單分子技術的案例
單分子磁體最新Science:阻塞溫度高達80K的單分子磁體
【引言】
一般來說，單分子磁體是由獨立的單個分子構成，其可以在低溫和沒有外部磁場的狀態下長時間保持磁化強度并表現出獨特的慢磁弛豫行為。它的出現使得以納米尺度磁性配合物作為基本單元研制存儲器件成為可能。然而，目前來說，只有利用液氦冷卻至極端低溫才能使單分子磁體表現磁記憶效應。這一現象大大阻礙了單分子磁體的發展和應用，是目前亟待解決的問題。
【成果簡介】
英國薩塞克斯大學的R. A. Layfield、芬蘭于韋斯屈萊大學的A. Mansikkam?ki以及中山大學的童明良（共同通訊作者）等合作發表文章，報道了阻塞溫度TB高達80K的單分子磁體。研究人員利用化學手段設計配體框架的策略，在單分子磁體中分別縮小了Dy-Cpcent距離以及擴大了Cp-Dy-Cp彎曲角度。通過對這兩個關鍵結構參數的調控，可以促使單分子磁體在80K這一溫度上展現出磁學特性。通過實現這一高于液氮溫度的阻塞溫度，研究人員克服了單分子磁體發展道路上的一大挑戰，為實現納米磁體的實際應用奠定了基礎。2018年12月21日，相關成果以題為“Magnetic hysteresis up to 80 kelvin in a dysprosium metallocene single-molecule magnet”的文章在線發表在Science上。
展開 如何跨越10納米分辨率極限
為了跨越這一衍射極限，2006 年，Betzig 和莊小威等人同時且分別提出 PALM 和 STORM 兩種單分子定位成像技術。
單分子成像技術是現存最靈敏、分辨率最高的顯微成像技術之一，它使用不同種類的特殊染料使得熒光分子的發光有一定的時序，避免了分子同時發光導致的相互遮蔽，因此超越了衍射極限，將分辨率提升至 ~20nm。但是，20nm 的分辨率尚不足以用于探測真正意義上的“分子”，而實現對尺寸在數納米的小分子的探測又對理解真實生命體中的生化反應至關重要。
圖1：單分子定位成像技術原理示意圖
圖源：Nat Methods 3, 793–796 (2006), Fig. 1
單從原理上看，單分子定位甚至能實現無限小的分辨率，影響其分辨率的可能只有噪聲帶來的定位精度下降這一因素。人們相信 20nm 遠不是這一技術的分辨率極限，因此很多研究人員付出了大量的努力，不斷開發出分辨率更高、性能更加優越的成像系統。但是，這些研究不約而同地遇到了“10 納米”這一壁壘，主要體現在兩個方面：
1）當小分子間的距離為幾個納米時，熒光分子的探測率都下降嚴重，因此許多微小的結構信息都被成像系統遺漏；
2）熒光分子發射光子的各向異性會引發大量的定位誤差。
這些因素都導致 10 納米成為單分子定位技術分辨率的“極限”。
這一極限產生的原因是什么呢？又是怎樣才能克服它呢？
圖2：光開關指紋分析：光開關循環發生率如指紋一樣獨特又如條形碼一樣成為分子距離的讀取途徑
圖源：Dr. Gerti Beliu, Rudolf Virchow Center?????????
為了研究這些問題，來自德國維爾茨堡大學的 Dominic A.
