现代生命科学，无“分子”几乎难以交谈。当我们津津乐道于分子的重要作用时，应当意识到存在很多这样的“分子”——没有它们确实影响了很多生命功能的开展，但是它们到底在特定的功能中是否发挥作用，尤其是以什么样的方式发挥作用，其实是很值得推敲的。很多分子在维持细胞生存的过程中发挥作用，如果把该分子敲除，细胞的正常状态都发生变化了，或者说就不是健康的细胞了，一些功能受到影响是必然的，而它们可能就像下面故事中电气工程师在完全不知道会议在讨论什么的情况下被赋予了重要的作用。 以下故事纯属虚构，如有雷同，不胜荣幸。公元某年某日，政治局会议正在进行“大幅提高研究生待遇”的议题讨论。突然，停电了——四周一团漆黑，发言不得不停下。常驻电气工程师紧急赶来，以娴熟地技术，在最短的时间内恢复来电。 N 天后，提高待遇的通知下达到所有科教单位。工程师常常很自豪地夸耀他对提高待遇是有很大贡献的。
其实就是一个小女孩拼了个结构，然后他老师找人用RHF计算了一下，还比较稳定的分子，发了个学术文章，然而被新闻了。小女孩 画的是C这个分子 ============== http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210271X11005433 下载这篇学术文献： 10year-old girl.rar 小时候曾经有段时间我也十分痴迷于鞭炮之类的小玩意，不过却远没有这个叫做 Clara Lazen 10岁小女孩玩的精彩，她成功的创造了一个新的能量贮存分子，这个分子可以用于制造炸药。 分子模型我想我们中绝大多数上学时看到就头疼，曾几何时一直就被分子空间结构，构象，键长，键角等困扰，而 Clara 用数个N,O,C等原子组合凑成的这个分子模型彻底难倒了她的5年级老师，于是他向 Humboldt State 大学的教授 Robert Zoellner (就是图中那个男人)求教这个奇怪的分子究竟是不是一个真正存在的分子，通过在线网络化学数据库搜索，并没有找到与 Clara 创造的分子相匹配，这就意味着这个小女孩发现了一个新分子。 我们简称这个新分子为 Tetranitratoxycarbon ，它与硝酸甘油具有相同的原子组成，也具有一定的能量贮存特性，所以一旦被合成，完全可以用于制造新的炸药，对炸药界具有一定的影响。作为联合发现人 Clara 和她的老师 Kenneth Boehr 在 Zoellner （一个有关分子的知名杂志）共同发表了一篇论文。via gizmodo http://en.wikipedia.org/wiki/Tetranitratoxycarbon Tetranitratoxycarbon From Wikipedia, the free encyclopedia Tetranitratoxycarbon is a hypothetically-possible molecule , not yet synthesised, and unknown to science until ten year old Clara Lazen assembled a model of it. She is credited as co-author of a scientific paper on the molecule. Discovery Science teacher Kenneth Boehr was using ball-and-stick models to represent simple molecules during a fifth-grade class, when ten year old Clara Lazen assembled a complex model and asked whether it was like a real molecule. Unsure of the answer, Boehr sent a picture of the model to a chemist friend, Robert Zoellner, a Professor in Chemistry at Humboldt State University . Zoellner checked the molecule against the ' Chemical Abstracts ' database and confirmed that Lazen's has a unique and previously unrecognized structure. Zoellner wrote a paper on the molecule, published in Computational and Theoretical Chemistry , crediting Lazen and Boehr as co-authors. Properties Tetranitratoxycarbon consists of oxygen , nitrogen , and carbon , with a structure similar to that of nitroglycerin . It is predicted to have explosive properties. References ^ a b c d e "Professor Confirms, Publishes 10-year-old’s New Molecule" . Humboldt State Now . Humboldt University . Retrieved 3 February 2012 . ^ a b c "10-Year-Old Accidentally Creates New Molecule in Science Class" . Popular Science . Retrieved 3 February 2012 . ^ Zoellner, Robert W.; Clara L. Lazen, Kenneth M. Boehr (2012-01-01). "A computational study of novel nitratoxycarbon, nitritocarbonyl, and nitrate compounds and their potential as high energy materials" . Computational and Theoretical