预约交流

实验单元名称：

细胞超声“按摩”和外泌体信号传导

实验单元主要内容概述：

外泌体介导的信号可影响多种生理和病理过程；本质上，生物体如人体中各种细胞之间可以通过外泌体进行交流，即源细胞分泌的外泌体会被受体细胞吸收。在本实验中，利用低强度超声（以及药物、低氧以及酸性pH培液等多种条件）刺激细胞，提取细胞分泌的外泌体，检测在刺激之后外泌体数量的改变。借由外泌体这一个角度，学生可以窥探到细胞在不同物理/化学环境下作出响应。

实验单元名称：

细菌信号操控

实验单元主要内容概述：

以“细菌群体感应机理”为核心理论基础，引导学生独立设计并建立群体感应信号检测方法。利用合成生物学的理念和方法，在细菌中重新设计并构建“群体感应”信号回路，特异性“劫持”该信号，控制成孔细胞溶血素蛋白和裂解蛋白的同步合成，实现周期性药物递送，攻击肿瘤细胞。依赖于荧光标记，定时观察并记录药物递送细菌自裂解和复活周期及攻击癌细胞的效果，开拓药物设计的思路；在实践完成后，引导学生深入学习细菌与宿主互作的机制，探讨如何优化这样的药物输送活体系统。

实验单元名称：

DNA分子机器

实验单元主要内容概述：

（概念学习）

1、DNA分子及乐高积木

2、DNA结构设计的原理和方法

3、DNA结构合成的方式和热动力学机理

4、DNA结构表征的纳米手段和原理、

5、如何实现DNA纳米结构的重构

6、如何在可重构的DNA纳米结构上进行拼图，用于信息传递。

（实践互动）

1、根据各自的爱好，通过编写的MATLAB界面交互程序，让学生构想各自自己喜欢的DNA乐高图形，并生成相应的序列，为接下来的具体实验做准备。

2、让学生们设计自己喜欢的图案，在DNA纳米结构上进行拼图。

实验单元名称：

高品质量子纠缠光源的搭建、检验及拓展

实验单元主要内容概述：

第一阶段将配套学习相关非线性光学知识，量子光学基础知识以及纠缠源制备原理。第二阶段由以下三部分构成：1）学习搭建纠缠源光路的基本步骤。2）掌握调节光路的基本操作。3）动手校正极化片，波片等相关光学器件。第三阶段将会学习基本仪器原理和使用方法。如1）光纤传输和耦合的理论与技术，2）单光子计数器及符合门的使用方法，3）利用光谱仪测量并检查纠缠光子的光谱。第四阶段是具体实验测量和数据分析，包括采集数据，origin软件基本作图方法和bell不等式的计算过程等。

实验单元名称：

Forces from photons: Moving matter with light（光子的力学效应）

实验单元主要内容概述：

Despite what you might think from experience in everyday life, light actually exerts measurable forces on objects - it can push, pull, turn, and trap. Science fiction movies show it all the time, but we will show how can it work in real life. In fact, this force-generating ability forms the basis of a crucial technique for biophysical research called optical tweezers (or traps) that has made fundamental discoveries in many microscopic and even atomic systems. Professor Arthur Ashkin was awarded the Nobel prize in Physics in 2018 for the first demonstration of the extraordinary ability of light. We will follow Professor Ashkin’s footsteps with hands-on experiences to appreciate the simplicity, beauty, and ultimately, the incredible power of being able to control material with light. There will be three experiments in this module. The first experiment will be to show that a beam of laser light can push water droplets in air, as first described by Ashkin. We will assemble the simple device, and then measure the velocity of the droplets at different laser powers to compare with expected values. The second experiment will be to assemble an optical tweezers and then use the device to manipulate microscopic beads in solution. We will also measure the strength of the tweezers, which is necessary to know for force measurements. Finally, the third experiment will be to capture free swimming bacteria using the optical tweezers and measure the force that the bacteria actually generate with their remarkable nanometer-sized motor.

实验单元名称：

微生物运动、响应和集体行为的物理机制

实验单元主要内容概述：

以纤细裸藻（Euglena gracilis）为研究对象，从物理学的视角探究：1）纤细裸藻如何利用分子机器实现个体的运动，2）纤细裸藻如何通过个体运动实现对外界刺激的响应，3）多个运动的纤细裸藻如何实现集体行为。通过该实验，同学有望能掌握多种科研工具，包括Arudino系统和Matlab语言；获得纤细裸藻游动、响应和集体行为的相关知识及其物理机制；初步了解从实验现象构筑物理图像和模型的研究方法。

实验单元名称：

连接生命与物理：DNA单分子力学

实验单元主要内容概述：

利用原子力显微镜（AFM）实现单个DNA分子的捕获与力学操控，让同学们直观体会力的施加与微观分子响应之间的关联性，并加深对生命活动中力学作用重要性的理解。具体包含以下三个部分：（1）DNA样品制备——对环状DNA进行酶切和纯化得到线性DNA，利用琼脂糖凝胶电泳技术，比较不同构象DNA在受力下的迁移差异，理解DNA拓扑结构；（2）原子力显微镜（AFM）形貌成像——在纳米尺度直接观察DNA的形貌结构，将电泳中的迁移差异与真实的微观结构对应起来，实现对DNA结构的直观认知；（3）AFM单分子力谱实验——对单个DNA分子施加可控拉伸力，记录力—延伸曲线，揭示DNA分子的力学响应特性。

实验单元名称：

仿植物蒸腾作用的能源材料：从大海中汲取淡水

实验单元主要内容概述：

通过仿植物蒸腾系统设计一种可漂浮在水体表面的多孔复合材料。基于材料的光热转换能力，将吸收的太阳能转换为集中在水体表面的热能，并促进表面水体快速蒸发。对比传统工业底部加热水体方式，本实验方案利用界面蒸发原理大大减少了热损失，可达到高效海水淡化处理效果。本实验将从复合材料传热学以及光子-声子相互转换过程入手，通过制备复合薄膜材料，结合接触角测试仪，激光闪射仪等先进表征手段，建立复合材料结构-性能-器件三者的相互关联。

实验单元名称：

仿生能源材料与器件

实验单元主要内容概述：

以自然界中常见的孔雀羽毛及变色龙皮肤为例，介绍仿生纳米结构及其绚丽色彩的形成机理，引入微观世界中能量传输与转换的基本概念和仿生纳米结构的设计、制备及性能调控的方法。深入学习仿生能源材料的光学设计及其原子层沉积制备，掌握使用原子力显微镜和扫描电子显微镜观察纳米尺度结构的方法。通过完成太阳能光-热-电转换系统的设计、制备与表征，建立材料结构-性能-器件三者的相互关联，培养分析问题和解决问题的能力，激发清洁能源材料领域研发的兴趣。

实验单元名称：

“液态阳光”：绿电驱动CO₂电化学还原

实验单元主要内容概述：

电化学CO₂还原反应（CO₂RR）是一个多质子耦合、多电子转移过程，反应路径复杂、产物多样，目标产物选择性大大受限，利用原位电化学差分质谱仪明确阴极产物种类指导电极材料优化。阳极析氧反应（OER）由于氧气气泡脱除缓慢，导致电解槽过电势较高，利用原位高速摄像监测阳极氧气气泡生成以及传输过程, 可以指导电极结构设计，降低过电势、提升电解效率。