微纳尺度生物分离分析

塑料问答：近日，在北京市科委支持下，清华大学化工系魏飞教授团队与清华大学微纳米力学与多学科交叉创新研究中心、北京大学信息学院合作，在超润滑领域取得重大突破，在世界上首次检测到了大气环境下厘米以上长度碳纳米管管层间的超润滑现象。所实现的超润滑尺度比以前报道结果的最高值高出3个数量级，同时所得到的摩擦剪切强度比以前报道结果的最低值降低了4个数量级。相关成果发表在国际纳米领域权威学术期刊《自然—纳米技术》上。　　摩擦现象一直是人类面临的最具挑战性的问题之一。全世界约1/3至1/2的一次性能源由摩擦过程消耗；工业发达国家因摩擦磨损造成的损失高达GDP的5%-7%。在微观尺度，由于材料比表面积增大，使得摩擦现象更加显著，界面摩擦成为制约器件性能和寿命的关键因素。解决摩擦磨损问题的根本途径是实现固体界面之间的极低摩擦甚至零摩擦，即超润滑。过去二十年中所发现的超润滑现象主要是在纳米尺度和高真空条件下实现的，实现宏观尺度上的超润滑不仅要求固体表面具有超高的模量，而且要求在宏观尺度上原子级平整，无缺陷与位错，如此苛刻的条件使得人们普遍认为大尺度下几乎不可能实现超润滑。　　碳纳米管从结构上看是由石墨烯卷曲而成，理论研究表明，当碳纳米管存在哪怕只有一个原子级别的缺陷时，其管壁间摩擦力就会急剧增大。经过近十年的努力，魏飞教授团队在制备长达数厘米且无缺陷的碳纳米管的制备方面取得了一系列突破，发展了单根碳纳米管的纳米颗粒标记技术，这些工作为宏观尺度超润滑工作奠定基础。在上述基础上，魏飞团队首先在光学显微镜下通过用微弱气流吹动碳纳米管的方法观察到了碳纳米管管壁之间快速相对运动的奇妙现象，进而利用扫描电镜下的微纳米操纵平台进行双壁碳纳米管内层的可控抽出，并测量了管壁间的超低摩擦力。研究发现，双壁碳纳米管的管壁之间存在着超低的摩擦力，并且这种摩擦力与碳纳米管的长度没有关系，即无论多长的碳纳米管，其内层都可以被轻易地抽出来。　　这项工作被《自然—纳米技术》杂志审稿人评价为里程碑式原创性工作，对于研究和控制摩擦力做出了重大的、创造性的贡献，为下一代全碳电子器件构筑、超润滑机械开发以及超高速微纳米机械、电子器件制备提供了基础。转自塑料问答

中科院深圳先进技术研究院医工所郑海荣研究团队在微尺度声操控方面取得新的进展。5月4日，相关研究成果发表在美国物理联合会期刊Applied Physics Letters上。精确无创地操控微纳米尺度的生物粒子及药物颗粒，是物理声学的热点研究领域之一。随着超声局部给药的不断发展，利用声波精确的操控药物载体得到了广泛的关注。该研究首次利用声波实现了超声造影剂的可编程精确操控，空间分辨率可达2.2 µm。研究人员利用驻波的势阱效应，将超声造影微泡聚集并捕获在势阱的位置，使其排列成网格结构；通过调节入射声源的相对相位，改变驻波场中势阱的位置，实现超声造影微泡的连续移动，并且每次移动的距离和方向均可精确控制；利用可编程声操控，将超声造影微泡富集、移动、停驻在靶向区域，提高局部药物的浓度，实现靶向给药的目的。本工作的意义在于通过精确的操控，有助于研究细胞与超声造影微泡的相互作用，进一步理解超声给药的机理如声孔效应、空化效应等，同时也为超声给药治疗提供了一种具有重要应用价值的新方法，为发展新型超声给药治疗仪器奠定了基础。上述研究工作得到国家自然科学基金委，以及科技部973计划前期研究专项的支持。

近日，中国科学技术大学物理学院光电子科学与技术安徽省重点实验室张斗国教授课题组提出并实现了一种基于矢量光场调控原理的动量空间偏振滤波器件。将该滤波器件安装于传统无标记光学显微镜的出射端，它可以对出射光场的背景噪声进行高效抑制，进而采集到单个纳米尺度物体的高对比度、高信噪比光学显微图像。研究成果以“Cascaded momentum-space-polarization filters enable label-free black-field microscopy for single nanoparticles analysis”为题在线发表在综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）。[align=center][img=,600,174]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/18c3b2c4-6d3d-4349-b5d2-5c096ac0f32f.jpg[/img][/align]单纳米级物质的无标记光学成像对于各种生物医学、物理和化学研究极为重要。其中一个核心挑战是背景强度远远大于单个纳米物体的散射光强度。在这里提出了一种由级联动量空间偏振滤波器组成的光学模块，它可以进行矢量场调制，阻挡大部分背景场，使背景几乎变黑；相反，只有一小部分散射被阻挡，从而明显提高成像对比度。为了解决这个问题，张斗国教授课题组设计并实现了一种动量空间偏振滤波器件，它可在动量空间进行矢量场偏振调控，大幅度过滤、抑制各类背景噪声，只有单个纳米尺度物体的光散射信号能透过该滤波器件，被探测器采集到，从而实现了单个纳米尺度物体的高对比度、高信噪比的成像探测。[align=center][img=,500,508]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/b5f63213-6cee-41d0-8519-3a9bc7fc69aa.jpg[/img][/align]作为一种应用展示，该动量空间偏振滤波器件被加载到传统全内反射显微镜（Total internal reflection microscopy, TIRM）的出射端，用于单个纳米尺度物体的成像与传感。加载该滤波器后，TIRM被转化为黑场光学显微镜（Black field microscopy (BFM)，相对于常规的无标记暗场光学显微镜，BFM具有更低（更黑）背景噪音，更高探测灵敏度）。BFM可以实时记录了此变化过程，证明BFM可应用于单个纳米颗粒化学反应过程的实时记录，为实时探测单个纳米尺度物体物性演化过程中所发生的物理-化学反应探测提供了新型光子学技术。该动量空间滤波器件的突出特点是：在不改变显微镜内部结构的情况下，它可以使常规的无标记光学显微镜，如表面等离激元共振显微镜、TIRM等近场光学显微镜，具有黑场成像功能，从而大幅度提升其对单个纳米尺度物体的探测灵敏度。本研究工作所发展黑场显微镜为单个纳米颗粒的分析提供了新平台，有望在生物学、物理学、环境科学和材料科学等领域得到广泛应用。该研究工作得到了科技部，国家自然科学基金委、安徽省科技厅、唐仲英基金会等项目经费的支持。相关样品制作工艺得到了中国科学技术大学微纳研究与制造中心的仪器支持与技术支撑。[来源：仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]