刘鸣华

　

中科院化学所研究员，博士生导师

Tel: 86-10-82615803;   Fax:86-10-62569564;

Email: liumh@iccas.ac.cn

简介

出生年月： 1965年12月
现在状况： 中国科学院化学研究所研究员, 博士生导师;
                   中国科学院化学研究所副所长

学习和工作简历

1982.09－1986.07  南京大学化学系学习
1986.07－1988.10  南京大学研究生院研究生
1988.02－1988.09  国家教委公派第7届赴日留学预备校研究生，在东北师范大学接受日语培训。
1988.10－1994.03  在日本埼玉大学攻读博士学位，(于1994年3月取得博士学位, 导师：福田清成,Fukuda Kiyoshige教授）。
1994.04－1997.07  日本科学技术厅理化学研究所，基础科学特别研究员
1997.08－1998.01  东京农工大学
1998.02－1999.03  中国科学院感光化学研究所研究员，博士生导师
1999.04－ 现在    中国科学院化学研究所研究员，博士生导师

研究领域

1． 界面组装体的超分子手性研究－从非手性分子到手性组装体
2． 基于新型两亲分子（bolaamphiphile, gemini amphiphile）的组装
3． 生物分子的组装与功能化
4． 有机凝胶与软物质材料研究

近年来重要进展

1．分子以上层次的手性问题研究—从非手性分子到手性组装体

    当一个分子的镜像结构不能与这个分子本身重合时，这个分子就是一个手性分子(chiral molecule)。手性是自然界的普遍现象，在生命科学、制药以及材料科学中起着重要的作用。除了分子层次的手性以外，分子以上层次的手性问题研究正在日益引起人们的广泛兴趣。在手性科学问题中，一个非常重要的课题就是手性是如何起源的？非手性的分子能否形成手性的组装体？我们围绕着分子在界面的有序组装，首次观察到了非手性的两亲分子可以通过气液界面的组装形成具有超分子手性的组装体，系统揭示了非手性分子在界面产生手性的机制，揭示了各类分子间相互作用对手性产生的影响，进一步揭示了非手性分子的分子结构与界面组装体之间的关系。

1.1 基于静电与π-π堆积

             

    利用带有正电荷的两亲分子以及带有负电荷的卟啉分子在气液界面组装，从非手性的分子形成了手性组装体，卟啉分子的螺旋堆积起了关键作用。J. Phys. Chem. B, 2003, 107(11), 2565-2569.；ibid, 2003, 107(46) 12768 – 12773

1.2 基于配位

                        

    非手性的萘并咪唑长链衍生物铺展在含有银离子亚相上时，可以与银离子发生原位配位，形成具有手性的有序膜。由于二维界面的限制和萘并咪唑环的影响，所有的芳香族分子不能排列在一个平面内，从而导致相邻的官能团只能互相扭曲，当这些官能团仅向一个方向扭曲时，产生了螺旋手性。J.Am.Chem.Soc., 2003, 125, 5051. Chem. Eur.J., 2005, 11, 4155

1.3 基于氢键

                

    非手性的长链巴比妥酸衍生物在界面通过氢键相互作用自组装形成手性超分子聚集体，用原子力显微镜（AFM）观察单层LB膜，看到二维纳米螺旋结构。J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 1322-23; Langmuir, 2006，22 (9): 4110-4115

                            

通过界面的氢键相互作用进行预组装，然后聚合，得到具有手性以及螺旋结构的组装体,Chem. Comm. 2003, 66-67.; J.Phys.Chem.B,2005, 109, 114

1．4 基于非手性分子的手性放大

             

    卟啉衍生物通过界面组装，形成具有超分子手性的组装体，通过加热退火，分子排列更加规则，超分子手性得到放大。 ChemPhysChem, 2006, 7, 2419

1.5不用手性分子的手性光学开关



    运用设计的偶氮衍生物，通过界面的组装，在界面形成超分子手性组装体，改组装体可以进一步通过外界气体如HCl气体的刺激，使手性消失，而在空气中，手性又得以回复。Adv.Mater., 2006, 18 (2): 177.

