近红外飞秒激光纳米生物微加工处理系统

采用Ekspla公司的纳秒工业YAG激光器，型号Baltic对钠钙玻璃的微加工过程进行了研究。给出了激光加工参数和加工质量之间关系的重要信息。

本文次以自然纳米结构（贝壳和骨质中的矿物质颗粒）的化学鉴定，证明通过红外近场显微镜技术能够解决以上问题。 纳米傅立叶红外光谱(nano-FTIR)是通过将傅立叶变换红外光谱技术(FTIR) 与散射式扫描近场光学显微技术（s-SNOM）结合获得的。对紫贻贝贝壳横截面抛光处理后，通过Nano-FTIR可以重复的观察到生物钙质微晶体的声子共振，以及生物文石质上明显不同的光谱特征。更重要的是，本研究次在紫贻贝贝壳中发现了尺寸为20nm左右、稀疏分布的纳米颗粒，其显著不同的光谱特征表明这些纳米颗粒为磷化物晶体。对人类牙齿界面的研究观察到了多组分磷酸盐的红外吸收峰。这些光谱在牙本质小管附近有明显的特征变换，证明了磷灰石纳米晶体的化学与结构的变化。红外光谱峰的强弱对应矿物质浓度变化，这点通过电镜得到印证。Nano-FTIR对结构的畸变反应敏感，因此非常适用于对生物矿物质形成和老化的研究。总体来说nano-FTIR适用于从微纳加工到临床骨科研究等多种学科中涉及复合材料的分析和鉴定工作。

在生物制药领域，潜伏着一批极其细小的“颗粒”，这些小的颗粒，虽然身材瘦小，但身体里却蕴含着巨大的能量。一个小小的蛋白分子，却有着世界上任何一台精密仪器都不具备的复杂结构和表达能力；一个小的病毒或者疫苗分子，虽然结构看似极为简单，但却有着惊人的复制或者免疫的能力；一个小小的脂质体分子，其双分子层结构却成为某些药物的载体。可以这么说，不论是蛋白病毒分子，还是脂质体/乳制剂，又或者是外泌体/量子点，这些小的颗粒活跃在生物制药各个领域。然而这些纳米级的微观颗粒都非常小，如何准确测试这些颗粒的大小就成为了一个大的挑战。方法：采用丹东百特 Bettersize90 激光粒度分析仪。

大部分单壁碳纳米管(SWNTs)的研究聚焦于单管，而对于多管束的研究甚少。根据新的研究结果表明，可以通过检测SWNTs激子研究单管和多管束的电子性质。因此利用HORIBA Scientific（Jobin Yvon光谱技术）设计生产的Nanolog模块式近红外荧光光谱仪，研究SWNTs管束间FRET的光致发光光谱，从而获得SWNT管束的电子性质。

采用立陶宛Ekspla公司生产的纳秒短脉冲半导体泵浦的固体激光器-NL220.波长532nm.脉冲宽度35纳秒，重复频率500Hz.处理ITO玻璃上3-30nm厚的镀金薄膜。生成纳米颗粒，具有独特的电化学特性，可以用来制作电化学传感器。

机械加工过程产生的废弃乳化液含有大量表面活性剂和矿物油，由于大量表面活性剂的存在，形成了纳米尺寸的微小油滴，同时表面活性剂成为一层稳定的保护膜，很难实现有效破乳。目前常用的处理技术有气浮、化学絮凝联合气浮、化学和电化学技术、化学破乳剂、膜技术及生物技术等。由于油滴尺寸小、质轻，通常需要很长的停留时间，油水分离比较缓慢且低效。

飞秒锁模激光器是产生宽带光频梳的适合设备。锁模激光器的频谱包括系列分立的谱线，相邻谱线之间的频率差等于锁模振荡器的重复频率(frep). 一台锁模飞秒激光器天然就是一台光频梳，具备数纳米～数十纳米的谱宽；通过强非线性光学作用，例如高度非线性的光纤 (HNLF)，光梳的谱宽更可以进一步扩展。这种技术可以产生“倍频程”光谱，即光谱中高频率分量至少是低频率分量的二倍.?