展開 [NEWSLETTER] 傅立葉顯微鏡對單分子成像
與傳統的成像技術相比，傅立葉顯微鏡可以直接觀察空間頻率分布。因此，如今它被廣泛用于例如：表面等離子體觀察、光子晶體成像等。借助VirtualLab Fusion，可以對完整的傅立葉顯微鏡系統進行建模，并將其用于單分子成像。具體來說，我們演示了幾種物理光學效應的影響，包括每個光學界面的菲涅爾損耗和透鏡孔徑的衍射。
傅立葉顯微鏡對單分子成像
建模用于單分子成像的完整高NA傅立葉顯微鏡系統，特別展示了例如：菲涅爾損耗、由于孔徑引起的衍射，并將仿真結果與參考值進行比較。
分析高NA物鏡的聚焦
高NA物鏡廣泛用于光學光刻，顯微技術等。在聚焦模擬中考慮光的矢量性質非常重要。
更多相關信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 VirtualLab：高NA傅里葉單分子成像顯微鏡
1.摘要
傅里葉顯微術廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀測、光子晶體成像等領域。它使直接觀察空間頻率分布成為可能。在高NA傅里葉顯微鏡中，不同的效應(每個透鏡表面上角度相關的菲涅耳損耗、衍射等)會影響單個分子最終獲得的圖像質量。快速物理光學軟件VirtualLab Fusion可以使用其強大的場追跡引擎對整個系統進行建模，包括菲涅耳損耗和孔徑衍射效應。本文給出了一個案例，并將仿真結果與文獻中的實驗結果進行了比較。
2.建模任務
3.系統構建模塊:偶極子源
可編程光源允許指定任意橫向場分布。在我們的例子中，我們指定了偶極子產生的場。
偶極子源發射一個局部偏振場（意味著 Ex 和 Ey 分量的空間分布在源平面根本不同，因此不能用單個函數來表示）。
為了準確地模擬偏振特性，我們采用了多光源，它允許我們為不同的分量定義不同的形貌。
4.系統構建模塊:物鏡
5.系統構建模塊：管透鏡 & 伯蘭特鏡頭
6.建模總結
7.傅里葉平面上的圖像
8.方向[0,1,0]的仿真對比
為了進一步研究物理效應，我們采用偶極取向[0,1,0]，并將得到的結果與實驗測量結果進行了比較[Ju?kaitis，施普林格US，(2006)]。藍色和綠色曲線取自模擬結果對應的一維截面。理想情況(忽略衍射)的截面參考用紅色表示。參考曲線數據通過參考文獻中給出的公式進行解析計算，最后導入VirtualLab Fusion。
展開 
高NA傅里葉顯微鏡單分子成像
摘要
傅里葉顯微鏡廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀察、光子晶體成像等領域，它使得直接觀測空間頻率分布成為可能。
單分子的成像質量取決于高NA 傅里葉顯微鏡系統，例如，在復雜透鏡系統中，每個光學界面的角度相關的菲涅耳損耗和孔徑的衍射。VirtualLab Fusion可以在考慮菲涅耳損耗和孔徑衍射效應的情況下對整個系統進行建模。文中給出了一個案例，并與文獻中的實驗結果進行了比較。
建模任務
在傅里葉平面上成像
在傅里葉平面上成像
方向[0,1,0]的理想vs實驗以及理想vs仿真
? 理想：由 ???? = cos??, ???? = sec?? 計算[Ju?kaitis, Springer US, (2006)]
? 實驗：衍射光闌在傅里葉平面上產生能量密度的波紋。理想模型(紅色曲線)和實驗(黑色曲線)的區別是雙重的：菲涅耳損耗和衍射。
? 仿真：物理光學考慮菲涅耳損耗和物鏡孔徑的衍射，導致在傅里葉平面上產生波紋，與實驗結果吻合較好。
紅色的曲線來自理想系統；黑色曲線來自實驗；藍色和綠色的曲線是從之前的幻燈片中提取的仿真輪廓的相應顏色。
展開 [VirtualLab] 高NA傅里葉顯微鏡單分子成像
摘要
傅里葉顯微鏡廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀察、光子晶體成像等領域，它使得直接觀測空間頻率分布成為可能。
