精度操控

新华社武汉8月17日电（记者谭元斌）我国3家单位的科研人员合作，找到了一种可同时提高量子操控速度和精度的方案，为量子计算机的研制提供了新的思路。相关研究成果近日发表于国际权威期刊《物理评论快报》。中国科学院精密测量科学与技术创新研究院冯芒研究员课题组与郑州大学、广州中国科学院工业技术研究院合作，利用超冷离子实验平台，设计和完成了两个单比特的非循环非绝热的普适性几何量子逻辑门实验。结果显示，非循环非绝热几何量子操作不仅可以节约操作时间，而且保真度明显高于常规非绝热几何量子操作和常规动力学量子操作，这种快捷且容错的特点在连续多次操作中展现得更为显著。尤为重要的是，非循环非绝热几何量子操作能够直接推广到两个量子比特的逻辑门操作中。这意味着其将来有可能运用于普适的量子计算。据冯芒介绍，在大多数量子操控中，速度与精度相互牵制，速度提高了就会导致精度下降，反之亦然。因此，同时提高量子逻辑门操作的精度和速度一直是量子计算机研制的主攻方向之一。

“隔空取物”是人类的梦想。这种科幻超能力现被超声科技实现并可望用于治病救人。近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑海荣团队开发出一种相控阵全息声镊操控技术，在生物体及血流中实现了对含气囊细菌群的无创精准操控和高效富集，在动物模型中实现了肿瘤靶向治疗应用。相关研究成果以In-vivo programmable acoustic manipulation of genetically engineered bacteria为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。该相控阵全息声镊系统基于高密度面阵列换能器产生可调谐三维体声波，通过对空间声场在活体血管内等复杂环境中的时空精准调控，在活体血管内等复杂环境中操控了含气囊细菌团簇，使其精准地移动到目标区域并发挥治疗功能，有望为肿瘤的靶向给药和细胞治疗等提供理想手段。光、声、电、磁等经典物理手段是实现“隔空取物”非接触操控物体的可能途径。光镊操控技术于2018年获得诺贝尔物理学奖，在微纳尺度颗粒操控上展示出精准优势，但存在对非透明生物体穿透深度有限的问题；磁镊一般需要磁性颗粒的结合，易导致细胞活性受影响。相较而言，基于高频声波梯度声场设计的声镊技术是一种通过声波与目标物体相互作用产生辐射力以实现非接触操控物体的方法，在非透明生物体系中具有作用力大、穿透性强、操控通量高等优势。基于空间体波的相控阵全息声镊具有声场时空动态调控能力且实验架构灵活，是生物体等复杂环境内实现对目标进行靶向操控的理想手段。      郑海荣带领的深圳先进院医学成像团队，经过十多年声操控技术积累，基于超声辐射力作用原理，利用高密度二维平面阵列和多通道可编程电子系统，结合空间声场调制、超声成像和时间反演算法，提出并构建了可编程相控阵全息声镊理论、技术和仪器体系，为生物体等复杂环境下的精准声操控奠定了基础（图1）。该团队分析不同声对比系数粒子受到的声辐射力，完成初步的理论验证；模拟活体组织环境，利用时间反演矫正声波畸变，构建复杂环境中精准声操控的模型；交替发射超声成像与操控脉冲，实现非透明介质中超声成像实时引导的三维声镊。该团队继续在相控阵全息声镊领域深耕，推动了二维高密度超声阵列的微型化以及融合显微成像，初步实现了细胞、微生物等的离体三维声操控验证，进一步结合基因编辑等技术，推进了可编程相控阵全息声镊在各领域的关键应用。该工作推动相控阵全息声镊高精度高通量操控技术取得了生物医学应用的突破，实现了在体声操控细菌对于实体肿瘤的靶向治疗（图2）。     从理论研究层面，该团队提出了复杂声场环境中声辐射力离散表达与计算理论，解决了复杂声场的任意结构微粒受力量化表征的问题，并探究了复杂环境中空间声场作用下操控目标的动力学行为。从工程研发层面，该团队通过长期的技术探索与积累，攻克了高密度声镊换能器研发中声场设计和制造工艺等难题，研制了二维高密度超声换能器阵列，利用全息元素构建和时间复用的方法，结合多通道高精度时间反演超声激励，实现了强梯度声场生成和复杂声场的时空动态调控。从生物医学应用层面，该团队利用基因编辑技术，在细菌细胞中产生了亚微米气体囊泡，提升了细菌的超声敏感性，增强了其受到的声辐射力，使得含气囊细菌可以克服流体拉力，驱使它们在焦点区域聚集形成团簇（图3）。     当工程菌被聚集成团簇后，通过电子控制声束沿着预设可编程的轨迹移动，如在分叉微流腔中的细菌团簇可以选择性地通过分叉口，或在无边界条件下沿着字母A形进行移动，或同时操控两个团簇沿着矩形路径移动。整个团簇的轨迹与预设路径匹配。利用全息声元素构架法，阵列可以产生具有不同拓扑电荷的聚焦涡旋。当预设的拓扑荷数发生变化时，含气囊细菌团簇所显示的涡旋场模式随之发生变化。由于角动量的存在，团簇可以围绕涡旋中心连续旋转。     生物体组织结构复杂易引起声波畸变，且高速血流的存在阻碍了血管内的声操控。该团队结合相控阵全息声镊与显微成像，构建动物模型，实现了在活体动物水平通过电子控制声束对含气囊工程细菌进行可编程操控。在小鼠尾静脉注射工程菌后，该研究利用小鼠透明背脊皮翼视窗模型进行观察，打开相控阵全息声镊，使得工程菌在声束焦点处聚集。研究通过对含气囊工程菌和普通大肠杆菌分别在小鼠背部浅表血管中进行声捕获比较发现，只有含气囊工程菌可以被捕捉在聚焦声束中心，并在血管中形成簇状。进一步，研究在不同直径的血管也尝试对含气囊工程菌进行声捕捉。进一步，通过电子偏转声束，研究实现了含气囊工程菌的体内声操控。在声镊操控下，含气囊工程菌可以沿着血管前后移动，还可以选择性地穿过血管分叉。声镊可以同时操控两个工程菌团簇在同一条血管中，将其彼此靠近或远离。上述研究表明，相控阵全息声镊系统操控含气囊细菌团簇的运动可严格按照程序设置进行，展示出优异的时空操控精度，使这些细菌能够逆流或按需流动到活小鼠的预设血管中。     进一步，高通量相控阵全息声镊操控技术可以显著提高肿瘤中工程细菌的聚集效率，并结合细菌的肿瘤杀死活性，抑制了肿瘤的生长速度，延长了荷瘤小鼠的生存期（图4）。     本研究证明了相控阵全息声镊仪器系统可以作为活体内非接触精准操控细胞的新工具。以相控阵全息声镊为手段，功能细胞及细胞球为载体，在免疫细胞治疗、组织工程、靶向给药等方面颇有应用前景。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院和深圳市科技创新委员会等的支持。 图1.相控阵全息声镊系统示意图（Research，2021）图2.相控阵全息声镊系统在体操控细胞示意图（Nature Communications，2023）     图3.声聚集基因编辑细菌和普通细菌对比图4.声操控基因编辑细菌治疗肿瘤实验

光线传播和机械振动是两种不同的物理现象，而美国研究人员新研发出的晶体可以在一个小空间中同时操控这两者。这种光学机械晶体将有助于量子计算机等领域的科研工作。 　　英国《自然》杂志网站日前刊登研究报告说，美国加州理工学院的研究人员在一条只有10微米长的硅晶片上刻了许多凹槽，然后再利用具有特定共振频率的激光照射该晶体，光线在凹槽中多次反射并互相干涉，最后只有部分光线透出，这说明另一部分光线被截留在了晶体中间。与此同时，研究人员探测到晶体中间的小格子在进行前后的机械振动。 　　研究人员说，这种光学机械晶体可用于未来的计算机电路中，尤其是在当前的量子计算机研究中。量子计算处理器的基础各有不同，如原子、光子或超导体等，需要使用不同频率的光，难以结合到一起，而新晶体可以将一种量子处理器的光转化为振动，再将这种振动转化为另一种频率的光。这样，新晶体可以成为混合型量子计算机的理想“连接器”。 　　由于这种晶体对光频率的变化非常敏感，它还可以用作医疗探测器，检查DNA(脱氧核糖核酸)序列和病原体等。此外，它还可以帮助研发出能够检测单个气体分子的探测仪器，这将超出当前任何一种探测仪器的精度。

