高纳米维仪

导体材料是信息交互、电能传输和力、热、光、电、磁等能量转换的基础性材料，在航空航天、新能源汽车、电力线路等领域具有重要应用价值。随着大功率器件的发展，对轻量化、大载流、高导电性材料的需求越来越迫切。单根单壁碳纳米管（SWCNT）拥有极高的载流能力和电导率，载流能力比传统金属铜高出2~3个数量级，电导率更是银的1000倍以上。然而，当SWCNT组装成宏观薄膜的时候，由于碳管间电子/声子散射的影响，载流能力和电导率会显著降低，从而制约SWCNT薄膜在大功率器件领域的应用。 针对上述问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员康黎星等提出并研制了新型大载流、高导电碳纳米管复合薄膜材料。研究团队采用化学气相输运法将CuI均匀高效地填充到SWCNT管腔中，制备出CuI@SWCNT一维同轴异质结。SWCNT对CuI具有保护作用，保持了CuI的电化学活性，使其能够在恶劣的酸性环境和长期电化学循环下保持稳定性。研究通过电学测量发现，CuI@SWCNT薄膜相较于SWCNT薄膜具有更优的电导率和更强的载流能力，其载流能力提升4倍，达到2.04×107 A/cm2，电导率提升8倍，达31.67 kS/m。  SWCNT填充CuI后，SWCNT中电子流向CuI，导致SWCNT的费米能级降低；同时，CuI@SWCNT一维范德华异质结中SWCNT的结构未被破坏，载流子依然保持高效的传递速率，进而使得CuI@SWCNT薄膜具有更高的导电性和载流能力。CuI@SWCNT复合薄膜在未来高功率电子器件、大电流传输等应用中具有潜力。 相关研究成果以CuI Encapsulated within Single-Walled Carbon Nanotube Networks with High Current Carrying Capacity and Excellent Conductivity为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

2023年8月25日，由北京卓立汉光仪器有限公司主办的第四届“逐梦光电”国产光电分析仪器研制与应用研讨会成功召开。来自全国各大知名高校及研究院的“政、用、产、学、研”不同领域的近百名专家学者出席了本次会议。会议期间，仪器信息网特别采访了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所教授级高级工程师刘争晖。据了解，刘争晖主要研究纳米测试分析表征技术，即如何对纳米材料在纳米尺度上的光学电学性质进行表征。这一领域是传统测试技术延伸，一般传统分析测试表征技术，尤其是光学表征技术，由于受到光学衍射极限的限制，表征极限在微米尺度，而很多纳米材料的缺陷、结构等都是在纳米尺度发挥作用。因此需要一定的分析测试手段和设备来表征纳米尺度上的光电转换等信息。纳米尺度测试分析表征技术当前重要的方向是如何将空间技术和时间技术相结合，以实现高时空分辨率的表征。为此，刘争晖将光学系统和扫描探针系统相结合，通过光学脉冲激发和光谱检测技术来达到高时间分辨率。以下为现场采访视频：

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石墨烯(Graphene)是由单层碳原子构成蜜蜂窝形式的二维纳米结构，具有大的比表面积和良好的载流子传导性能，预期在高灵敏、低功耗室温生物化学传感器方面将得到广泛应用。然而，由于传感物质与石墨烯之间的吸附、电荷转移和脱附等相互作用，器件的有效制作方法和性能优化等方面还有大量工作需要探索。 　　一氧化氮(NO)气体一方面是有害气体，另一方面却是重要的生物功能信息传递分子。及时监测呼出气体的NO浓度变化，可对哮喘等肺部疾病的发作提前预警。然而，目前NO呼吸气体测试仪器体积偏大、价格昂贵，而且大都集中在大型医疗机构，无法在更大范围内推广使用。 　　近期，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所器件部刘立伟课题组李伟伟等与中科院物理所科研人员合作，在制作基于石墨烯的高灵敏一氧化氮气体传感器方面取得进展。研究人员以微纳加工图形化的石墨烯为电极，利用交流电泳技术制作金属纳米颗粒修饰还原的氧化石墨烯传感通道。气体分子的作用降低了石墨烯与金属颗粒之间Schottky势垒的厚度，实现了1 ppb(10亿分之一)至1 ppm(100万分之一)的高灵敏探测性能，对于低功耗、室温NO高灵敏呼吸和环境探测具有潜在应用价值。器件制作示意图和性能测试如图所示。 　　该项工作成果已经发表在ACS Nano(2011, 5 (9), pp 6955–6961)上。 　　该项研究得到了国家基金委、科技部、苏州市科技发展计划的资助，并得到苏州纳米所加工和测试平台的技术支持。 　　基于石墨烯的高灵敏传感器件结构和性能

仪器信息网讯 近期，纬冉科技发布了新品纳米流式分析仪AN415将常规流式仪器的检测能力推向纳米级别，能够准确分析外泌体微囊泡、细菌、病毒、纳米材料等小粒径颗粒，为纳米尺度科学研究开辟了全新的可能。 纬冉科技AN415纳米流式分析仪（查看详情）仪器创新点：AN415 纳米流式分析仪凭借卓越的性能，将常规流式仪器的检测能力推向纳米级别，能够准确分析外泌体微囊泡、细菌、病毒、纳米材料等小粒径颗粒，为纳米尺度科学研究开辟了全新的可能。AN415纳米流式分析仪配备智能化软件，提供流畅的操作体验。支持批量组间对比和批量导出，处理高通量实验产生的大量数据。用户可以轻松管理和分析实验结果，无需手动处理。▍ 设备特点： AN415 纳米流式分析仪在外泌体微囊泡检测领域展现出优秀的应用价值，能够一次性准确表征外泌体微囊泡的粒径、浓度、携带的蛋白质和核酸等多个参数。AN415 纳米流式分析仪检测速度快，通量高，可以悬液上样，完美解决冷冻电镜等传统方法通量低，样品制备麻烦等问题。▍ 检测范围广 AN415纳米流式分析仪可检测30纳米到3微米的样本，涵盖了纳米级别的微粒和常规流式仪器的检测范围。▍ 多通道设计 AN415纳米流式分析仪采用多功能通道设计，最高可配置4个激光器，可3激光同时激发，最多支持13个荧光通道。可以在同一次实验中同时检测多种参数，实现更加全面的样本分析，提高实验的准确性和可靠性。此外，支持根据客户需求定制滤光片，灵活适配不同的实验需求。▍ 高通量上样AN415纳米流式分析仪具备高效的上样系统，支持96孔板自动上样，并且配备自动深度清洗功能，确保样本之间的严格隔离和无交叉污染，显著提高实验室的工作效率。▍ 开机便捷AN415纳米流式分析仪提供简便的操作流程，无需复杂的光路校准，15分钟内完成整个开机流程。使得用户能够更快速地开启实验，提高工作效率。

