超纳米乳散器

德国MICCRA 发往中国总代广州语特仪器科技有限公司（以下简称 “广州语特”）的中试型纳米分散乳化系统于5月底正式到位, 从6月开始正式接受中试级别样品测试，测试地点为广州，欢迎大家送样！！ 该中试型纳米分散乳化系统, 是中试领域连续工作的顶级解决方案。包括: D-27水冷型不锈钢分散马达, DFK1.4分散工作腔, 从粗磨,精磨至超细精磨,各种尺寸的中试级定转子刀头, 5L不锈钢带夹夹套循环罐，配套不锈钢循环管道与碟阀HFU-27高频转换器。配套使用的有德国MCART的顶置搅拌器， 冷水机以及加热磁力搅拌器（需要时用）。该中试型纳米分散乳化系统的特点：1） 马达功率高达2700KW， 转速范围广，从3000-24000RPM；线速度也可高达46M/S以上；2） 为了防止在线循环工作时因高速而产生的过热， 马达采用了先进的不锈钢三相异步水冷马达， 可以连接冷水机，自行冷却降温；3） 精细的工作腔内可安装超细精磨头， 根据不同的样品种类来选择， 让样品真正精磨，甚至细至纳米级；4） 工作腔采用德国原装机械密封，独一无二的悬盒式密封结构，密封性能好，高压或真空状态均可使用，易于安装维护与清洁5） 低噪音， 只有63分贝左右上周已经用该系统给客户试样。 试样结果良好。 我们会陆续公布测试情况。 敬请关注！关于语特 和 英国Bibby / 德国Miccra / 德国MCART/ 德国LUM / 瑞士Gerber Instruments广州语特仪器科技有限公司专注于搅拌器/分散乳化机等实验室样品制备等通用仪器， 熔点仪/光度计/冰点仪，等分析仪器，以及PCR等生命科学仪器。 作为英国比比（Bibby ）在中国南方的首代，广东，广西，四川，重庆，云南，海南，贵州和西藏是我司的服务范围。语特公司也是德国Miccra, MCART,瑞士Gerber Instruments 在中国的总代 也代理德国CAT产品。l 英国BIBBY 成立于上个世纪50年代，作为英国最大的实验室科学仪器生产商， 旗下有5个子品牌：Stuart，Techne，Jenway，Electrothermal, PCRmax. 专注于样品前处理等通用实验室仪器（如：熔点仪, 搅拌器, 混匀器，摇床, 培养箱，干浴器/氮吹仪，水浴，菌落计数器, 纯水蒸馏器），分子生物学研究设备(基因扩增仪PCR，荧光定量PCR，杂交箱)；分光光度计/超微量紫外等分析仪器，及平行反应工作站相关产品。 l 德国Miccra 成立于上个世纪，是德国乃至全球最专业的分散乳化专家。顶级分散乳化产品从实验室仪器，中试产品到工业设备， 分散头种类组合高达上百种；应用领域覆盖了化工，化妆品，制药，食品，环保等各大领域。l 瑞士Gerber Instruments 有超过120的历史，是专注于乳食品行业的典型代表。其产品冰点仪, 乳脂离心机, 食品专用PH计, 流出式粘度计等, 风靡欧洲及其它大陆国家。 l 德国MC.ART ，号称实验室小型“机器人”的提供者。其典型代表产品有：全自动分散乳化系统，自动抓取机器人，自动加液机器人，自动封装机器人，自动过滤机器人等实验室自动控制智能设备，以及实验室自动化的定制. 其补充产品有: 搅拌器, 循环水浴, 与德国科奇合作的防爆冰箱, 以及分液漏斗振荡器等.

一基本介绍高温纳米压痕仪的主要用途是获得薄膜和材料在一定温度下的微观力学性能，其力学性能随温度变化的特性具有巨大的工业和科学意义。但高温测量中存在热漂移，信号稳定性（噪声），表面氧化和尖端样品反应的困难，安东帕研发了一种新型的高温真空纳米压痕仪，该压痕仪能够完成在特定温度下的超稳定的测量，是一款商业化的高温纳米压痕仪。二工作原理该系统基于超纳米压痕测试仪（UNHT），该测试仪利用一种主动表面参照技术，该技术包括两个独立的轴，一个用于表面参照，另一个用于压痕。在这种对称结构和差分深度测量技术中使用的极硬且热膨胀系数非常低的材料导致系统的柔量可忽略不计，并且热漂移率非常低。这样就可以进行稳定且长期的测量（例如蠕变测试），而不必担心漂移和噪声。每个轴都有自己的执行器，位移和负载传感器。对于两个轴，通过压电执行器A1和A2施加位移。压头和基准上的负载是从弹簧K1和K2的位移获得的，这些位移是用电容式传感器C1和C2测量的。压头的位移是通过差分电容传感器C3相对于基准进行测量的。精确的反馈回路确保连续控制压头和基准上的法向力。三针尖与样品表面温度的匹配-热漂移最小化实验过程中热电偶读取的温度不是压头和参比端以及样品表面的真实温度。因此，压头和样品的表面温度需要精确匹配，以避免热量流过触点，从而避免热漂移。我们开发了以下3个步骤的程序来匹配此压头的尖端样品表面温度：a.将压头尖端放在距离样品表面约100微米以内的位置，并使用PID控制将样品和尖端加热到目标温度。现在，安装在压痕头上的热电偶将直接与样品表面接触。将样品表面温度调节至目标温度。温度稳定后，请切换至恒定功率模式以防止瞬时温度波动b.温度粗调：通过调整针尖加热过程中热电偶的温度，以最大程度地减大载荷压入样品表面时引起针尖的温度变化c.温度微调：进一步微调针尖加热过程中的功率，以达到零热漂移率(a) 长时间蠕变测试时的压痕温度(b) 通过粗调压头温度，以最大程度减少接触产生时的温度变化(c) 直接在热漂移测量过程中微调压头的加热功率安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn

随着纳米科技的迅猛发展，超微及纳米颗粒在材料科学、生物医学、环境科学等领域展现出巨大的应用潜力。然而，要充分发挥超微及纳米颗粒的潜能，离不开对其精准、高效的分析表征技术的支持。这些技术能够帮助科研人员深入理解纳米颗粒的结构、形貌、成分及性能，为纳米材料的设计、合成及优化提供坚实的科学依据。为促进超微及纳米颗粒领域的研究与应用交流，推动纳米科技的创新与发展，仪器信息网联合中国颗粒学会将于2024年7月23-24日举办第五届“颗粒研究应用与检测分析”网络会议，特设“超微及纳米颗粒分析表征”专场。点击图片直达报名页面 会议特邀上海理工大学蔡小舒教授，国家纳米科学中心高级工程师郭玉婷、刘忍肖，以及HORIBA、丹东百特、安捷伦资深工程师，分享颗粒粒度、形貌、浓度、成分、Zeta电位等多元化表征技术及相关国家标准。上海理工大学教授 蔡小舒《纳米颗粒和微纳气泡的粒度、形貌和浓度测量新方法》（点击报名）蔡小舒教授研究领域涉及到颗粒测量、两相流在线测量、燃烧检测诊断、排放和环境监测、生命科学等测量方法、技术和应用的研究。先后负责了两机重大专项项目、973、863、国家自然科学基金重点项目、仪器重大专项项目和面上项目、科技部等纵向项目，欧共体项目、通用电气全球研发中心、日立估算研究中心、美国电力研究院和德国、捷克、波兰等大学的国际合作项目以及企业委托项目。发表论文200多篇，获发明专利20多项。 曾任中国颗粒学会、中国计量测试学会、中国工程热物理学会、中国动力工程学会、上海颗粒学会等副理事长、常务理事、理事、理事长等，担任4个SCI刊物副主编、编委和多个国内学术刊物编委，多个国内外学术会议的名誉主席，主席等。纳米颗粒的粒度和形貌是表征纳米颗粒的最重要参数，也是纳米颗粒应用的最主要参数。对于不同的应用，对纳米颗粒的粒度和形貌有不同的要求。而对于微纳气泡，其粒度和数量浓度以及随时间变化等参数是最重要参数。在纳米颗粒的制备中，一些纳米颗粒的浓度非常高，对其进行稀释可能会影响体系的平衡，破坏了纳米颗粒的结构。为满足对纳米颗粒粒度和形貌表征，微纳气气泡的粒度和数量浓度测量的需要，以及直接测量高浓度纳米颗粒的要求，蔡小舒团队发展了图像动态光散射纳米颗粒粒度快速测量方法，偏振图像动态光散射纳米颗粒形貌及形貌分布测量方法，后向动态光散射高浓度纳米颗粒粒度测量方法和多波长消光法微纳米气泡粒度和数量浓度测量方法等。根据这些方法研制的仪器都采用笔记本电脑供电，可以方便携带到任何需要测量的场合进行测量。本报告将介绍这些测量新方法的原理，以及应用实例。HORIBA（中国）应用工程师 李倩《颗粒表征关键技术新进展》（点击报名）李倩现任HORIBA粒度产品应用工程师。主要负责粒度仪的方法开发以及技术支持，熟练掌握仪器特性及使用维护，为不同应用领域的粒径测试用户开发和优化粒径测试方法、提供解决方案，在半导体、能源、材料、环境、生命科学等多个领域积累了丰富的经验。颗粒表征对产品的研究开发和质量控制发挥着越来越重要的作用，如何根据需求和应用场景选择最合适的测量工具显得尤为重要。为了更好地帮助客户用颗粒表征结果指导自己的研究或生产，本次报告为大家介绍 HORIBA 颗粒表征技术以及相关产品的最新进展。丹东百特仪器有限公司产品总监 宁辉《动态光散射测试功能的延伸》（点击报名）宁辉博士为全国纳米技术标准化技术委员会委员，现任丹东百特仪器有限公司产品总监，具有十几年产品研发和产品应用的研究经历，是一位具有丰富实践经验的颗粒表征技术专家。对于纳米材料的相关应用具有较为深刻的理解。动态光散射技术是一种基于检测颗粒的布朗运动来获取样品的粒径信息的颗粒表征手段。基于传统的动态光散射技术，结合更多的光学和分离手段，可以拓展动态光散射的应用领域和检测能力。在这个报告中，宁辉将介绍动态光散射流动模式，进行高分辨率的粒径测试；窄带滤光片的应用及其对于荧光样品的测试，及其VV和VH模式对于各向异性样品的测试。国家纳米科学中心高级工程师 郭玉婷《单颗粒电感耦合等离子体质谱法检测纳米颗粒国家标准制定及应用研究》（点击报名）郭玉婷为中国科学院纳米标准与检测重点实验室高级工程师，全国标准化教育标准化工作组 (SAC/SWG27)委员，国际标准化组织纳米技术委员会（ISO/TC229）WG2和WG3工作组专家，从事纳米技术标准化及电感耦合等离子体质谱检测研究工作，主持制定六项国家标准，参编《纳米技术标准》书籍，发表多篇科技论文，参与两项国家重点研发计划和一项中科院战略性先导科技专项项目。随着纳米材料和纳米技术产品的广泛使用，纳米颗粒的检测成为纳米技术应用和潜在风险评估的重要环节。单颗粒电感耦合等离子体质谱法使用高时间分辨模式检测、分析速度快、所需样品少、颗粒浓度检出限低，可同时测量稀溶液中纳米颗粒的成分、粒径、粒径分布、数量浓度及溶解离子浓度等。郭玉婷所在实验室牵头制定了单颗粒ICP-MS检测水相中无机纳米颗粒的国家标准，开展了纳米产品和生物组织等复杂基质中纳米颗粒的检测研究。本报告将介绍国家标准内容，交流相关研究进展，以推广该方法在更多领域的应用。安捷伦科技（中国）有限公司工程师 董硕飞《应用单颗粒(sp)ICP-MS法对环境样品中的颗粒物进行定量检测》（点击报名）董硕飞为安捷伦资深原子光谱应用开发工程师，于2012年获得英国帝国理工学院地球化学博士学位，之后分别在美国和法国做博士后研究员。主要研究金属元素的生物地球化学循环，以及其作为环境污染物的分布和传输机制。在2017年加入安捷伦全球市场开发团队后，主要从事ICP-MS新应用方法开发工作，以合作研究的形式开展颗粒物在复杂基体中的分离、检测方法研究，以及应用元素指纹图谱法和同位素示踪法进行源解析等方面的研究，并在相关领域发表论文30多篇。应用单颗粒(sp)ICP-MS技术对纳米颗粒物进行定量分析的方法在近些年趋于成熟，特别是在环境研究领域被更多的研究人员接受。本报告概述(sp)ICP-MS技术对降尘、海水、底泥和土壤中的纳米颗粒物进行分析的研究方案，同时拓展该方法对单细胞中的元素进行定量分析，以及对微塑料颗粒进行分析的应用案例。国家纳米科学中心教授级高级工程师 刘忍肖《量子点材料及产品特性测试方法开发与标准化》（点击报名）刘忍肖主要从事典型纳米材料（量子点、石墨烯、碳纳米管等）特性参数测试方法开发，针对产业应用的国际标准、国家标准的研制，迄今作为负责人/技术骨干共研制国际标准7项、国家标准18项、国家标准物质6项、主导2项VAMAS国际比对、发表学术论文18篇、参编专著3部。作为项目/课题负责人承担十三五、十四五科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金青年基金项目标准研制项目等。担任国家标准委审评中心标准审核专家、国际标准化组织纳米专业领域ISO/TC 229、IEC/TC113技术专家，担任全国纳米标委会（SAC/TC279）委员观察员、全国颗粒分委会（SAC/TC168/SC1）委员观察员、全国纳米光电显示技术标准工作组（SAC/TC279/WG10）委员兼秘书长等。量子点作为一类最典型的代表性纳米材料，具有独特的量子尺寸效应并展现出优异的光学特性，现已广泛应用在生物医学、信息显示等产业领域，尤其促生了纳米光电新型显示技术产业的革新升级。本报告针对量子点材料关键特性参数测试分析方法开发、纳米光电显示技术产业应用所关注的量子点部品应用性能评测技术开发、体系性技术标准研制等进行介绍。以上仅是部分报告嘉宾的分享预告，更多精彩内容请查看会议页面：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/particuology2024/