强激光与多体系统相互作用可以诱导非平衡态的新奇物理现象，例如光致超导[1]、光致亚稳态[2]、光激发相干声子模式[3]和光致拓扑缺陷的产生[4]等。激光脉冲泵浦激发固体材料中的电子提供了一种通过非热诱导产生新颖量子态的手段，可以在飞秒至皮秒级的时间尺度上操控材料的宏观属性。二维电子态中存在众多奇异的量子现象，如量子霍尔效应(1985年诺贝尔物理学奖)、石墨烯中的狄拉克电子态(2010年诺贝尔物理学奖)和超导增强等。这些二维电子态通常通过机械剥离、人工异质结、分子束外延生长等方法制造人工结构来实现，本研究提出并实现了在量子材料中利用超快激光调控产生二维电子态的新方法。该方法利用在特定激光强度下激发相干电子—声子相互作用所引起的材料晶格宏观周期性畸变，结合激光在材料中由于穿透深度引起的强度分布，从而导致这种晶格畸变在材料中分层出现，并在晶格畸变层与原始层之间实现了一种长程有序的二维电子态(图1(a))。图1 实验原理及实验装置 (a)激光调控电荷密度波材料形成二维电子态示意图；(b)时间分辨实验示意图；(c)作者团队自主研制的时间分辨角分辨光电子能谱仪　　电荷密度波材料SmTe3的超快X射线衍射实验[5]、TbTe3中超快光谱实验[6]以及准一维电荷密度波材料K0.3MoO3的超快X射线衍射数据[7]都表明，存在超快激光诱导的电荷密度波相的反转畸变。然而，这种光诱导的反转畸变层与原始层之间的二维电子态尚未在实际的材料中观测到，以及该二维电子态是否具有长程序在实验上都还未知。　　我们对1T-TiSe2这一传统的三维电荷密度波材料进行了高分辨率的光学操控。利用高分辨率的时间分辨角分辨光电子能谱和兆电子伏特超快电子衍射，分别对1T-TiSe2中的电子和晶格的超快动力学进行了探测(图1(b))。通过时间分辨角分辨光电子能谱的测量，固定泵浦光和探测光之间的时间延迟并连续改变泵浦光的激发密度发现，Γ点光电子能谱强度随着泵浦激发密度的增加略有增加，直到超过激子凝聚的临界激发密度时光电子能谱强度发生急剧增强(图2(a))。更有趣的是，光电子能谱强度随激发密度增加向上移动并在激发密度约为0.091 mJ/cm2时达到一个极大值(峰)，随即在激发密度约为0.116m J/cm2时下降至一个极小值(谷)。随着泵浦激发密度的继续增加，光电子能谱强度中会交替出现峰—谷的特征，直至到达一个激发密度，光电子能谱强度随着泵浦激发密度的增加而线性增加。此外，电子态的线宽在特定泵浦能量下也会出现交替减弱的反常现象，这种奇特的现象只有在电子维度从三维退变成二维时才能得到合理的解释，这也证实了可以通过调控激光的泵浦能量来操控电子体系的维度。后续的实验表明，该峰—谷的特征持续时间长度达到30ps，表明可以通过利用飞秒激光操控电子体系的维度来实现新物质态的产生，并且可以在皮秒时间尺度内对量子材料的宏观属性进行调控。　　图2 光诱导的二维界面及所形成二维界面上的奇异电子态 (a)上图：理论模拟不同激发密度下的序参量随着厚度的变化，下图：Γ 点Se-4px,y光电子能谱强度随激发密度的变化，费米能级附近Ti-3dz2轨道光电子能谱强度随泵浦激发密度的变化，积分范围为插图中白色矩形所示区域；(b)Γ 点光电子能谱强度在不同温度下随泵浦激发密度的变化，测量的时间延迟为12 ps；(c)4 K时，图(b)中峰和谷对应的激发密度处光电子能谱强度随着能量的变化，动量积分范围为插图中虚线矩形所示区域；(d)图(b)中峰和谷对应的泵浦激发密度在图(c)插图中虚线对应动量处的能量分布曲线　　在进一步的研究中，超快电子结构在高泵浦激发密度下表现出非简谐振荡的行为，这意味着强激光作用可引起晶格畸变发生反转，从而在晶格畸变反转区和非反转区形成二维电子结构。通过高分辨率的兆伏特超快电子衍射实验，观察到与电荷密度波相有关的超晶格峰强度在强激光作用下先消失再出现的特征，为激光作用下晶格畸变反转的存在提供了确定性证据。超快电子结构和超快电子衍射实验结果与含时的与空间分布有关的金兹堡—朗道双势阱模型模拟计算结果相吻合(图2(a))，这也证实了飞秒激光诱导晶格畸变反转可在三维材料中实现二维电子态。　　近期的研究在加压、铜掺杂和电场控制的1T-TiSe2中发现了超导电性。在1T-TiSe2超导态中，不可公度的电荷密度波(CDW)相与局域可公度的CDW相被畴壁分开，畴壁处费米能级附近态密度的增强被认为是1T-TiSe2中超导的起因。我们发现光诱导的2D电子态处Ti-3dz2轨道在费米能级附近态密度存在明显的增强(图2(a))，这也可能导致光致超导现象的出现。仔细比较低温下4K处泵浦激发密度依赖的光电子能谱强度在峰和谷处的能量分布曲线，从能量分布曲线的边缘移动，可以发现二维电子态处存在大约2 meV的能隙(图2(d))。随着泵浦能量的增加，潜在的能隙(约1.5 meV)在表面的第二个畴壁处也很明显，但在远离畴壁的区域没有发现能隙打开的迹象。之前的研究表明，在铜掺杂的1T-TiSe2中预估的超导能隙大小为0.5 meV[8]，这与我们在光诱导的2D电子态处观测到的能隙大小在同一量级。更有趣的是，利用费米狄拉克分布函数卷积能量分辨率拟合费米能级处态密度分布，得到的电子温度大约为90 K，这远高于加压、铜掺杂和电场控制的1T-TiSe2样品中超导出现的转变温度。　　此外，在光诱导2D电子态中观测到的能隙当30 K时仍然是可以分辨的(约1meV)，但在更高的温度80 K不可分辨(图2(d))。实验中观测到的光诱导能隙的打开可能与K3C60中观测到的光致超导[9]现象类似，尽管电子温度很高，但光诱导的能隙大小与平衡态的超导能隙大小相当。这种由泵浦光引起的能隙打开可能具有相同的非平衡态物理性质，尽管它们可能具有不同的机理起源。然而，潜在的瞬态能隙的打开不是超导出现的专有证据，能隙的打开也可能是由瞬态CDW、半导体和其他具有能隙电子态的物相所导致，需要后续的实验和理论工作进一步阐述该能隙的起源和本质。　　先进仪器的研制和实验精度的提升是获得此新发现的关键。我们自主研制了具有国际领先水平的时间分辨角分辨光电子能谱仪，时间分辨率(113 fs)和能量分辨率(16.2meV)的乘积已接近物理极限，达到了国际上同类仪器的最高水平[10]。并且我们合作研究组研制了目前世界上唯一一台时间分辨率优于50 fs(FWHM)的兆伏特超快电子衍射装置。本研究结合两台装置分别对电子和原子敏感的优势，分别从超快电子结构和超快晶格动力学两方面提供了相关发现的实验证据。　　该工作创新性地实现了利用飞秒激光来操控电子体系的维度，在三维电荷密度波材料1T-TiSe2中产生了皮秒量级时间尺度的瞬态2D电子态，并在二维电子结构中发现电子态密度增加和能隙打开的迹象，有可能出现光致非平衡高温超导现象。这些发现利用超快激光实现了对电子维度的操控，在皮秒时间尺度内对量子材料的宏观属性进行了调控，并产生奇异的量子现象，为超快科学的探索开辟了新窗口。该研究成果已于近期在Nature上发表[11]。参考文献　　[1] Fausti D，Tobey R I，Dean N et al. Science，2011，331：189　　[2] Ichikawa H，Nozawa S，Sato T et al. Nat. Mater.，2011，10：101　　[3] Horstmann J G，Böckmann H，Wit B et al. Nature，2020，583：232　　[4] Zong A，Shen X，Kogar A et al. Sci. Adv.，2018，4：1 　　[5] Trigo M，Giraldo-Gallo P，Clark J N et al. Phys. Rev. B，2021，103：1 　　[6] Yusupov R，Mertelj T，Kabanov V V et al. Nat. Phys.，2010，6：681　　[7] Huber T，Mariager S O，Ferrer A et al. Phys. Rev. Lett.，2014，113：1 　　[8] Li S Y，Wu G，Chen X H et al. Phys. Rev. Lett.，2007，99：2 　　[9] Mitrano M，Cantaluppi A，Nicoletti D et al. Nature，2016，530：461　　[10] Yang Y，Tang T，Duan S et al. Rev. Sci. Instrum.，2019，90：063905　　[11] Duan S，Cheng Y，Xia W et al. Nature，2021，595：239

中国科学技术大学郭光灿院士团队在硅基半导体自旋量子比特操控研究中取得重要进展。该团队郭国平教授、李海欧研究员与中科院物理所张建军研究员等人，和美国、澳大利亚的研究人员及本源量子计算公司合作，实现了硅基自旋量子比特的超快操控，其自旋翻转速率超过540MHz，是目前国际上已报道的最高值。研究成果以“Ultrafast coherent control of a hole spin qubit in a germanium quantum dot”为题，于1月11日在线发表在国际知名期刊《自然⋅通讯》上。硅基半导体自旋量子比特以其长量子退相干时间和高操控保真度，以及其与现代半导体工艺技术兼容的高可扩展性，成为量子计算研究的核心方向之一。高操控保真度要求比特在拥有较长的量子退相干时间的同时具备更快的操控速率。传统方案利用电子自旋共振方式实现自旋比特翻转，这种方式的比特操控速率较慢。研究人员发现，利用电偶极自旋共振可以实现更快速率的自旋比特操控。电偶极自旋共振的一种方案是通过嵌入器件中的微磁体结构所产生的“人造自旋轨道耦合”来实现，但这会使自旋量子比特感受到更强的电荷噪声，从而降低自旋量子比特的退相干时间，同时降低自旋量子比特阵列的平均操控保真度，阻碍硅基自旋量子比特单元的二维扩展。另一种有效方案是使用材料中天然存在的自旋轨道耦合进行自旋量子比特操控。硅基锗量子点中的空穴载流子处于P轨道态，因而天然具有较强的本征自旋轨道耦合效应和较弱的超精细相互作用。利用电偶极自旋共振技术，仅通过单个交变电场即可实现对空穴自旋量子比特的全电学控制，大大简化了量子比特的制备工艺，有利于实现硅基自旋量子比特单元的二维扩展。鉴于此，近几年硅基锗空穴体系中的自旋轨道耦合研究和实现超快自旋量子比特操控成为该领域关注的热点。自旋轨道耦合场的方向会影响自旋比特操控速率及比特初始化与读取的保真度。因此，测量并确定自旋轨道耦合场的方向是实现高保真度自旋量子比特的首要任务。研究组在2021年首次在硅基锗量子线空穴量子点中实现了朗道g因子张量和自旋轨道耦合场方向的测量与调控[NanoLetters21, 3835-3842 (2021)]。在此基础上，李海欧等人进一步优化器件性能，在耦合强度高度可调的双量子点中完成了自旋量子比特的泡利自旋阻塞读取，观测到了多能级的电偶极自旋共振谱。通过调节和选择共振谱中所展示的不同自旋翻转模式，实现了自旋翻转速率超过540MHz的自旋量子比特超快操控。研究人员通过建模分析，揭示了超快自旋量子比特操控速率的主要贡献来自于该体系的强自旋轨道耦合效应（超短的自旋轨道耦合长度）。研究结果表明硅基锗空穴自旋量子比特是实现全电控量子比特操控与扩展的重要候选体系，为实现硅基半导体量子计算奠定了重要研究基础。图1. (a)硅基锗量子线空穴双量子点和自旋比特操控示意图，(b)自旋比特翻转速率随微波功率增加而增加， (c)微波功率为9dBm时，自旋比特操控速率可达542MHz。中科院量子信息重点实验室博士后王柯和博士研究生徐刚（已毕业）为论文共同第一作者。中科院量子信息重点实验室郭国平教授、李海欧研究员和中科院物理所张建军研究员为论文共同通讯作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科学院以及安徽省的资助。李海欧研究员得到了中国科学技术大学仲英青年学者项目的资助。