3D打印纳米级光学级玻璃的创新无烧结低温路线通过引入多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）树脂，结合双光子聚合（TPP）技术和飞秒激光加工，实现了在650°C低温下直接形成高质量熔融二氧化硅。该技术突破了传统高温烧结的限制，解决了石英玻璃在微纳米尺度上的加工难题，为微系统技术的发展提供了新思路。实验证明，该技术能够制造高精度、复杂的三维纳米结构，满足纳米光子器件对精度和表面质量的高要求。

本文展示了纳米傅立叶红外光谱技术（nano-FTIR）的可行性和实验结果。nano-FTIR是将散射型近场光学显微镜与宽带红外激光光源整合获得的。测试结果显示nano-FTIR可以对有机材料获得20nm空间分辨率的红外吸收光谱，实际测量样品体积只相当于10-20L，理论上讲，nano-FTIR吸收光谱与传统FTIR吸收光谱吻合度高，而实验中对PMMA样品的测试也证明了这一点。因此nano-FTIR可以利用标准分子震荡红外数据库来对小量需要高空间分辨率的有机材料进行化学鉴定。本文中以对PMMA样品中的PDMS纳米尺寸污染的鉴定作为例证。

利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对不同实验条件下培养成纤维细胞中金、银纳米颗粒分布进行空间分辨生物成像。通过优化扫描速度、剥蚀频率和激光能量，获得了较高的空间分辨率。纳米颗粒相对于细胞的子结构是可见的，并且随着孵育时间的增加，纳米颗粒会在核周区域聚集。在矩阵匹配标定的基础上，提出了一种在单细胞水平上定量测定金属纳米颗粒数量的方法。这些结果提供了纳米颗粒/细胞相互作用的见解，并对组织诊断和治疗中分析方法的发展具有启示意义。

立陶宛Ekspla公司生产的光学参量振荡器，型号NT342A，重复频率10赫兹。脉冲宽度5纳秒。输出波长420-2300纳米。实验中采用的近红外激光峰值功率2千瓦，单脉冲能量1-15微焦。以此为光源，对人内耳蜗的原位声光模拟进行了研究分析。

大多数时候，在购买产品时，我们会寻找质量、价值和创新等基本特征。在激光世界中，情况更为复杂，因为这些工具有各种参数（脉冲持续时间、波长、峰值功率、能量或重复率）。当激光器用于具有挑战性的材料加工应用时，对这些参数的要求可能非常严格。

飞秒激光具有超短脉冲和超高电场强度两个特征。它已广泛应用于物理化学反应的动力学过程分析和热效应可忽略的超精细加工。在这个过程中，飞秒激光显示出与皮秒、纳秒脉冲不同的特性，如热影响区域小、作用效果能够超过光学衍射极限、良好的空间选择性等。这些特性在许多领域有着重要的应用价值，如超精细加工、微光子器件制造、医学精密手术、高密度三维光存储等。本文针对这一领域中的一些问题进行了讨论，特别是对飞秒激光脉冲与透明介质非线性相互作用进行了初步的研究。1分别使用脉冲宽度为ps和fs量级，波长为800nm，重复频率lkHz的激光脉冲，在熔融石英中形成了单发脉冲导致的损伤位点阵列。并对单个损伤位点，使用光学显微镜和图像传感器对其形态进行了观测。分析了激光照射后沿入射光方向将出现分立的损伤结构原因。另外，发现透明介质的材料损伤阈值与聚焦条件有关系，随着数值孔径的增加，阈值能量逐渐减小。2使用不同脉冲宽度的激光照射白宝石晶体，得到不同的损伤形态。白宝石在rlS激光脉冲作用下形成的典型的“米”字形结构，这与白宝石晶体结构相对应。在2．Ips激光脉冲作用下，晶体内部产生的“十”字形损伤。fs激光脉冲聚焦到白宝石内部时，出现“一”字形结构。损伤外型与偏振方向无关，显然不同脉宽的激光照射晶体产生不同的热效应。3近红外飞秒激光在石英玻璃照射后诱导产生色心，分析认为，在近红外飞秒激光强度低于宏观破坏阈值时，纯石英玻璃中SiE’心的形成主要是由于超短脉冲激光引起的焦点区域激光能量沉积和激子自陷引起的，属于玻璃网络的本征结构改变。4采用高温熔融法制备了银掺杂的锂铝硅酸盐微晶玻璃。经近红外飞秒激光照射和热处理后，通过显微镜观察及x射线衍射分析，发现玻璃内部形成以银原子为晶核的工f204，2033Si02多晶结构微晶，晶体细小，呈乳白色，为六方晶系。呈现空间取向分布结构。飞秒激光照射部位玻璃折射率发生明显变化，出现析晶：末照射部位折射率无明显变化，仍为玻璃体。