2. 基于新型两亲分子的界面组装

    两亲分子是指一个分子本身既具有亲水基团又具有疏水长链的分子。典型的两亲分子一般包含一个亲水的头部基团和一根亲水的长链，一般用图1(a)来表示， 磷脂含有两根长链。长期以来，无论是气液界面的单分子膜还是气固界面的LB膜的研究，所选用的分子都是以典型两亲分子为核心的。为使单分子膜、LB膜功能化，采用的方法是通过化学合成将功能性基团连接到一个疏水长链上，以保证单分子膜和LB膜等有序结构的形成。近年来，我们实验室围绕着结构如(b) 和(C)所示的bolaamphiphile和gemini amphiphile在气液界面的组装取得了一系列重要的进展。

                               

                     (a)        (b)         (c)
                             图1.(a)典型两亲分子；(b)双头基两亲分子；(c)双子两亲分子

2.1 Bola型两亲分子

              

    长链二元羧酸通过界面组装形成的纳米花朵，以及纳米环等。 Langmuir, 2003, 19, 285, Thin Solid Films, 479 (2005) 269– 276.

               

以谷氨酸为双头基的bolaamphiphile通过界面的组装形成的螺旋结构. Langmuir, 2006, 22 (16): 6727-6729

Gemin  i型两亲分子

                

Gemini 两亲分子在界面与DNA进行的组装， 表面性质在间隔基长度为6的时候开始发生转变, Langmuir, 2002, 18, 6222-6227.

                

Gemini 两亲分子与杂多酸形成的hybrid膜以及发光性能, Langmuir, 2005, 21,11128-11135.

                       


Gemini 两亲分子与染料的相互作用以及对染料的聚集体结构、超分子手性的控制。J.Phys.Chem. B 2004，108, 7180-7185.; ibid, 2006, 110, 10455-10460;

3. DNA的组装与功能化

     DNA是一类重要的生物活性大分子，在生命活动中起着重要的作用。近年来，从材料和信息科学的角度研究DNA，拓宽了DNA科学的研究领域，如DNA计算机，DNA分子器件，DNA芯片以及基于DNA的纳米组装体等新的研究内容。我们利用DNA的特点，进行了DNA的有序薄膜的组装以及功能化研究，在DNA复合膜的电子移动，表面形态以及基于DNA介质的诱导手性、手性开关和小分子在DNA薄膜中的装载与释放等方面获得了一系列的有特色的创新成果。

3.1 组装技术-LBL Assembly

           

     利用Layer-by-layer的方法，组装了DNA/PAH薄膜， 研究了这类薄膜与染料的相互作用 J. Phys. Chem. B, 1999, 106, 11393.

3.2.基于DNA-染料相互作用的手性光学开关

             

    非手性阳离子型卟啉分子(TMPyP)在碱性条件下可以很容易的渗透到DNA层状沉积膜并嵌入到DNA的碱基中而被诱导产生手性。当把嵌入了TMPyP的DNA层状沉积膜置于HCl气体中， TMPyP的诱导手性消失了。再把这个薄膜置于NH3气体中，虽然TMPyP的颜色恢复，但是诱导手性却没有恢复。再进一步将此薄膜置于水蒸气中，则TMPyP的诱导手性恢复。这种可逆的过程可以重复多次而形成疲劳性较好的手性开关。在这一过程中，水蒸气起到了非常重要的作用。TMPyP在酸性气体的作用下而质子化从而使TMPyP从DNA碱基对中排斥出来，诱导手性消失。用碱性气体处理后，虽然颜色恢复但是TMPyP却不能重新嵌入到DNA碱基对中，因此诱导手性没有恢复。只有在水蒸气作用下TMPyP分子才能重新嵌入到DNA碱基对中。因此，利用简单的酸碱化学反应及水蒸汽来实现阳离子型染料-DNA体系的手性开关。( Chem. Mater. 2004, 16, 3985-3987）