国家重大科学仪器设备开发专项 “精确操控离子反应质谱科学装置的研制及应用研究”启动 　　由国家质检总局组织实施的国家重大科学仪器设备开发专项——“精确操控离子反应质谱科学装置的研制及应用研究”的启动会，在项目牵头单位中国计量科学研究院召开。会议由国家质检总局科技司主持，科技部科研条件与财务司吴学梯副司长，国家质检总局科技司侯玲林副司长，国家自然科学基金委分析化学学科项目主任庄乾坤教授，中国分析测试学会张渝英秘书长，中国计量科学研究院副院长段宇宁、宋淑英等项目承担单位的领导，以及中科院大连化学物理研究所张玉奎院士、杨学明院士等相关专家出席。　 　　会议宣布成立项目监理组、项目总体组、技术专家委员会、用户委员会和项目管理办公室。科技部条财司吴学梯副司长作了重要讲话。他指出，科学仪器设备是光学、机械、电子、计算机、物理、化学、生物等学科领域各种高新技术的集成和结晶，在涉及重大科技前沿、国防等敏感领域的研究中，研发若干具有国际领先水平的重大科学仪器设备，将有效支撑我国开展世界一流科学研究、带动我国高新技术产业的发展。他强调，科学仪器设备的自主研发水平往往成为衡量一个国家创新能力的重要标志之一。“十二五”期间，我国把引领和支撑科技发展的科学仪器设备自主创新摆在优先发展位置,这对于增强我国科技实力、引领国民经济又好又快发展具有非常深远的意义。 　　科技部条财司吴学梯副司长作重要讲话 　　项目负责人方向研究员汇报了项目整体情况，各任务负责人汇报了任务实施方案。与会专家认真听取、各抒己见，充分表达了对项目的支持，并提出了具体的要求和建议，希望项目组不仅要克服技术难题，也要努力将各任务之间的组织协调工作做好，以确保项目的顺利实施。项目总体组组长、中国计量科学研究院段宇宁副院长表示，中国计量院将全力以赴支持项目的实施。 　　该项目自2011年10月开始实施，将于2016年10月结束。任务承担单位包括：中国计量科学研究院、北京理工大学、清华大学、北京蛋白质组研究中心、中国科学院大连化学物理研究所、北京生命科学研究院。 　　该项目着重针对生物、材料和先进能源技术等重要领域的蛋白精确分析等前沿技术、分子反应动力学等基础问题，通过研发新技术、新方法，实现离子精确操控及质谱分析，为上述领域的研发提供高性能、高效率、具有创新操作模式的强大工具。 　　本项目将研制3套以精确操控离子反应系统为核心的科研装置，包括：离子反应超高分辨质谱装置、碰撞反应飞行时间离子谱装置和离子反应理论研究与实验装置。并在此新装置上分别开展离子束反应与控制、蛋白磷酸化筛选与鉴定、碰撞反应飞行时间离子谱、蛋白分析中的ETD反应及离子碎裂新方法、高纯有机试剂中痕量杂质精确分析等应用研究。 　　据项目负责人方向研究员介绍，通过该项目的实施，在仪器研制方面，将掌握精确离子操控核心技术和一系列关键技术，形成一整套具有自主知识产权的机械、电子、光学、软件等关键部件和高性能的整机 在应用研究方面，有望突破生物、材料和先进能源技术等重点领域尚未解决的难题，建立我国尖端科学实验装置研发基地，形成高端科学装备研制技术团队和前沿技术科学家紧密合作的研发联盟，为我国高端质谱仪器创新发展进一步奠定重要基础。 　　国家重大科学仪器设备专项项目是为了贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，由财政部、科技部共同设立的旨在支持重大科学仪器设备开发，以提高我国科学仪器设备的自主创新能力和自我装备水平，支撑科技创新，服务经济建设而设立的专项支持资金。今年为首批资助，采取限项推荐方式。今年全国53个项目获得资助，中国计量科学研究院“宽量限超高精密电流测量仪”和“精确操控离子反应质谱科学装置的研制及应用研究”2个项目获得资助。

记者从中科院深圳先进技术研究院获悉，该院郑海荣课题组携手国内外合作者，实现了利用超声辐射力效应对物体进行非接触的操控、搬运以及筛选。这使得利用声波进行一定距离的&ldquo 隔空探物&rdquo 成为现实。相关成果于6月11日发表于《应用物理评论》杂志。 　　据了解，声波操控技术利用声场中的颗粒对声波产生的反射、折射、吸收等效应引起的动量在声波与颗粒之间交换，通过颗粒受到的力作用对其进行操控。声子晶体(人工周期结构)是具有声子带隙的人造周期弹性介质结构。利用声波在不同周期结构材料中的传播规律，以及不同材料的组元及其结构对能带结构和带隙的调控机制，可以设计优化声子晶体以对声场形态进行调制，从而控制声波的传播和分布。 　　在该研究中，郑海荣课题组提出通过设计制造的人工周期结构对换能器发射波束进行再调控，首次利用声子晶体板兰姆波诱发的透射增强机制，产生高度局域化的声辐射力，对同种材料不同尺寸或相同尺寸不同材料的微纳米颗粒成功实现捕获、排列、移动、筛选等操控。 　　由于组成&ldquo 声筛&rdquo 的声子晶体板共振频率由晶格常数和板厚等结构参数决定，因此可设计优化捕获力的激励频率以及微纳米颗粒的筛选尺寸。又因为颗粒尺寸小于晶格常数，且晶格常数为兰姆波波长，小于同频率声波在水中的波长，所以&ldquo 声筛&rdquo 对微纳米颗粒的操控具有亚波长特征。因此，&ldquo 声筛&rdquo 实现了对亚波长微纳米颗粒的可调控操控，其在生物医学工程、3D打印、催化反应和材料科学等领域具有广泛的应用前景。 　　据介绍，利用&ldquo 声筛&rdquo 技术可研制出精确可靠、成本低廉的微纳米颗粒控制器件，为研究金属、细胞、蛋白质、DNA等微纳米颗粒及其微纳米结构的装配、基本力学、物理和生化特性提供重要研究手段，为用于细胞、血小板、蛋白质等生物颗粒筛选的新型生化分析仪器研制提供技术支持。 　　据悉，该成果已被《应用物理评论》杂志推荐为&ldquo 研究亮点&rdquo 和&ldquo 特色研究&rdquo ，并受到国内外同行的广泛关注。

近日，大连化物所光电材料动力学研究组(1121组)吴凯丰研究员团队在量子点自旋光物理研究中取得重要进展，率先实现了室温下对低成本溶液法制备的胶体量子点的自旋相干操控。这一成果在量子信息科学、超快光学相干操控等领域具有重要意义。 　　量子信息技术是指以微观粒子(或准粒子)的量子态表示信息，并利用量子力学原理进行信息存储、传输和处理的技术。对固态材料中的自旋量子比特进行相干操控，是实现量子信息技术的重要途径之一。目前已报道的相关固态体系主要包括外延生长量子点以及“点缺陷”材料(如金刚石色心等)。然而，外延生长量子点的制备工艺复杂、造价昂贵，且其自旋操控一般需要在液氦温度下进行。虽然“点缺陷”自旋的室温相干操控已被实现，但如何规模化、可控地制备这类材料是巨大挑战。因此，若能在室温下实现低成本材料的自旋相干操控，对量子信息技术的发展将产生深远影响。吴凯丰研究团队一直致力于胶体量子点的超快光物理与光化学研究。这类量子点不但可用相对温和的化学法在溶液中宏量制备，而且其限域效应强，光电、自旋等性质精准可调。尤其是近年来兴起的铅卤钙钛矿量子点，其旋轨耦合效应特别有利于通过光学方法高效注入自旋极化，同时其强烈的光-物质相互作用可促进自旋的光学相干操控。研究团队近期也在CsPbI3钙钛矿量子点中观测到激子自旋的系综量子拍频并解析了其物理机制(Nat. Mater. 2022)。 　　在本工作中，考虑到量子点中的电子-空穴交换作用导致了复杂的激子裂分及光学取向行为，研究团队创新性地制备了钙钛矿量子点的单空穴自旋极化态，并基于自行研制的多脉冲飞秒磁光技术实现了室温相干操控。团队通过在CsPbBr3量子点表面化学修饰蒽醌分子，在亚皮秒尺度捕获量子点的光生电子，猝灭电子-空穴交换作用，在室温下得到百皮秒量级的空穴自旋，在外加磁场下，该空穴自旋发生拉莫尔进动；借助一束亚带隙光子能量的飞秒脉冲，利用光学斯塔克效应产生赝磁场，成功实现了对空穴自旋的量子态相干操控。考虑到自旋相干寿命在百皮秒量级，借助百飞秒(约为0.1皮秒)级的激光脉冲，研究人员在自旋退相干之前原则上可开展上千次的有效操控。 　　相关文章以“ Room-temperature coherent optical manipulation of hole spins in solution-grown perovskite quantum dots ”为题，于近日发表在《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上。该工作的共同第一作者是大连化物所1121组博士生蔺煦阳、韩瑶瑶博士。上述工作获得了中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金及大连化物所创新基金的支持。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院声操控小组在超声移液技术研究获得重要进展，实现了皮升级超高精度的超声移液。 　　对于快速发展的合成生物和药物化学等科学研究，为了高效快速并行处理大量实验样本与产生变参数的实验数据，增大实验反应通量、减小反应体系体积逐步成为重要的实验需求，但这种做法对移液设备的稳定性与精度提出了越来越高的要求。传统利用移液枪头的移液器是接触式的，存在样品交叉污染、移液精度低（通常微升级）、耗时长等缺点无法满足需求。非接触式的超声移液由于无需一次性吸头或喷嘴等第三方媒介辅助，具有无液体粘附及残留，无交叉污染，以及可以降低耗材费用，保证移液精准等优势，具有重要的应用前景和商业价值。 超声移液技术是通过声操控技术将液滴从液面喷出，实现移液操作，是一种非接触式的移液方式。具体来讲是利用声波探头把电能转化为声波，并根据声波的反射来获得样品性质和液面高度的信息。声波探头根据所获得的声场信息，自动调整探头的位置和激发的阵列来精准地聚焦作用到液面，激发出液滴。液滴飞向上方的容器，并通过表面张力粘附于容器表面，或直接融入到反应体系中（如图a所示）。深圳先进院声操控小组近期通过研制高频高带宽聚焦超声探头、声辐射力精细可调声操控技术以及移液控制平台，实现了从皮升级到亚纳升级大动态范围可调的移液精度（如图b和c所示），使得移液操作效率更高，更加灵活、精细。该研究工作已发表于期刊IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control。 　　该工作得到了科技部国家重点研发计划项目的资助。 （a）超声移液平台及移液过程示意图，（b）超声波操控液滴从液面喷出过程，（c）激发的不同精度移液液滴。