p 超强超韧和超耐疲劳性能的材料在航空航天、军事装备、防弹衣、大型桥梁、运动器材、人造肌肉等众多领域都面临巨大的需求。碳纳米管是典型的一维纳米材料，也是目前已知的力学强度最高和韧性最好的材料，其宏观强度和韧性均比目前广泛使用的碳纤维和芳纶等材料高出一个数量级以上。然而，由于其小尺寸特性以及难以被测试的特点，单根碳纳米管的疲劳行为以及疲劳破坏机制研究是该领域长期未能搞清楚的难题。由于疲劳可以在应力水平远低于静态断裂强度的情况下发生，探究疲劳行为和潜在的破坏机制对于新材料的应用和长期可靠性评估具有重要意义。 /p p 清华大学化工系魏飞教授和张如范副教授团队首次以实验形式测试了厘米级长度单根超长碳纳米管的耐疲劳性。相关成果以《超耐久性的超长碳纳米管》Super-durable Ultralong Carbon Nanotubes为题，于北京时间8月28日在线发表在Science上。论文通讯作者为清华大学化工系魏飞教授和张如范副教授，第一作者为清华大学化工系2016级博士生白云祥，其他参与研究的作者包括清华大学化工系硕士生岳鸿杰、博士生申博渊、孙斯磊，清华大学航天航空学院李喜德教授、徐志平教授、王海东副教授以及博士生王进、王识君。 /p p 为开展单根厘米级长度碳纳米管的疲劳力学行为测试，研究团队设计搭建了一个非接触式声学共振测试系统（non-contact acoustic-resonance-test，ART）。与基于电子显微镜的纳米材料测试系统相比，ART系统具有多方面优势，该系统不仅避免了电子束导致的样品损伤，也使得厘米长度的一维纳米材料的疲劳测试成为可能，同时还解决了小尺寸样品夹持以及高周次循环载荷的施加问题。 /p p img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/707985f2-b550-4548-8fd2-93d9b63b7f67.jpg" title=" WPS图片-修改尺寸.png" alt=" WPS图片-修改尺寸.png" / /p p 图1. 超长碳纳米管的结构和疲劳测试方案 /p p 研究人员发现，碳纳米管具有十分优异的耐疲劳性。碳纳米管的耐疲劳性受到温度的影响，随着温度的升高而下降。 /p p img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/03f5233e-64b7-445d-b109-463ad187bb7a.jpg" title=" WPS图片-修改尺寸(1).png" alt=" WPS图片-修改尺寸(1).png" / /p p 图2. 室温下的超长碳纳米管的耐疲劳性 /p p 同时，研究人员还对疲劳破坏的机制进行了探究。结果发现，与一般传统材料的疲劳损伤累积机制不同，其疲劳破坏呈现出整体破坏性，未发现损伤累积过程，初始缺陷的生成对碳纳米管的疲劳寿命起主导作用。 /p p img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/0fc5bc6f-f72c-4bfc-bf5a-71ce4dd46051.jpg" title=" WPS图片-修改尺寸(2).png" alt=" WPS图片-修改尺寸(2).png" / /p p 图 3. 不同温度下的碳纳米管耐疲劳性 /p p 这项工作揭示了超长碳纳米管用于制造超强超耐疲劳纤维的光明前景，同时为碳纳米管各领域相关应用的寿命等设计提供了参考依据。 /p p br/ /p

记者6月29日从中国电子科技集团获悉，该集团旗下中电科电子装备集团有限公司（以下简称“电科装备”）已实现离子注入装备28纳米工艺制程全覆盖，有力保障我国集成电路制造行业在成熟制程领域的产业安全。研发人员正在调试离子注入机。中国电科供图据悉，离子注入机是芯片制造中的关键装备，28纳米则是当前芯片应用领域中覆盖面最广的成熟制程。电科装备连续突破光路、控制、软件等关键模块的核心技术，形成中束流、大束流、高能及第三代半导体等全系列离子注入机产品格局，实现了28纳米工艺制程全覆盖，切实保障中国“芯”的生产制造。据了解，作为国内最早从事离子注入设备研制及产业化的企业，电科装备已具备从产品设计到量产应用的完整研制体系，产品涵盖逻辑、存储、功率器件、传感器等工艺器件，百台设备广泛应用于国内各大集成电路先进产线，累计流片量超2000万片，有力提升我国产业链供应链韧性和安全水平。

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。

近日，美国化学会新闻周刊(ACS News Service Weekly PressPac)以“化学使天然‘神奇织物’羊毛更加神奇”(Chemistry makes the natural “wonder fabric” — wool — more wonderful)为题报道和评述了京港两地科学家携手利用纳米技术研发功能羊毛织物的突破性进展工作。该报道一经刊出，就引起媒体和产业界广泛关注，日前已经被国外数十家媒体相继报道和转载。 　　羊毛因其质轻、柔软、保暖等优良品质而被誉为“神奇织物”。然而表面鳞片层结构使其天然疏水，不利于抗皱、防缩和染色等后整理工艺，同时阻碍了它吸收水汽的能力，导致吸湿排汗速率低，尤其在人体大量运动后极易让人感到闷热不舒适。尽管科学家已经开发出了让羊毛更亲水的处理方法，但它们或稳定性差，不耐久，或破坏羊毛纤维天然结构。如何能够在不破坏羊毛纤维自身结构的前提下，研发简单有效，且持久赋予羊毛超亲水功能的制备方法是羊毛应用领域的一大难题。 　　中国科学院理化技术研究所唐芳琼教授和香港理工大学李翼教授所领导的团队联合研发的纳米后整理技术可让羊毛拥有“大脑”，使其成为利于防缩，抗皱，且能够“呼吸”并释放汗水的“智能”织物。这项技术在羊毛纤维表面修饰了亲水性纳米薄层，该薄层由相当于人的发丝宽度1/50000的氧化硅纳米颗粒组成(见附图)。这些颗粒能够通过改变纤维表面能和表面结构，让羊毛变得超亲水。而且这种新薄层不会影响羊毛的颜色和质地，并能经受起日常的干洗。 　　该工作不仅能提高羊毛织物的亲水性，增加其舒适程度，还有望能够集成防缩、抗皱、快干，抑菌、除臭、抗紫外等多种功能于一体，整合出高质量的“人体的第二层皮肤”，相关工作正在开展之中。 　　这项科研成果体现了基础研究与实际需求完美结合，目前已申请国内发明专利，并正在申请国际发明专利。已有三家国外技术咨询公司(如Frost & Sullivan)与该团队取得联系，正在深入调研该技术进展及产业化前景。

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

导读纳米科技是一次非常深刻的技术革命，不仅可以改变传统的微观世界，还可以应用于传统工业中，促进产业技术升级。但由于&ldquo 纳米&rdquo 概念炒作过度，纳米信誉度降低，近几年国内的纳米材料企业成长并不明显，涉及纳米材料的上市公司共有12家，其中9家公司负增长。生物纳米技术成为纳米技术未来的看点。 　　&ldquo 纳米&rdquo 在当下而言，不再是一个新鲜的概念，甚至我们对它已经觉得陈乏无味。但是，国家&ldquo 十二五&rdquo 规划中将之作为重点发展对象，似乎有想回归理性认识真实的&ldquo 纳米&rdquo 的趋势。 　　十几年前，《科学美国人》杂志曾提出一种诱人的梦想：若在地球与月亮之间搭建一座天梯，跨越38万公里的距离而不被自身重量拉断的材料，只有碳纳米管!这样的假设或许并不好实现，但用碳纳米管建设地球与国际空间站、卫星连接&ldquo 天梯&rdquo ，却是可以预期的梦想。或许那时候，人类进入太空或运送物资进入空间站时，可以像乘坐电梯一样前往。 　　此前，全世界的科学家为了这一梦想绞尽脑汁，始终未能制备足够长的碳纳米管。清华大学机械系、物理系、化工系先后制成了20厘米长度的碳纳米管束或单根碳纳米管后，国际上几年来再也没有新的突破。其中最关键的困难，是碳纳米管&ldquo 生长&rdquo (制造)过程中，高温环境下催化剂会很快失去活性，导致碳纳米管停止&ldquo 生长&rdquo 。 　　值得期待的还有，这类超长碳纳米管拥有长度、生长速度快与结构超完美的多种重诱人特性。这样的碳纳米管已经接近理论最高值的拉伸强度，从而具有意想不到的机械性能&mdash &mdash 真正可以和钢铁、钛合金等材料同场竞技，进入应用领域，制造&ldquo 拉不断&rdquo 的绳子、&ldquo 扯不破&rdquo 的纤维布、&ldquo 打不透&rdquo 的防弹衣。 　　在&ldquo 十二五&rdquo 规划的重点产品目录当中，纳米材料重点包括了纳米碳管及纳米碳管纤维、富勒烯、纳米环境材料以及纳米粉体材料。其中，纳米碳管运用于高强度复合结构材料，纳米结构电子器件，热电材料，电池电极材料，低温高灵敏度传感器，生物分子载体，催化剂载体，下游领域广泛，用途广。&ldquo 一是它的用途广，其他材料无可替代 二是目前正在进一步开发，成本比之前大大降低了，在国内已经实现产量化。&rdquo 浙江纳米材料开发应用协会秘书长关君正秘书长告诉记者。 　　碳纳米管颠覆传统行业，中国宝安石墨烯看点 　　被誉为&ldquo 21世纪新材料&rdquo 的纳米材料，其特异的化学、机械、电子、磁学及光学性能引起人们的广泛关注和重视。 　　&ldquo 不过，近几年国内的纳米材料企业不大生长，因为之前商家把&lsquo 纳米&rsquo 概念炒烂了，降低了纳米的信誉度。&rdquo 关君正告诉记者。 　　在理财周报材料科学实验室数据库中，涉及纳米材料的上市公司共有12家，总市值71.6亿，其中9家公司2012年净利润同比增长率均为负数，中国宝安(000009.SZ)涉足石墨烯，2012年净利润同比增长率为259%，成为行业内的佼佼者。 　　石墨烯作为当今世界最为热门的新材料之一，自其发现之日起就受到了全世界的关注，其发现者更是获得了诺贝尔奖的殊荣，围绕石墨烯的基础与应用研究在最近几年中也呈现出突飞猛进的态势。然而，至今尚无石墨烯的量产技术，且石墨烯的制备成本太高，大大限制了石墨烯产业化的发展，因此攻克石墨烯低成本规模化制备技术成为了石墨烯相关产业发展中至关重要的一步。 　　作为一种技术含量极高的碳材料，石墨烯在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、LED、触控屏等领域都将带来一次材料革命。不过，石墨烯目前尚未产业化。有分析认为，作为一种理想的替代型材料，石墨烯一旦实现产业化其产值至少在万亿以上。 　　中国宝安成立子公司深圳市贝特瑞纳米科技有限公司专门研制石墨烯。该公司7月31日国家知识产权局网站公布了贝特瑞纳米科技有限公司申请的&ldquo 带状石墨烯的制备方法&rdquo 专利获得授权的信息。中国宝安称，目前贝特瑞公司石墨烯项目处于应用研究阶段，尚无法预测相关产品投入商业应用的时间及对公司未来收益的影响程度，尚未批量对外销售。 　　目前被讨论最多的两种纳米填料还有纳米粘土和碳纳米管，并且都已经取得了商业化应用。 　　据媒体报道，近日北京市科委支持科研项目再次取得世界性突破&mdash &mdash 继建立全球首个碳纳米管薄膜生产线之后，又成功制备出世界上最长的、单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了新的世界纪录。 　　如此先进的高科技产物，那究竟什么是碳纳米管? 　　在纳米材料中，碳纳米材料一直是近年来国际材料科学的前沿领域之一。而碳纳米管在纳米材料中最富代表性，性能最优异，在各个领域引起普遍关注。科学家们还预测，碳纳米管将成为21世纪最有前途的纳米材料。 　　碳纳米管是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一，有着极高的拉伸强度和断裂伸长率。其密度只有钢铁的六分之一到四分之一，单位质量上的拉伸强度，却是钢铁的276倍之高，远远超过目前人类发现和制造的其他任何材料。 　　&ldquo 碳纳米管有五种特性是其他材料无可替代的。首先它的硬度是钢铁的100倍，但是重量却只有钢铁的1/6 二是它的导热性好，一分钟可以导热 三是它是管状的，展开的表面积增大，每一克碳管展开可展开500-600平米，上面可以组装的东西多 四是它的半导体特性 最后是它的生物相容性，用于作为靶向药物载体，可作为治癌药物。&rdquo 关君正秘书长告诉记者。 　　尽管碳纳米管的技术性能非常好，但因制造成本过高和生产技术工艺等问题，致使碳纳米管有&ldquo 贵比黄金&rdquo 之称，国际市场90%的高纯度碳纳米管的价格高达每克上百美元，一般纯度的碳纳米管价格也在60美元/克，远远高出黄金的价格。 　　&ldquo 由于原材料对纯度的要求高，致使碳纳米管的工艺成本高。目前国内的碳纳米管技术已经走在国际前沿，只要成本降下来，将会有很大的市场潜力。碳纳米管现在已经实现产量化，主要用到工厂的脱硫脱销、脱二噁英方面，以后还会用于汽车如替代保险杠、电源等。&rdquo 关君正秘书长向记者解释。 　　据有关报道称，使用了碳纳米管材料后，铝酸蓄电池的能量可提高18%，另外，手机锂电池若采用了碳纳米管复合材料，手机可待机18天之久。 　　&ldquo 纳米材料可以运用到我们日常生活的衣、食、住、行当中，未来的发展方向应该是纳米环境材料，意义重大。比如目前正在开发的新产品&mdash &mdash 抗PM.2.5的衣服，还有防紫外线功能的化妆品、能降解新房子有毒气味的墙体材料等等，甚至是平时喝的水，也加入纳米技术，将之变为小分子团水，更加有助于细胞吸收营养，不过这种水还处于推广阶段，现在还属于特供产品。&rdquo 关君正秘书长告诉记者。 　　这将会是一种颠覆传统行业的材料。 　　然而，和任何一个行业一样，纳米材料领域里面风险与机遇共存。在浪里淘金的企业当中，也有遭遇&ldquo 滑铁卢&rdquo 的不幸。 　　2001年，威孚高科(000581.SZ)发布消息，称将作为主发起人投资3000万元发起设立江苏省纳米科技开发公司。此外，该公司又在南京市与南京大学、东南大学、南京理工大学及南京工业大学四所著名高校就正式定名的江苏省纳米科技与应用开发中心举行合作协议签约仪式。当时威孚高科董事长许良飞接受媒体采访时指出，这消息已表明，威孚高科目前已担当起纳米科技开发与应用的中坚力量。 　　此去经年，物似人非。据该公司2012年报，净利润同比下降19.4%，目前公司的重大项目主要是汽车零部件产业化。&ldquo 纳米材料成本太高了，我们已经不做好几年了的。&rdquo 威孚高科董秘周卫星表示。 　　纳米未来看点生物医药，乐普医疗支架在列 　　在纳米材料领域里面，值得一提的公司还有在美国上市的西安量维生物纳米科技股份有限公司。 　　西安量维是一家在天然生物化学产业领域中，专业从事以天然药食同源的动植物为原料，研发、生产与销售纳米级生物原料中间体、纳米级健康保健食品、纳米级健康化妆品、纳米级生物抗菌消毒类产品等的民营股份制公司高新技术企业。 　　生物纳米技术被认为是中国在新技术领域为数不多的能够与世界先进水平保持同步的一块阵地。 　　2005年5月19日，该公司和中国最大的航天育种高科技企业中科航天股份&ldquo 强强联合&rdquo ，致力打造航天育种生物产品的中药现代化产业链，实现了从纳米级保健品到纳米级化妆品再到纳米医药产业链的转型升级。 　　将纳米材料运用到生物医学领域，这是个值得探讨的话题。&ldquo 目前国内的纳米材料在生物医学以及航空航天领域要比国外落后。&rdquo 关君正秘书长告诉记者。 　　而纳米技术在医学上的运用则包括了正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA片)等，它们都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。 　　据悉，这些技术将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断，植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。 　　国内涉足纳米医学的公司还有乐普医疗(300003.SZ)，该公司2012年收购北京思达医用装臵有限公司进入心脏瓣膜器械领域，公司进一步研制开发了下一代药物洗脱支架&mdash 抗体药物联合支架。 　　该支架在纳米支架的基础上，将与血液接触的支架表面原来的药物涂层改为CD34抗体涂层，进一步促进支架表面的内皮化，提高其安全性。

