電化學(xué)調(diào)控脫氧核酶結(jié)構(gòu)及催化活性的基礎(chǔ)研究

本項目目標是發(fā)展新的電化學(xué)調(diào)控核酸納米結(jié)構(gòu)的新方法。依照項目計劃，重點從以下三個研究工作開展工作：核酸分子探針的精準設(shè)計、核酸級聯(lián)反應(yīng)的信號放大效應(yīng)、電化學(xué)刺激調(diào)控核酸分子探針與反應(yīng)。我們按照項目計劃書，實施了活體細胞成像與臨床疾病診斷應(yīng)用的探索和研究，初步取得了一系列研究成果：發(fā)展了多種分子運算線路，用于信號擴增及醫(yī)學(xué)生物標志物的超靈敏檢測，通過進一步設(shè)計核酸酶和核酸雜交鏈式反應(yīng)，深入理解了核酸雜交反應(yīng)和核酸酶的可能動力學(xué)基礎(chǔ)。建立了活細胞內(nèi)生物標志物的實時成像方法，為發(fā)展臨床早期疾病診斷和治療奠定了研究基礎(chǔ)。在ACS Nano, Chemical Science等國際一流刊物上發(fā)表SCI 論文13篇。申請國家發(fā)明專利1項。

實現(xiàn)對脫氧核酶結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控是一個研究熱點和難點。電化學(xué)方法是一個簡便的、重要的研究工具和調(diào)控手段，有利于實現(xiàn)對核酸分子的準確結(jié)構(gòu)調(diào)控。本課題擬采用電化學(xué)方法調(diào)控核酸分子的結(jié)構(gòu)和金屬離子的價態(tài)及空間分布等，揭示電化學(xué)激發(fā)條件下金屬離子與核酸分子之間的相互作用規(guī)律。采用靜電場調(diào)控方法研究脫氧核酶分子在固/液界面處的構(gòu)象變化和催化性質(zhì)改變；采用電化學(xué)氧化還原法調(diào)控金屬離子的價態(tài)，進而影響溶液相脫氧核酶分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；發(fā)展電化學(xué)選擇性激活多脫氧核酶體系。揭示不同電化學(xué)條件下脫氧核酶與底物的作用機理，為脫氧核酶結(jié)構(gòu)及性能的電化學(xué)調(diào)節(jié)方法提供理論依據(jù)，嘗試將電化學(xué)激發(fā)脫氧核酶用于制備一維核酸納米結(jié)構(gòu)、調(diào)控核酸納米機器等。作為一種普適性電化學(xué)調(diào)節(jié)方法，相信隨著生物技術(shù)的發(fā)展，將會在電化學(xué)治療技術(shù)等更多領(lǐng)域內(nèi)得到更廣泛應(yīng)用。

擴散脫氧是利用熔渣使鋼液脫氧，脫氧反應(yīng)發(fā)生在鋼液一熔渣界面上。

如向熔渣內(nèi)加入強脫氧劑（如硅鐵粉、炭粉、電石粉或鋁粉、

擴散脫氧可在能形成還原氣氛的電爐內(nèi)進行，這樣渣中的(

但是，在一般電爐內(nèi)進行擴散脫氧有某些重大缺點。由于鋼液一熔渣的比表面小及熔池的攪拌作用弱，鋼液中氧的擴散緩慢，脫氧過程的速率很低，而且爐襯受到高溫爐渣的侵蝕嚴重。由于這些原因，擴散脫氧僅在盛鋼桶內(nèi)用