现代生物技术常常利用可调节的三维操控手段来实现在生物学领域和医学领域中对微纳米尺度的生物样品的控制与应用，例如细胞分析、细胞微手术和药物递送等。其中，为了提高潜在生物医学应用效率或满足一些涉及到复杂技术的应用需求，迫切需要在微流控装置中对微对象实现可控的多功能操控，如运输、捕获、旋转等模式。然而，固定的设计和驱动模式使其难以在一个单一的设备有效地实现多功能切换。近日，北京航空航天大学机械工程学院仿生与微纳研究所冯林副教授等研发了一种基于声驱微气泡的模态可切换的多功能微操控系统，该系统能够在微流控芯片内实现可控且高效的微对象运输、三维旋转和公转等操控模式（图一）。图一基于声驱振荡微气泡阵列的多模态操控系统示意图通过采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密），研究团队设计制造了一种带有底面微孔阵列（直径100μm、深度100μm）的微流控芯片。由于液体存在表面张力，当液体通入微流道并流过底面微孔时，可以形成具有近似尺寸的微型气泡。当超声发生装置所形成的超声信号传递到微流道中，可以激励微型气泡膜振荡形成声微流。图二声驱微气泡的理论模态与有限元仿真结果基于所设计结构内气泡界面的相对灵活性，该装置可以在仅调节驱动频率而不改变压电换能器数量与气泡阵列设计的情况下切换微型气泡的振荡模式，进而实现对单独或群体生物样本的多功能操控（图三）。由于声场的驱动特性，该装置可以有效操控几微米到几百微米的不同生物样本，包括微颗粒、细胞、绿眼虫、螺旋藻等。此外，利用平面外旋转模式的运动特点，研究团队实现了对细胞样本的三维重建，从而实现多视角的形态学复现与基本参数的测量估计。该系统所提出的声学操控方式具有多功能性、可控性、高效性以及良好的生物兼容性，在进一步促进细胞研究和治疗等应用层面具有很大潜力。图三不同控制模态下微对象的运动及定量分析该项研究成果获得国家重点研发计划(No. 2019YFB1309700)及北京新星科技计划项目(No. Z191100001119003)支持，以“Versatile acoustic manipulation of micro-objects using mode-switchable oscillating bubbles: transportation, trapping, rotation, and revolution”为题发表于国际期刊《Lab on a chip》。原文链接：https://doi.org/10.1039/D1LC00628B官网：https://www.bmftec.cn/links/4

想随时随地查看试验数据、掌控长时试验吗？ 安卓持久蠕变试验机远程操控系统帮您实现。 该系统是长春机械院在对蠕变长时试验深刻理解的基础上，结合客户实际应用需求，推出的全球首款蠕变长时试验远程操控系统。 该系统是基于Android开源平台开发的， 具有以下优势： 适应多种机型(Android操作系统) 无线实时数据监测（数据6秒自动刷新） 无线3G高速数据传输（查看试验曲线） 互联网全球操控（试验参数设置、修改） 可以多任务（不影响手机其他功能） 让用户可以在外出或在家休息时能够实时操控和精准完成你想要的试验，让一切尽在掌握之中。让您真正体会到愉快、轻松、无束缚工作乐趣。 蠕变试验机远程操控系统是基于我院自主研发（获得科学技术二等奖）的CCPS蠕变持久试验系统基础上的，具有CCPS的以下特点： 可对多台试验机进行群检、群控（可单独控制一台或几天，且互不干扰） 独有的动态标定功能（在试验过程中对力、变形等测量信号进行校准） 强大的图形处理功能（具有曲线无级放大、坐标移动、曲线叠加、添加标注） 具有负荷、变形、温度多种控制方式；测量、记录周期可自由设定 领先的断点恢复，曲线自动刷新功能 多种超限报警安全保护功能 软件自动处理、存储实验数据绘制曲线，具有检索、分析、修改功能

随着高度集成化的纳米光子器件的发展，人们开始追求在更小空间尺度（如纳米尺寸）、更快时间尺度（如飞秒尺度）上灵活操纵片上光信号的方法。通过在纳米空间尺度和飞秒时间尺度上对光信号的操纵，不仅能够为光与物质相互作用的超快动力学过程研究提供新方法、新思路，还能为超高时空分辨的光学探测和成像，以及片上超快光信号处理、传输、精密波前调控和光谱测量提供有效的研究平台，因此在光子芯片器件、量子信息处理、光子神经网络与人工智能、超快光学波前测量等领域具有广泛应用前景。在空间尺度方面，近年来人们通过研究超材料、超表面等人工微纳结构来精确调控光波前，已经能够在纳米空间尺度上自由控制光信号的传播特性，例如让光信号沿着艾里光束的抛物线轨迹进行传播，应用于显微成像、光镊、光通信等领域。在时间尺度方面，传统的动态调控设备（如空间光调制器SLM）和动态调控材料（如电光材料）受制于材料的响应速度，难以达到飞秒量级。而随着飞秒激光脉冲整形技术的发展，频域调控逐渐成为超快时域调控的主要手段。将飞秒脉冲频域调控方法与人工微纳结构相结合，就有望实现极小时空尺度（飞秒时间尺度、纳米空间尺度）下的光场产生和调控，创造出很多新颖的时空光场并拓展新应用。深圳大学的袁小聪、闵长俊教授团队将脉冲频域调控与纳米结构空间调控相结合，提出了基于时空傅里叶变换(FT)的片上光脉冲调控方法，可用来操纵片上光脉冲的时空传播轨迹，让脉冲在不同时刻展现出不同的传播特性，从而使得极小时空尺度下的光场时空特性操控成为可能。FT作为一种常用的数学工具，已经被广泛应用于光学相关的应用中，如白光的光谱测量、脉冲整形和全息等。该团队研究发现，通过片上纳米聚焦结构调控空间域FT，可实现光场空间分布的构建；再通过光的色散效应来调控时域FT，可实现飞秒脉冲时域上的波前整形；最后将时空FT结合就有望同步调控飞秒脉冲传播的时空特性。为了验证这个方法，该团队以金属表面传播的表面等离激元(SPP)作为例子，理论研究了时空FT方法对飞秒SPP脉冲时空传播轨迹的调控效果。SPP作为一种可以突破光学衍射极限的光学表面波，不仅可以提供纳米尺度的空间分辨，还能够极大增强局域电磁场，因此被广泛应用于片上光子器件、光存储、光学传感、光镊、拉曼增强等领域。而由飞秒激光激发的飞秒SPP脉冲，同时具备纳米尺度的空间分辨能力与飞秒尺度的时间分辨能力，在极小时空尺度下的光场调控，以及光与物质相互作用的研究中具有重要价值。该团队基于金属膜上时空FT纳米结构的设计和入射光色散的调制，成功展示了多种新颖的时空光学效应，包括：将传统SPP聚焦形成的单个焦点逐步弯曲，形成一个环形分布的时空焦点；产生SPP-Airy脉冲并灵活控制其在不同时刻的传播方向，形成S形的时空传播路径（图1）。图1 时空傅里叶变换结构激发和调控飞秒SPP脉冲传播的示意图与传统片上光学调控方法只能调控空间、时间其中一个维度相比，这种时空FT方法提升了光脉冲调控的自由度，尤其在时域方面提供了更加出色的调控效果，为超快片上光学信息处理提供了新思路，在超快光子调控器件等领域有重要应用价值。

图中所示的是利用光学扳子捕获和旋转人类平滑肌细胞。 这种扳子可以精确操控最小的物体 　　据国外媒体报道，利用激光能够对微观颗粒施加推力和拉力的性质，美国科学家研制出世界上最小的扳子(光学扳子)。这种扳子可以精确操控最小的物体——从活细胞和DNA到在生物学和物理学研究中使用的微观马达和电机。 　　这种基于激光的技术早已应用在“光镊”当中。虽然光镊可以沿着直线来回移动微观物体，但是却不能够扭转物体。来自美国阿斯顿德克萨斯大学的研究者表示，这种新型的光学扳子可以在任意方向上扭转物体，而不需要移动任何光学部件。 　　主管该研究的科学家Samarendra Mohanty说：“虽然光学镊子在生物医学和微流控技术领域非常有用，但是当进行深层次的作业时，它没有光学扳子的操控性和功能性强。” 　　在这种新型的装置中，光纤中的激光束首先俘获物体并把它放置在适当的位置，然后通过精细调节光纤，激光束就能够对物体施加一个非常小的扭转力，该扭转力可以产生沿任意旋转轴和任意方向的旋转，这取决于光纤的定位。