布鲁克纳米红外光谱仪（nanoIR）采用光热诱导共振技术(AFM-IR)实现微小区域红外信号的采集。红外激光照射到样品上，样品吸收辐射光产生热膨胀，这种热膨胀引发探针的震荡，通过监控探针的震荡强度获得红外吸收强度。AFM-IR利用原子力探针作为样品红外吸收的传感器，实现了超高灵敏度的光谱和红外成像探测，化学成像分辨能力可以达到10nm。近期，澳大利亚悉尼大学悉尼药学院团队将纳米红外光谱方法引入到单个EV结构的检测中，展示了其在同一EVs和不同EVs群体之间揭示个体EVs异质性的能力。

使用飞秒激光电感耦合等离子体质谱仪分析钛铁矿中57Fe和49Ti的浓度大约比NIST SRM 610高1.8倍。与193nm准分子激光器相比，257nm 飞秒激光器的元素分离量较小。采用193nm准分子激光剥蚀时，激光能量密度的选择对钛铁矿元素分离有显著影响。与飞秒激光相比，纳秒激光生成的剥蚀坑和沉积气溶胶形貌的扫描电镜图像显示了更大的熔化效应，烧蚀坑周围颗粒沉积面积更大。在纳秒剥蚀坑周围喷出物主要由大滴再凝固的熔融物质组成；然而，在飞秒剥蚀坑周围的喷出物是由形状“粗糙”的微粒团块组成。这是纳秒激光和飞秒激光不同剥蚀机制的结果。使用NIST SRM 610作为193nm准分子LA-ICP-MS和fs-LA-ICP-MS的参考材料，可以对钛铁矿样品进行非基体匹配条件下的定量分析。采用193nm准分子LA-ICP-MS 在12.7 J cm-2高激光能量密度条件和采用fs-LA-ICP-MS对钛铁矿样品中的大部分元素进行分析，得到的结果一致。

本文论述了采用近红外光谱仪DA7200检测冻玉米中主要成分含量的方法。讨论了采用偏最小二乘法（PLS）建立校正模型过程中样品预处理及利用常规吸收峰优选波长的方法。经验证：水分、淀粉测量值同浓度参考值具有良好相关性（相关系数大于0.9），测量重复性变异系数(CV)优于2%。结果表明，近红外光谱法可以满足冻玉米中主要成分的实际测量要求，为玉米深加工企业提供了冬季原料玉米“按质收购”的参考方法。

生物组织的光谱研究是当今医学研究的重要组成部分。Insion近红外光谱仪研究的语境在近红外光谱中的膝部变化的区域和关节炎 GE 转向紊乱。Insion近红外光谱仪也从事生物新鲜组织的光学表征一般。Charak terisierung 和显示组织的变化对了解本机状态很重要。所以在这工作那选定的生物组织的当地光学特征是-。Insion近红外光谱仪，光学特性不仅可以用于组织表征, 还可用于光学模拟。Karmarkar-ka-蒙克-用于光学性质理论的计算, 描述了强散射介质中的光传播。

锁模激光产生的超低位相噪声脉冲提供一种产生具备亚飞秒(RMS)时间抖动的射频或微波信号的便利途径，比超低噪声石英晶振的位相噪声低几个数量级。另一方面，制冷的宝石晶振需要一个庞大的制冷系统，其复杂性限制了它在很多场合的应用。近年出现的新型的、基于光学频率梳的超低噪声微波信号源可以实现极高的位相稳定性和低位相噪声，这种设备的安装、维护技术却过于困难而且昂贵