在过去的十年中，开发“简单”的血液测试并为个性化治疗提供设计，且无需侵入性肿瘤活检取样，使癌症筛查、诊断或监测成为可能，一直是癌症研究的核心目标。来自正在进行的生物标志物开发工作的数据表明，提高早期癌症检测分析的灵敏度和特异性需要多个标志物单独使用或作为多种方式的一部分。在血液中多个维度(基因组、表观基因组、转录组、蛋白质组和代谢组)的癌症相关分子改变以及整合所得的多组学数据有可能发现新的生物标志物并进一步阐明潜在的分子途径。在此，我们回顾了多组学液体活检方法的关键进展，并介绍了“纳米组学”标准模式：开发和利用纳米技术工具来富集并对血液循环癌组进行组学分析。　　论文：Nano-omics: nanotechnology-based multidimensional harvesting of the blood-circulating cancerome译名：纳米组学：基于纳米技术的血液循环癌组的多维采集　　尽管癌症的治疗手段取得了日新月异的成果，但全球人口仍有六分之一的死亡是由癌症导致的。缺乏早期癌症检测工具是造成这种高死亡率的主要原因之一。能够在疾病早期检测血液中肿瘤特征的测试为癌症患者提供了巨大的、尚未开发的潜力，即在肿瘤变得无法治愈之前接受有效治疗。因此，液体活检技术正在迅速发展，不仅可以进行非侵入性肿瘤分析，还可以检测无症状个体的癌症发作。　　基于使用组合治疗方式治疗癌症相似的基本原理(例如，手术、放疗和化疗)，多种血液循环分析物作为“癌症指纹”的协同作用导致了在早期癌症检测中的范式转变。液体活检样本包含一系列蛋白质、核酸、循环肿瘤细胞(CTC)和细胞外囊泡(EV)，它们从多个肿瘤部位进入血液循环，共同反映肿瘤生物学的空间和时间异质性。尽管关于分泌和循环肿瘤材料的动力学仍有待了解，但连续液体活检提供了纵向捕获系统性生物分子变化的可能性，因为它们在肿瘤进展的进化轨迹中动态发展。　　检查各种血液成分中的多维分子变化(基因组、表观基因组、蛋白质组和其他)并整合由此产生的多组学数据集，不仅有可能阐明癌症特异性分子机制和潜在的治疗靶点，而且还可以发现新的用于早期癌症检测的生物标志物组合(图1)。迄今为止，由于液体活检分析物的浓度极低，尤其是在非转移性疾病患者中，对癌症组的综合分析范围上收到了限制，。事实上，基于血液的多组学生物标志物发现的主要瓶颈之一是单独富集和提取不同类型的液体活检分析物所需的大样本量(通常10-15 ml)。此外，多种分析物提取方案影响了所得组学数据集的分析重现性和可比性。　　在此，我们评估了过去十年在早期癌症检测的多组学方法方面取得的进展。我们还介绍了“纳米组学”的概念，这是一种使用纳米技术来解决当前与血液循环癌组的富集和分析相关的技术限制的新兴范式。具体来说，纳米组学利用生物流体培养的纳米材料作为清除平台，在组学分析之前富集和分离癌症衍生的分析物，最终目标是识别用于早期癌症检测的新型多组学生物标志物组。　　图1 多组学液体活检的转化潜力可以通过基于血液的液体活检捕获的肿瘤特异性信息的多个生物分子层的示意图。血液中存在的复杂生物分子特征突出了开发能够从单个血液样本中检测肿瘤特异性多组学特征的方法的机会。确定的多组学特征在癌症生物标志物和药物开发中具有潜在应用。　　1.多组学生物标志物　　目前，大多数液体活检测试基于蛋白质或游离DNA (cfDNA)分析物，临床上用于检测预后和预测性生物标志物主要是帮助选择最佳治疗策略。例如，血清癌抗原15-3常用于监测晚期乳腺癌患者的治疗反应，血浆cfDNA的EGFR突变检测可用于预测非小细胞肺癌患者对EGFR酪氨酸激酶抑制剂的反应性。随着此类检测在临床上的普及，正在进行的生物标志物发现工作正逐渐朝着开发用于癌症筛查和早期检测的多分析物检测方向发展。尽管评估单一蛋白质(例如，用于前列腺癌筛查的前列腺特异性抗原)或多种蛋白质(例如在已知盆腔肿块的女性的术前检查中用于卵巢癌检测的OVA1组)的分析已经成功应用于临床，(表观)基因组学方法目前仍在早期癌症检测领域占据主导地位。　　循环肿瘤DNA (ctDNA)由封闭在CTC内或由于肿瘤细胞凋亡或坏死而释放到血流中，正在成为早期癌症检测的最有希望的生物标志物之一。尽管ctDNA仅占总cfDNA的一小部分，但下一代测序(NGS)方法能够放大ctDNA信号，因此优于基于质谱(MS)的蛋白质生物标志物发现方法。目前，超过30项正在进行的大型队列临床试验正在评估血液中基于ctDNA的生物标志物。单基因分析已逐渐演变为多基因NGS分析，最近又演变为多模式液体活检方法。不同类别的生物标志物分子的整合不仅有可能提高癌症检测的灵敏度和特异性，还可以将肿瘤定位在特定的解剖部位。　　作为多癌症早期检测液体活检发展的领军技术，两种不同的多重生物标志物特征平台目前正在前瞻性临床研究中进行测试：CancerSEEK和GRAIL测试。 CancerSEEK测试使用蛋白质基因组生物标志物组，并在一项回顾性研究中进行了初步临床评估后，首次在通过基于选择性突变的血液采集和测试(DETECT-A)早期检测癌症研究中对没有癌症病史的患者进行了前瞻性评估。1005名临床检测到8种不同类型的非转移性癌症患者。最初的概念验证回顾性研究评估了一个包含16个基因和8种蛋白质的多分析物组，并证明了70%的中位测试灵敏度(在8种不同癌症类型之间以及疾病阶段之间存在相当大的差异)和超过99%的特异性。此外，监督机器学习算法的应用正确识别了63%的CancerSEEK测试呈阳性的患者的起源器官。随后的DETECT-A研究是第一个评估多分析物(16种基因和9种蛋白质)和多癌症血液检测的前瞻性和介入性试验，涉及10006名无已知癌症的女性(年龄65-75岁)报名时。研究期间共进行了96例癌症诊断，其中26例仅使用CancerSEEK血液检测，24例通过标准护理筛查检测，其余46例根据症状或其他方式检测。据报道，单独使用CancerSEEK测试对所有癌症类型的敏感性为27.1%，与标准护理测试结合使用时为52.1%。然而，应该注意的是，CancerSEEK测试依赖于诊断性PET-CT扫描来确认所有阳性病例并将癌症定位到特定的解剖部位。尽管如此，该试验表明，多分析物血液检测与PET-CT和标准癌症筛查方案相结合，不仅可以有效地纳入常规临床护理，还可以促进旨在治愈的手术。最新版本CancerSEEK的验证目前正在一项前瞻性观察研究中进行，该研究对1000名已知或疑似癌症患者和2000名未患癌症的人进行，命名为ASCEND(Detecting Cancers Earlier Through Elective Plasma-based CancerSEEK Testing–Ascertaining Serial Cancer Patients to Enable New Diagnostic)。　　GRAIL测试使用基于血浆cfDNA中DNA甲基化模式的替代检测方法，该模式通过对超过100000个信息甲基化区域进行亚硫酸氢盐测序确定。该平台目前正在一项雄心勃勃的临床计划中进行多癌症筛查测试，其中包括五项前瞻性试验：循环无细胞基因组图谱(CCGA)研究(NCT02889978)、STRIVE (NCT03085888)、SUMMIT(NCT03934866)、PATHFINDER(NCT04241796)和PATHFINDER2 (NCT05155605)。基础CCGA研究表明，这种靶向DNA甲基化检测可以检测50多种癌症类型，同时还能以93%的准确度预测癌症信号起源的组织。在所有疾病阶段都检测到癌症(I-III期敏感性：43.9% I-IV期敏感性：54.9%)，特异性超过99%。通过与英国国家卫生服务局的合作，最新版的GRAIL测试(Galleri)的临床和经济性能将在一项包括140000名50-77岁参与者的试点筛选研究中进行前瞻性评估。值得注意的是，CancerSEEK和GRAIL测试都被授予FDA突破性设备状态，突出了多分析物测试在早期检测多种癌症类型方面的巨大潜力。　　除了无细胞基因组和蛋白质组癌症生物标志物之外，研究人员还尝试从血液中纯化和表征CTC和肿瘤衍生的EV用于实时监测治疗反应。CELLSEARCH系统是第一个获得FDA批准的平台，旨在捕获、纯化和枚举上皮来源的CTC，以预测转移性乳腺癌、结直肠癌或前列腺癌患者的预后。目前，计数极少的CTC(转移性疾病患者每毫升血液中通常为1-10个)是基于上皮标志物的表达，例如上皮细胞粘附分子(EpCAM)和细胞角蛋白8、18或19，并依赖于无法维持CTC活力的基于抗体的细胞捕获和染色方法。目前，CTC的临床效用仅基于计数，并且仅限于预测临床结果而不是实现癌症检测。然而，大量的CTC富集技术正在开发中，以实现异质CTC种群的顺序采样和分子谱分析。从散装细胞策略到对可行和完整的患者衍生CTC进行单细胞分析的转变推动了具有集成下游分子分析功能的微流体技术的发展，包括ClearCell FX1系统。　　肿瘤分泌的EV不仅与肿瘤生长和转移有关，而且还可能稳定地封存癌症相关蛋白质、核酸和脂质的宝库。与CTCs相比，EVs在生物体液中的含量更高，尽管从生物体液的背景分子成分中重复分离和富集EVs仍然是众所周知的困难。 DNA条形码标记、3D纳米图案微流控芯片和无标记纯化平台(例如，通过超快分离系统(EXODUS)检测外泌体)只是目前正在开发的克服与传统超速离心相关在纯化效率、产量、速度和稳定性方面限制的基于抗体的EV纯化方案的几个例子。将生物分子或生物物理富集与在单个微流控平台(例如，外泌体模板等离子体技术TPEX)内对EV封存的生物标志物(例如蛋白质和microRNA)的多重检测相结合，在分离EV方面显示出来自非囊泡生物流体成分巨大的前景。　　还尝试使用基于免疫亲和的微流体接口从单个样品中对CTC和EV进行双重隔离和分析。例如，双重用途的OncoBean (DUO)微流体装置已被证明能够从黑色素瘤患者的血液样本中同时分离CTC和EV，并使用多重实时定量逆转录 PCR (RT-qPCR) 测试对这些分析物进行分子分析，检测一组96个黑色素瘤相关基因的表达模式。使用单个设备或平台富集多种癌症分析物被认为是多组学液体活检领域的下一个前沿。　　2.数据分析与整合　　尽管组学数据集的可用性越来越高，但由于需要对多组学数据集进行计算操作和解释，所以将生物标志物发现转化为临床试验仍然具有挑战性。大规模的国际研究网络开始意识到在癌组整合层上捕获数据的巨大潜力。癌症基因组图谱 (TCGA)是2005年发起的泛癌基因组学联盟，现已扩展到多组学，包括超过2.5 PB的基因组、表观基因组、转录组和蛋白质组数据。美国国家癌症研究所的临床蛋白质组肿瘤分析联盟(CPTAC)是多机构倡议的另一个例子，旨在利用蛋白质组数据集的互补性，为不同癌症类型提供新的分子见解。　　从单个患者样本中生成的多组学数据集的集成为发现血液中疾病特异性分子特征提供了巨大的潜力。然而，多组学数据分析比“单组学”分析更具挑战性，以下六个关键问题仍有待解决：(1)命名差异(例如，以基因为中心的与以蛋白质为中心的)和标识符弃用可能会无意中合并不同的分子种类 (2)每种数据模式都受制于其自身特定的噪声和分布特征，这需要在分析工作流程中使用大量相互依赖的软件工具 (3)开发和执行多组学工作流程需要广泛的领域知识 (4)工作流程复杂，难以优化，容易出错 (5)结果可能高度依赖于分析工作流程的设计 (6)复制和比较结果可能会因工作流程的细微变化而变得复杂。　　目前已经开发了许多工作流程解决方案以实现多组学数据的关联，例如 GalaxyP和WINGS。但目前对于从此类数据集中选择关键生物标志物尚无共识。用于多组学数据分析和整合的可用工具和方法已在其他地方进行了彻底审查。　　3.癌组的纳米富集　　MS和NGS的技术进步极大地推进了血液中蛋白质组学特征的分析，但只有少数基于血液的癌症生物标志物测定已获得FDA批准。从血液中提取和纯化癌症相关分析物仍然是限制液体活检进入常规临床实践的主要瓶颈。　　对新型早期检测生物标志物的探索引起了基于纳米技术平台的开发，这些平台旨在丰富血液癌组的不同成分(包括蛋白质、ctDNA、CTC和EV)。这些“纳米富集”策略中的大多数依赖于纳米粒子的高表面体积比以及它们的表面工程和功能化能力。所有这些利用纳米级技术或材料特性的策略都包含在纳米组学范式中。在这里，我们讨论了当前阻碍液体活检临床转化的技术挑战，并重点介绍了已用于克服这些挑战的纳米组学平台示例(表1)。　　靶向纳米组学基于纳米颗粒表面的功能化，靶向部分作为特定癌症相关分析物的识别元素。相比之下，“非靶向纳米组学”方法依赖于癌症相关分析物在与生物流体孵育后非特异性吸附到纳米颗粒表面(图2)。已经开发了许多靶向纳米组学方法，主要用于富集EV和CTC(图2和3)，而癌症分析物在生物流体孵育的纳米粒子表面的自发吸附仅在过去5年有使用，主要用于蛋白质和cfDNA的富集和分析(表1)。我们强调，尽管在免疫测定和生物传感器中加入基于纳米颗粒的探针经过广泛研究，但其不属于纳米组学方法的范围。这种生物传感器的输出信号是基于纳米颗粒-分析物复合物独特的光学和电化学特性，而不是基于纳米颗粒富集分析物的下游组学分析。　　图2 纳米组学范式概述“纳米组学”方法的示意图，其中纳米材料被用作清除平台，以从生物体液中捕获、富集和分离癌症相关分析物以进行下游组学分析。“靶向纳米组学”需要使用靶向部分对纳米材料表面进行功能化捕获特定的癌症分析物，而“非靶向纳米组学”依赖于癌症分析物非特异性、自发吸附到纳米颗粒表面(称为生物分子电晕形成)。基于纳米材料的采集平台可以同时从单个外周血样本(以及可能的其他生物体液)中丰富癌症特异性基因组、转录组、蛋白质组和脂质组特征。纳米组学方法旨在应用生物-纳米界面获得的知识，以实现复杂生物流体的多组学分析，最终目标是推出用于早期癌症检测的新型多分析物生物标志物。cfDNA，循环游离DNA CTC，循环肿瘤细胞 EV，细胞外囊泡。　　表1 使用纳米组学方法分析液体活检分析物的示例研究　　ASGPR1，去唾液酸糖蛋白受体1 cfDNA，循环游离DNA CTC，循环肿瘤细胞 ddPCR，微滴数字PCR ELISA，酶联免疫吸附试验 EpCAM，上皮细胞粘附分子 EV，细胞外囊泡 ICC，免疫细胞化学 IHC，免疫组化 LC-MS/MS，液相色谱和串联质谱 nano-HB，纳米人字形结构 NP-HBCTC-chip，纳米颗粒人字形循环肿瘤细胞芯片 NSCLC，非小细胞肺癌 PEDOT，聚(3,4-乙撑二氧噻吩) PEG，聚乙二醇 PEI，聚乙烯亚胺 PIPAAm，聚N-异丙基丙烯酰胺 PLGA，聚乳酸共乙醇酸 PL，磷脂 qPCR，定量PCR RT-ddPCR，逆转录微滴数字PCR RT-qPCR，实时定量逆转录PCR SWATH-MS，连续窗口全理论碎片采集质谱 TROP2，肿瘤相关钙信号传感器2。　　3.1 蛋白和ctDNA采集　　在血液循环的生物分子中，蛋白质是细胞过程的生物学终点。因此，蛋白质在历史上作为最受关注的分子生物标志物。然而，直接从血液中发现新的蛋白质生物标志物由于高丰度蛋白(例如，白蛋白约占总蛋白质含量的50%)的压倒性掩蔽效应而变得错综复杂。尽管基于无标记MS的蛋白质组学取得了相当大的进步，但这种信噪比问题极大地阻碍了血液中疾病特异性蛋白质特征的识别。血浆免疫亲和消耗柱被广泛用于克服白蛋白掩蔽的问题，但会导致低分子量(LMW)蛋白质组(例如，60 kDa的蛋白质)以及高丰度载体蛋白的大量损失。　　2003年首次提出使用富集纳米粒子来增强血液中LMW癌症蛋白质组的蛋白质组学分析，但这一概念仅在过去十年中才引起纳米科学界的兴趣(表1)。由 Liotta、Petricoin及其团队开发的Nanotrap技术使用核壳亲和诱饵水凝胶纳米粒子作为蛋白质收集器。与上述免疫亲和柱类似，Nanotrap技术能够将高丰度的高分子量(HMW)蛋白与LMW蛋白分离。具体来说，纳米颗粒的多孔外壳阻止HMW但不阻止LMW蛋白的进入，而内核包含共价连接的化学亲和诱饵，可捕获LMW蛋白以进行收获和后续分析。值得注意的是，虽然初步可行性研究证明了Nanotrap颗粒作为蛋白质生物标志物发现平台的潜在用途，但该技术主要用于捕获和富集已知的生物标志物蛋白质。　　蛋白质在与生物体液一起孵育后自发且非靶向吸附到纳米颗粒表面，称为“蛋白冠”(框1)，也已被用于蛋白质生物标志物的发现。在过去的十年中，我们了解到复杂的蛋白质电晕会在所有纳米级材料的表面上以不同程度迅速形成，这取决于它们的物理化学性质和表面特性。事实上，纳米粒子对血液蛋白的结合亲和力已被证明是由许多不同的因素决定的，包括它们的大小、表面电荷和功能化以及纳米粒子-生物流体的孵育条件(框1)。　　对低丰度蛋白质的纳米颗粒电晕富集和分析进行体内研究，首先需要通过将脂质纳米颗粒静脉注射到荷瘤小鼠和卵巢癌患者体内。随后通过尺寸排阻色谱法从血液中回收电晕包被的纳米颗粒并从高丰度背景分子(没有诊断价值)中纯化纳米颗粒结合的蛋白，从而能够对血浆蛋白质组的LMW部分进行高分辨率分析。这项最初的范式转变工作引发了人们对体外形成的蛋白质电晕指纹作为一种新工具的临床开发的兴趣，该工具用于对从癌症患者队列中获得的血浆样本进行蛋白质组学分析。通过无标记蛋白质组学技术对“健康”和“患病”纳米颗粒电晕样本进行全面比较，可以识别多种以前未被识别的候选生物标志物蛋白(表1)。　　在这些原理的基础上，Proteograph平台已被开发用于深度分析等离子体蛋白质组，该平台使用具有不同表面特性的有不同的电晕轮廓的磁性纳米粒子组合。由于2D和3D纳米材料是过量的，因此需要做更多的工作来研究各种类型的纳米颗粒的组合是否能在MS分析中显著“扩大”血液蛋白质组的覆盖范围。还存在从血浆样品中纯化和回收电晕涂层纳米颗粒、纳米颗粒制剂的合成和稳定性以及所需的样品量是可能阻碍此类生物流体预处理方案开发的一些亟需解决的技术挑战。　　最近，纳米颗粒蛋白冠的形成在概念上已经转变为由蛋白质、脂质、多糖和核酸组成的多层分子自组装，称为“生物分子冠”(框1)。例如，我们展示了cfDNA与基于脂质的纳米颗粒在与人类血浆样本孵育时的相互作用。这一额外组学维度的发现以及在患有晚期卵巢癌的女性(与年龄匹配的未患癌症的女性相比)样本中发现的显著更高丰度的纳米粒子冠状cfDNA为进一步研究卵巢癌铺平了道路。有趣的是，对相同纳米颗粒电晕样本的蛋白质组学分析揭示了组蛋白中的癌症特异性升高，表明核小体介导的纳米颗粒cfDNA相互作用。虽然 microRNA(在蛋白质复合物中或封存在EV中)的纳米颗粒表面吸附仍有待研究，但这些发现突出了开发能够同时富集和纯化血浆蛋白和无细胞游离核酸的纳米蛋白质组收获平台技术的机会。　　使用纳米粒子从血液中纯化cfDNA的替代方法只有少数正在探索中，包括阳离子磁性纳米线系统的开发。在一项原理验证研究中，这种纳米纯化方法在收集cfDNA以通过液滴数字PCR检测EGFR突变方面优于金标准QIAamp循环核酸试剂盒。此外，从非小细胞肺癌患者的血液中共同分离CTC和cfDNA证明使用单个纳米颗粒平台有富集多种分析物的潜力。其他证明金纳米粒子与甲基化DNA相互作用的研究也为利用生物纳米界面检测cfDNA中癌症特异性甲基化模式奠定了基础。　　3.2 CTC和EV分离　　将CTC和EV从癌症患者的血液中高效提取和纯化是液体活检分析物进行临床转化的关键，这给纳米技术人员带来了工程创新挑战。基于金标准CTC免疫捕获的方法无法收获功能上可行的CTC的异质群体。因此，目前CTC的临床应用只是基于它们在大量造血细胞中的检测和计数，并且仅在高负担、转移性疾病患者中进行。尽管血液中的EV数量更多，但它们的小尺寸和低密度带来了一系列独特的技术挑战。传统的台式EV纯化技术(如超速离心、聚合物诱导沉淀等)主要依赖于它们的物理特性，需要几个小时并无法区分癌症衍生的EV和非恶性细胞释放的EV。　　已经进行了许多利用CTC和某些EV子集的癌症特异性的尝试，以使用纳米组学方法增强血液CTC和EV及其基因组、转录组和蛋白质组的捕获和分离。这些收获策略中的大多数需要用针对众所周知的CTC和EV表面抗原(如 EpCAM、HER2、CD9、CD81和CD63)的抗体涂覆纳米颗粒表面。已经开发了广泛的纳米技术来捕获血液CTC和EV(表1和图3)，包括磁性、金、硅、二氧化钛(TiO2)和碳纳米材料平台，具有不同程度的设计复杂性和成功率。为了解决与CTC固有异质性相关的问题并提高捕获效率，还使用了不同抗体的混合物对相同的纳米颗粒平台进行功能化。例如，用抗体混合物标记的磁性纳米线已被证明能以100%的效率(29名患者中的29名)从250 µl血液样本中有效分离早期非转移性乳腺癌衍生的CTC。　　抗体靶向纳米颗粒也已集成到微流体装置中，与标准的CTC或EV分离方法相比，该装置需要更少的样品量并具有更高的检测灵敏度，并且可以设计成多步功能(例如，分析物分离、鉴定和检测)。这种基于纳米颗粒的平台的例子包括Poudineh等人设计的基于磁性排序流式细胞仪的微流控芯片，以根据其表面蛋白表达表型分析CTC，以及Zhang等人开发的具有自组装3D人字形纳米图案的Nano-HB微流控芯片，用于检测卵巢癌患者血浆中低水平的肿瘤相关外泌体。结合纳米颗粒分离CTC或EV以及下游细胞内或囊泡组学分析的微流控芯片也在开发中，并逐渐演变为综合多物种分析平台。　　纳米材料提供的多模态工程能力使其能够从复杂的生物流体中同时捕获和可视化癌症分析物，以及对捕获的分析物进行刺激响应分离和取样以进行进一步分析。多功能纳米颗粒平台的一个例子是由Zhou等人开发的发光聚乙二醇功能化免疫磁性纳米球，用于对从EpCAM+上皮癌患者的外周血样本中分离的CTC进行高分辨率可视化。量子点沉积在这些磁响应Fe3O4纳米颗粒上，除了与血液进行磁分离外，还可以实时监测CTC的回收过程。最后，使用含二硫键的接头将抗EpCAM抗体连接到这些纳米颗粒构建体的表面，使谷胱甘肽介导释放活化的CTC。　　除了这些上皮标记依赖技术之外，还有研究利用CTC对裸碳基纳米颗粒表面的高亲和力的不依赖标记的方法，并有望捕获更广泛的CTC亚型，从而能够表征其独特的转移潜力。例如，在概念验证研究中，Loeian等人开发了一种碳纳米管CTC芯片，能够从4毫升或8.5毫升血液样本中根据细胞角蛋白8或 18、EGFR和HER2成功捕获具有各种表型的异质CTC，血液样本来自7名I-IV期乳腺癌患者获得的每毫升血液中0.5-28个CTC。从污染的白细胞中纯化并将粘附的CTC从纳米管