中国科大郭光灿院士团队在碳化硅色心自旋操控研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时等人与匈牙利魏格纳物理研究中心Adam Gali教授合作，在国际上首次实现了单个碳化硅双空位色心电子自旋在室温环境下的高对比度读出和相干操控。这是继金刚石氮空位（NV）色心后第二种在室温下同时具有高自旋读出对比度和高单光子发光亮度的固态色心，该成果对发展基于碳化硅这种成熟半导体材料的量子信息技术具有重要意义。该成果于2021年7月5日在线发表于《国家科学评论》（National Science Review）杂志上。固态自旋色心是量子信息处理的重要研究平台，金刚石NV色心是其突出的代表。自从1997年德国研究团队报道了室温下单个金刚石NV色心的探测以来，金刚石NV色心在量子计算、量子网络和量子传感等方面都取得了重要进展。近年来，为了利用更加成熟的材料加工技术和器件集成工艺，人们开始关注其他半导体材料中的相似色心。其中碳化硅中的自旋色心，包括硅空位色心（缺失一个硅原子）和双空位色心（缺失一个硅原子和一个近邻碳原子），因其优异的光学和自旋性质引起了人们广泛的兴趣。其中室温下单个硅空位色心的相干操控虽然已经实现，但其自旋读出对比度只有2%，而且天然块状碳化硅材料中单个硅空位色心的单光子发光亮度每秒仅有10 k个计数，如此低的自旋读出对比度和单光子发光亮度极大的限制了其在室温下的实际应用。而室温下单个双空位色心的相干操控还未见报道。李传锋、许金时研究组利用之前所发展的离子注入制备碳化硅缺陷色心的技术[ACS Photonics 6, 1736-1743 (2019) PRL 124, 223601(2020)]制备了双空位色心阵列。进一步利用光探测磁共振技术在室温下实现单个双空位色心的自旋相干操控，并发现其中一类双空位色心（称为PL6）的自旋读出对比度为30%，而且单光子发光亮度每秒可达150k个计数。这两项重要指标相比碳化硅中硅空位色心均提升了一个数量级，第一次展现了碳化硅自旋色心在室温下具有与金刚石NV色心相媲美的优良性质，并且单色心电子自旋在室温下的相干时间长达23微秒。研究团队还实现了碳化硅色心中单个电子自旋与近邻核自旋的耦合与探测，为下一步构建基于碳化硅自旋色心体系的室温固态量子存储与可扩展的固态量子网络奠定基础。实验结果图：室温下单个PL6色心的光学与自旋性质。（A）单色心阵列荧光成像图，橙色圈内为单个PL6色心；（B）单光子发光特性；（C）荧光饱和行为；（D）光探测磁共振（ODMR）谱；（E）Rabi振荡；（F）自旋相干时间。由于高读出对比度和高单光子发光亮度在量子信息的许多应用中至关重要，该成果为基于碳化硅的量子器件开辟了一个新的发展方向。审稿人高度评价该工作：“该论文的发现解决了碳化硅色心量子技术应用中的一个关键问题，该发现将会立即促进许多工作的发展（The discovery reported in this paper addresses a key issue in the quantum technology applications of color centers inSiC. The discovery will stimulate many works immediately）”；“其中一些结果，例如对一些色心30%的读出对比度是相当了不起的（Some of these results such as the 30% readout contrast from some of the centers are quite remarkable）”。中科院量子信息重点实验室博士后李强、王俊峰副研究员为论文的共同第一作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省和中国科学技术大学的资助。李强得到博士后创新人才支持计划的资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwab122

复杂环境下的低表面能液滴操控对于混合液相分离、化学微反应废物处理等能源、环境与健康领域的应用发展具有重要指导意义。具有液体靶向运输控制功能的仿生结构表面为微滴操控提供了一种能耗更低、制备工艺更简单的解决策略。目前实现基底表面液滴智能运输主要依赖于材料润湿性梯度和结构的不对称性，且相关研究均集中于水处理。油等低表面能液滴的低接触角滞后和接触线滑移使其相比水运动路径更难控制，尽管具有亲油表面的传统圆锥形结构可以实现微油滴的自运输，但复杂环境下的实用性、大容量自发连续低表面张力微液滴输送系统是亟待解决的行业难题与挑战。如何突破现有微滴操控不对称性结构的功能局限实现微油滴气-液界面跨相传输提取更是鲜有研究。近日，西南科技大学微纳仿生系统与智能化研究团队李国强教授与海河实验室曹墨源研究员合作，受鱼刺微油滴操控功能、水稻叶表面各向异性液滴滑动现象启发，利用PμSL高精密3D打印（摩方精密，nanoArch S140，P150）技术制备了一种多仿生槽锥刺结构（BGCS）实现水下油滴的逆重力高效运输与收集。在非对称拉普拉斯压力和表面毛细力的协同作用下，所设计的2-BGCS结构具备在水下、空气以及跨气-液两相界面超快、连续传输油滴的功能，运输速度最高可达70.2 mm/s。与传统圆锥形结构相比，倾斜角20°时，2-BGCS结构的输送速度提高9倍。在逆重力传输油滴时，2-BGCS结构能够提升超过22 μL的重油滴，通量提升5倍，极大的改善了圆锥结构的功能与性能，且具有输运大体积油滴的潜力。仿生槽锥刺集油阵列装置表现出在水环境下连续、自发地收集油滴的性能。该研究为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了一种集成、通用的新策略，在水下微油滴收集系统、生物分析及污染治理等领域具有广阔的应用前景。评审人对该工作给予高度评价：基于锥形结构和沟槽结构的巧妙结合和功能设计为微流控等领域提供新的仿生策略。该工作以“Directional and Adaptive Oil Self-transport on a Multi-bioinspired Grooved Conical Spine”为题发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。西南科技大学机械工程2019级硕士生李耀霞和中国科学技术大学仪器科学与技术2021级博士生崔泽航为共同一作，通讯作者为李国强教授和曹墨源研究员。图1 仿生槽锥刺结构的设计与性能对比。受鱼刺和水稻叶启发，利用精密3D打印制备了不同槽个数的仿生锥形结构。梯度槽和锥形结构的结合，使仿生结构具备水下超快逆重力定向传输功能，对比不同槽数的仿生结构以及传统锥形结构，2-BGCS结构的运输效果最佳。图2 不同结构连续输送油滴及理论机制的比较。对仿生槽锥形结构、传统锥形结构以及对称圆柱结构在水下进行连续逆重力输送实验对比，微油滴在不同结构上连续运输的高度对比说明仿生槽锥形结构上的微油滴能够不断连续输送，且不影响下一次循环。基于不同结构对比实验，对油滴沿结构运输的模型进行机理分析。图3 仿生槽锥刺结构在不同环境下油滴运输的应用。基于仿生槽锥形结构水下逆重力油滴运输的优异性能，进一步探讨了在多环境下的油滴运输功能，不仅能够实现微油滴在空气中的超快输送，还可以实现气-液界面跨相油滴传输，集成收集装置能够实现水下油滴的大通量收集。小结综上所述，受鱼刺空中油滴定向输送以及水稻叶各向异性槽的启发，作者借助精密3D打印制备新型仿生功能结构，由锥形结构产生的非对称拉普拉斯压力和凹槽结构产生的表面毛细力的共同作用下，提高了油滴在水下传输能力，极大的改善了传统圆锥结构的功能与性能。同时，利用不对称结构实现油滴跨气-液两相界面的精准高效传输，仿生槽锥刺集油阵列装置实现在水环境下超快、连续收集油滴，为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了新的方法。微纳仿生系统与智能化团队一直致力于超快激光微纳精密制造和超精密3D/4D打印制造的基础研究与应用研究，以开发微纳功能结构、芯片、器件及集成系统为目标，服务于能源、环境、健康等重点领域。近年来，该团队报道了一系列高水平研究成果，包括水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020, 2005039），飞秒激光诱导自生长蘑菇头凹角结构微柱（Nano Lett., 2021, 21, 9301−9309 ACS Nano2022, 16, 2730-2740），激光3D打印和飞秒激光直写构筑仿鱼骨微液滴多相分流器、仿荻草叶保水功能“即插即用”式高效集水灌溉装置（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 9719 J. Mater.Chem. A, 2021, 9, 5630 Nano-Micro Lett., 2022,14:97），精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集、受蚊眼启发的激光织构化仿生多功用玻璃（Chem. Eng. J, 2020.125139 Chem. Eng. J,2021.129113），一种用于微样分析的仿生微滴操控器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 14741−14751）等40余篇。这些重要成果体现了机械工程学科在科学研究和人才培养方面的新成就。该研究受到国防科工局十四五基础科研计划项目、装备预研领域基金项目、国家自然科学基金项目、四川省科技创新基金等项目的支持。