金属材料的强化是长期以来材料领域的核心研究方向。细晶强化（即Hall-Petch强化，包括晶界强化/孪晶界强化）是目前最常用且有效的强化手段之一，其内在机制是源于晶界/孪晶界对位错运动的阻碍。然而，当晶粒尺寸（d）和孪晶片层厚度（λ）达到某个临界尺寸（10-15nm）时，材料的主导变形机制将转变为晶界运动或退孪生，从而使其表现出Hall-Petch关系失效或软化效应（即材料强度随着d/λ的降低而不再增加甚至降低），成为了材料强度提升的瓶颈问题。　　近期，金属所沈阳材料科学国家研究中心材料动力学研究部段峰辉特别研究助理（第一作者）、李毅研究员、潘杰副研究员和上海交通大学郭强教授合作，首次在高层错能金属Ni中实现了超细纳米孪晶结构的可控构筑，以及纳米孪晶Ni在10nm片层厚度以下持续强化。这一结果突破了人们对纳米晶金属材料在极小结构尺寸下发生软化的现有认知，为发展超高强度/硬度金属材料提供了可行途径。相关研究成果于6月30日发表在Science Advances杂志上。　　纳米孪晶结构普遍存在于低层错能金属材料中，而在高层错能金属Ni（γsf=128mJ/m2）中引入高密度生长孪晶，特别是极小片层厚度的孪晶结构至今鲜有报道。研究人员采用直流电沉积技术，基于高沉积速率和镀层拉应力的协同作用，成功地在金属Ni中获得体积分数达100%的柱状纳米孪晶结构，实现了孪晶片层厚度从2.9 到81.0nm 的可控调节。我们的研究表明，λ图2 纳米孪晶Ni的持续强化行为。纳米孪晶Ni的强度随孪晶片层厚度的变化关系。作为对比，图中不仅包含了文献中不同晶粒尺寸或孪晶片层厚度纯Ni强度值，还包含了纳米孪晶铜的强度随孪晶片层厚度的变化关系。这些强度值都是通过单轴拉伸和压缩实验获得的。可以清楚的看到，在片层厚度小于10-20nm时，纳米孪晶Ni表现出持续强化现象，而纳米孪晶铜表现出软化行为。

越来越多的高科技已经进入到我们日常生活之中，比如纳米服装。将纳米级的微粒覆盖在纤维表面或镶嵌在纤维甚至分子间隙间，利用纳米微粒表面积大、表面能高等特点，在物质表面形成一个均匀的、厚度极薄的（肉眼观察不到、手摸感觉不到）、间隙极小（小于100nm）的‘气雾状’保护层。使得常温下尺寸远远大于100nm的水滴、油滴、尘埃、污渍甚至细菌都难以进入到布料内部而只能停留在布料表面，从而产生了防水、防油、防紫外线等特殊效果。但是这些衣物经过洗涤，直到最终被丢弃，其中的纳米颗粒又会对环境造成负担。如何测定和评价纳米科技纺织品的纳米颗粒数量和尺寸分布，是纺织行业面对的新课题。 二氧化钛（TiO2）纳米颗粒具有紫外线防护功能和抗菌特性，并且能够提高织物的亲水性并减少异味，因此被越来越多的应用到纺织行业。本应用报告使用单颗粒电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS），研究了几种商业纺织产品中TiO2纳米颗粒的释放情况。样品用于评估的五种纺织样品均从当地商店购买，如表1所述。40％TiO2纳米颗粒（30-50 nm）悬浮液购自美国研究纳米材料公司（US Research Nanomaterials™ ，位于美国德克萨斯州休斯顿市）。为了促使纳米颗粒分散，将Triton X-100（购自西格玛奥德里奇公司Sigma- Aldrich™ ，位于美国密苏里州圣路易斯）添加到所有溶液中，最终浓度为0.0001％。实验测量总钛时，将0.25g的每种纺织样品切成小片，放入5mL浓硝酸（65％）和1mL的浓氢氟酸（49％）中，放入微波炉中消解。消解后，每个样品添加6mL 10％H3BrO3（v/v），放入微波炉中与HF络合15分钟。然后，用去离子水将样品定容至50mL，并采用常规ICP-MS进行分析。检查TiO2纳米颗粒从织物中的释放情况时，每个样品取400cm2，浸入200mL去离子水中。对容器超声处理15分钟，然后将其放在摇床上（每分钟150次）24小时。对容器进行第二次超声处理，然后取出等分液体进行分析。向空白去离子（DI）水中掺入2.7μg/L TiO2纳米颗粒，作为对照品。如有必要，用去离子水进一步稀释样品，并在两次稀释之间进行超声处理，以最大程度地减少纳米颗粒团聚。所有分析均在珀金埃尔默（PerkinElmer）的NexION® 电感耦合等离子体质谱仪上进行，该质谱仪上运行Syngistix™ 以用于ICP-MS软件。进行纳米颗粒分析时，使用Syngisitix纳米应用模块进行数据收集和处理。表2示出了进行TiO2纳米颗粒分析的NexION工作条件。实验结果图1示出了TiO2纳米颗粒（对照品）和三个样品的信号。这些图表清晰地显示了样品之间的差异：虽然TiO2纳米颗粒对照品显示出可重复的、均匀的粒度分布，但样品的纳米颗粒粒度分布更大，高达200nm。此外，同一类型的样品之间也存在差异，如样品A和D所示。样品B和样品C不含大量TiO2纳米颗粒。下面的表3和表4，分别为A~E样品中的总Ti含量和TiO2纳米颗粒的尺寸和浓度。婴儿连体衣A和B形成了有意思的对比：A含有的基本全是TiO2纳米颗粒，而B含有的基本都是其他形态的Ti离子。结论本研究表明，SP-ICP-MS能够检测和测定纺织品中释放的TiO2纳米颗粒。使用SP-ICP-MS可以快速分析大量颗粒，能够提供单个颗粒的信息，克服了常规纳米颗粒分析技术的局限性。本研究结果表明，各个纺织产品都含有粒度和浓度不等的TiO2纳米颗粒。了解更多应用资料和产品信息，扫描下方二维码，下载珀金埃尔默单颗粒电感耦合等离子体质谱法（SPICP-MS）表征织物中TiO2纳米颗粒的释放相关资料。

p br/ /p p style=" text-align: center " 首个整建制搬迁科研机构 br/ /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/928c038c-7714-49ec-9a6f-15cfd4d82e3a.jpg" title=" 2018912111149263.jpg" alt=" 2018912111149263.jpg" / /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 为深化中国科学院与北京市科技合作，进一步推进怀柔国家综合性科学中心建设，9月11日，中科院北京纳米能源与系统研究所搬迁入驻怀柔科学城工作启动会在怀柔召开。中科院副院长、党组成员张涛，北京市委常委、副市长阴和俊出席会议并讲话。 br/ /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 张涛在讲话中感谢北京市对中科院长期以来的大力支持，他指出，中科院一直高度重视与北京市的科技合作，近年来，院市科技合作进入了全面和更加深化的新阶段，结出了丰硕的合作成果，纳米能源所就是院市科技合作的成果之一。纳米能源所通过6年的努力，取得的成就有目共睹。纳米能源所将是怀柔科学城建设以来第一个整建制搬迁入驻的中科院研究所，为今后符合条件搬迁到怀柔科学城的研究所树立了典范，探索了经验。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 他进一步指出，中科院将在北京市“三城一区”建设特别是怀柔科学城建设方面，全力支持北京市，把推动怀柔综合性国家科学中心建设作为院市科技合作的战略重点，下一步将在驱动力建设、硬件建设和软件建设等方面，全面加强合作，全方位支持建设怀柔科学城。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 阴和俊对中科院对北京市的科技支持与合作表示感谢，并向“千人计划”顶尖人才、纳米能源所所长王中林获得能源界最高奖埃尼奖表示祝贺。他说，纳米能源所的模式对于新型研发机构建设，对于怀柔科学城凝聚世界一流领军人才和高水平研发团队，提升基础前沿领域的源头创新能力，具有重要的先导和示范引领意义。他希望纳米能源所在怀柔科学城尽快建设成为世界一流的以微纳能源和系统为主的科研机构，为北京建设全国科技创新中心贡献力量。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 阴和俊强调，怀柔科学城要坚持以科学家为中心，全力做好公共服务配套设施建设，及时协调解决中科院在项目和政策落地中遇到的问题，努力为科学家营造良好环境，让他们在怀柔生活好、工作好。中关村发展集团要继续发挥好整合创新资源方面的市场化平台作用，加大改革创新力度，加快推进转型发展，着力服务“三城一区”建设，做好配套公共服务和科技创新成果转化机制工作，着力保障研究所参与科技创新建设重点任务，全力支持纳米能源所建设世界一流新型研发机构。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 在启动会上，王中林报告了该所最新的建设与发展情况以及搬迁准备情况，中关村发展集团总经理宣鸿介绍了纳米能源所怀柔科学园区的建设情况。会上，纳米能源所和北京中关村微纳能源投资有限公司签订了合作框架协议。 /p p br/ /p