江苏微导纳米科技股份有限公司（以下简称“微导纳米”）于2022年12月23日正式以“688147”为股票代码在科创板挂牌上市。截至10:40，微导纳米报于每股28.55元，较发行价上涨17.93%，市值超129.62亿元。成立于2015年的微导纳米以原子层沉积(ALD)技术为核心，主要从事先进微、纳米级薄膜沉积设备的研发、生产和销售，向下游客户提供先进薄膜沉积设备、配套产品及服务。自成立以来，微导纳米在原子层沉积反应器设计技术、高产能真空镀膜技术、真空镀膜设备工艺反应气体控制技术、纳米叠层薄膜沉积技术、高质量薄膜制造技术、工艺设备能量控制技术、基于原子层沉积的高效电池技术等前沿科技领域持续构筑和强化技术壁垒，并在此基础上继续深化 ALD 技术在下一代光伏电池、集成电路、先进存储等方面的技术储备，为客户提供更丰富的高端薄膜沉积产品。报告期内，微导纳米的产品率先用于光伏电池片生产过程中的薄膜沉积环节，已 覆盖包括通威太阳能、隆基股份、晶澳太阳能、阿特斯、天合光能等在内的多家知名太阳能电池片生产商，且应用于 TOPCon、XBC等新型高效电池生产线的产品已在客户现场验证。在成功将 ALD 技术应用于光伏领域后，微导纳米开发了对技术水平和工艺要求 更高的半导体薄膜沉积设备，已先后获得国内多家知名半导体公司的商业订单，并实现了国产 ALD 设备在 28nm 集成电路制造关键工艺中的突破。此外，微导纳米已与多家国内半导体厂商及验证平台签署了保密协议并开展产品技术验证等合作，针对国内半导体薄膜沉积各细分应用领域研发试制新型 ALD 设备。除了光伏和半导体领域外，微导纳米亦拓展了柔性电子等其他领域的应用。成立至今，微导纳米已获得宁德时代、君联资本、毅达资本、高瓴创投、中芯聚源等知名机构的投资。其中，君联资本于2019年领投微导纳米，是微导纳米的早期投资人之一。君联资本表示：“微纳制造装备产业的国产化亟待解决，微导纳米的ALD技术填补国内空白，实现了光伏和半导体领域的双重突破。公司核心团队创新能力强，不断布局新的增长点并持续投入，我们非常敬佩微导纳米团队在前沿技术不断攻克的创新精神，公司致力于先进薄膜核心装备的国产化，相信上市后，微导纳米会继续深耕ALD技术，成为全球领先的微纳先进制造装备企业。”毅达资本于2020年领投了微导纳米的A轮融资。毅达资本创始合伙人樊利平指出，“与谁同行决定我们能走多远，有幸与最具活力的产业之星共同成长，是投资机构的荣幸。热烈祝贺微导纳米成功登陆科创板，毅达资本将与微导纳米一路同行。期待微导纳米以原子层沉积技术为核心，引领国产高端技术装备产业化，向世界级的微纳技术解决方案装备制造商迈进。”

锂金属因具有高理论容量(~3860 mAh g-1)和低氧化还原电位(相对于标准氢电极为-3.04 V)，是颇有前景的锂电池电极材料之一。然而，锂枝晶的生长将会顶穿隔膜，引起电池短路热失控，甚至引燃电解液等，存在安全隐患。使用具有高机械强度的固态电解质代替电解液，可以有效阻止锂枝晶生长，从而提高锂金属电池(LMBs)安全性。相比无机电解质较高的界面接触阻抗，聚合物电解质(SPEs)可与电极形成紧密的物理接触而备受关注。 　　然而，用于导锂的含氧极性官能团容易被氧化，成为限制电化学稳定性的瓶颈。虽然通过开环聚合消除弱键、引入含氟官能团等策略可拓宽电化学窗口(ESW)，但宽ESW难以直接转化为长循环LMBs的高截止电压。一方面，测试ESW的线性扫描伏安法使用的阻塞电极通常是平坦的不锈钢，与具有高表面积碳导电剂的实际电极相比，显示出较低的反应活性，易高估ESW；另一方面，具有过渡金属的正极材料较强的催化活性，易加剧氧化。目前，适用于截止电压为4.5V或更高的长循环LMBs的聚合物电解质有待证明。 　　近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所应用多氟化交联剂来增强聚合物电解质的抗氧化性。交联网络有助于传递多氟化链段的吸电子效应，并具有普适性。进一步通过组分优化后，基于多氟交联剂的聚合物电解质同时表现出宽ESW、高电导率和高机械强度。组装的Li||NCM523全电池在0.5C和4.5 V的截止电压，获得了~164.19 mAh g-1的高放电比容量，并在200次循环后容量保持率90%，是当前领域报道的最佳循环稳定性之一。 　　相关研究成果以Polyfluorinated crosslinker-based solid polymer electrolytes for long-cycling 4.5 V lithium metal batteries为题，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项等的资助，并获得苏州纳米所纳米真空互联实验站(Nano-X)的技术支持。新加坡南洋理工大学科研人员参与研究。图1.SPE的制备图2.SPE的ESW。a.Li|PVEC/P(IL-OFHDODA-VEC)|C的LSV曲线；b.PIL、POFHDODA、PVEC、P(IL-OFHDODA)、P(IL-VEC)和P(OFHDODA-VEC)的ESW。图3.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的电化学性能。a.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池在0.5 C下的循环性能；b.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的第1-200次充放电曲线；c.Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的倍率性能；d-f.充满电的Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523软包电池在折叠前(d)和折叠后(e)或切割后(f)点亮LED灯的照片。

复旦大学材料科学系武利民课题组研究设计开发了一种新的纳米粒子组装方法——纳米固流体法，首次实现了将高折射率的二氧化钛纳米粒子组装成能工作于可见光波段的超材料光学器件。相关研究成果已发表于《科学进展》。　　目前，绝大多数超材料采用金属材料来制备，这些金属超材料可较好地工作于微波和太赫兹波段。但在更高频率的近红外，特别是可见光波段，金属会吸收过多的光线并造成显著的能量损耗，从而限制了金属超材料在近红外和可见光波段的应用。因此，低损耗的非金属超材料的制备与应用是国际超材料研究领域的热点之一。　　据悉，武利民课题组通过将15纳米的锐钛矿二氧化钛纳米粒子组装成半球形和超半球形固体浸没超透镜，在常规的光学显微镜下实现了45纳米的超分辨率显微成像，大大突破了光学显微镜的极限分辨率200纳米，并揭示了二氧化钛纳米粒子间的近场耦合效应在该可见光超材料中的重要作用。　　这项研究提供了一种在纳米尺度操纵可见光的途径，未来将该组装方法与纳米印迹、微纳流体等技术结合，有望制备出紧凑、低成本的超材料光学器件，应用于隐身、光子计算机、近场光学检测及太阳能利用等领域。

流式细胞技术在细胞分析、细胞分选领域使用越来越广泛。各大厂商也在不断追逐流式细胞术的创新开发，从普通的荧光流式到新的光谱流式、质谱流式，再到具备更高颗粒分辨率的纳米流式仪，为研究者提供了更高效、更灵活的工具。在今年5月份的CYTO2024大会上，为度生物自主研发的Exoplorer 纳米流式仪重磅亮相。据悉该仪器能够实现高灵敏度、高分辨率、高稳定性，以及多参数、多维度的纳米颗粒分析。为度生物 Exoplorer 纳米流式仪 克服传统流式外泌体检测局限随着研究的深入，科学家们对纳米级微小生物颗粒的研究需求日益增多。然而，由于纳米颗粒尺度微小且单个粒子携载的功能分子数量有限，被广泛使用的单颗粒多参数分析工具 —— 流式细胞仪虽功能强大，但检测范围往往局限于100nm以上的颗粒，使得外泌体等纳米颗粒的深入研究极具挑战。纳米流式在继承传统流式细胞仪的单颗粒、多表征分析功能的基础上，突破粒径分辨局限，能够对极小的纳米颗粒进行综合表征分析，如对外泌体、脂质体、细菌、病毒、线粒体等进行荧光标记、粒径分布、颗粒计数等表征的同步分析。会议推荐：8月21日，【新型生物标志物-外泌体】：聚焦EVs，细胞外囊泡新机制、分离提取新方法、体液中外泌体特征分析以及临床转化研究等展开探讨；参会地址: https://insevent.instrument.com.cn/t/LRo 参数特点一览4个散射光通道，绝佳的颗粒分辨率2激光8个荧光通道，多参数分析；不依赖微球的颗粒计数功能；纳米颗粒粒径分布分析；中英文界面，操作友好；审计追踪，数据安全；01高分辨率、高灵敏度Exoplorer纳米流式仪设有4个散射光通道，每个通道均提供A/W/H三种信号，提高颗粒检测的分辨率和灵敏度。图1：Exoplorer纳米流式仪设有多个散射光通道，为精确分辨不同大小的颗粒提供基础。02多色分析Exoplorer纳米流式仪配备405nm和488nm两种激光，八个荧光通道，兼容市面上常见的荧光染料，可以实现单颗粒的多维度标记与多参数分析，更全面、更准确。图2：Exoplorer纳米流式仪每一个荧光通道都能清晰分辨8峰微球，让弱信号也“可见”。03系统稳定，绝对计数更准确Exoplorer纳米流式仪采用柱塞泵上样和自主研发的创新液路系统，光路液路更加稳定，颗粒计数及浓度测定更准确。图3：Exoplorer纳米流式仪采用独创的液路系统，稳定上样，颗粒计数/浓度测定更准确。04粒径分布，覆盖更广Exoplorer纳米流式仪不仅能够检测荧光参数，还具备粒度仪功能，能够测算目标颗粒的粒径或粒径分布。图4：通过尺寸标准微球做参考，可获得样本中颗粒的粒径分布情况。05操作友好，数据安全Exoplorer纳米流式仪沿用传统流式细胞仪的软件设计思路，操作友好易上手，培训成本低。同时符合21CFR PART 11，保证数据完整可追溯。06兼容多样本多应用

获取材料甚至是器件整体的热学特性，是相关研究与开发当中非常有意义的课题。随着研究对象特征尺寸的不断减小，研究者们对具有高热学分辨率和高水平方向分辨率的表面温度表征方法以及与之相应的仪器的需求也日益显著。在诸多潜在的表征技术当中，扫描热学显微镜（Scanning Thermal Microscopy）是其中颇为有力的一种，它可以满足特征线度小于100 nm的研究需求。然而，这种表征方法，对纳米探针的结构及功能特性有比较高的要求，目前商用的几种纳米探针受限于各自的结构特点，均有一定的局限性而难以满足相应要求，也就限制了相应表征方法的发展与应用。着眼于上述问题，奥地利格拉茨技术大学的H. Plank团队提出了基于纳米热敏电阻的三维纳米探针，用于实现样品表面温度信息的超高分辨表征。相关成果于2019年六月发表在美国化学协会的期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 2522655-22667. Three-Dimensional Nanothermistors for Thermal Probing.）。 图1 三维热学纳米针的概念、结构、研究思路示意图 H. Plank等人提出的这种三维纳米探针的核心结构是一种多腿（multilegged）纳米桥（nanobridge）结构，它是利用聚焦离子束技术直接进行3D纳米打印而获得的，因而可以直接制作在（已经附有许多复杂微纳结构与微纳电路、电的）自感应悬臂梁上（self-sensing cantilever, SCL）。由于纳米桥的每一个分支的线度均小于100 nm，因而需要相应的表征策略与技术来系统分析其纳米力学、热学特性。为此，H. Plank研究团队次采用了有限元模拟与SEM辅助原位AFM（scanning electron microscopy-assisted in situ atomic force microscopy）测试相结合的策略来开展相应的研究工作，并由此推导出具有良好机械稳定性的三维纳米桥（垂直刚度达到50 N/m?1）的设计规则。此后，H. Plank引入了一种材料调控方法，可以有效提高悬臂梁微针的机械耐磨性，从而实现高扫描速度下的高质量AFM成像。后，H. Plank等人论证了这种新式三维纳米探针的电响应与温度之间的依赖关系呈现为负温度系数（?(0.75 ± 0.2) 10?3 K?1）关系，其探测率为30 ± 1 ms K?1，噪声水平在±0.5 K，从而证明了作者团队所提出概念和技术的应用潜力。 图2 三维热学纳米针的制备及基本电学特性 文中在进行三维纳米探针的力学特性及热学响应方面所进行的AFM实验中，采用了原位AFM技术，堪称一大亮点。研究所用的设备为奥地利GETec Microscopy公司生产的AFSEMTM系统，AFSEMTM系统基于自感应悬臂梁技术，因此不需要额外的激光器及四象限探测器，即可实现AFM的功能，从而能够方便地与市场上的各类光学显微镜、SEM、FIB设备集成，在各种狭小腔体中进行原位的AFM测试。此外，通过选择悬臂梁的不同功能型针，还可以在SEM或FIB系统的腔体中，原位对微纳结构进行磁学、力学、电学特性观测，大程度地满足研究者们对各类样品微区特性的表征需求。着眼于本文作者的研究需求来讲，比如探针纳米桥的分支在受力状态下的力学特性分析，只有利用原位的AFM表征技术，才可以同时获取定量化的力学信息以及形貌改变信息。当然，在真空环境下使用原位AFM系统表征微区的力、热、电、磁信息的意义远不止于操作方便或同时获取多种信息而已。以本文作者团队所关注的微区表面热学分析为例，当处于真空环境下时，由于没有减小热学信息成像分辨率的、基于对流的热量转移，因而可以充分发挥热学微纳针的潜能，探测到具有高水平分辨率的热学信息。 图3 利用AFSEM在SEM中原位观测nanobridge的力学特性 图4 将制备所得的新型纳米热学探针安装在AFSEM上，并在SEM中进行原位的形貌测量：a）SEM图像；b）AFM轮廓图像