纳秒激光剥蚀长石效率很低！激光参数：193nm, 60μ m, 8 J cm-2。纳秒激光剥蚀长石产生大量沉积物，纳秒激光表现出明显的基体依赖，飞秒激光在不同物质之间剥蚀速率比较接近。飞秒激光可以改善透明矿物（如长石）剥蚀效率。飞秒激光-纳秒激光信号强度对比。

激光剥蚀-多接收电感耦合等离子体质谱法（LA-MC-ICP-MS）对地质矿物的n位Sr同位素分析对岩浆源组成和地质过程来说的是一种强大的追踪技术。然而，由于Sr浓度低、同重元素或复杂结构小颗粒干扰，因此在对天然矿物特别是对长石等透明矿物进行分析时87Sr/86Sr比值的准确度和精密度不能令人满意。在这项研究的分析结果表明，飞秒激光对各种样品的剥蚀率（每个脉冲0.08 -0.11μ m）是一致的。但是使用纳秒激光剥蚀效率受地质材料影响相当明显，例如长石和黄铁矿剥蚀率分别为每个脉冲0.144μ m和0.026μ m。此外，由于飞秒激光的剥蚀效率较高，在相同的能量下分析长石中的Sr飞秒激光灵敏度是纳秒激光敏度的3.4倍。飞秒激光的这些优点不仅有利于消除激光剥蚀过程中的基体效应，而且有助于提高透明矿物的分析准确度。我们还证明了在6 - 12mLmin-1 N2条件下，同重元素钙二聚体（CaAr++CaCa+）和Kr+的干扰值分别降低了6.5-11.7和5-12.5。此外，随着N2 （12 mLmin-1）的加入，铷的灵敏度受到抑制，Rb/Sr信号比下降1.47倍。由于加入N2的抑制作用，尤其是对富含铷的长石87Sr/86Sr和84Sr/86Sr比值的准确度和精密度均有提高。结合飞秒激光系统的优点和氮气的加入，改进了原位微区Sr同位素的分析方法。对天然斜长石、高Rb/Sr（0.46）的K-长石和低Sr的斜长石进行分析，87Sr/86Sr比值的准确度和精密度结果令人满意，验证了该方法的可靠性。主要元素Sr和Rb含量不同的四种长石具有均匀的Sr同位素组成，因此可以推荐作为原位微区Sr同位素分析合适的参考材料。本文提出的方法可以为单一矿物提供高空间分辨率的地球化学信息。

M.Eisele等人结合Neaspec公司的散射式近场光学成像技术（NeaSNOM)与超快太赫兹光源研究了光致激发的单根砷化铟纳米线表面的受到时间影响的介电函数性质。该实验的太赫兹光谱同时达到了10纳米的空间分辨率与10飞秒的时间分辨率。纳米线随着泵浦延迟与电光采样延迟的电场强度被具体表征。实验结果可以与德鲁特模型模拟结果合理吻合。因此，作者揭示了纳米线中耗尽层的超快（小于50飞秒）形成机制。作者预见这种纳米超快傅里叶变换太赫兹光谱方法可以能够应用于物理、化学和生物变化过程中的超快机制的研究。

采用立陶宛Ekspla公司的Ekspla NL640 型二倍频SHG调QNd: YAG激光器。脉冲宽度10ns。波长532 nm. 重复频率200 Hz。聚焦光腰直径20μ m.焦点处光功率密度可达113MW/cm^2。采用Z扫描技术对掺镧TiO2纳米阵列的线性和非线性光学响应特性进行了实验研究。

耦合ISS的SMT系统到奥林巴斯共焦显微镜，激光扫描成像基于反馈算法，在扫描期间，根据要成像的物体的形状，连续地调整和确定激光束跟随的路径。该算法将激光光斑移动到离物体表面一定距离的位置，由于激光光斑的位置和离物体表面的距离是已知的参数，所以利用这些参数来重建物体的形状。三维细胞结构可以在几秒钟内分辨率达到20-40纳米，精度为2纳米。