單分子的成像質量取決于高NA 傅里葉顯微鏡系統，例如，在復雜透鏡系統中，每個光學界面的角度相關的菲涅耳損耗和孔徑的衍射。VirtualLab Fusion可以在考慮菲涅耳損耗和孔徑衍射效應的情況下對整個系統進行建模。文中給出了一個案例，并與文獻中的實驗結果進行了比較。
建模任務
在傅里葉平面上成像
在傅里葉平面上成像
方向[0,1,0]的理想vs實驗以及理想vs仿真
? 理想：由 ???? = cos??, ???? = sec?? 計算[Ju?kaitis, Springer US, (2006)]
? 實驗：衍射光闌在傅里葉平面上產生能量密度的波紋。理想模型(紅色曲線)和實驗(黑色曲線)的區別是雙重的：菲涅耳損耗和衍射。
? 仿真：物理光學考慮菲涅耳損耗和物鏡孔徑的衍射，導致在傅里葉平面上產生波紋，與實驗結果吻合較好。
紅色的曲線來自理想系統；黑色曲線來自實驗；藍色和綠色的曲線是從之前的幻燈片中提取的仿真輪廓的相應顏色。
展開 傅立葉顯微鏡對單分子成像
與傳統的成像技術相比，傅立葉顯微鏡可以直接觀察空間頻率分布。因此，如今它被廣泛用于例如：表面等離子體觀察、光子晶體成像等。借助VirtualLab Fusion，可以對完整的傅立葉顯微鏡系統進行建模，并將其用于單分子成像。具體來說，我們演示了幾種物理光學效應的影響，包括每個光學界面的菲涅爾損耗和透鏡孔徑的衍射。
傅立葉顯微鏡對單分子成像
建模用于單分子成像的完整高NA傅立葉顯微鏡系統，特別展示了例如：菲涅爾損耗、由于孔徑引起的衍射，并將仿真結果與參考值進行比較。
分析高NA物鏡的聚焦
高NA物鏡廣泛用于光學光刻，顯微技術等。在聚焦模擬中考慮光的矢量性質非常重要。更多相關信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 高NA傅里葉顯微鏡單分子成像
摘要 傅里葉顯微鏡廣泛應用于單分子成像、表面等離子體觀察、光子晶體成像等領域，它使得直接觀測空間頻率分布成為可能。單分子的成像質量取決于高NA 傅里葉顯微鏡系統，例如，在復雜透鏡系統中，每個光學界面的角度相關的菲涅耳損耗和孔徑的衍射。VirtualLab Fusion可以在考慮菲涅耳損耗和孔徑衍射效應的情況下對整個系統進行建模。文中給出了一個案例，并與文獻中的實驗結果進行了比較。
建模任務
在傅里葉平面上成像
在傅里葉平面上成像
方向[0,1,0]的理想vs實驗以及理想vs仿真
? 理想：由 ???? = cos??, ???? = sec?? 計算[Ju?kaitis, Springer US, (2006)] ? 實驗：衍射光闌在傅里葉平面上產生能量密度的波紋。理想模型(紅色曲線)和實驗(黑色曲線)的區別是雙重的：菲涅耳損耗和衍射。 ? 仿真：物理光學考慮菲涅耳損耗和物鏡孔徑的衍射，導致在傅里葉平面上產生波紋，與實驗結果吻合較好。
紅色的曲線來自理想系統；黑色曲線來自實驗；藍色和綠色的曲線是從之前的幻燈片中提取的仿真輪廓的相應顏色。 走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?導入透鏡系統- 從Zemax導入光學系統 [用例] ? 分析實際透鏡系統的成像性能- 分析高NA物鏡聚焦 [用例] VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀
- 分析高NA物鏡聚焦- 通過瑞利標準對顯微鏡物鏡進行分辨率研究
展開 共軛聚合物的多級組裝促發大面積加工聚合物單分子層晶體管
更為重要的是，該聚合物單分子層的形成與基底的性質關系較小，在具有不同接觸角的基底均可以沉積得到聚合物單分子層網絡。寬的加工窗口和弱的基底相關性非常有利于加工大面積和高均勻性的聚合物薄膜。
圖2 共軛聚合物聚集行為的調控與大面積加工聚合物單分子層：a，共軛聚合物的化學結構；b，混合溶劑調控下的聚合物溶液的吸收光譜；c，可晶圓級加工聚合物薄膜的提拉裝置；d，混合溶劑與提拉速度調控的聚合物薄膜形貌；e，不同提拉速度下聚合物薄膜的吸收光譜； f，不同提拉速度下聚合物薄膜的吸光度與厚度；g，4英寸晶圓級的聚合物單分子層薄膜。