微流控(Microfluidics)，是一种精确控制和操控微尺度流体，又称其为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片技术，是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。由于微米级的结构，流体在微流控芯片中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能。同时还有着体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点。 目前最普遍的微流控加工方式是基于SU-8光刻和PDMS翻模键合，首先采用SU-8光刻胶和常规光刻技术在硅基基底表面加工出具有微米精度、高深宽比的模具，然后将PDMS前体及其交联剂混合溶液浇注在此模具表面。经过升温固化处理、模具分离，制备出结构互补的弹性PDMS微流控结构芯片。该PDMS微流控结构芯片与玻璃基片经过一步可逆键合步骤，最终形成封装的微流控芯片。 PDMS的优点有：透光度高、荧光低；惰性好、生物兼容；易加工、成本低；防水透气、疏水；但是也有其缺点： (1)PDMS是热弹性聚合物材料，该类材料不适合于工业级注塑、封装工艺。手工加工的PDMS微流控芯片可靠性差； (2)PDMS微流控芯片批量加工成本高昂。随着3D打印技术的发展，采用3D打印制造微流控芯片越来越可行与方便。采用3D打印技术，可以显著简化微流控芯片的加工过程，在打印材料的选择上也非常灵活。3D打印微流控芯片有5个趋势，其一、从二维面芯片过渡到三维体芯片；其二、直接打印凝胶材质的微流控芯片；其三、针对微流控需要的3D打印工艺将会开发得到更多的重视；其四、基于打印工艺直接集成传感器及制动器到微流控芯片中；其五、基于3D打印的微流控芯片模块化组装，构成便携式POC系统。之前由于一些3D打印技术存在精度不够高，大部分在50~100μm精度，打印出来的通道不够小，打印通道的横截面粗糙，微通道透明度低等缺点，不适合用于微流体实验。制造体积更小、使用试剂量更少的微流控芯片的关键是需要一种具有非常高的打印分辨率的高精度3D打印机。深圳摩方以其专有的ProjectionMicro-Stereolithography（PμSL）工艺，是可以提供2 μm超高精度光固化3D打印技术解决方案的科技型企业，同时也开发了10μm和25μm高精度精度3D打印系统，支持打印高精度树脂、高强度树脂、耐高温树脂、柔性树脂、水凝胶、透明树脂、生物医疗树脂、韧性树脂和复合材料树脂。PμSL超高精度3D打印微通道极限加工能力测试PμSL超高精度3D打印微流控应用案例：岩心微流体阿联酋Khalifa University的T.J. Zhang教授和Hongxia Li博士，在知名期刊《Soft Matter》发表了一篇高质量文章“Imaging andCharacterizing Fluid Invasion in Micro-3D Printed PorousDevices with VariableSurface Wettability” 。研究人员在实验过程中使用微纳 3D打印设备，该设备具有2μm分辨率，50mm*50mm的加工幅面，加工微流控器件。这台设备来自深圳摩方材料公司，型号为nanoArch S130。基于微纳3D打印的微流控器件，结合多相流成像技术，研究微尺度多孔介质中的多相流动。 多孔微流控器件制造的工作流程如图（a）所示，第一步是对薄片图像或微CT扫描图像进行处理（红色部分），然后从处理后的图像中，选择一个区域并将其嵌入微模型设计中（蓝色部分），构建三维立体模型。第二步是使用切片软件将三维模型切成一系列图片，最后是通过2μm精度的微立体光固化3D打印机打印出微流控器件；（b）同一岩石模型在2μm和10μm两种不同打印精度下打印出的表面形貌；（c）打印的岩石模型（打印精度2μm）与微CT扫描图像（扫描精度8μm）的对比； 多孔介质中的流体渗透广泛存在于许多应用中，例如油气开采、二氧化碳封存，水处理等。流体渗透的动态过程会受到液体表面张力，多孔介质的表面润湿性，空隙拓扑结构以及其他参数的影响。在这项工作中，研究人员使用2μm精度的微立体光固化3D打印机打印出具有相似复杂孔喉特征的微模型。该模型的内部空隙结构来自于天然多孔介质（例如岩石）的薄片图像或微CT扫描图像。将不同的流体注入表面改性后的微模型中，我们可以借助于模型的高透明性直接在光学显微镜下观察和研究了在各种表面润湿性条件下的动态流体渗透行为。此外，我们还结合光学成像和数值模拟，系统地分析了残留液体分布，并揭示了四种不同类型的残留机制。 这项工作提供了一种新颖的方法，通过结合微尺度3D打印和多相流成像技术来研究多孔介质中的微尺度下的多相流动。 PμSL超高精度3D打印微流控应用案例：微型尖锐结构在声场激励下实现声流体芯片上非接触、损伤细胞搬运及三维旋转操作 北京航空航天大学机械工程及自动化学院的冯林教授课题组学生宋斌博士在国际期刊《Biomicrofluidics》发表了一篇高质量文章“On-chiprotational manipulation of microbeads and oocytes using acoustic microstreaminggenerated by oscillating asymmetrical microstructures”。研究人员在实验过程中使用了深圳摩方材料科技有限公司微尺度3D打印设备S140，该设备具有10um精度的分辨率，94*52*45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了尖锐侧边和尖锐底面微结构，通过PDMS二次倒模并与玻璃基底键合形成声流体芯片。该声流体芯片通过声波激励压电换能器振动，从而带动芯片内微结构振动在其周围产生局部微声流，最终实现卵细胞的三维旋转。该研究在细胞三维观测、细胞分析及细胞微手术方面有重大研究意义。 声流体芯片制备工艺如上图所示，先通过深圳摩方（BMF）10μm精度的微立体光固化3D打印机S140打印出微米级别的尖锐侧边和尖锐底面微结构(最小尖端20°)，再倒模出纯PDMS模具，然后经表面处理之后二次倒模获得的PDMS尖锐侧边和尖锐底面微结构。最后把PDMS二次倒模的结构与玻璃基底键合形成声流体芯片。 本研究声流体芯片的实验操作系统如上图a所示，主要观测系统和驱动系统两部分组成。上图b展示了声流体芯片的概念图，由受正弦信号激励的压电换能器振动，带动尖锐侧边和尖锐底面微结构振动，从而在相应的微结构周围产生微漩涡（如上图c所示）。在由微漩涡产生的扭矩作用下，最终实现了细胞的三维旋转。对应的微流道及微结构尺寸如上图d-f所示。 细胞三维旋转作为一项基本的细胞微手术技术，在单细胞分析等领域有着重大科学意义和工程意义。本文提出了一种基于声波驱动微结构振动诱产生微声流以实现细胞搬运及三维旋转的简单有效的方法。细胞旋转的方向和转速均可以通过施加不同频率和电压来实现。本研究以单细胞为操作对象，以微流控芯片为手段，以高通量全自动化多功能微操作为目标，为促进我国在微操作技术领域的发展以及生物医学工程交叉学科的革新，进一步为加强我国微纳制造水平提供系统性方法。 深圳摩方PμSL技术在超高精度、高效率加工方面有突出的优势，同时这一3D打印技术已被工业界和学术界广泛应用于复杂三维微流控芯片和微通道器件加工，在多个知名刊物发表成果。

冻干工艺精准操控Lyovapor&trade L-300实现全自动终点判定冻干应用”1简介冷冻干燥是一个独立的过程，在这个过程中实时分析样品是比较困难的，特别是检测其残余水分含量。工艺优化，特别是获得干燥和稳定产品所需的工艺时间，通常依赖于反复试验的方法。在本文中，使用了不同过程分析技术的组合来确定实验室冷冻干燥机(Lyovapor&trade L-300)中甘露醇溶液一次和二次干燥的终点。在加热隔板上使用西林瓶，通过对样品参数的原位测量间接跟踪干燥过程，可以在运行的冷冻干燥循环中即时调整过程时间。它有助于根据产品所需的残余水分含量更快地优化参数。此外，这些分析技术为监测过程的再现性提供了必要的工具。2实验设备Lyovapor&trade L-300 Pro, BÜ CHI Labortechnik AG电容和皮拉尼压力计，Pt 1000 热电偶冷冻干燥瓶，标称体积 10.0 mL, Schott AGLyo 三角橡胶塞，Wheaton陶瓷板磁力搅拌器硼硅玻璃烧杯和量筒分析天平(精度±0.1 mg)实验室 -50°C 冷冻柜3试剂和耗材甘露醇 97,0 - 102,0 Ph. Eur. , USP, VWR Chemicals (25311.366) 去离子水4实验流程4.1 实验部分制备 100mg /mL 甘露醇去离子水溶液。使用容量分配移液管将甘露醇溶液装入120个冷冻干燥瓶(每瓶 5.0 mL)。在每个小瓶上放置一个三脚橡胶塞，以便在冷冻干燥过程中去除水蒸气。一个 Pt 1000 热电偶被放置在两个制备的冷冻干燥小瓶的“中心底部”。在室温下，将这些小瓶放在两个铝制框架的冷冻干燥隔板上(每个架子 60 个小瓶)。在每个隔板上，一个装有热电偶的小瓶被直接放置在隔板的中心。热电偶连接到各自的隔板上。隔板插入到 Lyovapor&trade L-300 的金属支架上。一个空的冷冻干燥隔板被放置在上层，西林瓶包括隔板，以确保两个样品隔板接收到同样的热量。将包含隔板和样品瓶的支架转移到 -50°C 的冷冻室预冻 24 小时。4.2 方法编程冷冻干燥按照表1设定的隔板温度、真空度和时间运行。表1. 详细的 Lyovapor&trade L-300 冷冻干燥工艺用于 50 mg/mL 甘露醇溶液的西林瓶冷冻干燥步骤_1234阶段加载初级干燥次级干燥持续时间_4h12h1h20min6h隔板温度℃-4020204040加热梯度℃/min_0.2500.250压力 mbar_0.10.10.10.1初级干燥采用温差试验、压差试验(比较压力测量)和升压试验三种自动终点试验。表2.初级干燥阶段终点确定的设置温差试验压差试验升压试验极限：1.0℃极限：0.05mbar极限：0.06mbar试验时长：30min试验时长：30min试验时长：30s*开始时间：12h*开始时间：12h**开始时间：11h55min__重复时长：60min**是否继续：是**是否继续：是**是否继续：是是否通知：是是否通知：是是否通知：是* 开始时间的值表示在初级干燥的程序阶段结束之前的测试开始。** 如果所有测试都成功，将自动启动第二阶段，并继续进行干燥过程。其中，温度和压差测试直接从初级干燥阶段的第 2 步开始(见表2)。升压测试的压力极限设置为 0.060 mbar，测试时间为 30 秒。第一次升压试验在初级干燥第 2 步进行 5 分钟后进行，每 60 分钟重复一次。表3. 次级干燥阶段终点确定设置温差试验压差试验极限：1.5℃极限：0.05mbar试验时长：30min试验时长：30min*开始时间：6h*开始时间：6h**是否继续：是**是否继续：是是否通知：是是否通知：是*时间，从干燥阶段结束开始。**如果所有测试都成功，将自动启动下一阶段(封塞、保持)，并进行干燥过程。其中，在温差和压差测试中，测试时间设置为 30 分钟，从步骤 4 开始直接开始测试。5实验结果5.1 温差试验图1 和 图2 为小瓶甘露醇样品冷冻干燥的温度和压力曲线。在图1中显示了两个隔板上样品温度。热电偶测得初级干燥主要部分的产物温度在 -7℃ 左右。随着水分含量和升华速率的降低，产品温度升高，在初级干燥结束时达到隔板温度。经过16.0小时的干燥时间，达到了温差试验的标准。▲ 图1. 隔板(红色)，样品 Pt 1000(蓝色，蓝绿色)和 Lyovapor&trade L-300 冰冷凝器(粉红色)的温度测量。相应的，在设定冷凝器压力为 0.100 mbar 时，电容式压力计测得的干燥室内实际压力平均值为 0.150 mbar，如 图2 所示。在冰升华过程中，由依赖气体的皮拉尼压力计获得的压力值比电容压力计测量的压力值大约1.6倍。随着冰含量和升华速率的降低，皮拉尼压力计的压力值接近电容压力计的测量值。▲ 图2. 外部电容(绿色)压力计和皮拉尼(红色)压力表以及内部压力计(黄色)测量的压力。▲ 图3. 电容式(绿色)压力计与皮拉尼式(红色)压力计的计算压差如 图2 所示。图3 显示了从两个外部压力表(皮拉尼压力计减去电容压力计)的值计算得出的数值差异。在大约15.5小时的干燥时间后，达到了压差测试的标准。升压试验结果如图1和图2所示。在皮拉尼和电容式压力计的曲线(图2)中可以看出，尽管中间阀关闭，干燥室内的压力上升是由于水蒸气的持续升华造成的。在冰升华过程中，最初的高压上升值在初级干燥结束时大幅下降(棕色尖峰)。初级干燥 16.3 小时后达到升压试验标准。相应的，从设定的隔板温度曲线可以看出图1中升压试验的时间点。每次进行升压试验时，架子的加热在试验期间自动暂停。由于最后一次初级干燥终点测试在 16.3 小时后成功，因此与最初设定的初级干燥时间相比，样品干燥状态的自动检测将初级干燥阶段延长了 0.3 小时(见 表1)。随着升压试验的完成，所有设定终点试验均顺利完成，冻干循环自动进入次级干燥阶段。这种原位跟踪防止了在所有冰升华之前过早过渡到二次干燥阶段。所有三种测试对终点的估计时间大致相似，约为 15.5 至 16.3 小时。在次级干燥阶段，从产品中去除未冻水导致皮拉尼计记录的压力值在干燥时间约 18 小时(红色曲线)增加，如 图2 所示。除水后，总干燥时间 22.5 小时，压力曲线接近电容式压力计测量值，满足压差试验标准。23.1 小时后，隔板温度曲线与样品温度曲线符合，温差试验也成功完成(见 图1)。最后，在冷冻干燥过程结束时，干燥循环自动进入保持阶段。在应用西林瓶冷冻干燥工艺中获得了具有可接受视觉外观的干粉。▲ 图4. 装有甘露醇的最终冻干瓶6实验结论本申请说明探讨了过程分析技术(PAT)在冷冻干燥过程中的适用性，重点是监测干燥室压力和样品温度，以评估样品的干燥状态。研究表明，这些过程分析技术与压差、压升和温度测试的自动端点确定设置相结合，可以在不中断样品水分含量分析过程的情况下估计实际干燥时间。通过防止过早过渡到下一个干燥阶段，如次级干燥或保持，提出的方法提高了工艺效率。这些端点测试的集成有助于干燥过程的精确控制和可靠性，从而获得所需的产品属性，如最佳干燥度和视觉外观。研究结果确定了在Lyovapor&trade L-300冷冻干燥机中使用单独或联合终点测试来准确确定终点的有效性。7参考文献本文档是与 TH Kö ln 的 Heiko Schiffter 教授合作创建。