仪器创新点：● AN415 纳米流式分析仪凭借卓越的性能，将常规流式仪器的检测能力推向纳米级别，能够准确分析外泌体微囊泡、细菌、病毒、纳米材料等小粒径颗粒，为纳米尺度科学研究开辟了全新的可能。● AN415纳米流式分析仪配备智能化软件，提供流畅的操作体验。支持批量组间对比和批量导出，处理高通量实验产生的大量数据。用户可以轻松管理和分析实验结果，无需手动处理。▍ 设备特点：● AN415 纳米流式分析仪在外泌体微囊泡检测领域展现出优秀的应用价值，能够一次性准确表征外泌体微囊泡的粒径、浓度、携带的蛋白质和核酸等多个参数。● AN415 纳米流式分析仪检测速度快，通量高，可以悬液上样，完美解决冷冻电镜等传统方法通量低，样品制备麻烦等问题。▍ 检测范围广● AN415纳米流式分析仪可检测30纳米到3微米的样本，涵盖了纳米级别的微粒和常规流式仪器的检测范围。▍ 多通道设计● AN415纳米流式分析仪采用多功能通道设计，最高可配置4个激光器，可3激光同时激发，最多支持13个荧光通道。可以在同一次实验中同时检测多种参数，实现更加全面的样本分析，提高实验的准确性和可靠性。此外，支持根据客户需求定制滤光片，灵活适配不同的实验需求。▍ 高通量上样● AN415纳米流式分析仪具备高效的上样系统，支持96孔板自动上样，并且配备自动深度清洗功能，确保样本之间的严格隔离和无交叉污染，显著提高实验室的工作效率。▍ 开机便捷● AN415纳米流式分析仪提供简便的操作流程，无需复杂的光路校准，15分钟内完成整个开机流程。使得用户能够更快速地开启实验，提高工作效率。如您对相关仪器参数资料感兴趣，可通过仪器信息网400-860-5168转6056 联系我们！

金鸡报晓已迎春，元宵临近聚福门，Quantum Design China恭祝大家新春愉快，元宵吉祥。上图这幅立体逼真的画作是 Quantum Design China专为您打造的新年特别礼物。看到图像右面的坐标轴，是不是很惊讶？没错，这不是一幅手绘作品，而是借助SwissLitho公司制造的3D纳米结构高速直写设备—NanoFrazor专业定制的三维纳米雄鸡贺卡！ 这幅雄赳赳气昂昂的鸡年贺卡，其尺寸仅有10μm*10μm，深度差为50nm，是目前全球小的三维纳米鸡年贺卡。整只雄鸡的微纳尺寸，以及鸡身立体的轮廓和清晰的线条，都体现了3D纳米结构高速直写机NanoFrazor让人膜拜的高直写精度(XY: 10nm, Z: 1nm)、高形貌感知灵敏度(0.1nm)，另外还有高速直写，无需显影，实时观察直写效果，无临近效应，无电子/离子损伤等有的特点。 NanoFrazor纳米3D结构直写机的问世，源于发明STM和AFM的IBM苏黎世研发中心，是其在纳米加工技术的新研究成果。NanoFrazor纳米3D结构直写机采用直径为5nm的探针，通过静电力控制实现直写3D高精度直写，并通过悬臂一侧的热传感器实现实时的形貌探测，次将纳米尺度下的3D结构直写工艺快速化、稳定化。该技术自问世以来已经多次刷新了上小3D立体结构的尺寸，创造了上小的马特洪峰模型，小立体地图，小刊物封面等记录。2016年10月，瑞士Swisslitho公司又发布了一款NanoFrazor Scholar，这款小型的纳米加工设备竟然可以放置在实验室桌面上，而且分辨率依然可达到XY:10nm；Z:2nm，轻松实现小于20nm的线宽与间距，更加便于课题组内进行纳米原型器件、微纳光学/光子学/磁学，NEMS、超材料等领域纳米机构与器件的设计与制备，是纳米结构和器件加工制备领域的之选。 2017的年味儿少不了科学的情怀，少不了我们对未知的探索和追求，带着NanoFrazor专业定制的全球小的三维纳米雄鸡贺卡，Quantum Design China祝愿大家在新的科学年中创意无限，收获满满！2017，Quantum Design China将继续伴您左右，提供丰富、的科研设备，便捷、专业的售后服务，助力您的科学研究更有说服力，更具创造力！ 相关产品： 3D纳米结构高速直写机NanoFrazor: http://www.instrument.com.cn/netshow/C226568.htm小型台式无掩模光刻系统: http://www.instrument.com.cn/netshow/C155920.htm

近日，中国科学院上海微系统所信息功能与材料国家重点实验室硅光子课题组研究员武爱民团队、深圳大学教授袁小聪、杜路平团队及英国伦敦国王学院教授Anatoly V. Zayats课题组合作，在硅衬底上提出了基于布洛赫表面光场的非对称传输特性实现超灵敏位移测量的方法，并实现了亚纳米级的位移传感。相关研究成果发表在Nanoscale上，并被选为当期封面文章。光学手段为精密位移测量提供了非接触的方案，可实现高灵敏度、高分辨率的位移检测，在纳米尺度位移传感、半导体技术及量子技术等领域具有重要应用。目前广泛应用的激光干涉法具有非接触和精度高的特点，然而，其对激光波长的稳定性要求高且严重依赖光学器件和光学路径，难以满足光学系统集成化和轻量化的发展需求。布洛赫表面波产生于多层介质膜与周围环境的界面处，具有低损耗，宽色散域，高定向性和CMOS兼容等优势。该研究基于硅基衬底，利用不对称狭缝形成纳米天线调控布洛赫表面波，实现了布洛赫表面光场的非对称传输，布洛赫表面波的不对称光场对纳米天线和入射高斯光场的相对位置具有超灵敏的依赖作用，通过对其远场表征就可以获得精确到亚纳米量级灵敏度的位移传感。该工作利用纳米尺度的狭缝实现了布洛赫表面波的非对称传输，通过连续改变光与狭缝的相对位置，在实验上实现了对于位移的精确测量，灵敏度可达0.12 nm-1，分辨率和量程达到8 nm和300 nm。该研究为纳米测量及超分辨显微提供了新的物理原理，并为超灵敏的位移测量提供了精巧的微型化方案。

窄带InSb半导体材料以高电子迁移率、大朗德g因子和强大的Rashba自旋轨道耦合特征而著称，成为自旋电子学、红外探测、热电以及复合半导体-超导器件中的新型量子比特和拓扑量子比特的材料候选者。 　　由InSb制成的低维纳米结构如纳米线或2D InSb纳米结构(或量子阱)，也因丰富的量子现象、优异的可调控性而颇具潜力。然而，InSb量子阱由于大晶格常数，较难在绝缘基板上外延生长。解决这些问题的方法之一是自下而上独立生长出无缺陷的纳米结构。通过气-液-固(VLS)生长出的2D InSb纳米片结构具有非常高的晶体质量，显示出单晶或接近单晶的优异特性，而在以往研究中其生长过程几乎均是起源于单个催化剂种子颗粒，因而位置、产量和方向几乎没有控制。 　　荷兰埃因霍温理工大学与中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心HX-Q02组特聘研究员沈洁等合作，开发出通过金属有机气相外延(MOVPE)在预定位置以预设数量(频率)和固定取向/排列生长2D InSb纳米结构的新方法(可控生长)，并利用低温电输运测量其制备而成的量子器件，观察到不同晶体结构对应的特征结构。 　　在这一方法中，通过在基底上制备V型槽切口，并精确控制成对从倾斜且相对的{111}B面生长的纳米线进行合并来形成纳米片。纳米片状形态和晶体结构由两根纳米线的相对取向决定。TEM等分析表明，存在与不同晶界排列相关的三种不同的纳米片形态——无晶界(I型)、Σ3-晶界(II型)、Σ9-晶界(III型)。后续的器件制备和输运测量表明，I型、II型在输运上表现出良好的性质，有较好的量子霍尔效应，出现了量子化平台，也有较高的场效应迁移率。 　　与之相对，III型纳米线因特殊晶界的存在，出现了明显的迁移率降低和较差的量子霍尔行为，且在偏压谱中被观察到象征势垒的零偏压电导谷。这归因于Σ9晶界带来的势垒对输运性质的影响。 　　研究表明，通过这种方法制备的I型和II型纳米片表现出有潜力的输运特性，适用于各种量子器件。尤其是这种生长方案使得InSb纳米线与InSb纳米片一起生长，具有预定的位置和方向，并可创建复杂的阴影几何形状与纳米线网络形状。 　　这一旦与超导体的定向沉积相结合，便可用最少的制备步骤产生高质量InSb超导体复合量子器件，为拓扑量子比特和新型复合量子比特提供器件平台。此外，与通过分子束外延(MBE)生长的InSb纳米片相比，采用这一方法生长的InSb纳米片更薄，更有助于量子化现象的出现和增加可调控性。 　　2月8日，相关研究成果以Merging Nanowires and Formation Dynamics of Bottom-Up Grown InSb Nanoflakes为题，在线发表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、北京市科技新星计划和综合极端条件实验装置的支持。图1.(a)InSb纳米线和纳米片基底的示意图。在InP(100)晶圆上制作v型槽切口(“沟槽”)，暴露出(111)B面。金颗粒在InP(111)B切面预先确定的位置上进行曝光制备，InSb纳米线在其上生长。通过在相反的InP(111)B切面上沉积Au颗粒，InSb纳米线将合并，形成(e)纳米桥和(f)纳米片。图2.三种类型的InSb纳米片的晶体取向与最终形貌的关系图4.三种纳米片的低温电输运测量。(a-c)显示了两端电导作为背门电压Vbg和磁场B的函数，即朗道扇形图。插图中显示的是假彩色SEM图像。纳米薄片被Al电极(蓝色)接触，Σ3和Σ9晶界分别用黄色和红色虚线标记。(d-f)为(a-c)在4T、8T和11T处扇图的截线，显示量子化平台存在与否。(g-i)为三种类型纳米片低磁场下微分电导dI/dV与Vbias和Vbg的函数关系，可以看出(i)中存在与晶界对应的零偏压电导谷。(j)由三种不同类型的纳米片制成的8个器件的场效应迁移率，显示三类纳米线不同的迁移率。

近日，天津检验检疫局研制的“纳米尺度测量标准器”获得国家实用新型专利授权。该项目采用国际先进的聚焦离子束刻蚀技术，具有分辨率高、线距均匀、材料稳定、设计独特等特点，可以满足不同形状样品的比对测量需求，有效解决了纳米尺度更准确的测量问题，填补了纳米材料领域标准器国内空白，达到国际先进水平。 　　随着纳米科技飞速发展，用于测量纳米尺度的高分辨率测量器具一直是人们所关注的课题，为了得到更准确的测量结果，需要有一个更接近于样品尺度的标准物质——纳米标准器。 　　天津局课题组经过两年的刻苦钻研，通过精选纳米标准器材质，采用先进的聚焦离子束刻蚀技术，研制成功一种新型的用于扫描电镜纳米尺度测量的纳米标准器。该纳米标准器分辨率高，具有78纳米的标准周期线距，远小于目前公认的S1000标准器的线距1000纳米(1微米)，是真正意义上的纳米级标准器，并且保证每个刻度周期线距的均匀性和一致性，可使得最小线距整数倍的距离都可以作为标准长度来比对，材料膨胀系数低、性能稳定，设计将横线、竖线、点阵和圆环形状的标准刻度融于一体，可以满足不同形状样品的比对测量需求。

日本研究人员开发出一种纳米纤维素纸半导体，其展现了3D结构的纳米—微米—宏观跨尺度可设计性以及电性能的广泛可调性。研究结果日前发表在美国化学学会核心期刊《ACS纳米》上。　　具有3D网络结构的半导体纳米材料拥有高表面积和大量孔隙，使其非常适合涉及吸附、分离和传感的应用。然而，同时控制电气特性、创建有用的微观和宏观结构并实现出色的功能和最终用途的多功能性，仍然具有挑战性。　　纤维素是一种源自木材的天然且易于获取的材料。纤维素纳米纤维（纳米纤维素）可制成具有与标准A4纸张尺寸相似的柔性纳米纤维素纸（纳米纸）片材。纳米纸不导电，但加热可引入导电特性。不过，这种受热也可能破坏纳米结构。　　大阪大学研究人员与东京大学、九州大学和冈山大学合作，设计出一种处理工艺，使纳米纸能够加热，又不会破坏从纳米尺度到宏观尺度的纸结构。　　“纳米纸半导体的一个重要特性是可调性，因为这允许为特定应用展开设计。”研究作者古贺博隆副教授解释说，碘处理对保护纳米纸的纳米结构非常有效。将其与空间控制的干燥相结合，意味着热解处理不会显著改变设计的结构，并且可使用选定的温度来控制电性能。　　研究人员使用折纸和剪纸技术来提供纳米纸在宏观层面的灵活性。他们将鸟和盒子折叠起来，冲压出苹果和雪花等形状，并通过激光切割产生更复杂的结构。这证明了新工艺可能达到的细节水平，以及热处理没有造成损坏。　　成功应用的例子是，纳米纸半导体传感器结合到可穿戴设备中，以检测穿过口罩呼出的水分和皮肤上的水分。纳米纸半导体也被用作葡萄糖生物燃料电池的电极，产生的能量点亮了一个小灯泡。　　古贺博隆表示，新研究展现的将纳米材料转化为实际设备的结构维护和可调性非常令人鼓舞，新方法为完全由植物材料制成的可持续电子产品的下一步发展奠定了基础。

