相分離 (Phase separation)是目前發(fā)展非常迅速的一個研究領(lǐng)域，大量研究表明相分離在細胞中普遍存在，與基因組的組裝、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等生物學(xué)過程密切相關(guān)；相分離的失衡可能會導(dǎo)致一些疾病(如神經(jīng)退行性疾病)的發(fā)生，通過干擾異?！跋喾蛛x”也有希望會成為ZL相關(guān)疾病的新手段。

       由于技術(shù)的限制，研究相分離的方法并不多。大部分相分離的研究仍在依賴液滴間自發(fā)的相互作用，且僅能獲得"是"與"否"融合的結(jié)果，無法進行更多的融合相關(guān)參數(shù)的比較。而實際上相分離的過程非常復(fù)雜，這就需要更加精密的技術(shù)手段。LUMICKS公司的熒光光鑷系統(tǒng)C-Trap將光鑷系統(tǒng)、共聚焦成像和微流控系統(tǒng)結(jié)合，可以實時的對單個蛋白液滴進行捕獲、操控和測量（力學(xué)性質(zhì)+熒光信號），為相分離的研究提供新思路。

       以RNA/RNP的相互作用對蛋白液滴性質(zhì)與融合的影響為例，研究人員使用C-Trap光鑷系統(tǒng)誘導(dǎo)液滴融合，比較了不同凝結(jié)體的性質(zhì)，通過融合時間對其融合能力和液滴穩(wěn)定性進行了評估。 K/G-rich多肽序列與poly(U)RNA的融合速度 (平均0.0028 s/μm) 約為R/G-rich多肽序列與poly(A)RNA融合速度的兩倍 (圖1)。以上結(jié)果表明，前者具有更高的流動性和更低的黏度，以及短程引力和長程力調(diào)節(jié)RNA–多肽凝結(jié)過程，包括結(jié)合與凝固。通過進一步研究來源于FUS模型的R/G-rich序列與poly(A)或poly(U) RNA的相互作用可以確認(rèn)，相變性質(zhì)因序列不同而不同。

圖1. 不同RNA-RNP復(fù)合體在光鑷系統(tǒng)誘導(dǎo)下的融合狀態(tài)隨時間變化的圖像。R/G-rich序列的RNA-RNP復(fù)合體融合時間相對K/G-rich序列更長。 Poly(A)RNA相對poly(U) RNA會延長融合時間。

C-Trap系統(tǒng)具有多種適合測量液滴性質(zhì)并對不同實驗條件下的結(jié)果進行比較的功能。系統(tǒng)的空間與時間的高分辨率可在操控液滴的同時檢測液滴的活動。

?  可操控液滴誘導(dǎo)融合

?  可檢測不同實驗條件下液滴的融合時間變化

?  可通過微流變學(xué)實驗檢測液滴的黏彈性

?  可檢測單一液滴在不同實驗條件下的各項性質(zhì)

在信息化的浪潮中，強關(guān)聯(lián)材料體系由于其多種參量相互耦合并可以相互調(diào)控而顯得尤為重要。新型低維材料中，對稱性破缺可以在材料邊緣引起有趣的邊緣態(tài)，這種特性在傳統(tǒng)氧化物體系中能否存在、是否可控，一直以來都備受科學(xué)界關(guān)注。
復(fù)旦大學(xué)沈建教授擁有豐富的錳氧化物研究經(jīng)驗并在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)很多開創(chuàng)性的工作。沈建教授課題組利用PPMS-SPM可在低溫強磁場下對材料的磁疇進行精細測量的特點，對復(fù)雜錳氧化物薄膜的邊緣態(tài)、電致電阻機制、化學(xué)有序度對薄膜物性的影響作系統(tǒng)研究并取得了重要科研成果。