4 小分子凝胶

    小分子有机凝胶是近年来发展起来的一个十分重要的领域，不仅可以“固化”很多有机溶剂，而且在设计功能材料方面有很好的优势。我们设计了bola型的两亲分子，用来固化有机溶剂，获得了螺旋结构的纳米管， 进一步利用该纳米管为模板合成银纳米管，得到了可控的多壁银纳米管。Chem. Commun.2005, 462-464.; Langmuir, 2006, 22 (2): 775-779.

       

       

实验室代表论文

界面超分子手性研究

1． Peizhi Guo, Li Zhang, Minghua Liu, "A supramolecular chiroptical switch exclusively from an achiral
       amphiphile", Adv.Mater., 2006, 18 (2), 177. [View]
2． Xin Huang, Minghua Liu, "Regulation of supramolecular chirality and morphology of the LB film of achiral
       barbituric acid by amphiphilic matrix molecules", Langmuir, 2006, 22 (9): 4110-4115. [View]
3． Xin Huang, Siguang Jiang, Minghua Liu，"Metal Ion Modulated Organization and Function of the
       Langmuir-Blodgett Films of Amphiphilic Diacetylene: Photopolymerization, Thermochromism, and
       Supramolecular Chirality", J. Phys. Chem. B，2005, 109, 114-119. [View]
4． Zongxia Guo, Jing Yuan, Yong Cui, Fei Chang, Wenhua Sun, Minghua Liu, "Supramolecular Assemblies
       of a series of 2-Arylbenzimidazoles at the Air/Water Interface: In situ Coordination, Surface Architecture and
       Supramolecular Chirality", Chem.Eur. J. 2005, 11, 4155-4162. [View]
5． Peizhi Guo, Rupei Tang, Caixia Cheng, Fu Xi, Minghua Liu,I "nterfacial Organization-Induced Supramolecular
      Chirality of the Langmuir-Schaefer Films of a Series of PPV Derivatives",
      Macromolecules,  2005, 38, 4874-4879. [View]
6． Peizhi Guo, Minghua Liu, "Fabrication of Chiral Langmuir-Schaefer Films of Achiral Amphiphilic Schiff Base
       Derivatives through an Interfacial Organization", Langmuir, 2005, 21, 3410-3412. [View]
7． Xin Huang, Chao Li, Siguang Jiang, Xuesong Wang, Baowen Zhang, Minghua Liu, "Self-assembled Spiral
       nanoarchitecture and supramolecular chirality in Langmuir-Blodgett Films of an Achiral Amphliphilic Barbituric
       Acid", J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 1322-1323. [View]
8． Xiaodong Zhai, Li Zhang, Minghua Liu, "Supramolecular assemblies between a new series of gemini-type
       amphiphiles and TPPS at the air/water interface: Aggregation, chirality, and spacer effect", J. Phys. Chem.
       B, 2004, 108, 7180-7185. [View]
9． Li.Zhang, Qing.Lv, Minghua.Liu, "Fabrication of chiral Langmuir-Schaefer films from achiral TPPS and
      amphiphiles through the adsorption at the airwater interface",
      J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 2565-2569. [View]
10.  Li Zhang, Jing Yuan, Minghua Liu, "Supramolecular Chirality of Achiral TPPS Complexed with Chiral
       Molecular Films", J. Phys. Chem. B, 2003，107, 12768 – 12773. [View]
11.  Jing Yuan, Minghua Liu, "Chiral molecular assemblies from a novel achiral amphiphilic 2-
       (heptadecyl)naphtha[2,3]imidazole through interfacial coordination",
       J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 5051-5056. [View]
12.   Xin.Huang, Minghua.Liu, "Chirality of photopolymerized organized supramolecular polydiacetylene films",
        Chem.Commun., 2003, 66-67. [View]