圖3 薄膜晶體管器件：a，4英寸晶圓級薄膜晶體管實物圖與器件結構示意圖；b，晶體管轉移特性曲線；c，晶體管輸出特性曲線；d，晶體管開關穩定性測試；e，晶體管轉移特性曲線；f，單分子層與多分子層的電子遷移率比較；g，n型聚合物單分子層晶體管性能比較。
研究人員利用該聚合物組裝策略，在4英寸晶圓上加工了聚合物單分子層網絡，形貌、高度與器件性能均表現出了很好的均勻性（圖3）。基于聚合物單分子薄膜的場效應晶體管在空氣下表現出穩定的電子傳輸性能，在持續開關1500 s后仍保持基本不變。相比于傳統的旋涂薄膜（18 nm），聚合物單分子層（4 nm）保持了相似的電子傳輸性能，最高電子遷移率可達1.88 cm?2V?1s?1，是目前報道中聚合物單分子層最高的電子遷移率。隨后，他們結合了多種實驗手段觀測到了聚合物在稀溶液中的組裝結構，為一維蠕蟲狀結構。隨著濃度的提高，聚合物的組裝體逐漸生長為網絡狀結構。
此工作利用共軛聚合物的多級組裝策略形成特定的聚合物固相形貌，為相關科研工作者提供了清晰明確的“分子間相互作用—溶液相組裝結構—薄膜微觀結構—功能器件性能”的研究策略。
展開 華東理工：鍵合強度對鈣鈦礦太陽能電池錨定基自組裝單分子膜的調節
然而，雖然ASA單分子膜的致密性對PSCs的效率和穩定性起著至關重要的作用，但其界面的空穴提取和電子阻塞性能卻高度依賴于其致密性，而這一點在很大程度上被忽視了。
在這里，華東理工大學的研究人員引入了具有不同錨定基團的全孔傳輸分子，研究了鍵合強度對單層膜質量的影響，并將其與p-i-n結構的PSC的性能進行了關聯。結果表明，具有較強結合強度的錨定基團有利于提高ASA單分子膜的組裝速率、密度和致密性，從而增強電荷收集，抑制界面復合。基于優化的ASA單層的PSCs原型獲得了21.43%(0.09cm2)的高功率轉換效率(PCE)。更令人振奮的是，當器件面積擴大10倍時，可以獲得20.09%(1.0cm2)的可比PCE，這表明ASA策略在實際應用中是有用的。ASA單層的堅固錨定還增強了設備的穩定性，在三個月后可保留90%的初始PCE。這項研究為有效和穩定的PSCs的ASA電荷傳輸單分子膜提供了重要的見解。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103847
綜上所述，本文揭示了錨定基團對p-i-n結構PSCs中基于ASA的空穴傳輸單分子膜性能的影響。開發了一系列含有不同錨基(-SO3H、-COOH和-PO3H2)的吩噻嗪分子高溫超導材料(TPT-S6、TPT-C6和TPT-P6)，系統地研究了它們對器件性能的影響。結果表明，具有較強鍵合強度的錨定基團不僅提高了組裝速率和吸附密度，而且使有機HTL對鈣鈦礦沉積具有很高的耐受性，從而大大提高了ASA單層在成套器件中的致密性。本文的ASA策略為PSC和其他光電器件提供了一種節省材料、可擴展和高效的電荷傳輸層的有效且現實的方法。
展開 前瞻技術｜從物理性質逆推分子結構
眾所周知，采用機器學習方法，基于定量結構-性質關系(QSPR)，可以從分子和晶體結構預測物理性質。現在，「J-OCTA軟件」1可以進行逆分析，利用京都大學長町實驗室開發的mol-infer數據接口，可以實現從物理性質逆推分子結構。這是一種非常新穎的分子結構生成方法，具有廣闊的應用前景。
第一，利用人工神經網絡(Artificial Neural Network, ANN)從分子結構預測物理性質。第二，通過混合整數線性規劃(Mixed Integer Linear Programming, MILP)求解人工神經網絡的逆運算，能夠在相反的方向上執行快速而準確的運算，這是單獨使用人工神經網絡所不可能實現的。
首先，基于1297組數據集訓練分子結構和物理性質之間的關系。圖1展示的是測試過程中使用的分配系數。
圖1. mol-infer的訓練數據集和目標性質（分配系數=10.0）
