存世界上最古老的沙漠，納米比沙漠讓納米比 ......
2021-05-17 15:05:36 之地最受歡迎納米
| 留言與評論（共有 0 條評論） |