脫氧的兩種最基本的方法是沉淀脫氧法和擴散脫氧法。

沉淀脫氧原理 沉淀脫氧也稱直接脫氧，將與氧的親和力強于鐵的元素以鐵合金或金屬塊等形式直接加到鋼液中，與氧生成不溶于鋼液的沉淀析出物M_xO_y，一般M_xO_y的密度小于鋼液的密度，而可上浮排除。鋼液中元素沉淀脫氧反應(yīng)式一般為aM_xO_y為脫氧產(chǎn)物的活度；aM為脫氧元素的活度；a為溶解氧的活度。當(dāng)脫氧產(chǎn)物為純氧化物或呈飽和狀態(tài)時，aM_xO_y=1。所以，取其倒數(shù)K=1/KM=[aM]x[ao]y，叫做脫氧常數(shù)，用以判斷元素的脫氧能力。在一定溫度、一定濃度，某一元素的脫氧常數(shù)K值越小，與該元素平衡的氧含量便越低，則該元素的脫氧能力就越強。各種元素脫氧能力的測定，現(xiàn)多采用固體電解質(zhì)定氧探頭進行電動勢法測定，1600℃時鐵液中各種元素的脫氧能力。當(dāng)元素含量為0.1%時，各種元素的脫氧能力由強到弱的順序是：Al，Ti，B，Si，C，V，cr，Mn。脫氧元素含量升高時，與之平衡的氧含量下降；但脫氧元素含量達到某一數(shù)值后，隨著脫氧元素含量升高，相應(yīng)的平衡氧含量反而增加。而且脫氧能力越強的元素，其平衡氧含量增高的臨界含量(轉(zhuǎn)折點)越低。在不同溫度下，與不同元素含量相平衡的氧含量，可利用表1數(shù)據(jù)進行計算。從脫氧常數(shù)K與溫度丁的關(guān)系式可知，升高溫度則脫氧常數(shù)K值增大，即升高溫度脫氧時，平衡向左移動；而降低溫度時，平衡向右移動。這意味著當(dāng)鋼液溫度降低時(在鋼液凝固時)，脫氧反應(yīng)將繼續(xù)進行，并形成新的脫氧產(chǎn)物，而它們往往來不及從鋼中排除出去。因此，在鋼脫氧時應(yīng)加入適量脫氧劑，使鋼液中殘余氧量立即降到相當(dāng)?shù)偷乃?，以減少凝固降溫時脫氧產(chǎn)物的生成。

在煉鋼和鑄造過程中降低鋼中氧含量的反應(yīng)。是保證鋼錠(坯)和鋼材質(zhì)量的重要工藝環(huán)節(jié)。在鋼液中氧以溶解形式([O])或非金屬夾雜物形式(MxOy)存在。在吹氧煉鋼過程中，隨著雜質(zhì)含量的降低，鋼液中[O]含量升高。如果將未經(jīng)脫氧的鋼液出爐澆注，則鋼液中溶解的氧在冷凝過程就要與碳反應(yīng)，析出Co氣泡而發(fā)生沸騰；隨脫氧的程度不同，析出氣體的特性有著顯著的差異。經(jīng)充分脫氧的鋼液，在冷凝過程中沒有Co析出，不發(fā)生沸騰，是平靜的，故稱鎮(zhèn)靜鋼；輕度脫氧的鋼液，在冷凝過程中碳氧發(fā)生反應(yīng)，析出Co，有明顯的沸騰現(xiàn)象，此為沸騰鋼；部分脫氧的鋼液，在凝固一段時間后，剩余的氧與碳反應(yīng)，產(chǎn)生短時間的沸騰，則為半鎮(zhèn)靜鋼。圖1表示脫氧程度不同的鋼中氧含量范圍。沸騰鋼脫氧，即輕度脫氧，只使鋼液中氧含量稍許下降，但仍超過與碳平衡所需的含量。半鎮(zhèn)靜鋼脫氧，即部分脫氧，大致可使鋼的氧含量達到與碳平衡的含量，故又稱為平衡鋼。鎮(zhèn)靜鋼脫氧，亦即充分脫氧使鋼的氧含量大大低于與碳平衡的含量。鋼液脫氧雖降低[O]的含量，但若不使脫氧產(chǎn)物MxO_y上浮排除出去，而殘留在鋼液中形成鋼中非金屬夾雜物，則影響鋼的質(zhì)量；所以，脫氧時要盡可能排除脫氧產(chǎn)物。因此，脫氧就是要降低鋼中總氧量乏∑O(∑O=[O] O_MxO_y)。但不管煉鋼技術(shù)如何發(fā)展、改進，鋼中總還殘留有夾雜物。所以脫氧時還要控制殘留夾雜物的形態(tài)、大小和分布，以保證鋼的各項性能(見鋼中非金屬夾雜物)。

脫氧程度不同的鋼中含氧量范圍：

1一鎮(zhèn)靜鋼；2一半鎮(zhèn)靜鋼；3一沸騰鋼；4一脫氧前一般含氧范圍；5一氧與碳的平衡曲線。

脫氧得當(dāng)還可保證鋼的晶粒度。鋼中單獨加入或復(fù)合加入鋁、釩、鈦、鋯，則使奧氏體晶粒粗化溫度升高。脫氧時，這些元素除生成氧化物外，還生成氮化物；而釩、鈦、鈮、鋯還會生成碳化物。這三種化合物的粒子都可阻止晶粒長大，其中碳化物最為有效，而氮化鋁比氧化鋁有效。鋁是強脫氧劑又是最常用的晶粒細化劑，所以細晶粒鋼只能是鎮(zhèn)靜鋼，而沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼只能是粗晶粒鋼。但半鎮(zhèn)靜鋼加少量鈮、釩可得到細晶粒鋼。鋼的脫氧工藝通常要與鋼的合金化相配合。二者配合得當(dāng)，則有利于準確控制成分，提高合金元素的收得率。