一、傳統(tǒng)材料新特性，復(fù)雜錳氧化物薄膜的“邊緣態(tài)”及物性調(diào)控

沈健教授課題組杜愷同學(xué)通過微納加工制備了“條帶”狀(La,Pr)CaMnO3（LPCMO）薄膜。利用PPMS-SPM在低溫、強磁場環(huán)境下觀測“條帶”樣品磁疇的形狀和分布，發(fā)現(xiàn)樣品的邊緣部分更易出現(xiàn)鐵磁性磁疇。經(jīng)過反復(fù)的實驗驗證和理論模擬，研究者發(fā)現(xiàn)正是由于空間對稱性破缺導(dǎo)致了LPCMO薄膜在邊緣部分更容易出現(xiàn)鐵磁相，“條帶”的邊緣鐵磁態(tài)對樣品的輸運性質(zhì)有明顯的影響，在邊緣鐵磁態(tài)出現(xiàn)的樣品中樣品更容易表現(xiàn)出金屬性。該工作首次直觀觀測到復(fù)雜錳氧化物中的對稱性破缺引起的“邊緣態(tài)”，并在2015年2月將其成果發(fā)表在Nature communications，獲學(xué)術(shù)研究者好評。(Du K, Zhang K, Dong S, et al. Visualization of a ferromagnetic metallic edge state in manganite strips[J]. Nature communications, 2015, 6.)

在磁場環(huán)境下樣品的磁疇并不均勻分布，其邊緣部分更易出現(xiàn)鐵磁性磁疇

二、復(fù)雜錳氧化物薄膜電致電阻內(nèi)在機制的直觀觀測
沈建教授課題組魏文剛、劉皓同學(xué)利用PPMS-SPM組件在低溫下原位觀測了電流激發(fā)前后LPCMO薄膜高低阻態(tài)的磁疇形狀及分布。結(jié)果顯示，電流基本不改變樣品的鐵磁比例，樣品的磁疇形狀在大尺度上并沒有明顯變化。隨后，通過對測得磁疇圖的仔細對比，他們驚喜地發(fā)現(xiàn)，在“關(guān)鍵”位置電流激發(fā)出了細小的鐵磁疇，而這些細小鐵磁疇起到的橋梁作用，將大的鐵磁疇連接起來形成了導(dǎo)電通路。該工作首次通過原位觀測的手段觀測到電致電阻材料中激發(fā)出的導(dǎo)電通路，其成果于2016年1月發(fā)表在Physical Review B期刊。 (Wei W, Zhu Y, Bai Y, et al. Direct observation of current-induced conductive path in colossal-electroresistance manganite thin films[J]. Physical Review B, 2016, 93(3): 035111.)

在“關(guān)鍵”位置電流激發(fā)出了細小鐵磁疇

三、化學(xué)有序度對物性的影響
為了研究化學(xué)摻雜的有序度對復(fù)雜錳氧化物物性的影響，朱銀燕等同學(xué)分別制備了化學(xué)組分相同的無序摻雜LPCMO薄膜和有序摻雜LCMO/PCMO超晶格薄膜。通過PPMS-SPM測量了樣品在低溫下的磁疇，發(fā)現(xiàn)有序摻雜的超晶格樣品磁疇的平均面積更小并且表現(xiàn)出了更強的連通性。經(jīng)過進一步的電輸運測量，超晶格樣品的金屬絕緣體轉(zhuǎn)變溫度也遠遠高于無序摻雜樣品。該工作通過實驗深層次研究了化學(xué)有序度對錳氧化物強關(guān)聯(lián)體系物性的影響，同時結(jié)合理論模擬給出了內(nèi)在機制的闡述和解釋，Z終成果于2016年7月正式發(fā)表。(Zhu Y, Du K, Niu J, et al. Chemical ordering suppresses large-scale electronic phase separation in doped manganites[J]. Nature communications, 2016,7.)

有序摻雜和無序摻雜樣品的磁疇圖及電阻率隨溫度的變化

目前沈健老師課題組已在PPMS-SPM組件上實現(xiàn)了AFM、MFM、PFM、CAFM等多種功能，并且實現(xiàn)了電輸運等條件下的原位測量，更多重要的工作正在研究和發(fā)表過程中。我們非常高興PPMS-SPM用戶取得如此可喜的成績，并祝愿所有QD產(chǎn)品的用戶在科研上再上新臺階！

注：文中所有學(xué)術(shù)圖片均歸原作者所有

相關(guān)產(chǎn)品：

PPMS 綜合物性測量系統(tǒng)：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17086.htm

完全無液氦綜合物性測量系統(tǒng) DynaCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htm

MPMS 和 PPMS 專用高壓腔：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C202401.htm