“我们证实了利用硅基光学超表面通过三次谐波在红外成像上的潜力，为通过非线性硅基纳米光子学来研发下一代红外成像技术迈出了重要一步。”英国诺丁汉特伦特大学教授徐雷表示。图 | 徐雷（来源：徐雷）当前，刚好也是光学超表面研究，从理论向应用转向的一个过程，因此本次成果非常及时。同时，在本次课题的理论设计上，徐雷等人利用连续体中的束缚态概念，来实现任意品质因子纳米结构的操控，这为降低光源强度依赖性提供了很好的思路。首先，本次成果可被用于夜视技术，从而集可见光、以及红外光成像于一体，利用普通的硅基探测器直接实现高性能的夜间红外探测。其次，本次成果可被用于医学检测，通过将红外光转到到可见光波段，根据光学探测蛋白质结合和构象变化、药物分子与靶标分子之间的相互作用等，从而在检测端口实现对于红外光背底噪声的完全抑制，进而助力于提高医学检测的灵敏度和性能。再次，本次成果可被用于食品检测和国防安全，即结合非线性超表面、以及可调谐非线性超表面，有望实现红外波段的超分辨成像技术。（来源：Opto-Electronic Advances）让红外图像转换为可见光一直以来，红外探测被广泛用于各个领域，比如通过测量材料对红外辐射的吸收，可以提供关于分子结构和化学键的信息，故在医学诊断、视频质量控制、环境监测、夜视和安全等领域都有着很大潜力。红外探测的不断创新和发展，将有望推动其在医疗、食品、环保和安防等方面的应用。然而，红外探测技术的当前挑战在于：红外探测器大部分基于热探测器，尽管成本较低但是速度较慢，而且灵敏度不足，严重限制了其性能。半导体探测器作为另一种选择，虽然具有高灵敏度的优势，但其常常需特殊冷却、以及复杂的处理工艺，要么就是需要极低温度来维持适当的性能水平。这些技术难题限制了红外成像系统的灵活性和可靠性，影响了其在各种应用场景下的性能。因此，红外成像领域迫切需要创新性解决方案，以克服当前技术的局限性。而这可能涉及新型材料的研发、更高效探测器技术的研发、以及新型冷却和处理方法的研发。过去十多年中，由亚波长尺度介质谐振器组成光学超表面结构，受到广泛关注。这种结构可以增强光电磁场的局域效应。通过巧妙设计这些结构，就能调控入射光的相位、振幅、偏振以及近场光局域的程度。同时，光学超表面具有高度的灵活性和功能性，并已经在光学领域取得许多新成果，例如替代传统光学元件的透镜、棱镜和偏振器，这不仅减小了传统光学系统的体积，还能带来性能的提高。通过非线性过程，可以实现红外光的频率转换，为将红外转换为可见光提供手段。这样一来，只需使用普通且廉价的硅基探测器，就能实现红外成像。此外，不同的非线性混频过程可以提高能量利用效率，为实现高效红外成像系统提供可能性。而对于超表面来说，它在微型化、灵活性和轻量化方面展现出的独特潜力，更是为实现新一代红外成像技术提供了很好的平台。以上，也是徐雷团队本次课题的出发点。研究中，他们利用结合非线性光学超表面的方法，通过非线性光学这一过程，可以让红外图像转换为可见光，从而让普通硅基探测器直接探测红外图像成为可能。（来源：Opto-Electronic Advances）当亲眼看到绿光的时候......据介绍，徐雷对于成像技术和非线性光学一直充满兴趣。此前在澳洲工作时，他就曾与当时的合作者使用二次谐波和频过程实现红外探测。在当时，他们是第一个开展该类尝试的科研团队。自 2016 年起，徐雷开始深入研究非线性纳米光子学。彼时，Mie 共振机制和理论，在纳米光子学领域的发展越来越快，这不仅为各种体系的应用提供了框架，还能为预测光的传播特性带来指导。期间，徐雷积累了不少关于非线性纳米光子学方面的知识。2020 年 9 月，他来到英国诺丁汉特伦特大学，与该校的莫赫森拉赫曼尼（Mohsen Rahmani）教授以及应翠凤讲师，共同组建了先进光学与光子学实验室。“Rahmani 教授偏重于样品加工，他对于材料领域以及相关应用的研究有着很深的功底。应翠凤女士则在纳米光学和生物探测上具有很丰富的经验。我们仨的技能正好互为补充、各有所长。”徐雷表示。在研究材料属性、结构设计、以及 Mie 共振等手段，在实现非线性光场增强和光场的操控之后，他们三位以及博士生郑泽开始考虑如何将非线性光学与解决实际问题相结合，随后不久启动了本次课题。结构材料与参数设计，是摆在面前的第一个问题。要想最终实现应用化，必须从非线性材料的角度，考虑后期器件的集成化。鉴于硅材料本身具有良好的非线性效应，再加上硅的加工工艺相对成熟，于是他们选择硅作为研究材料。原因在于：这样不仅能够考虑到非线性效应，还能充分利用硅的加工工艺，从而加工复杂的结构，进而增强红外光到可见光的转化效率。证明上述方案的可行性之后，他们开始进入实验阶段。由于徐雷自身的研究方向，介于理论与实验之间。因此，他一般会在实验前先进行理论模拟。但是，实验并非一帆风顺，尤其是最初得到的信号与预期不符。徐雷说：“可能大部分人会在这时候觉得比较受挫。但是，这些看似不成功的实验数据，实际上是我最感兴趣的部分，因为它们或许可以指出理论和实验上的待改善之处。”在他看来，如果所有实验结果都和理论预期保持一致，反而并不是最好的。科学史上的很多关键性进步，都是基于一些失败的实验数据启发而来。举例来说，他们在最初设计器件结构时，曾尝试通过高品质因子的结构来实现光局域增强。然而，实验结果显示高品质因子并非最佳选择。这种意外的实验结果，也促使他们进一步完善理论模型、以及改进实验方案，进而也引发了他们对于使用连续光和超快光，在成像以及传感上的思考，并为研发红外成像技术带来了一定启发。（来源：Opto-Electronic Advances）同时，完成本次课题组的过程，也是徐雷培养自己第一个博士生的过程。这名博士生便是前面提到的郑泽。研究中，师生之间形成了互相学习的良好互动。徐雷也有意识地让郑泽更多地参与光路搭建，以培养独立设计实验的能力。“尤其重要的是，我一直注重培养他的科研自信心，鼓励他提出独立的想法，以及相信自己的能力。”徐雷说。搭建非线性测试系统的时候，郑泽是第一次涉足这类系统的搭建。当他第一次看到非线性信号产生，并能亲眼看到绿光的时候，郑泽的兴奋之情感染了整个实验室。徐雷说：“作为导师，看到他如此投入和满足的表情，让我和 Mohsen 教授还有应翠凤女士都感到无比欣慰。”在三位老师以及郑泽的努力之下，本次成果显示了硅基光学超表面在非线性纳米光子学领域的应用前景，这不仅为非线性光学的实际应用提供了新思路，也为后续开展更深入的研究奠定了基础。最终，相关论文以《谐振硅膜超表面的三次谐波产生与成像》（Third-harmonic generation and imaging with resonant Si membrane metasurface）为题发在 Opto-Electronic Advances（IF 14.1）。郑泽是第一作者，英国诺丁汉特伦特大学的徐雷教授和莫赫森拉赫曼尼（Mohsen Rahmani）教授担任共同通讯作者。图 | 相关论文（来源：Opto-Electronic Advances）接下来，他们将在理论方面继续深入发掘，以期增强红外光的转换效率，同时不断压缩红外成像对于光源能量的要求。同时，也将重点考虑器件的集成化和多功能性、探索如何将图像信号处理和光谱信息提取等功能结合起来、以及如何利用超表面实现多功能成像芯片器件，从而更好地走向应用。徐雷继续表示：“另外，我想提到一点的是，每个人的技能不一样，对事物的看法不一样。有时一个纯实验工作者随口的一句话，可能会激发理论工作者的重要灵感。”而一个纯理论的学者，可能也会为实验方案起到画龙点睛的作用。就以数学研究和物理研究为例：物理中有很多不同的现象和机制。但是，一个数学家可能不会去关注不同的现象，而是直接从公式上看到各个现象和机制的关联之处。同时，这些关联往往也是实现物理突破的关键点。“有时候我们以为的非专业人士，反而给出更深刻的见解。因此，和不同知识背景的人合作，对于科研来说非常重要。”徐雷最后表示。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程研究室副教授李保庆与美国加州大学戴维斯分校教授潘挺睿合作，提出并实现了一种具有纳升级精度的液体移取技术。该技术结合普通移液器技术与微流控打印技术，利用微流控芯片可控产生纳升体积的液滴，以单个液滴为最小单元，实现了纳升级精度液体的吸取与分配。该成果以High-Precision Digital Droplet Pipetting Enabled by a Plug-and-Play Microfluidic Pipetting Chip& nbsp 为题，发表于工程技术期刊Lab on a Chip（2018,18, 2720-2729），并入选当期封面 （Front Cover)。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在生物、化学应用中，对液体试剂的操控是其中最基本的一项操作。而移液器是当前使用最为广泛的一种便携式液体操控仪器。它基于气动活塞式原理进行吸液和分液。对于这种工作方式，在进行微量液体移取，如液体体积小于1微升时，误差急剧上升，移取精度难以保证。该论文提出一种完全不同于现有工作原理的新型数字液滴式移液法，将当前移液器的分辨率提高两个数量级以上，对亚微升体系液体操控的误差可以减小两个数量级。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 文中，作者利用微流控冲击打印的方式产生具有高度一致性的纳升量级液滴。区别于芯片内液滴微流控的方法，液滴打印的位置可以随意选取，并且关键一点是可以按所需求的液滴数目来进行打印。单个纳升量级的液滴作为最基本的单元即最小分辨率，以数字化的方式通过累积单个液滴单元的数目来实现不同剂量的液体分发。在这款纳升级精度的移液器中，通过一个小型的打印装置对存有液体的微流控芯片进行敲击，在敲击的过程中实现微液滴的产生。结合传统移液器和新型微流控冲击打印技术，这种新型的移液器不仅具有传统移液器所不具备的高分辨率和高精度，并且在其吸取和分发液体的操作性上同传统的手持式移液器一样方便易用。该设备可广泛应用于各种高精度液体操控的实验。例如，利用该设备可以直接稀释获取不同浓度试剂，取代以往的连续稀释产生浓度梯度的方法，不仅操作简单，节省昂贵试剂，更重要的是避免连续稀释过程中巨大的误差累积。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 近年来，课题组围绕微流控打印新技术，研究利用微液滴阵列进行高通量生化反应的新方法，取得了一系列丰硕成果，文章先后发表于Lab on a chip（2017, 17, 2198，Back Cover），Biomicrofluidics（2015, 9, 054101 2018, 12, 034107）。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 工程科学学院博士生毛宇昕为该论文的第一作者，李保庆和潘挺睿为该论文的共同通讯作者。这项工作得到国家自然科学基金、海外及港澳合作基金支持。 /p p /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/381e50b7-75b0-425e-8c40-ced168c6a3b6.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 数字液滴移液器用于微小体积液体操纵 br/ /p p /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/d4b6edc1-a6fd-468d-a3e5-1a06f70ead58.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 左图：数字移液器组成。右图：数字移液器可手持操作（右上）；采用一次新芯片避免试剂交叉污染（右下） br/ /p p br style=" text-indent: 2em text-align: left " / /p