1 引 言激光干涉位移测量技术具有大量程、高分辨力、非接触式及可溯源性等优势，广泛应用于精密计量、微电子集成装备和大科学装置等领域，成为超精密位移测量领域中的重要技术之一。近年来，随着这些领域的迅猛发展，对激光干涉测量技术提出了新的测量需求。如在基于长度等量子化参量的质量基准溯源方案中，要想实现1×10−8 量级的溯源要求，需要激光干涉仪长度测量精度达0. 1 nm 量级；在集成电路制造方面，激光干涉仪承担光刻机中掩模台、工件台空间位置的高速、超精密测量任务，按照“ 摩尔定律”发展规律，近些年要想实现1 nm 节点光刻技术，需要超精密测量动态精度达0. 1 nm，达到原子尺度。为此，国际上以顶级的计量机构为代表的单位均部署了诸如NNI、Nanotrace 等工程，开展了“纳米”尺度测量仪器的研制工程，并制定了测量确定度在10 pm 以下的激光干涉测量技术的研发战略。着眼于国际形势，我国同样根据先进光刻机等高端备、先进计量的测量需求，制定了诸多纳米计量技术的研发要。可见，超精密位移测量技术的发展对推进我国众多大高端装备具有重要战略意义，是目前纳米度下测量领域逐步发展的重大研究方向。2 激光干涉测量原理根据光波的传播和叠加原理，满足相干条件的光波能够在空间中出现干涉现象。在激光干涉测量中，由于测量目标运动，将产生多普勒- 菲佐（Doppler-Fizeau效应，干涉条纹将随时间呈周期性变化，称为拍频现象。移/相移信息与测量目标的运动速度/位移关系满足fd = 2nv/ λ ， （1）φd = 2nL/ λ ， （2）式中：fd为多普勒频移；φd为多普勒相移；n 为空气折射率；v 和L 为运动速度和位移；λ 为激光波长。通过对干涉信号的频率/相位进行解算即可间接获得测量目标运动过程中速度/位信息。典型的干涉测量系统可按照激光光源类型分为单频（零差式）激光干涉仪和双频（外差式）激光干涉仪两大类。零差式激光干涉测量基本原理如图1 所示，其结构与Michelson 干涉仪相仿，参考光与测量光合光干涉后，经过QPD 输出一对相互正交的信号，为Icos = A cos (2πfd t + φ0 + φd ) ， （3）Isin = A sin (2πfd t + φ0 + φd ) ， （4）式中：（Icos， Isin）为QPD 输出的正交信号；A 为信号幅值；φ0 为初始相位。结合后续的信号处理单元即可构成完整、可辨向的测量系统。图1　零差激光干涉测量原理外差式激光干涉仪的光源是偏振态相互垂直且具有一定频差Δf 的双频激光，其典型的干涉仪结构如图2 所示。双频激光经过NPBS 后，反射光通过偏振片发生干涉，形成参考信号Ir；透射光经过PBS，光束中两个垂直偏振态相互分开，f2 光经过固定的参考镜反射，f1 光经运动的测量镜反射并附加多普勒频移fd，与反射光合光干涉后形成测量信号Im。Ir = Ar cos (2πΔft + φr ) ， （5）Im = Am cos (2πΔft + φm )， （6）式中：Δf、A 和φ 分别为双频激光频差、信号幅值和初始相位差。结合式（5）和式（6），可解算出测量目标的相位信息。图2　外差激光干涉测量原理零差式激光干涉仪常用于分辨力高、速度相对低并且轴数少的应用中。外差式激光干涉仪具有更强的抗电子噪声能力，易于实现对多个目标运动位移的多轴同步测量，适用于兼容高分辨力、高速及多轴同步测量场合，是目前主流的干涉结构之一。3 激光干涉测量关键技术在超精密激光干涉仪中，波长是测量基准，尤其在米量级的大测程中，要实现亚纳米测量，波长准确度对测量精度起到决定性作用。其中，稳频技术直接影响了激光波长的准确度，决定激光干涉仪的精度上限；环境因素的变化将影响激光的真实波长，间接降低了实际的测量精度。干涉镜组结构决定光束传播过程中的偏振态、方向性等参数，影响干涉信号质量。此外，干涉信号相位细分技术决定激光干涉仪的测量分辨力，并限制了激光干涉仪的最大测量速度。3. 1　高精度稳频技术在自由运转的状态下，激光器的频率准确度通常只有±1. 5×10−6，无法满足超精密测量中10−8~10−7的频率准确度要求。利用传统的热稳频技术（单纵模激光器的兰姆凹陷稳频方法等），可以提高频率准确度，但系统中稳频控制点常偏离光功率平衡点，输出光频率准确度仅能达2×10−7量级，无法完全满足超精密测量的精度需求。目前，超精密干涉测量中采用的高精度稳频技术主要有热稳频、饱和吸收及偏频锁定3 种。由于激光管谐振腔的热膨胀特性，腔长随温度变化呈近似线性变化。因此，热稳频方法通过对谐振腔进行温度控制实现对激光频率的闭环调节。具体过程为：选定稳定的参考频标（双纵模激光器的光功率平衡点、纵向塞曼激光器频差曲线的峰/谷值点），当激光频率偏离参考频标时，产生的频差信号用于驱动加热膜等执行机构进行激光管谐振腔腔长调节。热稳频方法能够使激光器的输出频率的准确度在10−9~10−8 量级，但原子跃迁的中心频率随时间推移受腔内气体气压、放电条件及激光管老化的影响会发生温度漂移。利用稳频控制点修正方法，通过对左右旋圆偏振光进行精确偏振分光和对称功率检测来抑制稳频控制点偏移的随机扰动，同时补偿其相对稳定偏置分量。该方法显著改善了激光频率的长期漂移现象，阿伦方差频率稳定度为1. 9×10−10，漂移量可减小至（1~2）×10−8。稳频点修正后的激光波长仍存在较大的短期抖动，主要源于激光器对环境温度的敏感性，温差对频率稳定性的影响大。自然散热型激光器和强耦合水冷散热型激光器均存在散热效果不均匀和散热程度不稳定的问题。多层弱耦合水冷散热结构为激光管提供一个相对稳定的稳频环境，既能抑制外界环境温度变化对激光管产生的扰动，冷却水自身的弱耦合特性又不影响激光管性能，进而减小了温度梯度和热应力，提高了激光器对环境温度的抗干扰能力，减少了输出激光频率的短期噪声，波长的相对频率稳定度约为1×10−9 h−1。碘分子饱和吸收稳频法将激光器的振荡频率锁定在外界的参考频率上，碘分子饱和吸收室内处于低压状态下（1~10 Pa）的碘分子气体在特定频率点附近存在频率稳定的吸收峰，将其作为稳频基准后准确度可达2. 5×10−11。但由于谐振腔损耗过大，稳频激光输出功率难以超过100 μW 且存在MHz 量级的调制频率，与运动目标测量过程中产生的多普勒频移相近。因此，饱和吸收法难以适用于多轴、动态的测量场合。偏频锁定技术是另一种高精度的热稳频方法，其原理如图3 所示，通过实时测量待稳频激光器出射光与高精度碘稳频激光频差，获得反馈控制量，从而对待稳频激光器谐振腔进行不同程度加热，实现高精度稳频。在水冷系统提供的稳频环境下，偏频锁定激光器的出射光相对频率准确度优于2. 3×10−11。图3 偏频锁定热稳频原理3. 2　高精度干涉镜组周期非线性误差是激光干涉仪中特有的内在原理性误差，随位移变化呈周期性变化，每经过半波长，将会出现一次最大值。误差大小取决光束质量，而干涉镜组是决定光束质量的主导因素。传统的周期非线性误差可以归结为零差干涉仪的三差问题和外差干涉仪的双频混叠问题，产生的非线性误差机理如图4 所示，其中Ix、Iy分别表示正交信号的归一化强度。其中，GR为虚反射，MMS 为主信号，PISn 为第n 个寄生干涉信号，DFSn 为第n 阶虚反射信号。二者表现形式不完全相同，但都会对测量结果产生数纳米至数十纳米的测量误差。可见，在面向亚纳米、皮米级的干涉测量技术中，周期非线性误差难以避免。图4　零差与外差干涉仪中的周期非线性误差机理。（a）传统三差问题与多阶虚反射李萨如图；（b）多阶虚反射与双频混叠频谱分布Heydemann 椭圆拟合法是抑制零差干涉仪中非线性误差的有效方法。该方法基于最小二乘拟合，获得关于干涉直流偏置、交流幅值以及相位偏移的线性方程组，从而对信号进行修正。在此基础上，Köning等提出一种基于测量信号和拟合信号最小几何距离的椭圆拟合方法，该方法能提供未知模型参数的局部最佳线性无偏估计量，通过Monte Carlo 随机模拟后，其非线性幅值的理论值约为22 pm。在外差干涉仪中，双频混叠本质上是源于共光路结构中双频激光光源和偏振器件分光的不理想性，称为第1 类周期非线性。对于此类周期非线性误差，补偿方法主要可以从光路系统和信号处理算法两个方面入手。前者通过优化光路可以将非线性误差补偿至数纳米水平；后者通过椭圆拟合法提取椭圆特征参数，可以将外差干涉仪中周期非线性误差补偿至亚纳米量级；两种均属补偿法，方法较为复杂，误差难以抑制到0. 1 nm 以下。另一种基于空间分离式外差干涉结构的光学非线性误差抑制技术采用独立的参考光路和测量光路，非共光路使两路光在干涉前保持独立传播，从根本上避免了外差干涉仪中频率混叠的问题，系统残余的非线性误差约为数十皮米。空间分离式干涉结构能够消除频率混叠引起的第1 类周期非线性误差，但在测量结果中仍残余亚纳米量级的非线性误差，这种有别于频率混叠的残余误差即为多阶多普勒虚反射现象，也称为第2 类周期非线性误差。虚反射现象源自光学镜面的不理想分光、反射等因素，如图5所示，其中MB 为主光束，GR 为反射光束，虚反射现象普遍存在于绝大多数干涉仪结构中。虚反射效应将会使零差干涉仪中李萨如图的椭圆产生畸变，而在外差干涉仪中则出现明显高于双频混叠的高阶误差分量。图5　多阶虚反射现象使用降低反射率的方法，如镀增透膜、设计多层增透膜等，能够弱化虚反射现象，将周期非线性降低至亚纳米水平；德国联邦物理技术研究院Weichert等通过调节虚反射光束与测量光束间的失配角，利用透镜加入空间滤波的方法将周期非线性误差降低至±10 pm。上述方法在抑制单次的虚反射现象时有着良好的效果，但在面对多阶虚反射效应时作用有限。哈尔滨工业大学王越提出一种适用于多阶虚反射的周期非线性误差抑制方法，该方法利用遗传算法优化关键虚反射面空间姿态，精准规划虚反射光束轨迹，可以将周期非线性误差抑制到数皮米量级，突破了该领域10 pm 的周期非线性误差极限。3. 3　高速高分辨力相位细分技术在激光干涉仪中，相位细分技术直接决定系统的测量精度。实现亚纳米、皮米测量的关键离不开高精度的相位细分技术。相位的解算可以从时域和频域两个角度进行。最为常用的时域解算方法是基于脉冲边缘触发的相位测量方法，该方法利用高频脉冲信号对测量信号与参考信号进行周期计数，进而获取两路信号的相位差。该方法的测量速度与测量分辨力模型可表达为vm/dLm= Bm ， （7）式中：vm 为测量速度；dLm 为测量分辨力；Bm 为系统带宽。在系统带宽恒定的情况下，高测速与高分辨力之间存在相互制约关系。只有提高系统带宽才能实现测量速度和测量分辨力的同时提升，也因此极度依赖硬件运行能力。在测量速度方面，外差激光干涉仪的测量速度主要受限于双频激光频差Δf，测量目标运动产生的多普勒频移需满足fd≤Δf。目前，美国的Zygo 公司和哈尔滨工业大学利用双声光移频方案所研制的结构的频差可达20 MHz，理论的测量速度优于5 m/s。该方法通过增加双频激光频差来间接提升测量速度，频差连续可调，适用于不同测量速度的应用场合，最大频差通常可达几十MHz，满足目前多数测量速度需求。从干涉结构出发，刁晓飞提出一种双向多普勒频移干涉测量方法，采用全对称的光路结构，如图6所示，获得两路多普勒频移方向相反的干涉信号，并根据目标运动方向选择性地采用不同干涉信号，保证始终采用正向多普勒频移进行相位/位移解算。该方法从原理上克服了双频激光频差对测量速度的限制，其最大测量速度主要受限于光电探测器带宽与模/数转换器的采样频率。图6 全对称光路结构在提升测量分辨力方面，Yan 等提出一种基于电光调制的相位调制方法，对频率为500 Hz 的信号进行周期计数，该方法实现的相位测量标准差约为0. 005°，具有10 pm 内的超高位移测量分辨力，适用于低速测量场合。对于高速信号，基于脉冲边缘触发的相位测量方法受限于硬件带宽，高频脉冲频率极限在500 MHz 左右，其测量分辨力极限约为1~10 nm，难以突破亚纳米水平。利用高速芯片，可以将处理带宽提升至10 GHz，从而实现亚纳米的测量分辨力，但成本较大。闫磊提出一种数字延时细分超精细相位测量技术，在硬件性能相同、采样频率不变的情况下，该方法利用8 阶数字延迟线，实现了相位的1024 电子细分，具有0. 31 nm 的位移测量分辨力，实现了亚纳米测量水平。该方法的等效脉冲频率约为5 GHz，接近硬件处理极限，但其测量速度与测量分辨力之间依旧存在式（7）的制约关系。德国联邦物理技术研究院的Köchert 等提出了一种双正交锁相放大相位测量方法，如图7所示，FPGA 内部生成的理想正交信号分别与外部测量信号、参考信号混频，获取相位差。利用该方法，可以实现10 pm 以内的静态测量偏差。双正交锁相放大法能够处理正弦模拟信号，充分利用了信号的频率与幅值信息，其测量速度与测量分辨力计算公式为vm/0. 1λ0= Bm， （8）dLm/0. 5λ0=Bs/dLc， （9）式中：Bs为采样带宽；dLc为解算分辨力。图7 双正交锁相方法测量原理可见，测量速度与测量分辨力相互独立，从原理上解决了高测速与高分辨力相互制约的矛盾，为激光干涉仪提供了一种兼顾高速和高分辨力的相位处理方法。在此基础上，为了适应现代工业中系统化和集成化的测量需求，美国Keysight 公司、Zygo 公司及哈尔滨工业大学相继研发出了光电探测与信号处理一体化板卡，能够实现高于5 m/s 的测量速度以及0. 31 nm 甚至0. 077 nm 的测量分辨力。此外，从变换域方面同样可以实现高精度的相位解算。张紫杨等提出了一种基于小波变换的相位细分方法，通过小波变换提取信号的瞬时频率，计算频率变化的细分时间，实现高精度的位移测量，该方法的理论相位细分数可达1024，等效位移精度约为0. 63 nm。Strube 等利用频谱分析法，从信号离散傅里叶变换（DFT）后的相位谱中获取测量目标的位移，实现了0. 3 nm 的位移测量分辨力。由于采用图像传感器为光电转换器，信号处理是以干涉条纹为基础的，适用于静态、准静态的低速测量场合。3. 4环境补偿与控制技术环境中温度、气压及湿度等变化会引起空气折射率变化，使得激光在空气中传播时波长变动，导致测量结果产生纳米量级的误差。环境误差补偿与控制技术是抑制空气折射率误差的两种重要手段。补偿法是修正空气折射率误差最常用的方法，具有极高的环境容忍度。采用折光仪原理、双波长法等可以实现10−7~10−8 量级的空气折射率相对测量不确定度。根据Edlen 经验公式，通过精确测定环境参数（温度、湿度和大气压等），可以计算出空气折射率的精确值，用于补偿位移测量结果，其中温度是影响补偿精度的最主要因素。采用高精度铂电阻传感器，设备可以实现1 mK 的温度测量精度，其折射率的补偿精度可达10−8量级，接近Edlen 公式的补偿极限。环境控制技术是保证干涉仪亚纳米测量精度的另一种有效方法。在现行的DUV 光刻机中，采用气浴法，建立3 mK/5 min 以内恒温、10 Pa/5 min 以内恒压、恒湿气浴场，该环境中能够实现10−9~10−8 量级空气折射率的不确定度。对于深空引力波探测、下一代质量基准溯源等应用场合，对激光干涉仪工作的环境控制要求更为严苛，测量装置需置于真空环境中，此时，空气折射率引入的测量误差将被彻底消除。4 激光干涉测量技术发展趋势近年来，超精密位移测量的精度需求逐渐从纳米量级向亚纳米甚至皮米量级过渡。国内在激光干涉仪中的激光稳频、周期非线性误差消除和信号处理等关键技术上均取得了重大的突破。在LISA 团队规划的空间引力波探测方案中，要求在500 万千米的距离上，激光干涉仪对相对位移量需要具有10 pm 以内的分辨能力。面对更严苛的测量需求，超精密位移测量依然严峻面临挑战。激光干涉测量技术的未来发展趋势可以归结如下。1）激光波长存在的长期漂移和短期抖动是限制测量精度提升的根本原因。高精度稳频技术对激光波长不确定度的提升极限约为10−9量级。继续提升激光波长稳定度仍需要依托于下一阶段的工业基础，改善激光管本身的物理特性，优化光源质量。2）纳米级原理性光学周期非线性误差是限制激光干涉仪测量精度向亚纳米、皮米精度发展的重要瓶颈。消除和抑制第1 类和第2 类周期非线性误差后，仍残余数十皮米的非线性误差。由于周期非线性误差的表现形式与耦合关系复杂，想要进一步降低周期非线性误差幅值，需要继续探索可能存在的第3 类非线性误差机理。3）测量速度与测量分辨力的矛盾关系在动态锁相放大相位测量方法中得到初步解决。但面对深空引力波探测中高速、皮米的测量要求，仍然需要进一步探索弱光探测下的高分辨力相位细分技术；同时，需要研究高速测量过程中的动态误差校准技术。高速、高分辨力特征依旧是相位细分技术今后的研究方向。全文下载：亚纳米皮米激光干涉位移测量技术与仪器_激光与光电子学进展.pdf