Chemistry 979 : 33-37. doi : 10.1016/j.comptc.2011.10.011 . ISSN 2210-271X . Retrieved 2012-02-03 10-Year-Old Accidentally Creates New Molecule in Science Class Little Clara's tetranitratoxycarbon is brand new and explosive By Dan Nosowitz Posted 02.03.2012 at 1:52 pm 27 Comments Tetranitratoxycarbon Professor Robert Zoellner holds a model of tetranitratoxycarbon. He has a co-authorship on a paper about the new molecule--along with ten-year-old Clara Lazen. Humboldt State University Clara Lazen is the discoverer of tetranitratoxycarbon, a molecule constructed of, obviously, oxygen, nitrogen, and carbon. It's got some interesting possible properties, ranging from use as an explosive to energy storage. Lazen is listed as the co-author of a recent paper on the molecule. But that's not what's so interesting and inspiring about this story. What's so unusual here is that Clara Lazen is a ten-year-old fifth-grader in Kansas City, MO. Kenneth Boehr, Clara's science teacher, handed out the usual ball-and-stick models used to visualize simple molecules to his fifth-grade class. But Clara put the carbon, nitrogen, and oxygen atoms together in a particular complex way and asked Boehr if she'd made a real molecule. Boehr, to his surprise, wasn't sure. So he photographed the model and sent it over to a chemist friend at Humboldt State University who identified it as a wholly new but also wholly viable chemical. The chemical has the same formula as one other in HSU's database, but the atoms are arranged differently, so it qualifies as a unique molecule. It doesn't exist in nature, so it'd have to be synthesized in a lab, which takes time and effort. So Boehr's friend, Robert Zoellner, wrote a paper on it instead, to be published in Computational and Theoretical Chemistry . Listed as a co-author: Clara Lazen. Boehr says the discovery and subsequent publication has incited a new interest in science and chemistry at his school--and Clara seems particu
儿子睡觉前问了一大堆问题 曾纪晴 儿子洗完澡躺在床上跟我聊天。他一口气问了一大堆问题： 爸爸，你是什么时候学化学的？儿子之前疯狂地喜欢过化学，每天在电脑上玩仿真化学实验以及分子模型设计。他甚至还到我的实验室要求我给他做真的化学实验。为此，我专门买了一本中考化学给他看。他每天把这本化学书带到幼儿园去，老师觉得奇怪，随便翻了几页问他几个化学分子式叫什么，他都能对答如流。老师们非常惊讶。小家伙于是就觉得有些得意。这个问题他已经问过我多次了。 爸爸初中才学化学呀。每次我告诉他的时候，我就知道他下一句会怎么说啦。 你为什么初中才学化学呢？果然他还是这样问。 因为初中学校才开始教化学呀。我还是那样回答。 爷爷为什么不教你呢？这回小家伙问得不同啦。他以为我可以教他化学，那么爷爷也可以叫我化学。 因为爷爷没有学过化学呀。他小学没有毕业就没有书读了。我把家世跟他说了，儿子似乎似懂非懂。 接着，小家伙又问道：爸爸，你见过真的 DNA 分子吗？ 哦，我还真的没有见过啊。看真的 DNA 分子要在电子显微镜里面才能看得到。我看到的 DNA 是用染料染色之后在紫外灯下看的。我如实告诉他。 你知道 DNA 分子有多长吗？我以前告诉过他 DNA 分子是由核苷酸一个一个地连接起来形成的长链，还真是没有告诉他 DNA 分子究竟有多长呢。 不同的 DNA 分子由不同种类和不同数量的核苷酸组成，它的长度是不一样的。 核苷酸的排列有没有顺序呢？哇，小家伙的问题还挺专业似的。 你这个问题问得非常好啊！不同的 DNA 分子核苷酸排列是有顺序的！小家伙能问出这个问题的确出乎我的意料。当时我还没有听清楚，还特意问他你说什么顺序？。 你说植物的 DNA 长还是人的 DNA 长？小家伙继续问道。 于是，我告诉他人和植物的 DNA 在细胞核里浓缩成一条一条的染色体，把它拉直了就是它的长度。