据美国物理学家组织网近日报道，美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理学家开发出一种新型X光显微镜，不仅能透视材料内部结构，而且洞察之细微达到了纳米水平。该显微镜有助于开发更小的数据存储设备，探测物质化学成分，拍摄生物组织结构等。研究论文发表在《美国国家科学院院刊》上。 　　X光纳米显微镜不是通过透镜成像，而是靠强大的算法程序计算成像。“这种数学运算方法相当复杂，其原理有点像哈勃太空望远镜，就是让最初看到的模糊图像变得清晰鲜明。”领导该研究的加州大学圣地亚哥分校副教授奥里格夏佩克解释说，X光探测到物质的纳米结构后，会生成衍射图案，计算机按照运算法则将这种衍射图案转化为可辨认的精细图像。 　　为了测试显微镜透视物体的能力和分辨率，研究小组用钆和铁元素制作了一种层状膜。目前信息技术行业多用这种膜来开发高容高速、更微小的内存设备和磁盘驱动器。 　　“这两种都是磁性材料，如果结合成一体，就会自然地形成纳米磁畴。”夏佩克说，在显微镜下面，能看到它们形成的磁条纹。层状的钆铁膜看起来就像一块千层酥，层层褶皱形成了一系列的磁畴，就好像一圈圈指纹的凸起。 　　“这还是第一次能在纳米尺度观察到磁畴，而且不需要任何透镜。”夏佩克解释说，这对开发更小的数据存储设备非常关键，磁比特可以做得更小，也就是说让磁纹变得更细，从而开发出磁畴更小的材料，就能在更小的空间里储存更多数据。 　　“在目前的磁盘表面上，1个磁比特约15纳米大小。我们的显微镜能直接拍摄到比特位，这对拓展未来的数据存储能力打开了新空间。”论文合著者、该校电学与计算机工程教授、磁记录研究中心的埃里克富勒顿说。 　　此外，该显微镜还能用于其他领域。通过调节X光的能量，还能用它来观察材料内部有哪些元素，这在化学上是非常重要的。在生物学领域，用X光给病毒、细胞及各种不同的组织拍照，要比用可见光拍出来的效果好得多。 　　夏佩克说，在计算机工程领域，我们希望能以可控的方式造出新型磁性材料和数据存储设备 在生物和化学领域，能在纳米水平操控物质。要达到这些目标要求，必须从纳米水平理解材料的性质，而X光显微技术让人们真正在纳米水平看到了物质内部。

2021年6月23日，苏州纳微科技股份有限公司（股票代码：SH688690，以下简称纳微科技）成功在科创板上市，纳微科技本次发行股份数量为4400.00万股，发行价为8.07元/股，开盘价93.00元/股，募集资金3.55亿元。目前，纳微科技股价上涨幅度超1000%，市值超过360亿元。据公开资料显示，纳微科技是一家专门从事高性能纳米微球材料研发、规模化生产、销售及应用服务，为生物医药、平板显示、分析检测及IVD等领域客户提供核心微球材料及相关技术解决方案的高新技术企业。纳微科技自创立以来，始终坚持“以创新，赢尊重，得未来”的理念，长期坚持技术创新，并开发出全球领先的微球精准制备技术。纳微科技专有技术可以对微球材料组成、粒径大小及分布、结构形貌、孔径大小及其分布、表面修饰和功能基团等进行精准调控。除此之外，纳微科技是目前世界上极少数可以同时大规模生产超纯硅胶、杂化硅胶、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯为基质的单分散色谱填料的公司。近年来，公司经营表现持续向好。2020年公司共实现营业收入2.05亿元，净利润7290.16万元，净利润相较于2019年全年提升超过240%。高瓴联席首席投资官、合伙人易诺青表示：“纳微科技在上交所科创板的成功挂牌上市，标志着公司发展取得了阶段性成果。江必旺博士创办的纳微科技，在微球领域实现了弯道超车，成功开发出世界领先的微球精准制备技术，不仅填补了国内下游层析介质的空白，还推动了世界层析介质精准制造技术的进步，为药企分离纯化介质的国产化替代提供了可能。生物制药行业投资大、技术门槛高，关系着人民生命安全。高瓴将长期支持纳微科技突破微球材料产业化这一‘卡脖子’技术，推动中国生物制药企业高质量发展。”

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校和佐治亚理工大学科学家在最新一期《自然》杂志在线版发表论文称，他们采用3D打印方法，制作出一种双相纳米结构高熵合金（HEA），其强度和延展性优于现有其他先进的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、医学、能源和运输等领域的高性能部件。通过先进3D打印制造的高熵合金在多个尺度上具有层次结构，表现出更高强度和良好的延展性。图片来源：佐治亚理工学院官网过去15年，HEA越来越受欢迎。HEA是由5种或5种以上等量或大约等量的金属制成的合金，具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程领域备受重视。3D打印技术目前已用于材料开发领域，基于激光的3D打印可以产生大的温度梯度和高冷却速率，而传统方法很难做到这一点。此次，研究人员将HEA与先进的3D打印技术——激光粉末床熔融结合，开发出具有前所未有性能的新材料。由于该工艺使材料熔化和凝固速度非常快，所得到材料的微观结构与传统方法制造出的材料大相径庭。新材料的微观结构看起来像一种网状结构，由名为面心立方（FCC）和体心立方（BCC）的纳米层状结构交替组成，这些层被嵌入微尺度共晶团中，分级纳米结构HEA使两相能够协同变形。研究人员表示，这种不寻常微观结构的原子重排使其拥有超高强度和更高的延展性，与传统金属铸件相比，新材料的强度提升了3倍，延展性不减反增。使HEA拥有更强韧性和更好延展性有助于研制出机械效率高且节能的轻质结构。研究团队还开发出了双相晶体塑性计算模型，以了解FCC和BCC纳米片层所起的作用，以及它们如何协同工作以增加材料的强度和延展性。结果显示，BCC纳米片层具有极坚固的特性，这对于实现合金卓越的强度—延展性协同作用至关重要。未来，科学家们有望利用3D打印技术和HEA研制出可广泛应用于生物医学、航空航天等领域的高性能部件。

p 　　 strong 　仪器信息网讯 /strong 2017年8月29-31日，第七届中国国际纳米科学技术会议(ChinaNANO 2017)在北京举行。大会旨在促进纳米科学与技术研究的前沿问题的交流。中国科学院院长白春礼出席开幕式并致辞，会议吸引来自全球30多个国家和地区的2000多名代表参加。 /p p style=" text-align: center" img style=" width: 450px height: 253px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/3dc59c0e-1c44-417c-8462-d6d8dc4212a7.jpg" title=" 00.jpg" height=" 253" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /p p style=" text-align: center " strong 会场一角 /strong /p p 　　作为ChinaNANO 2017赞助商，牛津仪器携旗下纳米科学部门(NanoScience)和原子力显微镜部门(Asylum Research)等业务部门亮相此次大会。借此机会，在牛津仪器展位，仪器信息网编辑就两业务部门研发及市场最新动向，与Asylum Research的亚太区副总裁David E.Beck博士、美国总部研发总监Mario Viani博士、中国区技术主管程鹏博士，以及NanoScience的亚洲销售及市场经理赵勇杰博士进行了现场交流。 /p p style=" text-align: center" img style=" width: 450px height: 253px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/14481a0d-5b7f-4d7e-a415-6642a11c9432.jpg" title=" 0.jpg" height=" 253" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /p p style=" text-align: center " strong 中国科学院院长白春礼到牛津仪器展位询问 /strong /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 牛津仪器Asylum Research—创新设备引导前沿应用，坚持“最专业的售后支持” /strong /span /p p 　　自从1985年，首台原子力显微镜(AFM)问世以来，由于其相比光学显微镜及电子显微镜完全不一样的图像显示方式，及在多场不同物理性能表征等方面的广泛应用。在30余年里，AFM表征技术得到了迅速的发展。 /p p 　　Asylum Research总部位于美国加利福尼亚圣塔芭芭拉市，成立于1999年，由三名原DI(Digital Instruments)公司的科学家共同创立。公司致力于纳米科学表征中的AFM研发及生产，并于2012年加入牛津仪器。 /p p 　　Asylum Research产品的发展大致可以分为两个阶段：1999-2008阶段，研发了三轴分立的扫描器和高分辨率定位传感器， 在原子力显微镜行业首次实现了精确定量的力曲线和闭环扫描。接着，在Mario Viani带领的研发团队努力下，于2008年开发出Cypher S 原子力显微镜，全新设计的机械结构大大提高了分辨力和扫描速度，常规扫描速度提高了10到20倍，同时实现了全自动化操作，大大降低了使用难度。在2012年，Cypher ES环境控制扫描器问世，在保持Cypher S性能的同时实现了稳定扫描下的温度和湿度控制、气体和液体的密闭式循环。2017年，又经过近十年的研发积累和技术储备，2017年2月，推出了全功能的视频级原子力显微镜Cypher VRS。Cypher VRS同时具有极高的成像速度和极高的成像分辨率，扫描线速度最高可达625Hz，最快能以每秒10帧左右的速度成像。作为对比，其扫描速度比传统的AFM要快300倍以上，比目前的“快速扫描”AFM要快10倍以上。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/252142ee-638a-4434-bd87-e411f6cf8625.jpg" title=" 1.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 全功能的视频级AFM-Cypher VRS /strong /p p 　　对于拥有了高分辨率的AFM，极高的成像速度是很可贵的。Mario Viani博士介绍道，“‘快速’的概念很早就有科学家提出过，但由于定制化的设备难以使用，并未得到广泛的应用。我们的AFM有一个特点，就是在‘高速、高分辨’的基础上，操作很简单。这样，用户无论来自生物领域、化学领域，还是材料等领域，都能够在拿到设备后很容易得到高质量高分辨的图像结果。另外，Cypher VRS这种视频级成像的技术对于AFM领域是很前沿的。这个全新的技术将引领一系列全新的科研应用，为那些需要在原子力显微镜的分辨率下研究动态过程的科研领域打开了一个新世界的大门。我们注意到Cypher VRS面世以来，受到了各领域广泛的关注，如生物、化学、材料领域。” /p p 　　对于Asylum Research，另一个重要事件不得不提，那就是2012年加入牛津仪器。David E.Beck博士讲道：“Asylum Research加入牛津仪器使双方实现了共赢，牛津仪器在扩展了纳米分析领域的产品线的同时，Asylum Research获得更多客户、市场宣传等共享资源，业绩也实现快速发展，在中国市场的表现尤为亮眼。” /p p style=" text-align: center" img style=" width: 450px height: 300px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/b10f8192-20ef-4f53-bfcd-a02dbbdfe78e.jpg" title=" 000.jpg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /p p style=" text-align: center " strong 合影留念 /strong /p p style=" text-align: center " (左二，David E.Beck博士 左三，Mario Viani博士 左四，程鹏博士) /p p 　　对于AFM业务的下一步发展，David E.Beck博士认为，Asylum Research核心宗旨依旧是保持最专业的“售后支持”。因为AFM的应用非常广泛，涵盖化学、生物、材料、物理和机械等多个领域，时刻让客户设备保持最佳工作状态，协助客户获得最佳数据就成为Asylum Research的首要任务。另外，中国当下高速发展的科学研究，为AFM技术推广和应用带来了新机遇。Asylum Research十分重视中国市场：包括在北京和上海已建立的两个设备齐全的Demo实验室、支持中国技术团队与本地客户紧密合作，为特殊需求进行产品定制研发。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 牛津仪器NanoScience—Demo实验室拉近客户距离，跟踪需求源引研发创新 /strong /span /p p 　　关于刚提到Asylum Research加入牛津仪器的共赢，赵勇杰博士表示：“确实如此，比如参加本次会议，NanoScience和Asylum Research虽然是不同的业务部门，但我们的客户是有很大交叉的，只不过AFM可能用来表征形貌，而我们更多考察在低温、强磁场环境下做成纳米器件的光电性能等。这样我们就实现了共享客户及市场资源，同时这对为客户提供更完善解决方案也是更很有利的。” /p p 　　赵勇杰还表示：“近五到十年，国内创新十分活跃，越来越多国内的研究成果得到转化或发表在国际高水平期刊杂志上。在此大背景下，客户对更多高端检测手段有了越来越多的需求，我们作为高技术设备制造者也一直在为找到更好的结合点而努力，其中，Demo实验室就是一个很好的方式。” /p p 　　据介绍，牛津仪器NanoScience上海的Demo实验室设立与2016年下半年，经过近半年的试运行(配件购置、调试等)，现已正式运营近半年时间并取得了良好的效果。Demo实验室主要包括研发和测试两项工作，研发则包含了牛津仪器自己以及与客户合作的项目。用赵勇杰博士的话说，“demo实验室拉近了我们与客户的距离”。不仅简短了与客户之间的沟通时间周期，还可以对客户的需求及时跟进，这也促进了与客户科研工作的紧密合作。同时，通过与客户合作过程中不断的发现需求、验证的过程，还可以为新的应用或新产品的研发提供源源不断的设想或理念，从而本土化创新就无形中推动了整个牛津仪器产品系列的创新。赵勇杰博士说：“我们欢迎广大用户来参观、使用我们的demo实验室，在此进行科学实验或验证创新的想法。” /p p 　　正是拉近与客户的距离，不断与客户密切的研发合作促进了牛津仪器本土化的售后支持与研发能力。NanoScience的产品设计也十分重视不同客户的不同体验，迷你无液氦稀释制冷机系统(Io系统)就是一例，该产品于2016年面世，是一个紧凑的，无液氦的低振动连续冷却解决方案，可以将样品温度降到50 mK。一些用户实验室空间不足或经常从一个地方转移到另一个地方，Io系统便是专为这些用户的需求而设计，其不仅紧凑，重量轻，易移动，易于安装和操作，设计简单，即使没有经验的用户，也可以轻松在新的地方重新搭建调试系统，而且还大大节省了用户的购买成本。这套系统在当前细分化的市场中，提供了更多可能性满足了用户的需求。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/e2ed47ba-ae85-4764-8d5a-e7f806beca3b.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 迷你无液氦稀释制冷机系统(Io系统) /strong /p