近日，南开大学物理科学学院超快电子显微镜实验室付学文教授团队与美国布鲁克海文国家实验室Yimei Zhu教授团队等开展合作，基于自主开发的4D超快透射电镜，观测到了银膜上飞秒激光诱导表面等离激元的分布及动力学过程，为等离激元器件的设计和应用提供了指导。该研究于近日以“Nanoscale-Femtosecond Imaging of Evanescent Surface Plasmons on Silver Film by Photon-Induced Near-Field Electron Microscopy”为题，发表在国际重要学术期刊《Nano Letters》。近年来，付学文教授研究团队与合作者在4D超快透射电镜中发展了基于自由电子-光子强相互作用的光子诱导近场电子显微镜（PINEM）技术，并提出了一种新型双色光子超快泵浦-探测方案，将四维超快电镜的时间分辨提升了一个数量级（达到50飞秒），在飞秒与纳米时空尺度揭示了单个Mott绝缘体VO2纳米线的绝缘体-金属相变动力学过程（Nat. Commun. 2020, 11, 5770）。在本工作中，研究团队进一步用PINEM成像技术研究了银膜上表面等离激元的分布及超快动力学过程。表面等离激元是金属表面自由电子的集体共振振荡，可以将光限制在非常小的尺寸，实现在纳米尺度操纵光场。这些独特的优点使得表面等离激元在表面增强拉曼光谱、传感器、光伏器件和量子通信等领域具有广阔的应用前景。由于银纳米结构具有从可见光到近红外光范围内可调谐的表面等离激元共振特性，因此被认为是最重要的表面等离激元材料之一。银纳米结构表面等离激元的共振特性可以通过改变其形态、大小和其他参数来调节。为了更好地设计和使用等离激元器件，理解表面等离激元的产生、传播和衰减过程是至关重要的。然而，所有这些过程都发生在飞秒的时间尺度和纳米的空间尺度上。因此，以合适的时空分辨率直接表征和捕获不同银纳米结构的表面等离激元具有重要的意义。研究团队利用配备了电子能量损失谱仪的4D超快透射电子显微镜，通过PINEM技术研究了银膜上飞秒激光（波长515 nm）诱导的表面等离激元。实验得到的电子与表面等离激元近场相互作用后的能谱呈现出典型的PINEM能谱特征：电子能谱零损失峰（ZLP）两侧出现一系列离散的峰，其间隔为入射光子能量的整数倍，意味着电子在与表面等离激元近场相互作用中吸收或放出了多个光子（图1a）。通过改变泵浦激光的能量密度并对电子能量谱中的PINEM部分积分， 他们发现PINEM强度首先随激光能量密度线性增长，在15mJ/cm2达到饱和（图1a、b）。在15mJ/cm2的入射激光能量密度下，通过改变激光的偏振研究了PINEM强度的偏振依赖性。发现与纳米线、纳米棒等结构的偏振依赖性不同，激光偏振方向的改变不会影响银膜上的PINEM强度（图1c）。图1：a、不同入射激光能量密度下的电子能谱；b、相对PINEM强度与入射激光能量密度的关系；c、PINEM强度与入射激光偏振方向的关系。通过只选择吸收光子能量的电子进行能量过滤成像，他们直接观测到了表面等离激元的空间分布，并通过改变入射激光的偏振方向揭示了激光偏振方向对表面等离激元分布的影响（图2a）。表面等离激元在产生后首先沿着激光的偏振方向传播，然后在垂直于偏振方向的晶界处发生散射，在能量过滤图像中表现为偏振依赖的条纹。通过改变激光脉冲和电子脉冲之间的时间延迟，他们跟踪了光激发表面等离激元随时间的演化，实现了在纳米飞秒尺度对表面等离激元的直接可视化（图2b）。图2：a、t=-1.2 ps（左）和t=0 ps（中、右）时的能量过滤图像，激光偏振方向如绿色箭头所示；b、不同时间延迟下的能量过滤图像，其中激光脉冲的偏振方向与a（中）的偏振方向相同。棒状纳米结构的PINEM效应被广泛用于识别4D超快电镜中泵浦激光脉冲和探测电子脉冲的时空重叠。但是在这些实验中激光脉冲的偏振应该垂直于纳米结构的纵向轴，以最大限度地提高近场激发，这就使得这种方法在实际使用中受到一定限制。相比之下，银膜的PINEM信号不存在偏振依赖性，即入射飞秒激光的偏振可以是任意方向的，这使得银膜成为识别4D超快电镜时间零点的更好平台。此外，能量过滤PINEM图像上观察到的条纹也可能与光诱导周期表面结构(LIPSS)的机理有关，而LIPSS的形成过程是一个复杂的非平衡过程，其物理机制尚不清楚。鉴于PINEM成像的高时空分辨率，未来可进一步用PINEM技术从实验上探索LIPSS的物理机制。该研究工作不仅为各种微纳结构与超材料的表面等离激元分布及动力学研究提供了高时空分辨手段，同时对于银膜表面等离激元的激光能量密度和偏振依赖性，以及超快动力学过程的研究结果对微纳尺度表面等离激元器件的设计和应用具有重要指导意义。南开大学物理科学学院付学文教授为论文第一作者兼通讯作者，Yimei Zhu教授为共同通讯作者，南开大学2020级硕士生孙泽鹏为共同一作，南开大学为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部、天津市科技局、中央高校基础研究经费等的大力支持。（戴建芳）视频S1：通过 PINEM 成像 ( AVI )获得的飞秒激光激发下银膜上消逝表面等离激元的时间演化视频 S2：通过 PINEM 成像 ( AVI ) 获得的飞秒激光激发下银膜上消逝表面等离激元的时间演化，其中激光偏振与视频S1 中的偏振正交。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c04774付学文，南开大学物理科学学院教授，博士生导师，南开大学超快电镜实验室负责人，国家“四青”人才，天津市杰出青年基金获得者，担任国家重点研发计划青年首席科学家，入选2021强国青年科学家提名。2014年博士毕业于北京大学凝聚态物理专业（导师：俞大鹏教授），曾先后在美国加州理工学院和美国布鲁克海文国家实验室从事研究工作。2019年受聘于南开大学物理科学学院，建立了南开大学超快电子显微镜实验室和超快动力学研究团队，长期从事4D超快电子显微镜、超快阴极荧光等超高时空分辨电子成像与探测技术开发及其在低维量子功能材料的结构、载流子及自旋等动力学中的应用研究，在国际上率先发展了液相4D超快电镜技术、双色近场光学超快电镜技术和基于微波脉冲电子发生器的新型4D超快电镜技术。在Science、Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Letters、PNAS等具有影响力的国际期刊发表学术论文近50篇，其中第一/通讯作者论文26篇，申请发明专利5项。

2021年中国材料大会于7月8日-12日在厦门国际会展中心召开，并同期举办第13届国际材质分析、实验室设备及质量控制博览会（简称Ciamite 2021），云集上百家知名科学仪器厂商。瑞芯智造（深圳）科技有限公司携NanocoulterⅠ纳米库尔特粒度仪精彩亮相，吸引众多参展嘉宾驻足咨询。NanocoulterⅠ纳米库尔特粒度仪NanocoulterⅠ纳米库尔特粒度仪基于库尔特原理，并在此基础上发展纳米库尔特技术，是一种单颗粒检测方法。即每个穿过孔的粒子在瞬间产生与粒子体积成比例的电流改变量，持续时间与粒子的速度成比例，从而与流体的流速成反比。通过微电流检测系统记录每个粒子的电脉冲信号，再经过智能分析软件计算，即可准确地得到样品颗粒浓度、粒径、zeta电位、形态等全方位的分析结果。纳米库尔特原理图瑞芯研发创业团队与欧洲顶级微纳加工平台瑞士联邦理工学院密切合作，通过纳米微加工技术实现了纳米孔基因测序的原理性突破，经过10余年微纳加工研发沉淀，已具备原子级别精度微加工能力。目前，针对不同应用场景，不同型号的芯片已经实现批量生产，助力颗粒检测准确性、重复性得到质的飞跃。NanocoulterⅠ纳米库尔特粒度仪则搭载先进的纳米孔芯片、超灵敏的微电流检测系统及精准的演算软件，集多种功能为一体，无需复杂操作，一次简单的上样即可得到颗粒的浓度、粒径、zeta电位、形态等全方位的数据。可广泛应用于病毒、蛋白质、细胞、细菌、乳糜颗粒、外泌体、高分子聚合物、荧光微球、磁珠颗粒、乳液等有机及无机颗粒的检测。在医疗诊断、生理生化研究、药物载体、染料与墨水化学、机械抛光、催化剂、金属颗粒、聚合物、化妆品、半导体、胶体等多个领域有广泛应用前景。NanocoulterⅠ纳米库尔特粒度仪具有以下显著优势：单颗粒检测单个颗粒经过纳米孔时产生电脉冲信号，颗粒粒径与脉冲峰峰值正相关，操作软件可看到每个颗粒产生的电脉冲，实现真正意义上的单颗粒检测。粒径宽分布样本分析记录每个过孔粒子产生的电脉冲，对于复杂的样本，能够准确得到全部颗粒的粒径分布信息，不存在大小颗粒互相影响的情况，最高分辨率可达10nm。准确浓度测量单个颗粒计数，直观准确的浓度测量，而非理论推算，准确度更高。液体活检病毒、外泌体、乳糜颗粒等生物样本可以在生理环境下进行测量。上样量少，测试不影响生物样本的活性，更适合科研使用。颗粒动力学分析独特的检测过程可视化功能，从而能够表征颗粒的动力学过程，如病毒的团聚、破裂，蛋白质的聚集，外泌体的破裂等等。Nanocoulter Ⅰ纳米库尔特粒度仪粒径检测范围广，不受颗粒种类的影响，且无需考虑颗粒的物理化学性质，适用范围几乎可以涵盖所有的微纳颗粒。其独特的颗粒表征性能，将加速纳米颗粒科研领域的芯时代。

9月12日，布鲁克公司宣布收购Center for Tribology(CETR)公司，具体收购金额未公开。按照惯例成交条件，预计该交易将于2011年第三季度末结束。CETR公司是一家私人控股公司，位于美国硅谷坎贝尔，2011年公司收入预计可以达到1000万美元，税息折旧及摊销前利润(EBITDA)则超过200万美元。 　　据了解，收购完成后，布鲁克计划继续在硅谷运行CETR公司，并将CETR的业务、研发、销售、支持服务等整合进布鲁克纳米表面仪器部。预计CETR将作为一个独立的摩擦学和压痕业务，加入AFM(原子力显微镜)和SOM(手写笔和光学计量)两大业务所属的布鲁克纳米表面仪器部。 　　布鲁克纳米表面仪器部总裁Mark R. Munch博士表示：“近二十年来，CETR在纳米压痕与微压痕、材料与摩擦学测试领域不断取得成功，我们很高兴CETR公司的核心技术能够加入布鲁克的原子力显微镜和光学测量技术产品中。” 　　CETR公司创始人、总裁兼首席执行官Norm V. Gitis博士说到：“目前，CETR公司已为客户提供了超过15年的创新压痕和摩擦学测试解决方案，而布鲁克拥有着享誉全球的仪器仪表产品组合与销售和技术支持系统，我们很高兴CETR公司完整的材料测试产品线能够加入布鲁克，这将使我们的技术可以拓展到新的地区和市场。” 　　关于CETR公司 　　美国Center for Tribology(CETR)公司，成立于1993年，是一家提供测试和咨询服务的高科技公司，目前在纳米机械与摩擦测试仪器领域占据领先地位。其产品服务范围广泛，包括生物医药、石油、微电子、能源、汽车等各个领域的基本材料研究和工业制造。欲了解更多关于CETR的信息，请访问www.cetr.com。

病毒引起的传染病给人类的生命安全和身体健康带来了巨大威胁，目前来说对疾病的快速和灵敏诊断仍然是一个迫切且未满足的需求。数字免疫分析技术由于其单分子检测和绝对定量的能力，在近些年来取得了显著进步，但复杂的操作步骤限制了其应用。　　近日，美国研究团队在《Nature Communications》杂志上发表题为“Digital plasmonic nanobubble detection for rapid and ultrasensitive virus diagnostics”的文章，研发出用于快速和超灵敏病毒诊断的数字等离子体纳米气泡检测新技术。　　等离子体纳米气泡是指短脉冲激光激发纳米颗粒产生的蒸汽气泡，放大其固有吸收，可通过二次探测激光进行检测。等离子体纳米气泡的寿命为纳秒，对纳米颗粒的物理性质（如大小、形状、浓度和聚集状态）十分敏感。该研究利用等离子体纳米气泡这些特性设计了一个光射流装置，使纳米颗粒的悬浮液在微毛细管中流动，使用两束激光同步激活纳米颗粒并检测等离子体纳米气泡。由于等离子体纳米气泡是瞬态事件，且激光脉冲之间没有串扰，创建了约16pL的微尺度“虚拟检测区”，并以无间隔的方式对“开”和“关”信号进行计数，以此对检测目标进行定量分析。研究表明将此方法应用于检测呼吸道合胞病毒（RSV）时，具有较好的特异性和灵敏度（1拷贝/µL）。　　该研究提出的数字等离子体纳米气泡检测方法具有一步操作、单纳米颗粒检测、在室温下能够直接检测完整病毒、无需复杂液体处理等优点，是一种快速、超灵敏的诊断技术。　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29025-w　　注：此研究成果摘自《Nature Communications》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

病毒引起的传染病给人类的生命安全和身体健康带来了巨大威胁，目前来说对疾病的快速和灵敏诊断仍然是一个迫切且未满足的需求。数字免疫分析技术由于其单分子检测和绝对定量的能力，在近些年来取得了显著进步，但复杂的操作步骤限制了其应用。　　近日，美国研究团队在《Nature Communications》杂志上发表题为“Digital plasmonic nanobubble detection for rapid and ultrasensitive virus diagnostics”的文章，研发出用于快速和超灵敏病毒诊断的数字等离子体纳米气泡检测新技术。　　等离子体纳米气泡是指短脉冲激光激发纳米颗粒产生的蒸汽气泡，放大其固有吸收，可通过二次探测激光进行检测。等离子体纳米气泡的寿命为纳秒，对纳米颗粒的物理性质（如大小、形状、浓度和聚集状态）十分敏感。该研究利用等离子体纳米气泡这些特性设计了一个光射流装置，使纳米颗粒的悬浮液在微毛细管中流动，使用两束激光同步激活纳米颗粒并检测等离子体纳米气泡。由于等离子体纳米气泡是瞬态事件，且激光脉冲之间没有串扰，创建了约16pL的微尺度“虚拟检测区”，并以无间隔的方式对“开”和“关”信号进行计数，以此对检测目标进行定量分析。研究表明将此方法应用于检测呼吸道合胞病毒（RSV）时，具有较好的特异性和灵敏度（1拷贝/µL）。　　该研究提出的数字等离子体纳米气泡检测方法具有一步操作、单纳米颗粒检测、在室温下能够直接检测完整病毒、无需复杂液体处理等优点，是一种快速、超灵敏的诊断技术。　　论文链接：　　https://www.nature.com/articles/s41467-022-29025-w