不同的植物染色体的数量是不同的，有些植物的 DNA 比人的短，但有些却比人的还长。 爸爸，我再问一个问题你肯定不知道。小家伙要考我啊。 那你说吧！ 为什么 DNA 分子是双螺旋的呢？以前我给他看过 DNA 分子的双螺旋模型，没有讲过它为什么是双螺旋的。说实话，我也是知其然不知其所以然啊。 啊，你可真的把爸爸考倒啦！爸爸还真的不是很清楚。这个等你长大了你可以研究它。不过我可以这么给你解释一下吧。我还是想试着给他解释一下，你知道， DNA 分子是由核苷酸一个一个地连接起来的。这就好比我们用能够连接起来的积木一个一个连接起来。第一个积木在这个位置，第二块积木连接起来的时候转了一个方向，在那里，再来第三块积木，又转了一个方向连接在那里 就这样，一个一个积木连接起来的时候，它就成了螺旋形的。两根 DNA 分子是缠绕在一起的，就形成双螺旋的结构。我不知道有没有解释清楚。 中间有像磁铁的东西一样紧紧拉在一起，所以就很紧。小家伙居然给我补充道。 是啊，中间像磁铁紧紧把两根 DNA 分子拉在一起的就是氢键。 爸爸，什么叫氢键？小家伙问道。 你知道水分子吧，水是由一个氧原子和两个氢原子组成的，一个水分子的氢原子跟另一个水分子的氧原子之间就像磁铁的南北两极一样会互相吸引，它们吸住拉不开来，就是形成了氢键。我用磁铁的比喻给他讲解，他应该会懂的。 那么，用什么可以把氢键打开呢？小家伙真能刨根问底啊。 你知道，两块磁铁吸住了，你是不是要用力才能把它打开呢？我问道。 是啊，要用力拔才能把两块磁铁拔开。 我们用了力，就消耗了能量。所以，我们就是用能量把它打开的。你知道什么叫能量吗？我们加热烧开水，就是热能，我们用电煮饭，那是电能。我试着给儿子解释道。 那我们就可以用电，啪地一下就可以把氢键打开咯？小家伙用了一个闪电的手势。 我想用电能是可以把氢键打开的（想当然啦）。用加热的办法也可以把氢键打开。我想到加热可以使 DNA 分子变性。 爸爸，为什么用手摸冰，我们会感觉到冷？哦，小家伙又开始问别的问题了。 冰是由水分子组成的，但冰里面水分子与水分子之间固定不动，所以温度很低。我们的手很暖，温度很高。当我们的手摸到冰的时候，手上的热量就传递到冰上去了。我们的皮肤感觉到热量少了，所以就会觉得冷。我试着解释。 没等我回答完毕，他又问道：为什么冰融化就成了水呢？ 我没有明白他为什么这么问，但还是试着回到道：冰里面的水分子得到热量之后，它就会快速运动，它运动起来就不会固定在那里了，所以就流动了。水分子流动起来当然就是水啦。但我不确定这是否解释了他的问题，因为他也可能是问冰融化为什么不直接变成气体呢？ 小家伙没完没了啊，又问道：为什么所有的物质都有固体这个状态？ 天啊，饶了我吧！太晚了，赶紧睡觉吧！ 2010-4-21
Chemical Physics Letters FRONTIERS ARTICLE 457 (2008) 285291 single-molecule tracking spectroscopy 就是单分子轨迹追踪。单分子跟踪技术结合了录像显微镜和数字相机，以一定的频率连续拍摄标记的单分子，经过图像数据处理，描绘出单分子的运动轨迹。目标分子以绿色荧光蛋白、量子点(200 －500nm)或者胶体金(40 － 100 nm)标记，直径往往小于可见光波长范围(390 － 780 nm)，因此会散射光，形成同心圆的衍射图纹，中心处分辨率可精确到10nm。 以前文献中已经发展出一些image analysis-based 3D tracking schemes，但是得到的images的信噪比很差不足以得到可靠的光谱。而利用confocal microscopy虽然有足够信噪比，但是目标分子经常会很快的跑出focal volume，使得可以tracking的时间和距离大大的缩短。实际上，因为溶液中的单分子不停地进行Brownian motion，这使得利用宏观的设备来追踪这些随机的纳米级的运动变得非常困难。不过近年来仍然有些革新的设计来克服这些困难，下面就对它们进行一些简单的介绍。 1. Circularly scanning laser tracking Enderlein 提出了一个思路，利用一个feedback system控制激光focus去有效地在二维平面中track单分子。他的idea很简单， 激光束腰(beam waist)大概在微米量级（远远大于单分子的纳米量级），所以可以利用激光束腰的强度梯度来map out目标分子到激光束腰中心的距离。但是单次测量是作不到这一点的，所以Enderlein设计让激光绕着目标分子转一圈进行扫描，从而可以确定单分子在二维空间中的位置。这个idea虽然简单，但是第一个实验却用了两年才由Gratton group 实现，他们发现实际上不需要记录激光束的坐标，而是利用了fast Fourier transform (FFT)分析。后来Mabuchi group又利用了lock-in amplifier 来改进这个设计，并且他们不再移动激光束位置，而是利用把sample放在一个3D piezoelectric translation stage上来移动sample，这就克服了当移动激光位置进行扫描时需要移动检测器的困难。 通过利用两次扫描，一次在目标分子上方，一次在目标分子下方，Gratton group 发展出了三维空间中tracking的方法。接着Mabuchi group 发展出了双光束的方法从而避免了z方向的sacn。 2. Confocal 3D tracking 本文作者Yang group发展出了confocal tracking method ，他们把一个pinhole放在共轭焦点处稍微在z方向off一点的位置。这样当目标分子移动的时候，它的image就会在pinhole附近移动，从而导致通过pinhole的能量改变，然后利用avalanched photo diode (APD)或photon multiplier tube (PMT)来获得目标分子在z方向上移动的信息。在xy方向上，他们利用一对正交放置prism mirrors和四个APDs来检查目标分子在xy平面内的移动。该方法的好处首先是激发激光可以聚焦在单分子粒子上，从而提高信噪比；并且不需要scan。 