1996年，Kasianowicz等人首次发现单链DNA和RNA电泳穿过α溶血素（α-HL）纳米孔的时候会产生对应的阻塞电流信号。此后，众多科研学者在这一研究基础上开始了更为广泛的研究。经过二十余年发展，生物纳米孔技术现已开始商业化，且市面已有成型的基于生物纳米孔单分子测序技术的基因测序仪产品。纳米孔最具前景的应用之一是其可以用于第三代DNA测序技术，因其不需要复杂的酶扩增以及荧光标记，且其具有低成本高通量的特点而受到广大研究者们的青睐。纳米孔是单分子测序仪最核心部件图1 纳米孔DNA测序的基本原理图。（a）基于纳米孔的DNA测序传感器搭建示意图，图中显示一条单链DNA正在电泳穿过石墨烯纳米孔。（b）单链DNA过孔时产生的阻塞离子电流信号细节示意图，每个碱基的体积及其与纳米孔之间的相互作用强度不同导致对应的阻塞电流幅值存在差异，从而可以用来区分不同的DNA碱基。【Si Wei, et al. Chin. Sci. Bull., 2014, 59(35): 4929-4941.】纳米孔单分子DNA测序传感器基于库特计数器原理，如图1所示在固态薄膜的顺式端（cis）和反式端（trans）都注满了离子溶液，两端的溶液仅通过纳米孔进行连接，当带电的DNA分子被置入到液池的顺式端后，在纳米孔的两侧施加电压，DNA分子会在电场力的作用下电泳穿过纳米孔，由于DNA碱基自身在孔内的物理占位以及其与纳米孔间较强的相互作用使得通过纳米孔的电流会被阻塞。一条单链DNA（ssDNA）由腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）组成。因为四种碱基的尺寸及特征各异，当单链DNA穿过跟自身尺寸相当的纳米孔时，不同的碱基会产生对应幅值的阻塞电流，通过研究这些电流之间的差异就可以实现对DNA四种碱基的辨识，如图1所示。通过分析这些阻塞电流信号（如阻塞电流幅值和过孔时间等），DNA链上所含的碱基很有可能被检测和区分开来。纳米孔作为单分子测序仪器设计与制造的核心检测部件，因此如何保证纳米孔单分子传感器的检测灵敏度、时间空间分辨率、稳定性和寿命等是影响纳米孔单分子测序仪器工作效率和稳定性的关键技术问题。三大技术突破成就了如今的纳米孔单分子测序仪自1996年纳米孔被Kasianowicz等人发现以来，众多科学家投入大量精力深入研究，在研究过程中也遇到很多难题。例如，尽管研究者们都相继报道了纳米孔离子电流可以用于四种碱基的区分，然而他们得到的结论却大相径庭，使得阻塞电流的幅值和相应碱基之间的对应关系至今仍然含糊不清。研究者们对单链DNA均聚物在过孔时产生的阻塞电流幅值跟碱基体积大小的相关性进行了研究，组成DNA四种碱基的体积大小顺序为GATC，理论上DNA碱基的尺寸对离子电流信号的影响较大，然而其与纳米孔的强相互作用在阻塞电流幅值检测方面也会起到主导作用，且在不同的纳米孔材料或者实验条件下获得的实验结果差异较大，这也制约了基于纳米孔DNA测序的发展。经历了20余年的发展，三大技术突破与革新也成就了现今的纳米孔单分子测序仪的研制。首先是纳米孔检测DNA或RNA全新技术方案的提出，其次是采用酶对DNA分子的剪切或复制用于纳米单分子测序技术中，最后是单碱基信号的测序精度精准调控。之后数年的时间，Oxford Nanopore 公司于2013年11月启动了MinION测序仪的早期试用计划，这时首款纳米孔单分子测序仪也正式开始步入人类的视野。便携、低成本和高通量 纳米孔单分子测序成为最具潜力的DNA测序技术人类基因组计划人类基因组计划在2003 年完成人体全序列的基因测定，历时12 年，耗资数十亿美元，人类基因序列图已成为全人类共同的财富。但是，第一代的 Sanger测序方法也给基因组测序贴上了数亿美元的价格标签，让人望而生畏。近两年发展迅猛的第二代测序仪让人类基因组重测序的费用降低到10 万美元以下，测序时间也缩短到6 个月。但是，这样的价格和时间，相对于个人用户仍然太高，极大地限制了其临床应用和基础理论研究。与传统Sanger测序技术相比，纳米孔单分子测序技术的核心优势在于它的便携性、低成本和高通量。强大的市场需求和探索生命科学未知领域的渴望，有力地推动着DNA 检测水平的提高。2004 年，美国国家人类基因组研究所（NHGRI）启动了“千元基因组测序研究项目”, 目的是让人类基因组的测序费用降至1000 美元以下。基于纳米孔的单分子DNA 测序方法是第三代测序技术中成本最低，最具有竞争力的技术。同年，美国国家卫生研究院（NIH）提出了“1000美元测序”的概念，而基于纳米孔的DNA测序技术是最有潜力实现这一目标的方法之一，众多实验研究也进一步验证了纳米孔DNA测序技术的可行性。该方法的优势在于它简化了对DNA 的化学修饰、扩增和表面吸附等工艺，具有结构简洁、速度快、操作简便等特点，同时省去了昂贵的荧光试剂和CCD照相机的费用。最为重要的是它的效率高，单个核苷酸分子通过纳米孔的时间仅在微秒级，如果考虑单个芯片上集成成百上千个纳米孔阵列，有望在24 小时内完成对个体的基因测序，而目前的二代基因测序仪则需要6 个月时间。 商业化进展慢 提高纳米孔稳定性迫在眉睫纳米孔单分子测序技术现有市场的典型产品是Oxford Nanopore Technologies（ONT）公司的MinION纳米孔测序仪，它具有低成本、高通量、读速快、读长长（约150kb）和高便携等特点，因此纳米孔单分子传感器目前已被广泛应用于物理学、生物学和化学等学科涉及单分子应用的科学研究，助力人类科技的发展，造福人类。基于上述纳米孔单分子测序技术的特点，相比传统测序仪器而言，它的典型应用场景之一是极端环境中病毒或细菌的高精度检测。例如，在偏远贫困地区，在疫情爆发或在没有足够的设备资源的情况下，便携的纳米孔单分子测序仪可以快速的协助病毒检测和疾病诊断。数年前西非爆发埃博拉病毒时，单分子测序仪便在病毒检测过程中起到的重要作用。再例如，存放在外太空空间站的土壤和水等是否已经出现微生物依然成谜，要将样品带至地球进行采样分析方能揭晓，而轻便的纳米孔单分子测序仪仅有u盘大小，可以方便的携带至外太空，在其他辅助条件下协助检测。虽然基于纳米孔的单分子测序仪具备很多优势，而且已经进入商业化进程，但是它的市场占有率相比传统测序技术而言依然偏低。其原因主要是目前市场已有的纳米孔测序仪采用的仍然是生物纳米孔和磷脂膜，这样的生物体系不可避免的面临着寿命短和稳定性不持久的缺陷。因此要推进纳米孔单分子测序技术的发展，这些问题必须得到解决。而固体纳米孔（例如氮化硅，二硫化钼）目前的报道也可以辨识单碱基，因此固体纳米孔有望在未来代替生物纳米孔实现稳定、可重复利用的高精度DNA测序。然而固体纳米孔在信噪比方面不如生物纳米孔，而且DNA在相同条件下通过固体纳米孔的速度偏快，因此如何提高固体纳米孔的信噪比和实现有效的DNA控速也是亟需解决的关键科学问题。作者简介：司伟，博士，东南大学硕导/讲师，2020年度东南大学“至善青年学者”，江苏省2019年度优秀博士学位论文和东南大学2019年度优秀博士学位论文获得者，入选2019年、2020年东南大学机械工程学院“优才培育计划”，担任《MaterialsInternational》(ISSN: 2668-5728)期刊助理编辑和《Bioengineering International》(ISSN 2668-7119)期刊编委，获得2019年Nanotechnology期刊杰出审稿人奖。主要研究方向：（1）机械操控及机器人技术、（2）工程流体动力学及传感器、（3）结构工艺设计及加工制造、（4）程序语言算法和三维建模与仿真。

1993年的一天，北京大学校园里来了一位从日本留学回来的青年人，他带着六十余箱仪器设备回国，一入燕园，便从头开始建设实验室。几十年后，这位青年学者在世界科研领域享誉盛名，成为世界纳米材料研究领域的先驱。他就是全国政协常委、九三学社中央副主席、中国科学院院士、北京大学纳米科学与技术研究中心主任、北京石墨烯研究院院长刘忠范。“我的人生挺简单，就是在做一件事情，小时候是读书学习，现在是读书研究。”回国参与科研建设的数十年间，刘忠范一次次地锐意进取、开拓创新，以纳米材料之微，寻国计民生之大。从出国到归国：“出国做研究，回国做事业”1983年7月，怀揣着对化学浓烈兴趣的青年刘忠范在母亲的支持下，选择继续深造，从此开启了十年的日本留学生涯。钻研使他在化学的世界里越陷越深，先后在日本横滨大学、东京大学获得硕士、博士学位，并在东京大学和日本分子科学研究所做博士后。留学的第8个年头，刘忠范遇到了他的伯乐——北京大学化学系教授蔡生民。蔡生民教授不止一次对刘忠范发出邀请，希望他能够回国工作。面对蔡生民教授的热情和诚意，刘忠范接受了他的邀请。而彼时的中国尚处在科技腾飞的前夜，科研条件相对落后，“出去”的多，“回来”的少。科学无国界，科学家却有祖国。“在国外做的只是研究，回到国内才是真正做事业，会有更大的天地，更广的舞台。能为祖国作贡献，这就是我回国的最大心愿！”这是他的心声。刘忠范选择了祖国。带着导师送的60余箱实验仪器，刘忠范回到北京大学，亲手建立起光电智能材料研究室。在两间空房子里，他从零开始，既没经费，也没人员，就去工地、工厂找来沙子和锯末，自己动手搭起了防震台。每一个插头放在哪里，刘忠范都会自己设计并找人安装，桌椅板凳也需要他自己一件件购买。每天第一个来实验室的是他，晚上最后一个离开也是他，有时候工作到深夜，楼门已经关闭，只能翻大门回家。寒来暑往，刘忠范做得踏踏实实。1994年，刘忠范申请了科技部攀登计划项目，经费500万。在90年代初期，这是个庞大的数字。凭借着踏实的研究成果，刘忠范成为这个项目的首席科学家，也是当时科技部最年轻的首席科学家。从此，刘忠范开始了纳米攀登之旅。1997年9月27日，刘忠范和吴全德院士一道推动成立了国内最早跨院系、跨学科的纳米研究机构——北京大学纳米科学与技术研究中心。对科研方向的高度敏感，与刘忠范从小对大自然的强烈探求欲不无关系。1962年冬，刘忠范出生在吉林九台的一个农民家庭。小时候家里穷困，父亲务农，母亲是家庭妇女，只有在邻村小学教书的哥哥有文化。受到哥哥的熏陶，刘忠范从小就喜欢读书。凡是书上看到的东西他都想亲自试验一下：给鸡鸭听音乐是否会多产蛋？用凉开水浇地是否比用生水更好？怀着强烈的好奇心，他将这些“突发奇想”付诸行动，并仔细地观察实验结果。在此后的很多年里，对知识的浓厚兴趣总是牵引着他的研究。1998年的一天，刘忠范突发奇想，能不能把碳纳米管也像分子那样一个个排起来。冒出这个想法后，他立刻着手尝试，反复试验下，想法成功落地，碳纳米管首次整齐地矗立在表面上。2000年，他以开拓者的身份发表了国际相关领域的第一篇文章。从碳纳米管到石墨烯 ：“要么上书架，要么上货架”石墨烯 —— 被称为“ 会改变世界的材料”——于2004年被英国科学家发现，随之成为世界范围的前沿领域，是目前世界上已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的新材料。2008年，刘忠范率领团队转而深耕石墨烯领域，开始研究石墨烯的合成方法。2010年的诺贝尔物理学奖，授予了发现石墨烯的两名科学家，世界范围内掀起了竞争石墨烯产业领域的热潮。与此同时，石墨烯的产业应用在国内得到了广泛的关注，各地纷纷兴建石墨烯产业园，成立产业中心。“老实说那个时候，社会上对石墨烯的宣传有点过热，很多有关石墨烯的说法不靠谱。”刘忠范坦言。但他认为，与其指出这种说法不对、这种做法不行，不如尝试一下自己认为正确的做法。“别的一概不做了，只做石墨烯，而且往前走，做‘有用、实用’的石墨烯。”正是这一决定，让他开启了石墨烯产业化研究的新征程。“被其魅力所征服，被其未来所吸引，义无反顾地走到今天，亦将为之奋斗余生。”刘忠范潜心于石墨烯基础理论研究，十年如一日地探索研究，发文无数。2018年，刘忠范一手建立了北京石墨烯研究院，作为院长的他，带领团队全方位开展石墨烯基础研究和产业化核心技术研发，为我国石墨烯研究和应用领域开山探路。“我们现在所做的事情，将来都会变成术语，所以一定要规范。”刘忠范反复告诫学生。他认为，对于石墨烯产业，制备决定未来。因此，他的团队抓住关键两点，一是制备具有全球竞争能力的优质材料，二是研究制备装备领域更高端更上游的技术。“有它行没它也行”不是刘忠范心中杀手锏级的应用。虽然国内市场上出现了许多石墨烯相关产品，但大多还是“三大件”，即石墨烯电热产品，石墨烯改性电池以及石墨烯防腐涂料。这些产品很难给人类生活带来颠覆性的改变，他认为，一个杀手锏级的应用，应当可以让传统产业升级换代，创造出新的产业。因此，刘忠范始终致力于探索更多方向，提供最好的材料与装备。“要做点真正有用的东西，或者上书架或者上货架。”这是刘忠范一贯的理念。上书架，并非简单地发表学术论文，而是真正对科学有用，是能够在教科书里找到；而上货架，并非简单地申请几项专利，而是真正对国计民生有用，是能够在百姓生活里找到。从科研到育人 ：“人才决定潜力，文化决定高度”2009年，刘忠范被评为“科学中国人年度人物”，2011年当选中科院院士，2012年获得中国化学会—阿克苏诺贝尔化学奖。在他心里，学者应该专注于学问；院士是一个崇高的称号，选上是件“水到渠成的事情”，而不应是追求的功利目标。他希望自己还是最初的那个“自己”，做好学问，在推动学术发展的同时把年轻一代带起来… … 正因如此，对于奋战在科研第一线的刘忠范来说，三尺讲台更是他的另一个阵地。他认为，“科研跟教书育人并不矛盾，作为一名教师，也有义务承担起培育新人的重任”。“人才决定潜力，机制决定效率，文化决定高度”，这是刘忠范一贯的信条。谈起最自豪的事，不是发表的600多篇学术论文，不是探索出了新领域，而是培养了一批热爱科学、热爱纳米的学生。身教胜于言传，刘忠范的以身作则，点燃了一批批学生对科研的兴趣。他的学生绝大多数都在国内外高校和科研院所从事科研工作，其中已经有60多位教授或研究员，包括一位院士、5名万人计划领军和拔尖人才、5名长江学者和青年长江学者、9名杰青、8名优青，还有10位企业高管，都在各自的领域里为科学研究和国家发展贡献自己的力量。刘忠范始终带着兴趣做科研，兴趣也是他教育理念的第一页。“一个新学生来我这里做科研，我都先问他的特长和爱好是什么，我让他自己找感兴趣的问题。当他不知道对什么感兴趣时，我会问他对哪些不感兴趣，以尽量避免做自己不感兴趣的工作。”作为导师，导引学生找到自己所擅长的兴趣，他认为这同样重要，将两者结合起来，还需要耐得住寂寞的马拉松式的坚持。针对“十四五”时期的人才培养，他提出“要进行兴趣导向，分类支持”，基础研究和应用研发不能混为一谈：基础研究需要的是自由宽松的创新性文化环境和文化土壤；应用研究和高技术研发需要明确的应用目标牵引。每个人精力有限，把它集中于真正的科学问题上，保持一颗安静平和、积极向上的心，不懈努力，才会有所突破。责任二字，同样是他育人理念的重要一页。在谈及2020年政府工作报告时，他认为一句“生命至上”令人动容，这也是他责任心的一个生动体现。静心在科研世界之外，刘忠范深深地感受到越来越多的社会责任。儿时刻骨铭心的经历使他对农村教育和失学儿童问题十分关注，他多方奔走，设立的奖学金帮助了不少濒临失学的儿童。他曾经就读的村小学有了漂亮的新校舍、宽敞明亮的图书室、崭新的桌椅和计算机房。收到学生家长寄来的感谢信，讲述自己的孩子第一次看到和使用电脑时的激动心情，刘忠范感动得落了泪。他还在母校长春工业大学设立“励志奖学金”“烯望之星奖学金”，鼓励母校的年轻学子奋发向上。“有了兴趣，就有了追求；而有了责任意识，就能够把个人的追求与集体乃至国家融为一体。”刘忠范尽自己最大的努力承担起社会的责任，他也将这种勇于担当的精神传递给他的学生。“做好一件事，不负北大人”“矢志不渝家国梦，敢凭烯碳赌人生。”回到祖国怀抱30年，刘忠范用实力为自己的事业开拓了一片广阔的天空，也为祖国的纳米科技领域和人才培养奉献了自己的力量。“科学精神实际是追求真理，追求事实本身，由好奇心驱动， 其实质就是关注、认识和解释自然，没有私心杂念，更无过多功利性虚荣心。只有厚积培植科学精神滋长的土壤，才能孕育和激发出更多的原始创新。”刘忠范这么说，他也是这么做，他还将继续这么做下去。（本文原载于《中国统一战线》2022年第5期总第365期 记者：程佳俊，北京大学融媒体中心）