研究人员最近展示了一种有史以来最小的激光器，其包含一个直径仅为44纳米的纳米粒子。该器件因能产生一种称为表面等离子的辐射而被命名为“spaser”。这项新技术可允许光子局限在非常小的空间内，一些物理学家据此认为，就像晶体管之于现今的电子产品，spaser也许将成为未来光学计算机的基础。 美国诺福克大学材料研究中心物理学教授米哈伊尔诺基诺夫表示，现今最好的消费电子产品可在大约10吉赫兹的速度上运行，但未来的光学器件的运行速度可达到几百太赫兹范围。一般来说，光学器件难以实现小型化，是因为光子无法限定在比其一半波长更小的区域内。但以表面等离子形式与光作用的器件就能将光限定在非常紧密的位点上。 诺基诺夫说，目前科学家们正在基于等离子的新一代纳米电子设备的理论研究上努力探索。与以前的其他等离子器件不同的是，spaser能有效地产生和放大这些光波。诺基诺夫及同事在近期的《自然》杂志上发表了此项研究成果。 spaser包含一个直径仅为44纳米的单纳米粒子，激光器的其他不同部分的功能则与常规激光器无异。在普通激光器中，光子通过可放大光线的增益介质在两个镜面间反弹。而spaser中的光则围绕一个等离子形式的纳米粒子核中的金球表面进行反弹。 此中的挑战是确保这种能量不会快速从金属表面消散。诺基诺夫及其团队通过在金球上喷涂嵌有染料的硅层来实现这一要求。硅层可作为增益媒介。来自spaser的光可作为等离子体保持在限定区域，亦可作为可见光范围的光子离开粒子表面。像一个激光器一样，spaser必须“泵”入必要的能量，研究人员利用光脉冲轰击粒子来达到这个目的。 常规激光器的大小取决于其使用的光波长，反射面间的距离不能小于光波长的一半，在可见光范围大约为200纳米。spaser则是利用等离子体解决了此局限。诺基诺夫说，spaser也许将能做到一个纳米大小，但任何小于这一尺寸的纳米粒子，其功能就会丧失。 美国乔治亚州大学物理学教授马克斯托克曼称，和目前最快的晶体管相比，spaser虽具有同等的纳米尺度，但其速度要快上1000倍，这为制造速度超快的放大器、逻辑元件和微处理器提供了可能。 诺基诺夫则表示，spaser不仅能在光子计算机领域找到用武之地，也能在现今使用常规激光器的领域得到应用。更为现实的应用领域就是磁性数据存储业。现今用于硬盘的磁性数据存储介质已达到其物理极限，扩展其存储能力的方法之一就是在其记录过程中用非常小的光点对介质进行加热，而这必须使用纳米激光器才能做到。

光子晶体又称光子禁带材料。从结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体，其物理思想可类比半导体晶体。通过设计，这类晶体中光场的分布和传播可以被调控，从而达到控制光子运动的目的，并使得某一频率范围的光子不能在其中传播，形成光子带隙。 光子晶体中介质折射率的周期性结构不仅能在光子色散能带中诱发形成完整的光子带隙，而且在特定条件下还可以产生一维（1D）手性边界态或具有Dirac（或Weyl）准粒子行为的奇异光子色散能带。原则上，光子晶体的概念也适用于控制“纳米光”的传播。该“纳米光”指的是限域在导电介质表面的光子和电子的一种耦合电磁振荡行为，即表面等离子体激元（SPPs）。该SPP的波长，λp，相比入射光λ0来说多可减少三个数量。如果要想构筑纳米光子晶体，我们需要在λp尺度上实现周期性介电结构，传统方法中采用top-down技术来构建纳米光子晶体，该方法在加工和制造方面具有较大的限制和挑战。 2018年12月，美国哥伦比亚大学D.N. Basov教授在Science上发表了题为Photonic crystals for nano-light in moiré graphene superlattices的全文文章。研究者利用存在于转角双层石墨烯结构（twisted bilayer grapheme, TBG）中的莫尔（moiré）超晶格结构，成功构筑了纳米光子晶体，并利用德国neaspec公司的neaSNOM纳米高分辨红外近场成像显微镜研究了其近场光导和SPP特性，证明了其作为纳米光子晶体对SPP传播的调控。 正常机械解理的双层石墨烯是AB堆叠方式，但是，当把其中的一层相对于另一层旋转一个角度，就会形成AB和BA堆叠方式相间排列的莫尔超晶格结构，AB畴区和BA畴区之间是AA堆叠方式的畴壁，如图例1A所示。如果通过门电压对该双层石墨烯施加一个垂直电场，会在AB畴区和BA畴区打开一个带隙，从AB畴区到BA畴区堆叠次序的反转连同能带结构的反转则会在畴壁上形成拓扑保护的一维边界态，如图例1C。一维边界态的存在会使得畴壁上光学跃迁更加容易，表现为畴壁上增强的光导能力。研究者通过德国neaspec公司的neaSNOM高分辨率散射式近场红外光学显微镜对样品进行近场纳米光学成像，在近场光学振幅成像中观察到了转角双层石墨烯上六重简并的周期性亮线图案，成功可视化了这种光导增强的孤子超晶格网络。从近场光学振幅成像上可以看到孤子超晶格周期长度大约为260nm，据此，研究者推断对应的转角大约为0.06°。 图例1：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）对转角双层石墨烯（TGB）进行近场纳米光学成像研究的结果。A:实验示意图（AB,BA,和AA表示石墨烯不同堆叠类型）；B：近场纳米光学振幅成像及TEM图；C:畴壁上电子能带结构。 不仅孤子超晶格的周期性和等离激元的波长相匹配，而且之前的研究表明，双层石墨烯中的孤子对SPP具有散射行为，转角双层石墨烯中规律的孤子结构所形成的周期性散射源恰好满足了作为纳米光子晶体的条件。接下来研究孤子超晶格对SPP的光子晶体效应，实验中研究者利用neaSNOM近场光学显微镜的针作为SPP发射源，并通过改变门电压和入射光波长改变SPP的波长，在该器件上同时得到了两组近场光学振幅图和相位图(如图例2B和2C)。从图中可以看到，λp=135 nm和λp=282 nm的情况下，近场光学振幅图和相位图表现出截然不同的周期性明暗图案，这种周期性明暗分布正是SPP在孤子超晶格传播过程中干涉效应的显现，近场光学振幅图、相位图和理论计算结果显示出的吻合性。对近场光学成像的傅里叶变换使得研究者可以进入动量空间研究其光子能带结构，结合模拟计算，对光子能带结构的研究表明，虽然孤子对SPP的散射较弱，还不足以形成纳米光学带隙，但是转角双层石墨烯中SPP的传播毫无疑问符合纳米光子能带色散行为。 图例2：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）研究石墨烯超晶格中等离激元（SPP）传播近场光学成像结果。A,C: 通过改变门电压和入射光波长，λp分别为135nm和282nm下近场光学成像结果（同时获得近场光学振幅成像和相位成像）；B,D: 模拟计算结果。 在该项工作中，研究者利用转角双层石墨烯设计实现了石墨烯SPP纳米光子晶体，并利用德国neaspec散射式近场光学显微镜从几个途径进行了研究。先，畴壁区域增强的光导响应来源于孤子的一维拓扑边界态，neaSNOM近场光学显微镜以高的分辨率可视化了孤子超晶格网络。其次，双层石墨烯纳米光子晶体的主要参数（周期性、能带结构）可以通过改变转角角度和静电场等实现连续调控，这可以突破标准top-down或光刻等技术来构筑纳米光子晶体的限制和挑战。在电中性点附近，孤子被预言具有拓扑保护的一维等离激元模式，此时，双层石墨烯纳米光子晶体作为一维等离激元的二维网络载体，可能会展现出很有意思的光学现象。 特别值得指出的两点是：1. 即使研究者通过0.06°的超小转角制造了高达260nm的孤子超晶格周期长度，如果没有neaSNOM近场光学显微镜高的空间分辨率（取决于针曲率半径，高可达10nm），清晰地看到孤子超晶格网络依然是非常困难的。2. neaSNOM近场光学显微镜具有的伪外差相位解调模块，可以同时实现高信噪比下的近场光学信号振幅成像和相位成像。该项工作中实验结果和模拟计算结果的吻合很好地证明了这一点。作为二维材料纳米光学领域为专业的研究工具，neaspec近场光学显微镜已经助力国际和国内多个研究机构在为的杂志发表了诸多研究成果。不仅是在纳米光学成像领域，neaspec开放兼容的设计使得它在纳米傅里叶红外光谱（nano-FTIR）、太赫兹（THz）、拉曼、荧光、超快、光诱导等多个领域均有广泛应用。

p 　　布鲁克于2018年4月17日，马萨诸塞州比勒利卡宣布收购Anasys Instruments公司，该公司是一家开发和制造纳米级红外光谱和热测量仪器的私营公司。这笔收购进一步扩充了布鲁克的拉曼和FTIR光谱仪以及纳米级表面科学仪器(如原子显微镜和白光干涉型三维显微镜)产品组合。该交易的财务细节未披露。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/75a82dbc-4e49-4d0b-8a77-059772df4391.jpg" title=" 微信图片_20180420132329.jpg" / /p p 　　AnasysInstruments公司总部坐落于加利福尼亚州圣巴巴拉市，是基于纳米探针的热测量和红外测量领域的先行者。其业界领先的nanoIR& #8482 产品被一流学术和工业科学家、工程师应用于软质和硬质材料学和生命科学。最近，Anasys推出的10纳米分辨率nanoIR成像进一步提高了产品性能。 /p p 　　布鲁克纳米集团总裁Mark R. Munch博士表示：“我们为这样的战略性高增长业务领域被纳入我们的纳米级显微和光谱测量产品组合而感到激动。由此产生的巨大的应用和技术协同效应将在未来使我们的客户获益匪浅。” /p p 　　Anasys创始人兼前CEO Roshan Shetty表示：“我们非常高兴能够有布鲁克这样的公司，带领我们的业务向新阶段发展。我们相信，我们在热测量和纳米级红外光谱测量领域所取得的独特开创性成果，将为布鲁克的创新仪器研究以及全球业务奠定基础。” /p p 　　 strong 关于Anasys Instruments公司 /strong /p p 　　AnasysInstruments是纳米级、亚微米级和宏观光热红外光谱测量领域的全球领导企业。我们致力于提供创新型产品和解决方案，以纳米级的空间分辨率测量样品物理特性和化学特性在空间上的变化，可涵盖各种不同领域，包括：聚合物、二维材料、材料学、生命科学和微电子等。我们的目标是通过提供有效的解决方案，帮助研究人员明确前进方向，帮助工业界解决关键的工艺难题。 /p p 　　 strong 关于布鲁克公司(NASDAQ: BRKR) /strong /p p 　　在超过55年的时间里，布鲁克始终致力于帮助科学家不断取得突破性进展，并开发出能够提高人类生活质量的全新应用。其高性能科学仪器以及极具价值的分析诊断解决方案使科学家能够在分子、细胞和微观层面上探索生命和材料。 /p p 　　通过与客户紧密合作，布鲁克在生命科学分子研究、应用材料与制药行业应用、显微技术、纳米分析及工业应用领域中不断取得创新并显著提高了生产力，同时帮助客户取得成功。近年来，布鲁克还成为了细胞生物学、临床前成像、临床表型组学与蛋白质组学研究、临床微生物学及分子病理学研究领域的高性能系统供应商。 /p

近日，中山大学附属第七医院肾泌尿外科中心庞俊教授团队在载药纳米超声造影剂研究中取得成果，在国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF=9.229，JCR1区）上发表研究性论文。图1｜国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF=9.229，JCR1区）超声（US）由于其安全性、非放射性、实时监测和低成本而被广泛用于临床诊断成像。然而，传统的超声造影剂（UCAs）只能用于血池成像，且由于尺寸相对较大，无法实现肿瘤区域的血管外成像。此外，仅应用常规UCAs也不能达到预期的治疗目的。基于纳米粒子（NPs）的UCAs因其无创性、精确靶向、可见性和装载小分子的便利性而受到越来越多的关注。产生气体的NPs具有很高的回声敏感性，二硫键可以用于还原响应性NPs药物递送系统制备。目前，已报道的同时具有超声成像和治疗功能的医用NPs大多仅基于pH响应性药物释放，并且药物释放速率不完全。基于上述考虑，庞俊教授团队制备了包裹二硫聚合物、碳酸氢钠(NaHCO3)水溶液和化疗药物盐酸阿霉素盐(DOXHCl)的NPs(DOX@HADT-SS-NaHCO3NPs)。NaHCO3在酸性条件下能产生CO2，提供回声信息；更重要的是，双重pH/GSH响应性药物释放可以进行癌症治疗，最终实现前列腺癌US成像和治疗的一体化。图2｜制造聚合物步骤和通过产生回声CO2气泡放大超声对比度并发挥按需治疗作用的NPs示意图文章中，标记Cy5.5的HADT-SS-NaHCO3NPs在C4-2荷瘤裸鼠体内的生物分布活体实验成像，使用了博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统拍摄。当C4-2荷瘤裸鼠的肿瘤体积达到100mm3时，静脉给药注射游离Cy5.5和Cy5.5@HADT-SS-NaHCO3NPs溶液。活体结果显示用Cy5.5@HADT-SS-NaHCO3NPs处理的小鼠肿瘤中的荧光信号从0.5到4小时逐渐增加，并在4小时达到峰值，然后随着时间的推移逐渐减弱。相比之下，整个时期肿瘤部位未观察到明显的游离Cy5.5荧光信号，游离Cy5.5荧光信号主要出现在肝脏。定量荧光信号也证实了Cy5.5@HADT-SS-NaHCO3NPs在肿瘤和肝脏中分布的趋势，揭示了HADT-SSNaHCO3NPs通过EPR效应在肿瘤组织中的特异性积累。图3｜负载Cy5.5的HADT-SS-NaHCO3NPs(A)和具有等效Cy5.5浓度(0.2 mg/kg)的游离Cy5.5溶液(B)在C4-2荷瘤小鼠中的体内生物分布。静脉注射后0.5、1、2、4、8、12、24、48和72小时，用AniView100获得的小鼠背部和前部的体内荧光图像,一列代表同一只裸鼠的正面和背面。(C)和(D)为肿瘤组织和肝脏荧光强度的定量分析US造影剂已广泛应用于肿瘤的诊断和鉴别诊断。商业US由于体积大，成像时间短，应用受到限制；同时，仅应用常规的US造影剂并不能达到预期的治疗目的。庞俊教授团队设计的HADT-SS-NaHCO3NPs在酸性pH条件下表现出明显增强的超声对比度和抗肿瘤效果，为前列腺癌的有效超声成像诊断和治疗提供了一种有效的潜在药物。文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c00077