3. Trapping In the above two implementations, the actuator's mechanical movement establishes the ultimate limit of the tracking bandwidth: Both the laser-scanning scheme (which equires the detector center to be moved accordingly) and the sample-moving scheme are limited by the 1-kHz bandwidth of the currently availably piezoelectric stages. Cohen and Moerner have devised a creative alternative, an electrophoretic trap, termed as the Anti-Brownian-Motion-Electrophoretic (ABEL) trap. As shown in Fig. 5, four orthogonal gold electrodes are fabricated on a cover glass. The movement of the target of interest is restricted to 2D by confining it within a 800-nm thick sample chamber. As soon as a charge-coupled device camera detects the movement of the molecule, voltages are applied to the four electrodes to steer the molecule back to the center. If the particle is charged, it will be moved directly by the electric force. For neutral particles, the electric field will induce a hydrodynamic drag from the flow of the fluid. Since the electrodes are very close to each other, the force induced by the two mechanisms can be very strong. Using the electrophoretic trap, they have successfully demonstrated trapping fluorescence spheres, quantum dots, fluorescence stained DNA, and fluorescent proteins. From the applied voltages, Cohen and Moerner were able to deduce the trajectory of the moving target. In principle, the electrophoretic trap can also be extended to 3D by fabricating a 3D structure of electrodes. One unique advantage of the trapping approach is that it is capable of manipulating individual molecules in solution, which could be exploited to create molecule-scale patterns. Though expected to be challenging, in principle, it might be possible to simultaneously manipulate many nanoscale objects using methods that have been demonstrated for steering micron-sized particles . Applications One immediate application of tracking nanoscale targets in 3D is to follow the transport dynamics in cells. Levi and others studied the phagocytosis process in fibroblasts . The phagocytosis experiment and others are examples of how direct visualization of probe trajectories enables the study of problems in intracellular trafficking. One may envision that the capability to follow individual nonfluorescent nanoparticles could allow the real-time observation of the self-assembly process from nanoscale building blocks , where the nanoscale hydrodynamic interactions are expected to play a significant role. Holding a single molecule at a fixed position in space also allows a critical test for the theory of polymer dynamics, e.g., the Zimm model . 该实验技术可以通过记录和分析单个分子或粒子在时间和空间中的动力学轨迹来研究单分子的振动和转动动力学。 Reference: 1. Chem Phys Lett 457, 285 (2008) Progress in single-molecule tracking spectroscopy 2. 生命科学 20, 29 (2008) 细胞膜表面单分子事件的实时观察
标签: 分子
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