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张珽团队在《纳微快报》（Nano-Micro Letters）上发表最新研究成果。该研究开发了一种新策略，通过将电纺纤维网络嵌入水凝胶中，从而实现同时具有超薄结构和优异力学性能的复合水凝胶薄膜（纤维复合水凝胶设计和制备      图2 纤维复合水凝胶薄膜力学性能     常规的水凝胶材料具有容易失水的缺点，长期暴露于空气中时，由于体系水分的蒸发从而使水凝胶体系失效。该研究通过在纤维复合水凝胶体系中掺入甘油作为保水剂，使复合水凝胶体系具有优异的抗失水性能。暴露于空气中七天后，仍具备优异的柔性。此外，为了改善纤维复合水凝胶的导电性，甘油/NaCl体系使纤维复合水凝胶在空气中维持长期的高导电性能（图3）。      图3 纤维复合水凝胶薄膜抗失水性能 得益于纤维复合水凝胶薄膜超软和超薄的特性，其可实现对各种不同粗糙表面的无缝贴附，其广泛可调的力学性能几乎可实现对所有生物软组织（如脑、肝脏、心脏、肺和皮肤）模量的完美匹配，可伴随组织产生形变而不损伤组织，是构建柔性生物电子器件的理想材料（图4）。 图4 纤维复合水凝胶薄膜的柔性和贴附性能      基于甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶构建的贴附型生物电极具有比商业凝胶电极更加优异的信噪比和长期使用性能。商用凝胶电极长期（48h）暴露于空气中会由于失水从而丧失性能，甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶电极在7天后仍旧保持良好信噪比，可实现对人体肌电信号的采集。甘油/NaCl体系的纤维复合水凝胶电极用于检测人体肌电信号，可实现对不同运动姿势和不同运动强度肌肉电信号的监测（图5）。     图5 纤维复合水凝胶电极用于人体肌电信号监测 研究人员通过将电纺纤维网络包埋于水凝胶，开发了一种制备超软、超薄、力学增强复合水凝胶的新策略。该工作为超薄柔性生物电子提供了新颖的设计和构建思路。

据新华社电 8月21日从中科院合肥物质研究院了解到，以该院智能所为首席单位的科技部国家重大研究计划项目“应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究”取得成果。这套包括新型纳米材料及配套处理程序的技术，对控制饮用水源砷、氟等污染具有重要意义。 　　目前，这项技术已在我国部分农村地区现场使用，为改善当地农民饮用水质作出了突出贡献。这也是我国第一次在饮用水处理上使用纳米材料及其处理程序。 　　据了解，常规饮用水处理方式下，部分重金属等微污染物会有明显残留，长期饮用会对人体造成伤害。所以，饮用水中微污染物的处理是饮用水安全领域最富有挑战性的前沿课题。 　　据负责此项研究的中科院合肥物质研究院智能所刘锦淮研究员介绍，富有活力的纳米材料具备常规材料无法比拟的高吸附效率等优势，为解决这些关键问题提供了新的机遇。 　　刘锦淮及其合作团队设计合成了一系列同时具有微米级材料的易处理性和纳米级材料高效率、高活性等优点的三维微纳分级结构材料，包括花状镁铝双氢氧化物、花状氧化镁、类棉花糖状氧化铜、铁基金属有机骨架等，对于砷、氟等微污染物具有快速吸附动力和超大吸附容量。同时，科研人员还配套设计了有别于常规自来水处理的应用程序。 　　科研人员在内蒙古呼和浩特市托克托县伍什家镇兴旺庄村建立了纳米技术去除饮用水中微污染物的示范基地。 　　在近日举行的现场会上，来自中科院高能物理研究所、合肥物质研究院、国家自然科学基金委等单位的专家，对这项技术的处理效果给予了很高评价。

2016年6月13-15日，巴黎，法国 2016年能量纳米技术和能量纳米材料国际会议将于2016年6月13-15号在法国巴黎召开。所有被会议接受的文章将作为会议论文集发表在Key Engineering Materials (ISSN: ISSN: 1662-9795, Trans Tech Publications)上，并提交EI核心，Scopus检索。 大会召开时间为3天，6月13日为大会注册日，6月14日为会议召开日,6月15日暂定为巴黎一日游。此次大会将为能量纳米技术相关专业的科研人事提供面对面的交流与合作讨论。我们热忱欢迎从事相关技术研究的专家、学者和专业技术人员向ICNNE2016踊跃投稿，并积极参加大会。 大会委员会 国际咨询委员会 Prof. Peter Lund, 阿尔托大学理工学院, 芬兰Prof. Jordi Llorca, 纳米工程研究中心， 西班牙Prof. Sergej NEPIJKO, 美因茨大学, 德国Prof. Mohamed HABOUSSI, 巴黎大学, 法国 大会主席 Assoc. Prof. Salma BARBOURA, 巴黎大学, 法国Prof. Dr. Jean-Jacques DELAUNAY, 东京大学，日本 程序委员会主席 Prof. Sofoklis Makridis, 马其顿西部大学, 希腊Prof. ZITOUNE Redouane, 图卢兹大学, 法国Prof. Zdeněk Chobola, 布尔诺理工大学, 捷克共和国Prof. Witold Daniel Dobrowolski, 波兰科学院, 波兰 投稿主题 纳米技术与材料科学材料科学与工程:纳米技术在纳米科学和纳米技术先进的应用程序碳纳米管与生物分子纳米材料纳电子学纳米系统纳米力学纳米操作纳米磁学纳米光学和纳米光子学纳米线纳米流体力学纳米生物纳米科学与技术分子电子学 请将您的论文于2016年3月1日之前投至会议邮箱：icnne@saise.org更多疑问，请咨询会议负责人：聂老师

6月8日，齐碳科技正式对外宣布完成超4亿人民币B轮融资，由高瓴创投、鼎晖VGC（创新与成长基金）联合领投，博远资本、华盖资本及阳光融汇资本跟投，老股东高榕资本、中关村协同创新基金、银杏谷资本、雅惠投资及BV百度风投持续加码。齐碳科技成立于2016年，致力于纳米孔单分子连续测序技术的开发与应用，于2020年9月推出国内首台自主研发的纳米孔基因测序仪QNome-9604及配套试剂耗材，并持续优化产品准确性、稳定性。此前，齐碳科技曾完成4轮累计金额近2亿元的融资。据了解，本轮融资完成后，齐碳将进一步加大科研投入，加速产业化进程，计划于今年内完成定型产品量产并推向市场。高瓴联席首席投资官、高瓴创投生物医药与医疗器械负责人易诺青表示：“齐碳科技研发了国内首台纳米孔基因测序仪，成功打破了基因测序设备、配套芯片及试剂研发领域的高壁垒和海外垄断，攻克了国内基因测序‘卡脖子’的技术难题。在市场应用空间中，微生物病原检测、癌症检测等细分领域适合成为纳米孔基因测序仪的首选应用方向。我们将长期支持国家重点领域科技研发，推动高水平科技自立自强。”鼎晖创始合伙人、鼎晖VGC管理合伙人王霖表示：“基因测序行业增长迅速，传统二代测序技术在应用中存在一定的局限。作为下一代长读长测序技术中壁垒最高的产业链上游，齐碳科技具有强大的研发实力，产品迭代升级、性能提升速度快，公司目前在纳米孔基因测序仪方面的技术已达到全球领先水平。我们很高兴可以和齐碳科技这类硬科技公司携手同行，并期待公司产品早日实现在科研端和临床端的大规模应用。”性能优化，单分子基因测序进入应用探索阶段新冠疫情爆发以来，创新技术不断被用来优化感染疾病的临床检测，其中就包括单分子测序技术。该技术长读长、即时输出数据的特点，为病原体感染快速诊断提供了新的解决方案。动脉网了解到，随着越来越多的临床科研团队运用单分子测序对病原感染样本进行检测，国内单分子测序应用已经处于供不应求的状态。由此，再度引发市场对这项技术的热情和关注。单分子连续测序是指在基因测序过程中，不进行碎片化处理，直接对单个DNA或者RNA分子进行连续测序。理论上讲，这种测序方式能够捕捉到基因组的全部特征和数据，是进行基因测序更理想的手段，但实现难度极大。1989年，加利福尼亚大学David Deamer教授提出利用电泳把一条DNA单链分子穿过一个纳米尺寸的孔，并记录其穿孔的电流信号从而推断出序列信息，就此开始了对纳米孔测序的探索之路。在纳米孔基因测序中，电场力驱动单链核酸分子有序通过纳米尺寸的蛋白孔道。由于不同碱基通过纳米孔时，对孔道内的离子电流产生不同程度的阻断，让差异化的电流信号成为区分碱基类型的标志。再通过算法将这些电流信号转换成碱基序列，就形成了基因测序结果。在纳米孔基因测序技术出现后的很长时期，由于相关蛋白、微电路、生物芯片、算法、生信等跨学科的配套技术能力发展滞后，导致纳米孔基因测序设备的稳定性、准确率等核心性能指标仍有待提升，该技术并没有得到广泛应用。直到近年来，结构生物学、深度学习算法等前沿技术大力发展，并深度应用到纳米孔测序中，这项技术才出现了跨越式发展。在白净卫看来，纳米孔基因测序技术是被全维度科技进步浪潮推动起来的浪花，“只有社会整体技术能力提升、成本下降，才能够真正推动纳米孔测序技术的优化落地和广泛应用。这也是纳米孔基因测序技术发展近30年，才在更多应用场景中崭露头角的原因。”据了解，在某些特定建库条件下，纳米孔基因测序的准确性已经可以媲美二代测序。伴随准确性、稳定性不断提升，纳米孔测序仪正基于灵活的测序通量、长读长、小巧便携的特点，在基因测序技术迭代中实现多元化应用。实际上，第一代测序准确性高、读长长，但通量极低，现在主要用于科研质粒测序、刑侦、亲子鉴定和部分遗传病检测等场景。在高通量测序领域，取而代之的，是目前主流的基因测序平台采用的第二代测序技术（NGS）。NGS技术通量、准确性都非常高，在科研和临床中都得到了广泛应用。比如，NGS技术在产前诊断、肿瘤伴随诊断方面的应用已经相对成熟，国内外都有渗透率较高的产品上市，病原体检测、癌症早筛等新的NGS应用场景的发展也方兴未艾。据测算，当前全球NGS应用市场规模超过200亿美元，并且正在以超过20%的复合增长率快速成长。然而，NGS技术只能进行碎片化的短读长基因测序，并且所采用的大型设备往往需要集中处理样本来降低单次成本，在拓展一些应用场景时，也不免遭遇瓶颈。比如，即时的病原检测便是其中之一。而纳米孔基因测序能够快速输出数据，极大提升感染病原检测时效性，并且采用小型化设备，可以在院内直接实现床旁检测。此外，纳米孔基因测序对单个基因进行超长读长的解析，避免某些重要基因信息在平均化过程中被忽略，从而提升患者检出效率。这也是越来越多感染病原检测研究选择采用纳米孔基因测序的原因。白净卫表示，除了感染病原检测外，纳米孔基因测序在遗传病研究、司法刑侦、环境保护，甚至肿瘤诊疗中的研究也颇值得关注。例如，纳米孔基因测序的超长读长更适合检测基因结构变异，精准锁定致病基因，为包括肿瘤在内的重大疾病探索新治疗方案提供更全面的生物数据，或者凭借设备小巧便携的特性，在重大突然公共卫生事件现场，快速查找问题源头。不过，白净卫也坦言，由于在纳米尺寸的孔道内控制单链核酸分子是一件高度复杂的系统性工作，“单分子尺度下核酸分子的热运动十分活跃，运动轨迹极不规律，控制它们有序通过纳米孔，并连续提取、分析这个过程中的碱基信息，难度仍然挺大，需要持续优化。”即便如此，纳米孔基因测序准确性在过去两年间快速提升，以齐碳科技为例，初代产品的测序准确率已经从去年的83%~85%快速提升到最高92%左右。白净卫表示，随着纳米孔基因测序技术前端的生物工程、电子工程技术能力不断提升，协同后端生信分析、算法模型不断精进，测序精确性还将快速提升。国产纳米孔基因测序仪计划年内量产齐碳科技是一个由跨学科的优秀技术专家创立的团队。白净卫是北京大学化学系学士，加州大学洛杉矶分校材料学博士，IBM沃森实验室博士后，曾在Illumina从事研发工作，具备丰富的微纳器件和核酸分子生物学研发经验。另外两位创始人胡庚和谢丹分别是是清华大学自动化系博士和伊利诺伊大学香槟分校博士，斯坦福大学医学院博士后。其中，胡庚是电子仪器专家，曾入选2015年西门子中国Young Talent，谢丹则在测序技术和生物信息学领域经验丰富。2020年9月，齐碳科技公开发布了纳米孔基因测序仪QNome-9604，并启动ALPHA TEST应用生态招募。动脉网了解到，齐碳科技已经运用纳米孔测序技术为来自各行各业的样本输出了大量生物数据，支撑了一系列创新研究。在这期间，齐碳科技完成了团队扩张和经营管理优化，并且开工建设符合医疗器械生产要求的生产基地。