基因组测序可以让科学家看到一个人完整的DNA序列构成，其中包含从眼睛颜色到遗传疾病的所有信息。因此，基因组测序对于诊断患者涉及DNA的疾病至关重要——一旦医生知道了特定的基因突变，他们就可以相应地制定治疗方案。在对病人进行基因组测序并返回结果上，耗时几周时间，已经被大多数医生认为是快速了。那么，能否进一步将耗时缩短到几天甚至几个小时呢？2022年1月12日，斯坦福大学的研究人员在《新英格兰医学杂志》（NEJM）上发表了题为：Ultrarapid Nanopore Genome Sequencing in a Critical Care Setting 的文章。研究团队开发了一种新的超快速基因组测序方法，用于诊断罕见的遗传疾病，平均仅需耗时8小时，这在标准的临床护理中前所未见。快速诊断意味着病人在重症监护病房花费的时间更短，需要的检查更少，恢复得更快，在护理上花费更少。更重要的是，这种更快的测序技术并没有牺牲准确性，测序结果依旧可靠。开创新纪录研究团队招募了12名患者，并对他们的基因组进行了测序，其中5人从测序信息中获得了基因诊断（这是由于其他人患病原因与基因无关），平均耗时8小时，诊断率为42%。比通过测序诊断神秘未知疾病的平均诊断率高12%。研究人员表示，并不是所有的疾病都与基因有关，这可能是一些患者在他们的测序信息被返回后没有得到诊断的原因。在其中一个案例中，对病人的基因组进行测序只需5小时2分钟，创造了最快DNA测序技术的吉尼斯世界纪录。Euan Ashley 教授说道：“这是一个令人惊叹的时刻，实现了一件不可思议的事情，我们正在接近一个新领域。”随后研究人员对该病人的测序数据进行分析诊断，总共花费了7小时18分钟，在此前的，世界上最快的记录是由雷迪儿童研究所（Rady Children' s Institute）保持的14小时。也就是说，斯坦福大学把时间缩短到了原来的一半。斯坦福大学的科学家们计划为斯坦福大学医院和斯坦福大学露西尔帕卡德儿童医院的重症监护病房的病人提供不到10小时的康复服务，随着时间的推移，其他医院也会提供这种服务。快！更快！更加快！为了达到更快的测序速度，研究团队需要新的硬件。因此，研究团队联系了纳米孔基因测序技术的开创者牛津纳米孔技术公司，他们制造了一台由48个测序单元组成的机器，称为 flow cells。当时的想法是用所有的 flow cells 同时对一个人的基因组进行测序。量变带来质变，这种超级测序技术是成功的，但在短时间内大量读取出来的基因组数据导致实验室的计算系统不堪重负。Euan Ashley 教授表示，处理测序数据的速度不够快，因此，必须彻底重新考虑和改进数据管道和存储系统。超快速纳米孔基因组测序的工作流程所幸，他的研究生 Sneha Goenka 找到了一种方法，可以将数据直接输入云存储系统，计算能力可以被放大到足以实时筛选数据。然后，通过算法扫描输入的DNA序列，还原遗传密码子，从而找出可能导致疾病的遗传突变。在最后一步，科学家们将患者的基因变异与公开记录的已知导致疾病的变异进行了比较，从而诊断出患者的遗传病因。可以说，从开始到结束，研究团队都在寻求加快病人基因组测序的方法。现在，该团队正在优化其系统，以进一步减少时间。Euan Ashley 教授对这项技术的未来满怀期待：“我想我们可以再把时间减半，如果我们能做到这一点，我们就能在医院查房结束前得到答案。这是一个创造性的飞跃。”长读长测序这种新的诊断方法能够快速发现可疑的DNA片段，也许最重要的特点是它使用了一种叫做长读长测序（Long-read sequencing）的方法。传统的基因组测序技术是将基因组切成小片段，然后读取每个片段的DNA序列，最后使用标准的人类基因组作为参考将整个基因组拼接起来。但这种方法并不总是能捕捉到我们基因组的全部，而且它提供的信息有时会忽略指向诊断的基因变异。与之相对，长读长测序保留了由数万个碱基对组成的长段DNA，为科学家寻找序列错误提供了更多的细节。Euan Ashley 教授表示，长读长测序更容易在大片段基因组上发现基因突变。实际上，在缺乏长读长测序的情况下，有些突变几乎不可能被检测出来，这也是我们采用这种方法的主要原因之一。研究团队开发的这项新型超快速纳米孔基因组测序并不仅仅停留在技术层面，更走向了临床应用。其中一个典型的病例是美国俄勒冈州的一名13岁的男孩——Matthew Kunzman 。

经过30多年的发展，纳米孔在核酸测序领域已经成功实现商业化，在分子诊断领域（分析化学）也取得了巨大的进步。期间，研究者发展了不同种类的纳米孔，包括蛋白质纳米孔、高分子纳米孔、玻璃纳米孔和各种无机薄膜纳米孔。于此同时，理论研究和各种功能化技术也逐渐完善。研究内容从核酸测序扩展到对药物小分子、蛋白质、核酸碱基突变及其他一些重要的对象进行检测。本文主要介绍王家海教授团队在纳米孔领域取得的一系列进展和成果。（一）将纳米孔的离子整流现象运用到分析化学，提高纳米孔的应用范围和深度2008年之前，基于纳米孔的分子检测主要使用电阻脉冲方法（Resistive-pulse method）（图1）：在纳米孔两边施加电压时，纳米孔一端的离子在电场的作用下通过纳米孔，可观察到稳定的恒电流；当带有一定体积和电荷的探测物存在于溶液中时，电场的作用使其通过纳米孔，纳米孔中的离子浓度临时改变，可观察到一系列的电阻脉冲峰（Resistive pulse）。根据峰的大小、持续的时间和频率，即可对探测物进行定量和定性测量。图1. 基于蛋白质纳米孔的电阻脉冲方法电阻脉冲方法高度依赖纳米孔的孔径、稳定性、长度和表面的电荷及表面功能基团。譬如用于基因测序的蛋白质纳米孔，孔径只有两纳米左右。这些苛刻的要求，限制了该方法广泛用于生物体系中不同对象的探测及其实用化。因此发展新方法能使纳米孔分析化学应用更广泛和深入。2008年，为了提高纳米孔在分析化学上使用范围和深度，把离子整流现象运用到分析化学（Nanomedicine, 2008, 3, 13-20）。相关工作两次在国际大会进行专题报告。离子整流方法：在锥形纳米孔（带负电）两端实行电压扫描时，观察到一个非线性的电流对电压的曲线（I-V curve）；把带正电的探测物置于溶液，探测物会选择性吸附到锥形纳米孔内表面，探测物改变或逆转了孔内表面电荷数目，当再次对锥形纳米孔两端实行电压扫描时，会观察到一个改变的非线性的电流对电压的曲线，通过对电流改变值进行分析，即可对探测物进行定量分析（图2）。图2. 基于锥形纳米孔的离子整流方法随后，该团队进一步把这个原理运用于探测不同疏水性药物小分子（Talanta, 2012, 89, 253-257）。药物检测原理如下（图3）：（1）当不断改变药物分子在锥形纳米孔小端一侧的浓度时，观测到一系列变化的电流电压曲线。当药物分子达到一定值时，药物在纳米孔内的吸附达到饱和，电流电压曲线不再发生变化，这时候表面覆盖率达到1。（2）没有药物分子的时候，药物表面覆盖率为0，电流电压曲线为黑线。对应一定药物浓度的表面覆盖率，可以利用特定电压所对应的电流计算。（3）表面覆盖率与药物在溶液中的浓度和药物与表面的结合常数相关联。（4）如果以表面覆盖率为Y轴，药物浓度为X轴，结合Langmuir方程式，就可以拟合出药物与薄膜内表面的结合常数。不同疏水小分子在薄膜上的吸附能力不一样，所以可以用电流电压曲线区分不同小分子（图4）；小分子Hoechst 33342 在20微摩尔时薄膜内表面吸附达到饱和（图4A），分子Propidium Iodide 在1毫摩尔时薄膜表面吸附达到饱和（图4B）。分子Bupivacaine hydrochloride 在8毫摩尔时在薄膜内表面吸附达到饱和（图4C）。图3. 离子整流定量检测药物分子。（A）不同浓度的药物引起不同的离子整流和电流电压曲线。（B）药物在纳米孔表面的覆盖率可以通过相对电流改变量计算。（C）药物表面覆盖率与溶液中的药物浓度和药物与表面的结合常数通过Langmuir方程式相关联。（D）如果以表面覆盖率为Y轴，药物浓度为X轴，结合Langmuir方程式，就可以拟合出药物与薄膜内表面的结合常数。图4. 区别不同疏水性带正电的药物小分子。（A）对应于小分子Hoechst 33342的电流电压曲线图和相应的表面覆盖率随药物浓度变化图。（B）对应于小分子Propidium Iodide的电流电压曲线图和相应的表面覆盖率随药物浓度变化图。（C）对应于小分子Bupivacaine hydrochloride的电流电压曲线图和相应的表面覆盖率随药物浓度变化图。相对于电阻脉冲方法，离子整流方法带来新的期待，它对纳米孔大小、表面修饰、膜厚度的要求都比电阻脉冲方法宽松很多。尽管如此，离子整流仍然需要更进一步的发展：高分子膜中50纳米以下纳米孔在电镜的观测下，会变形，测量不准，误差很大，且操作费事；高分子膜表面的疏水性影响了探针分子的修饰，纳米限域内的分子探针修饰无论是成功率还是重现性都比开放表面修饰差很多；基于高分子纳米孔离子整流，离子整流的整流系数变化还不太理想，使整个体系的检测限与其他表面技术和荧光方法相比较，还有一定差距；离子整流的应用范围需要继续扩展。（二）发展基于光透射技术的纳米孔孔径测量方法此前常用的表征核孔膜孔径的方法有电子扫描显微镜（SEM）和光学显微镜。SEM测试费用昂贵，操作时间长。光学显微镜只能测量微米尺度以上的物体。况且这两种方法都不能够实现在线监测。为了纳米孔孔径测量更方便，测量时孔径不变化，该团队发展了一种基于光透射技术的测量方法（Chem. Commun., 2013, 49, 11451-11417）。运用紫外分光光度计测量出核孔膜的大小（图5），可以覆盖50纳米到1微米的区间，有望填补在线检测核孔膜生产的技术空缺。该团队发明的这个方法，优势在于简单（图6），可以生产出微型化的装备快速检测孔径大小（图7），主要运用于高分子核孔膜的制备与表征（Track-etched Membrane），实现实时在线检测。该团队已经基于该方法开发了相关检测仪器，已经与企业开始技术转化洽谈。[1]图5. 核孔膜孔径在增大的过程中孔的周边会有一个缓冲带，这个区域会随着孔径增大而同时变大，会反射光。逐渐增大的缓冲带会使薄膜越来越不透明图6. 薄膜仅仅需要放在紫外样品池支架上（静电吸附）图7. 核孔膜孔径与光反射log值呈现良好的线性关系（三）设计无探针修饰的纳米孔分析平台，消除限域纳米孔内立体阻碍的干扰高分子膜表面的疏水性影响了探针分子的修饰，纳米限域内立体阻碍对探针和被测物之间的相互作用有很大的影响，造成纳米限域内分子探针修饰无论是成功率还是重现性都比开放表面的修饰差很多。针对这个不足之处，该团队设计了无探针修饰的纳米孔分析平台（Microchim. Acta, 2015, 59, 4946-4952 Talanta, 2015, 140, 219-225 Biosens. Bioelectron., 2015, 63, 287-293 J. Mater. Chem. B, 2014, 2, 6371-6377）。在运用纳米孔作为检测平台时，探针修饰是常用的做法，但这种方法有不足之处，譬如纳米孔内表面的立体阻碍，影响检测限的优化。纳米孔内高电场也影响了探针在孔内的稳定性。在该团队的工作中，探针游离在溶液当中，可以高选择性的和目标对象结合（多余的探针被单碳纳米管除去），只有结合了目标物的探针才能被纳米孔吸附，从而改变纳米孔表面的电荷，因此能用纳米孔选择性检测目标分子。这个新方法的优势在于，探针与目标对象的作用完全在溶液中，不受表面影响。将该方法用于对三价镉离子的探测，仅仅通过选择适当的缓冲溶液就可以做到。图8. （a-c）在纳米孔表面吸附高分子PEI，然后吸附Zr4+离子，纳米孔具备吸附核酸探针的能力；（d）与探测物结合的核酸适配体吸附到纳米孔表面，没有与检测对象相结合的自由核酸适配体被单壁碳纳米管吸附带走。纳米孔表面的电荷改变可以通过离子整流探测。基于高分子的纳米孔整流器容易发生非特异性吸附，尤其是含有胺基的小分子容易吸附在纳米通道表面，这会降低纳米通道传感器的效率。该课题组利用主客体相互作用来消除过量小分子的影响，在检测三聚氰胺中利用环糊精（Cyclodextrin）解决了这一个问题。与单壁碳纳米管（SWNTs）相结合，β-环糊精（β-CD）为涂覆有聚乙烯亚胺（PEI）和锆离子（Zr4+）的锥形纳米通道提供了优异的传感性能。以三聚氰胺为检测对象，制备的纳米通道可以选择性检测三聚氰胺诱导的双链DNA（dsDNA）（Biosens. Bioelectron., 2019, 127, 200-206）。全部工作在广州大学完成。图9. 环糊精可以屏蔽三聚氰胺的非特异性吸附（四）借助纳米通道支撑基底，发现高分子膜材料上具备完美的离子二极管效应和离子整流现象高分子纳米孔离子整流系数变化不够大，其检测能力与其他表面技术和荧光方法还有一定差距。通过提高纳米孔的离子整流效率可以进一步降低检测限。借助纳米通道基底，该团队发现气体高分子响应膜材料上完美的离子二极管效应和离子整流现象（RSC Adv., 2015, 5, 35622-35630）。二极管效应早先是电子二极管很重要的一种现象，有广泛的应用实例。在后来的蛋白质纳米通道中也发现了二极管效应，与电子二极管不同的是电流的载体是离子，这种效应是离子二级管效应，其原理也被其他人工材料采用。本文发明了一种全新的离子二极管，并用新的物理化学机理解释了超薄气体响应高分子膜的这种离子二极管效应。该高分子膜除了可以应用在油水分离、海水淡化和能源隔膜等领域中，对应用在分析化学中也是很有前景，其离子整流系数达到几万倍，几乎接近完美。图10. （A）和（D）核孔膜电镜图（200 nm），（B）和（C）长满高分子膜的PET膜的上下两面。（E）和（F）高分子膜的厚度（1.6 μm）。图11. 只要调换溶液和控制电压方向，就可以制备可开关的离子二极管。电压方向可以控制离子在薄膜附近的浓度，从而引起薄膜亲水或者疏水。（五）运用离子整流解释高分子薄膜内羧基可以带正电纳米孔分析化学的应用范围需要继续扩展，譬如运用离子整流观测表面化学反应，把纳米孔集成到微小器件中用于体内检测。2011年该团队运用离子整流解释了高分子薄膜内羧基可以两步质子化反应带正电（Nanoscale, 2011, 3, 3767-3773）。发现不对称锥形纳米孔内新的物理和化学性质：聚脂薄膜内表面的羧基可以通过两步质子化使薄膜内带负电荷、呈中性、带正电荷三种状态。该工作打破了近十年的传统观念，以前认为薄膜内表面只能具备带负电荷、呈中性两种状态。表面羧基（COOH）是由NaOH刻蚀聚脂薄膜PET产生的，在中性溶液中薄膜内表面带负电荷（COO-），在溶液pH 下降到3 或更低时，电流电压曲线发生反转。要通过电流电压曲线观测到这个现象，需在比较宽电压范围内扫描。图12. 不需要生物化学修饰的离子整流器。（A）锥形纳米孔图，（B）薄膜表面电荷性质发生变化。（六）将二维纳米孔折叠成三维微米器件，用于细胞培养和药物释放目前基于纳米孔的分析检测都是在体外进行，要想将更加先进的检测技术运用到体内，必须和能用于体内的其他智能化的微小器件相结合。该团队曾经把二维的纳米通道折叠成三维的微米器件（Nano, 2009, 4, 1-5）。这种立体盒子的每个面都带有纳米孔，可以进一步功能化。该立体盒子（微米）可以用作细胞存放的容器，譬如能产生胰岛素的细胞。盒子的每一面的纳米孔都能感知周围的环境，根据需要用于营养成分的交换，保证盒内的细胞正常生长，并且在体内为患者提供源源不断的胰岛素。还可以把其他的药物分子放入微米器件内，为患者提供帮助。该工作只是初步的把纳米孔和其他先进器件相结合，后续的应用还需要更多的研究工作。图13. 三维纳米孔器件（七）小分子功能化的纳米孔通道可以调控离子流在家禽业中滥用金刚烷胺（ADA）及其衍生物作为兽药，可能会给人类带来严重的健康问题。因此，迫切需要开发一种快速、廉价、超灵敏的ADA检测方法。该团队建立了一种灵敏的锥形纳米通道传感器，利用主客体竞争的独特设计快速定量检测ADA。该传感器使用对甲苯胺类对纳米通道表面进行功能化来构建，然后用葫芦素（Cucurbit[7]uril，CB[7]）组装而成。当ADA加入时，由于主客体的竞争，它会占据CB[7]的空腔，使CB[7]从CB[7]-p-甲苯胺类络合物中释放出来，导致纳米通道的疏水性发生明显变化，这可由离子电流确定。在最佳条件下，该策略允许在10-1000 nM的线性范围内灵敏检测ADA。基于纳米通道的ADA传感平台具有高灵敏度和良好的重复性，检测限为4.54 nM。该文首次利用纳米通道系统实现了基于主客体竞争的非法药物快速、灵敏的识别，并详细阐述了该方法的原理和可行性。该策略为将主客体系统应用于小分子药物检测纳米通道传感器的开发提供了一种简单、可靠、有效的方法（Talanta, 2020, 219, 121213）。全部工作在广州大学完成。图14. 葫芦素调控的纳米孔检测三维金刚烷胺（ADA）（八）核酸纳米结构作为纳米孔信号传导载体检测病毒基因片段运用纳米孔直接检测小分子或者其他目标对象挑战性非常大，如果把对目标对象的检测转化成对核酸纳米结构的检测，可以解决很多以前不能解决的问题（Analyst, 2022, 147, 905-914）。特别是，具有明确三维纳米结构的DNA四面体是用作信号传感器的理想候选。该团队展示了在反应缓冲液中检测HPV18的L1编码基因作为测试DNA靶序列，其中连接DNA四面体到磁珠表面的长单链DNA被靶DNA激活的CRISPR-cas12系统切割。DNA四面体随后被释放，可以通过玻璃状纳米孔中的电流脉冲进行检测。这种方法有几个优点：（1）一个信号传感器可以用来检测不同的目标；（2）孔径比目标DNA片段大得多的玻璃状纳米孔可以提高对污染物和干扰物的耐受性，避免纳米孔传感器性能的降低。图15. 纳米孔结合CRISPA-cas12 检测病毒片段王家海教授简介王家海，广州大学化学化工学院教授、研究生和博士后导师，2008年5月美国University of Florida化学系毕业，师从Charles R. Martin；2008年5月至2009年1月，美国约翰霍普金斯大学化学生物工程系博士后，从事微纳米器件加工课题，致力于智能器件的设计及其应用性能的探讨；2009年1月至2014年8月，分别在中科院苏州纳米所和长春应用化学研究所任副研究员，从事体外诊断纳米孔检测相关的技术开发。2014年10月加入山东大学，任研究员，从事氢能源催化剂材料的开发。2017年至今加入广州大学，百人计划教授。入选中国科学院首批促进会会员，广州市高层次青年后备青年人才，全球顶尖十万科学家之一。目前团队研究方向包括能源催化材料、锂电池、生物化学传感器、纳米孔单分子计数器和5G通讯。代表性成果发表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 等国际著名期刊上。精彩会议预告：点击图片免费报名参加“第五届基因测序网络大会”