Bola-gemini的组装

13． Peng Gao, Minghua Liu, "Compression induced helical nanotubes in a spreading film of a bolaamphiphile at
         the air/water interface", Langmuir, 2006, 22, 6727-6729. [View]
14． PeiZhi Guo, Minghua Liu, Nakahara, H; Ushida, K, "Controllable growth of straight nanorods and nanowires
         in the Langmuir films of a bolaamphiphilic PAR derivative", ChemPhysChem, 2006, 7, 385-393. [View]
15． TiFeng Jiao, Minghua Liu, "Supramolecular assemblies of a new series of gemini-type Schiff base
         amphiphiles at the air/water interface: In situ coordination, interfacial nanoarchitectures, and spacer effect",
         Langmuir, 2006, 22,5005-5012. [View]
16． Guocheng Zhang, Xiaodong Zhai , Minghua Liu, "Spacer-Controlled Aggregation and Surface
         Morphology of a Selenacarbocyanine Dye on Gemini Monolayers",
         J.Phys.Chem. B, 2006, 110, 10455-10460. [View]
17． Min Jiang, Xiaodong Zhai, Minghua Liu, "Fabrication and Photoluminescence of Hybrid Organized Molecular
         Films of a Series of Gemini Amphiphiles and Europium(III)-Containing Polyoxometalate",
         Langmuir, 2005, 21,11128-11135. [View]
18． Tifeng Jiao, Minghua Liu, "Supramolecular Assemblies and Molecular Recognition of Amphiphilic Schiff
         Bases with Barbituric Acid in Organized Molecular Films", J. Phys. Chem. B. 2005, 109, 2532-2539. [View]

DNA的组装

19． Siguang Jiang, Minghua Liu, "Aggregation and induced chirality of an anionic meso-tetraphenylsulfonato
         porphyrin (TPPS) on a layer-by-layer assembled DNA/PAH matrix", J. Phys. Chem. B 2004, 108, 2880-
         2884. [View]
20． Siguang Jiang, Minghua Liu, "A chiral switch based on dye-intercalated layer-by-layer assembled DNA film",
         Chem. Mater., 2004, 16, 3985. [View]
21． Xiaodong.Chen, Minghua.Liu, "Induced chirality of binary aggregates of oppositely charged water-soluble
         porphyrins on DNA matrix", J. Inorg. Biochem., 2003, 94(1-2), 106-113. [View]
22． Xiaodong Chen, Lin L, Minghua Liu, "Assembly and Characterization of Ternary SV-DNA-TMPyP
         Complex Monolayers and Langmuir-Blodgett Films", Langmuir, 2002, 18, 4449-4454. [View]
23． Xiaodong Chen, Nan Shen, Jinben Wang, Yanhong Luo, Lin Li, Minghua Liu, R. K. Thomasc , "Gemini
         Surfactant/DNA Complex Monolayers at an Air-Water Interface: Effect of Surfactant Structure on the
         Assembly, Stability and Toporgraphy of Monolayers", Langmuir, 2002, 18, 6222-6227. [View]
24． Jie Lang, Minghua Liu, "Layer by layer assembly of DNA films and their interactions with dyes",
         J. Phys. Chem. B, 1999, 106, 11393. [View]

小分子量有机凝胶

25． Peng Gao, Chuanlang Zhan, Minghua Liu, "Controlled synthesis of double- and multiwall silver nanotubes
         with template organogel from a bolaamphiphile", Langmuir, 2006, 22 (2): 775-779. [View]
26． Chuanlang Zhan, Peng Gao, Minghua Liu, "Self-Assembled Helical Spherical-Nanotubes from an
         L-Glutamic Acid Based Bolaamphiphilic Low-Molecular-Mass Organogelator",
        Chem. Commun.2005, 462-464. [View]