用于纳米级表面形貌测量的光学显微测头李强，任冬梅，兰一兵，李华丰，万宇（航空工业北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室，北京 100095）　　摘 要：为了满足纳米级表面形貌样板的高精度非接触测量需求，研制了一种高分辨力光学显微测头。以激光全息单元为光源和信号拾取器件，利用差动光斑尺寸变化探测原理，建立了微位移测量系统，结合光学显微成像系统，形成了高分辨力光学显微测头。将该测头应用于纳米三维测量机，对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验。结果表明：该光学显微测头结合纳米三维测量机可实现纳米级表面形貌样板的可溯源测量，具有扫描速度快、测量分辨力高、结构紧凑和非接触测量等优点，对解决纳米级表面形貌测量难题具有重要实用价值。　　关键词：纳米测量；激光全息单元；位移；光学显微测头；纳米级表面形貌0　引言　　随着超精密加工技术的发展和各种微纳结构的广泛应用，纳米三坐标测量机等精密测量仪器受到了重点关注。国内外一些研究机构研究开发了纳米测量机，并开展微纳结构测量［1-4］。作为一个高精度开放型测量平台，纳米测量机可以兼容各种不同原理的接触式测头和非接触式测头［5-6］。测头作为纳米测量机的核心部件之一，在实现微纳结构几何参数的高精度测量中发挥着重要作用。原子力显微镜等高分辨力测头的出现，使得纳米测量机能够实现复杂微纳结构的高精度测量［7-8］，但由于其测量速度较慢，对测量环境要求很高，不适用于大范围快速测量。而光学测头从原理上可以提高扫描测量速度，同时作为一种非接触式测头，还可以避免损伤样品表面，因此，在微纳米表面形貌测量中有其独特优势。在光学测头研制中，激光聚焦法受到国内外研究者的青睐，德国SIOS公司生产的纳米测量机就包含一种基于光学像散原理的激光聚焦式光学测头，国内也有一些大学和研究机构开展了此方面的研究［9-11］。这些测头主要基于像散和差动光斑尺寸变化检测原理进行离焦检测［12-13］。在CD和DVD播放器系统中常用的激光全息单元已应用于微位移测量［14-15］，其在纳米测量机光学测头的研制中也具有较好的实用价值。针对纳米级表面形貌的测量需求，本文研制了一种基于激光全息单元的高分辨力光学显微测头，应用于自主研制的纳米三维测量机，可实现被测样品的快速瞄准和测量。1　激光全息单元的工作原理　　激光全息单元是由半导体激光器（LD）、全息光学元件（HOE）、光电探测器（PD）和信号处理电路集成的一个元件，最早应用于CD和DVD播放器系统中，用来读取光盘信息并实时检测光盘的焦点误差，其工作原理如图1所示。LD发出激光束，在出射光窗口处有一个透明塑料部件，其内表面为直线条纹光栅，外表面为曲线条纹全息光栅，两组光栅相互交叉，外表面光栅用于产生焦点误差信号。LD发出的激光束在光盘表面反射回来后，经全息光栅产生的±1级衍射光，分别回到两组光电探测器P1~P5和P2~P10上。当光盘上下移动时，左右两组光电探测器上光斑面积变化相反，根据这种现象产生焦点误差信号。这种测量方式称为差动光斑尺寸变化探测，焦点误差信号可以表示为　　根据焦点误差信号，即可判断光盘离焦量。图1　激光全息单元　　根据上述原理，本文设计了高分辨力光学显微测头的激光全息测量系统。2　光学显微测头设计与实现　　光学显微测头由激光全息测量系统和光学显微成像系统两部分组成，前者用于实现被测样品微小位移的测量，后者用于对测量过程进行监测，以实现被测样品表面结构的非接触瞄准与测量。　　2.1　激光全息测量系统设计　　光学显微测头的光学系统如图2所示，其中，激光全息测量系统由激光全息单元、透镜1、分光镜1和显微物镜组成。测量时，由激光全息单元中的半导体激光器发出的光束经过透镜1变为平行光束，该光束被分光镜1反射后，通过显微物镜汇聚在被测件表面。从被测件表面反射回来的光束反向通过显微物镜，一小部分光透过分光镜1用于观察，大部分光被分光镜1反射，通过透镜1，汇聚到激光全息单元上，被全息单元内部集成的光电探测器接收。这样，就将被测样品表面瞄准点的位置信息转换为电信号。在光学显微测头设计中选用的激光全息单元为松下HUL7001，激光波长为790 nm。图2　光学显微测头光学系统示意图　　当被测样品表面位于光学显微测头的聚焦面时，反射光沿原路返回激光全息单元，全息单元内两组光电探测器接收到的光斑尺寸相等，焦点误差信号为零。当样品表面偏离显微物镜聚焦面时，由样品表面反射回来的光束传播路径会发生变化，进入激光全息单元的反射光在两组光电探测器上的分布随之发生变化，引起激光全息单元焦点误差信号的变化。当被测样品在显微物镜焦点以内时，焦点误差信号小于零，而当被测样品在显微物镜焦点以外时，焦点误差信号大于零。因此，利用在聚焦面附近激光全息单元输出电压与样品位移量的单调对应关系，通过测量激光全息单元的输出电压，即可求得样品的位移量。　　2.2　显微物镜参数的选择　　在激光全息测量系统中，显微物镜是一个重要的光学元件，其光学参数直接关系着光学显微测头的分辨力。首先，显微物镜的焦距直接影响测头纵向分辨力，在激光全息单元、透镜1和显微物镜之间的位置关系保持不变的情况下，对于同样的样品位移量，显微物镜的焦距越小，样品上被测点经过显微物镜和透镜1所成像的位移越大，所引起激光全息单元中光电探测器的输出信号变化量也越大，即测量系统纵向分辨力越高。另外，显微物镜的数值孔径对测头的分辨力也有影响，在光波长一定的情况下，显微物镜的数值孔径越大，其景深越小，测头纵向分辨力越高。同时，显微物镜数值孔径越大，激光束会聚的光斑越小，系统横向分辨力也越高。综合考虑测头分辨力和工作距离等因素，在光学显微测头设计中选用大恒光电GCO-2133长工作距物镜，其放大倍数为40，数值孔径为0.6，工作距离为3.33 mm。　　2.3　定焦显微测头的实现　　除激光全息测量系统外，光学显微测头还包括一个光学显微成像系统，该系统由光源、显微物镜、透镜2、透镜3、分光镜1、分光镜2和CCD相机组成。光源将被测样品表面均匀照明，被测样品通过显微物镜、分光镜1、透镜2和分光镜2，成像在CCD相机接收面上。为了避免光源发热对测量系统的影响，采用光纤传输光束将照明光引入显微成像系统。通过CCD相机不仅可以观察到被测样品表面的形貌，而且也可以观察到来自激光全息单元的光束在样品表面的聚焦情况。　　根据图2所示原理，通过光学元件选购、机械加工和信号放大电路设计，制作了光学显微测头，如图3所示。从结构上看，该测头具有体积小、集成度高的优点。将该测头安装在纳米测量机上，编制相应的测量软件，可用于被测样品的快速瞄准和高分辨力非接触测量。图3　光学显微测头结构3　测量实验与结果分析　　为了检验光学显微测头的功能，将该测头安装在纳米三维测量机上，使显微物镜的光轴沿测量机的Z轴方向，对其输出信号的电压与被测样品的离焦量之间的关系进行了标定，并用其对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量［16］。所用纳米三维测量机在25 mm×25 mm×5 mm的测量范围内，空间分辨力可达0.1 nm。实验在（20±0.5）℃的控温实验室环境下进行。　　3.1　测头输出电压与位移关系的建立　　为了获得光学显微测头的输出电压与被测表面位移（离焦量）的关系，将被测样板放置在纳米三维测量机的工作台上，用精密位移台带动被测样板沿测量光轴方向移动，通过纳米测量机采集位移数据，同时记录测头输出电压信号。图4所示为被测样板在测头聚焦面附近由远及近朝测头方向移动时测头输出电压与样品位移的关系。图4　测头电压与位移的关系　　由图4可以看出，光学显微测头的输出电压与被测样品位移的关系呈S形曲线，与第1节中所述的通过差动光斑尺寸变化测量离焦量的原理相吻合。当被测样板远离光学显微测头的聚焦面时，电压信号近似常数。当被测样板接近测头的聚焦面时，电压开始增大，到达最大值后逐渐减小；当样板经过测头聚焦面时，电压经过初始电压值，可认为是测量的零点；当样品继续移动离开聚焦面时，电压继续减小，到达最小值时，电压又逐渐增大，回到稳定值。在电压的峰谷值之间，曲线上有一段线性较好的区域，在测量中选择这段区域作为测头的工作区，对这段曲线进行拟合，可以得到测头电压与样板位移的关系。在图4中所示的3 μm工作区内，电压与位移的关系为　　式中：U为激光全息单元输出电压；∆d为偏离聚焦面的距离。　　3.2　台阶高度测量试验　　在对光学显微测头的电压-位移关系进行标定后，用安装光学显微测头的纳米三维测量机对台阶高度样板进行了测量。　　在测量过程中，将一块硅基SHS-1 μm台阶高度样板放置在纳米三维测量机的工作台上，首先调整样板位置，通过CCD图像观察样板，使被测台阶的边缘垂直于工作台的X轴移动方向，样板表面位于光学显微测头的聚焦面，此时测量光束汇聚在被测样板表面，如图5所示。然后，用工作台带动样板沿X方向移动，使测量光束扫过样板上的台阶，同时记录光学显微测头的输出信号。最后，对测量数据进行处理，计算台阶高度。图5　被测样板表面图像　　台阶高度样板的测量结果如图6所示，根据检定规程［17］对测量结果进行处理，得到被测样板的台阶高度为1.005 μm。与此样板的校准结果1.012 μm相比，测量结果符合性较好，其微小偏差反映了由测量时温度变化、干涉仪非线性和样板不均匀等因素引入的测量误差。图6　台阶样板测量结果　　3.3　一维线间隔测量试验　　在测量一维线间隔样板的过程中，将一块硅基LPS-2 μm一维线间隔样板放置在纳米测量机的工作台上，使测量线沿X轴方向，样板表面位于光学显微测头的聚焦面。然后，用工作台带动样板沿X方向移动，使测量光束扫过线间隔样板上的刻线，同时记录纳米测量机的位移测量结果和光学显微测头的输出信号。最后，对测量数据进行处理，测量结果如图7所示。　　根据检定规程［17］对一维线间隔测量结果进行处理，得到被测样板的刻线间距为2.004 μm，与此样板的校准结果2.002 μm相比，一致性较好。　　3.4　分析与讨论　　由光学显微测头输出电压与被测表面位移关系标定实验的结果可以看出：利用在测头聚焦面附近测头输出电压与样品位移量的单调对应关系，通过测量测头的输出电压变化，即可求得样品的位移量。在图4所示曲线中，取电压-位移曲线上测头聚焦面附近的3 μm位移范围作为工作区，对应的电压变化范围约为0.628 V。根据对电压测量分辨力和噪声影响的分析，在有效量程内测头的分辨力可以达到纳米量级。　　台阶高度样板和一维线间隔样板测量实验的结果表明：光学显微测头可以应用于纳米三维测量机，实现微纳米表面形貌样板的快速定位和微小位移测量。通过用纳米测量机的激光干涉仪对光学显微测头的位移进行校准，可将测头的位移测量结果溯源到稳频激光的波长。实验过程也证明：光学显微测头具有扫描速度快、测量分辨力高和抗干扰能力强等优点，适用于纳米表面形貌的非接触测量。4　结论　　本文介绍了一种用于纳米级表面形貌测量的高分辨力光学显微测头。在测头设计中，采用激光全息单元作为位移测量系统的主要元件，根据差动光斑尺寸变化原理实现微位移测量，结合光学显微系统，形成了结构紧凑、集测量和观察功能于一体的高分辨力光学显微测头。将该测头安装在纳米三维测量机上，对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验，结果表明：该光学显微测头可实现预期的测量功能，位移测量分辨力可达到纳米量级。下一步将通过多种微纳米样板测量实验，进一步考察和完善测头的结构和性能，使其更好地适合纳米三维测量机，应用于微纳结构几何参数的非接触测量。作者简介李强，（1976-），男，高级工程 师，主要从事纳米测量技术研究，在微纳米表面形貌参数测量与校准、微纳尺度材料力学特征参数测量与校准、复杂微结构测量与评价等领域具有丰富经验。

澳大利亚国立大学（ANU）的物理学家使用纳米粒子开发新的光源，将使人们有能力揭开比人的头发还要细小数千倍的极微小物体世界的“面纱”。发表在最新一期《科学进展》杂志上的这一发现，可能会对医学科学产生重大影响。这种技术成本低、效率高，有助于创造新一代显微镜，观察小到十亿分之一米的物体。　　使用纳米颗粒，研究人员将相机和利用其他技术看到的光频率提高了7倍。研究人员说，光的频率可增加到多高是没有限制的。频率越高，使用该光源所能看到的物体越小。这项只需要一个纳米颗粒就能工作的技术，可被应用到显微镜中，帮助科学家以传统显微镜10倍的分辨率放大超微小事物的世界，例如细胞和单个病毒的内部结构。　　传统的光学显微镜无法为纳米级物体生成高度放大的图像。依靠超分辨率显微镜技术或使用电子显微镜可帮助实现，但这样的技术速度慢、成本高，而且还可能破坏样品。基于光的显微镜有助于解决这个问题。研究人员借助“极紫外线光”，可看到今天使用的传统显微镜无法看到的东西。　　ANU开发的技术也可作为一种质量控制措施，用于半导体行业，简化制造过程。电脑晶片由非常细小的元件组成，其特征大小几乎只有十亿分之一米。在芯片生产过程中，制造商使用微小的极紫外光光源实时监测这一过程，能及早诊断出任何问题，从而提高芯片制造的质量和产量。