将氧化铁纳米粒子与银纳米粒子、金纳米粒子、银磁铁矿和金磁铁矿分别通过内吞作用引入到成纤维细胞中，形成多功能复合纳米粒子。含有无毒纳米粒子的细胞在外部磁场中是可置换的，可以在微流控通道中进行操作。在表面增强拉曼散射(SERS)映射、激光消融电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)微研磨和低温软x射线断层扫描(cryo soft- xrt)的基础上，得到了内体系统中复合纳米结构的分布。完整的玻璃化细胞冷冻软x光检查显示复合纳米粒子包裹体形成内聚体。纳米粒子提供了内质网环境中表面生物分子组成的SERS信号。SERS数据表明，纳米粒子在内质粒和溶酶体的恶劣环境中具有较高的稳定性和等离子体性质。该光谱指向银磁铁矿和金磁铁矿纳米结构表面的分子组成，与其他复合结构非常相似，但不同于研究细胞内纯银和金SERS纳米组成所得到的结构。由LA-ICP-MS数据可知，磁铁矿复合材料的吸附效率大约是纯金、银纳米颗粒的2 - 3倍。

纳米炭黑作为一种非常重要的功能材料已在橡胶、塑料行业得到广泛应用，其粒径和粒径分布直接影响产品的工艺性能和使用性能。目前，表征炭黑粒度的方法很多，比如筛分法、电镜法、沉降法、激光法等。筛分法设备简单，结果直观，但筛孔尺寸会随使用时间和使用频率而变化，即便筛网定期会经过校准，但要克服尺寸的这种变化较为困难。但该法测试样品量大，代表性强，在炭黑行业仍作为炭黑出厂指标在产品合格证中列示。电镜法分辨率高，结果直观，容易得到一次粒径结果，但由于炭黑是不易分散的团聚体，得到的粒径分析结果难以代表样品在实际应用时的分散程度及粒度分布状态，也无法指导纳米级炭黑发挥其应有的性能优势。此时，用离心沉降法、激光衍射分析法测得的包含有二次粒径信息的粒度分布数据就更具有实际指导意义。

为了克服激光玻璃和聚合物切割固有的挑战，Fluence的研究人员开发了一种使用超快飞秒光纤激光器的流线型技术。该方法提供了独立于方向的高速切割，具有高质量的边缘和减小的切口宽度，即使是厚玻璃也能达到每秒米的速度，并且不会产生碎屑/烟雾，对环境友好。测试表明，该方法适用于各种材料，包括蓝宝石，以及显示器和消费电子市场上的大多数玻璃应用，如移动设备的盖玻片和可折叠显示器的超薄玻璃（UTG）。对于UTG，结果表明，仅使用250fs脉冲就可以实现低于100nm的表面粗糙度。

我们展示了一种相干激光雷达，该激光雷达使用宽带飞秒光纤激光器作为光源，并通过阵列波导光栅将返回的外差信号分解为N个光谱通道。对数据进行非相干处理，以使表面振动的多普勒测量提高N倍。对于N=6，我们在10ms内实现了153Hz的灵敏度，对应于0.12mm/s的运动，尽管信号被散斑加宽到14kHz。或者，对数据进行相干处理以形成范围图像。对于平坦目标，我们实现了60米的距离分辨率，主要受源带宽的限制，尽管信号路径中有1公里的光纤色散。

激光加工与材料处理无疑是激光器最大的应用领域之一。近年来在传统的切割、焊接、打标的基础上，越来越多的新激光加工处理工艺被开发出来并迅速在业界推广。

Agilent 8700 LDIR 激光红外成像系统可实现 10 微米以上微塑料的全自动检测：自动聚焦、自动定位微塑料，自动拍照、自动采集每颗微塑料的红外谱图，并通过谱图比对和检索，确定每颗微塑料的化学特性。在自动生成的最终检测报告中，包括颗粒照片、红外谱图、定性结果以及百分比、粒径和粒径分布等定量统计结果。

Agilent 8700 LDIR 激光红外成像系统可实现 10 微米以上微塑料的全自动检测：自动聚焦、自动定位微塑料，自动拍照、自动采集每颗微塑料的红外谱图，并通过谱图比对和检索，确定每颗微塑料的化学特性。在自动生成的最终检测报告中，包括颗粒照片、红外谱图、定性结果以及百分比、粒径和粒径分布等定量统计结果。