长期从事膜科学研究的化工学院张林教授团队把图灵结构与膜研究相结合,在薄膜上制造出了纳米尺度的图灵结构。这项首次面向应用领域构建图灵结构的研究成果,于北京时间2018年5月4日发表在国际顶级期刊《Science》(Science, 2018, 360, 518–521)上。
高水平科研成果的产生离不开大型仪器分析测试,该项研究成果的最终发表也离不开测试平台的技术支持。研究者在实验上成功研制出具有图灵结构的新型膜后,还要从理论上加以论证。判断是否为图灵结构的标准是:(1)图案或结构呈现周期性变化;(2)反应过程中两个反应物的扩散之差达到一个数量级以上。图案的周期性变化,可以通过电镜观察和方程求解得到理论认证,但测量扩散极差一度成为整个验证的难点。传统的扩散速率的变化测试方法在该研究中几乎失灵,无法表征。最终张林教授团队与平台负责500兆核磁共振波谱仪的何玲老师经过多次交流与沟通,最终采用核磁共振二维扩散排序谱(2D-DOSY)进行表征。NMR测定了加入亲水高分子后两个反应物扩散速率差,验证了实验确实成功制备了一种具有图灵结构的新型分离膜(如图所示)。
图 聚合物表面的图灵结构(左)和2D DOSY 核磁共振谱图(右)
一般2D-DOSY测定时要求混合体系中各组分的扩散系数相近。但是在这次的表征中,体系中各组分的扩散速率相差极大,常规测试条件无法在一个实验条件下同时测得各组分的扩散系数。何玲老师从事核磁共振分析已经有20余年,工作极其认真负责,已经为我校和周边企事业单位提供大量的技术支撑。她通过多次的条件摸索与优化后才最终确定测定条件,得到相应的结果,为本论文的最终发表提供了强有力的支撑。为此,作者特意在最后致谢了何玲老师。
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2018年5月