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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

纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙，是碳酸钙行业中的高端明星产品，其应用最成熟的行业是塑料工业，主要应用于塑料制品，可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。另外，纳米碳酸钙用于油墨产品中体现出了优异的分散性、透明性和极好的光泽、及优异的油墨吸收性、高干燥性等优点。还有涂料、日化、造纸等行业，对纳米碳酸钙的应用需求也迅速发展。纳米碳酸钙的粒度检测，不但需要科学的检测方案（针对团聚的有效处理），更需要性能优异、分辨能力出众的高端激光粒度仪。近年来，欧美克仪器在纳米碳酸钙客户中，积累了连州凯恩斯、江西九峰、湖北科迈、湖北凯龙等行业典型客户，靠得就是Topsizer型激光粒度仪在检测亚微米、纳米颗粒的表现以及一套行之有效的检测方案。纳米碳酸钙的生产过程中，碳化后的碳酸钙浆料，在经过脱水、烘干、活化等工序后形成最终碳酸钙粉体产品，其粒径分布将影响后续其在塑料、橡胶、油墨等产业的填加量和最终产品性能，因此，粒径分布是纳米碳酸钙生产企业十分关注的，作为产品质控的一个重要参数。其中，在纳米碳酸钙的生产中，通过加入适当的分散改性剂进行改性，增强了碳酸钙粉的分散性、减少团聚，在许多应用领域展现了更好的使用性能，在纳米碳酸钙的生产中，改性几乎成了标准的选择，不同改性剂种类和用量和改性工艺所生产产品质量各有异同，如何通过检测纳米碳酸钙在不同分散条件下的粒径分布情况，以协助调整碳化沉淀工艺并预测产品的应用效果，是近年来热议的课题。欧美克仪器深耕碳酸钙行业二十余载的岁月里，欧美克的仪器质量和品牌口碑，不断得到行业客户们的一致认可，行业仪器占有率高。Topsizer激光粒度分析仪采用国际先进的红蓝双光源设计，红光主光源为进口氦-氖激光器，波长0.6328μm，并有蓝光辅助半导体光源，波长0.466μm，弥补了常规设计散射光角度的盲区，极大地提高了对纳米级颗粒及少量大颗粒的分辨力。其具有量程宽（0.02-2000微米）、重复性好、精度高、测试结果真实、自动化程度高等诸多优点，是纳米碳酸钙粒度检测的不二之选。Topsizer型激光粒度仪（湿法）纳米碳酸钙的检测方案与检测重钙、一般轻钙的主要区别是颗粒团聚的处理，若以检测一般改性轻钙的方法（制样时使用十二烷基苯磺酸钠SDBS作为分散试剂，外置超声10分钟），纳米碳酸钙的原生颗粒很难被分散出来，得出的结果是团聚后的二次粒径，如图：测试结果基本是稳定的，但粒径分布只有普通重钙的级别，在进样器开始内置超声后，部分团聚体逐步解聚，测试结果如下：由于纳米钙的改性程度要远远超越一般的轻钙、重钙，采用一般的分散剂（如六偏磷酸钠、-SDBS、酒精等），难以达到充分的分散效果以了解样品一次粒径情况（或接近一次粒径的稳定结果）。欧美克仪器测试人员，经过多年的探索和不断尝试，最终选着了一种含有OM7超细轻钙专用分散剂的复配分散剂对样品进行前处理，并伴随超声处理，结果如下：测试结果有明显的改善，但仍未符合纳米碳酸钙的粒径预期。纳米碳酸钙属于超细粉体，不易分散彻底，因此在加入分散解聚剂后以传统进样器内置超声外，同时进行了细胞粉碎机的大功率的超声分散15分钟，以纯净水作为测量介质，并以“通用模式”进行粒度分析，结果如下：针对于该广西某公司生产的纳米碳酸钙样品，仍然有部分的硬团聚体的存在，导致结果出现了第二个大颗粒小峰，但结果的稳定性和粒径分布是基本符合预期的。采用同样的测试方案，同样的Topsizer型激光粒度仪，我司在早两年测试某进口的纳米碳酸钙样品，其结果是完全符合纳米碳酸钙的粒径分布要求的，如下。在我司多年来接触的一般国产纳米碳酸钙中，或多或少是会出来粒度分布的“双峰”状态，D90大概在1-2微米间，这主要可能是在生产工艺中，碳化或活化没有完全做好，导致大量硬团聚体的产生，影响了整体粒径分布。这些硬团聚体在使用中难以被分散开，会影响纳米钙的使用性能，因此，对于硬团聚体含量的检测，是纳米碳酸钙产品质量控管的关键所在，同时对于激光粒度仪的检测性能也是较为苛刻的要求。对纳米碳酸钙的粒度测试，到底是将其彻底分散到最小粒径的结果可靠，还是选择与下游生产的分散程度相近地分散样品，进行二次粒径粒度分布测试更可靠，一直是一个有争论的问题。但如果要对纳米碳酸钙生产工艺进行监控，就需要更关注生产流程中碳化沉淀的一次粒径情况。同时通过对硬团聚体二次粒径的严格控制，以使最终产品能满足高端行业（如油墨等）的应用要求。技术进步，以人为本，欧美克仪器的检测技术和应用开发，是和碳酸钙行业同步发展、偕同并进的。欧美克仪器专业服务于客户纳米碳酸钙的检测需求，为客户生产出优质的纳米碳酸钙产品保驾护航！参考文献1. 沈兴志、吴瑾. 轻钙、活性钙、纳米钙产品激光粒度测试分析探讨.2. 纳米碳酸钙.百度百科.

本着&ldquo 客户永远是第一位&rdquo ，从客户的实际需求出发，为客户提供真正有价值的服务，帮助客户更好地使用产品，布鲁克纳米表面仪器部在北京办公室成立客户服务中心（Custom Car Center，CCC）。　 为广大用户提供最优质的客户服务、最先进的技术支持，建立密切合作的客户关系，树立强大的Bruker品牌。布鲁克纳米表面仪器部客户服务中心配备最专业的技术人员，及时地、全方位地关注客户的每一个服务需求，并通过提供广泛、全面和快捷的服务，使客户体验到无处不在的满意和可信赖的贴心感受。 布鲁克纳米表面仪器部客户服务中心： 地址：北京市海淀区中关村南大街11号光大国信大厦6层6203室 400免费服务电话：400-890-5666 E-mail：customer.care.asia@bruker-nano.com

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 纳米粒子或病毒分子的灵敏探测技术，对环境监控、医学诊断和防恐安全等诸多领域有明显的实用价值。如，在大气污染物中，相比微米颗粒(PM2.5)，纳米悬浮颗粒可穿透人体肺部细胞和血脑屏障，对健康的威胁更大。而目前，灵敏度最高的光学传感器可检测10纳米的微粒，已逼近理论极限。近日，湖南师范大学教授景辉，提出了一种突破静态腔探测理论极限的新方案，利用旋转环形光学微腔，可使灵敏度达到目前最好的静态腔的3倍，从而探测到更小的纳米颗粒。这一结果日前发表在美国光学学会的旗舰期刊《光学》上。该工作不仅对灵敏探测技术有明显实用价值，也为研究新型旋转腔人工量子器件技术开辟了道路。 br/ /p p style=" line-height: 1.5em " 　　根据光学传感器工作原理，当微粒靠近传感器时会影响其中光的传播，进而影响光输出。通过在输出端探测光学输出的变化，就可实现微小粒子的检测。不过，越小的微粒，引起的光学输出变化越弱，越不容易被探测。目前实验学家已通过抑制光学耗散或减小传感器体积等方法来提高灵敏度，但受光耗散或器件体积不可能无限减小的限制，这些技术方案存在探测的理论极限。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　景辉的这一旋转光学微腔方案，开拓性地提出了利用相对论萨格纳克效应，突破静态光学腔量子探测的理论极限。相对于静止的光学传感器，这种不依赖光学耗散或器件体积，仅依赖机械转速的旋转腔传感器可显著增强微粒对光的影响，放大光学输出的变化，进而突破量子探测理论极限，实现超高灵敏度探测。 /p p br/ /p