其次，使用MILP執行逆運算。設目標分配系數為10.0，生成種子分子的圖結構和對應官能團的樹結構（見圖2），用來預測分子結構。
通過「J-OCTA軟件」1預測的分子結構如圖3所示，得到了4種同分異構體。對于預測的分子結構，再次采用正向方法計算其物理性質，結果表明其分配系數為9.8，證明預測的分子結構基本滿足目標物性。
【1】J-OCTA分子動力學軟件 —— 通過對材料從原子級別到微米級別的模擬計算，從本質上理解元素組成和性能之間的關系。軟件可以滿足幾乎所有材料的分析，比如橡膠、塑料、薄膜、涂料及電解質材料等。可將其作為“ 知識發現工具 ”進行靈活運用。
展開 
LAMMPS分子動力學技術與應用
http://flac3d.cn/hdp/mdhs/zsb.html
技術研究 | 液體高分子材料導熱系數測試技巧
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復旦丁建東教授課題組對單軸周期性拉伸力學刺激下彈性高分子表面的細胞取向進行研究
近日，復旦大學丁建東教授課題組的研究揭示了單軸周期性拉伸的彈性高分子表面的細胞取向存在臨界響應頻率和臨界拉伸速率，并結合高分子鏈松弛理論為該臨界現象提供了合理闡釋。
利用光刻技術、軟蝕刻技術和有限元分析方法，丁建東教授課題組設計和制備了適用于細胞力學拉伸研究的雙層聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控裝置。該裝置的工作原理為：當芯片側腔抽真空時，其體積減小，導致中間流體通道的薄膜發生拉伸，進而對黏附于薄膜上的細胞施加周期性拉伸作用。通過將PDMS微流控芯片與活細胞工作站、外源智能化真空泵聯用，同時實現了細胞實時觀察、細胞培養和細胞拉伸三大功能。
圖1 利用雙層PDMS微流控裝置探究拉伸頻率對彈性高分子薄膜表面細胞行為的影響
丁建東教授課題組以此PDMS微流控芯片為研究平臺，驗證了細胞在合適條件下有垂直于拉伸方向取向的特性。
圖2 周期性拉伸下的細胞取向
作者還借助源于建筑學中的張拉整體結構模型（tensegrity model）對材料表面的細胞處于周期性單軸拉伸時取向和能量之間的關系及其時間依賴性進行了推演。理論計算不僅得出了垂直取向的結論，而且對細胞取向有序度隨時間的演化也給出了與實驗一致的動力學趨勢。這是為數不多的可對粗粒化的細胞模型進行處理、且給出解析解的理論工作。
隨后系統探究了人骨髓間充質干細胞（hMSC）在不同拉伸頻率和幅度的循環拉伸作用下的細胞取向。在證實細胞取向存在臨界拉伸幅度的同時，發現細胞取向具有臨界響應頻率（fc），且fc的值具有幅度依賴性，對于低幅度拉伸而言，需要更高的拉伸頻率方能誘使細胞取向現象發生。
展開 LAMMPS分子動力學核心技術實戰
LAMMPS分子動力學核心技術實戰培訓班
2020年10月30日—— 2020年11月2日 (線上直播)
課程目標：
1. LAMMPS分子動力學理論與軟件操作培訓，邊講解邊實踐操作。
2. 通過本課程的學習，學員熟練掌握LAMMPS分子動力學的原理、方法、軟件操作。
3. 學員基本具備獨立完成LAMMPS分子動力學的論文及實際科研工程的能力。
課程大綱
一、Lammps基礎與原理
MD模擬的基本邏輯思路
Lammps軟件學習框架
Lammps研究的幾方面重要資源
二、In文件的基本邏輯框架、基本命令
三、Lammps建模與進階
四、用Lammps模擬具體物理問題（應用中存在的問題）
五、用Lammps輸出研究所需要的數據信息
六，Lammps大量實例練習賞析（已發表文章）
七、LAMMPS高級研修及案例操作
有意者隨時聯系！
【咨詢電話】報名聯系方式：
李連杰(老師) 手機：13311241619 電話：010-56129268
lammps分子動力學QQ群號:753267868
（加群備注：李連杰老師邀請）
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