自然进化使得生物材料具有最优化的宏观和微观结构、自适应性、自愈合能力以及优异的机械性能、润湿性、粘附性等多种特点。随着仿生学的深入开展，人们不仅从外形、功能去模仿生物，而且还从生物奇特的结构中得到不少启发进行仿生制造。自然界的动植物就给我们提供了很多功能性结构的灵感从而设计出不同应用领域的仿生材料。 仿生材料，其研究起源于对天然材料的详细考察，通常是指模仿生物的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工材料。根据仿生材料所针对的天然生物材料的不同特性，仿生材料可以包括仿生高强度材料、仿生超亲水/超疏水材料、仿生高黏附材料、仿生智能薄膜材料以及仿生机器人等。 仿生材料来源于对天然材料的模仿，又与实际应用关系密切，多功能表面的仿生微结构如超疏水表面结构就是受植物叶子启发所设计，如根据荷叶不会粘上水珠这一现象仿生制备了超疏水薄膜，通过仿生牙釉质微观结构制备坚韧仿生材料用于飞行器等。经过近些年仿生材料领域科学家的努力，荷叶表面、猪笼草、蜘蛛丝、水黾腿部等的微观结构都已经被揭示出来，并成为设计制备仿生材料的重要指导依据，其在自清洁，抗腐蚀，油/水分离，微反应器和液滴操作等均具有非常广泛的实际应用。 尽管仿生材料研究正处于一个蓬勃发展的阶段，但目前传统制造技术很难仿造出自然界中复杂的微结构，越来越多的研究人员考虑用3D打印的加工方式来弥补传统加工方式的不足。摩方超高精度3D打印设备就为这种复杂的微结构加工提供了可能，其分辨率高达2μm，具有高分辨率、超高精度、跨尺度加工、适用材料广、加工效率高、加工成本低等诸多特点，非常适用于制作微尺度的复杂三维结构。 下面就列举了一些摩方超高精度3D打印系统制备的仿生微结构案例，希望能给大家带来一些启发，为仿生领域提供一种高效的加工手段； 一、仿生麦芒结构： 麦芒上分布着许多取向性坚硬倒刺使其表现出摩擦各向异性特征，通过研究其结构特征能够揭示出其背后的科学机制； 同天然麦芒相比，3D打印麦芒上面的倒刺尺寸、排布密度和倾斜角度可自由调控，并能够很好地与被接触基底表面进行相互作用，实现摩擦各向异性的最大化； 文章链接地址： Small（DOI: 10.1002/smll.201802931） 摩方设备打印样品：微结构尖端最小尺寸：8μm，使用设备：nanoArch S130，分辨率：2μm 二、仿生仙人掌簇状的针型微结构 : 仙人掌刺微结构有助于水滴的凝结和运输,通过3D打印可改变仙人掌刺微结构表面的疏水性能以进一步增加水滴凝结的速率 文章链接地址： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admi.201901752 此类簇状针型微结构同样可利用摩方超高精度3D打印系统制作，能够直接快速成型，分辨率2-10μm，最小细节可达5μm； 三、仿生槐叶萍固液气界面表面结构（气膜恢复机理）： 水下固液气界面在大压强、高流速以及气体扩散等因素的影响下易发生失稳甚至消失，这严重影响了水下生物的生存条件以及固液气界面的工程应用，而槐叶萍却具有极强的环境适应能力，这源于其表面特殊微结构产生气膜的作用。通过研究槐叶萍表面的微结构及其水下固液气界面力学特性，能够发现一种新的水下固液气界面稳定性机理； 文章链接地址： https://www.pnas.org/content/117/5/2282?iss=5 以下为通过摩方3D打印设备制造的槐叶萍叶片表面，基于实际槐叶萍叶片尺寸放大10倍打印，以验证这种结构仿生机制的可行性； 使用设备：nanoArchS140，分辨率：10μm；圆柱直径300μm，底部最小缝隙10um左右； 四、仿生叶片的超疏水打蛋器微结构： 传统制造技术很难仿造出此类复杂的微结构，而利用3D打印方式可以灵活实现出研究者想要的臂数以调节表面结构与水滴的粘附力；此类结构可以作为‘微型机械手’来操控微液滴，也可用于油污的吸附和高效油水分离 文章链接地址： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704912/epdf 摩方设备打印样品：最小杆径：30μm，使用设备：nanoArch S130，分辨率：2μm 五、仿生微针结构： 微针（MN）是一种长度为数百微米的微型针，由于其微创，无痛且易于使用的特性而受到了广泛的关注；仿生微针在组织中具有持续的药物释放行为，其在软组织应用中具有的强大潜力，在经皮下给药、组织伤口愈合、长期体内药物传递和生物传感方面具有丰富的应用前景； 此案例作者基于PμSL技术，制备出具有倒刺结构的高粘附性仿生微针； 文章链接地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201909197 摩方3D打印系统打印的其它微针结构： 最小尖端直径：15μm，使用设备：nanoArch S140，分辨率：10μm，层厚20μm 结尾： 以上，是超高精度3D打印在仿生领域的应用分享，除了上述介绍的具有代表性的仿生材料以外，还有许多其他仿生材料也在迅速发展，例如仿鲨鱼皮、仿蘑菇头、仿蜂巢、仿水母等；而摩方的超高精度3D打印技术，分辨率高达2μm，并能兼顾大幅面，目前还在进一步丰富打印材料库，如水凝胶材料，磁性功能材料等，将进更好地服务仿生微结构的加工和验证。

随着工业4.0浪潮的持续深化，高精度、智能化、集成化的测量仪器成为推动制造业转型升级的关键力量。2024年上半年，众多仪器厂商凭借其深厚的技术积累和创新能力，推出一系列几何量精密测量仪器新品，不仅提升了测量技术的边界，更为智能制造注入了新的活力。本文特对2024年上半年上市新品进行盘点，以飨读者。（本文产品信息来源网络公开信息，如有遗漏，欢迎留言补充。联系邮箱:niuyw@instrument.com.cn）海克斯康 SmartScan VR800智能蓝光扫描系统3月，海克斯康发布SmartScan VR800智能蓝光扫描系统。该新品是首款配备自动变焦镜头的结构光3D扫描仪，拥有智能分辨率、智能变焦和智能抓拍三大创新功能。它专为提高工作效率而设计，通过简单的软件设置，即可完成扫描分辨率和测量范围的快速调整，为用户实现精确、高效的扫描测量提供了前所未有的创新体验。 OCTAV HP高精度复合式影像测量专机4月，在2024中国数控机床展览会（CCMT）期间，海克斯康发布重量级新产品——OCTAV HP高精度复合式影像测量专机。该产品精度高达0.4μ+，是一款为满足用户对于高精度、高性能、高稳定性测量需求而设计的高端复合式影像测量专机。该新品将行业内先进的测量传感技术，包括高精度的接触式触发和扫描技术，基于影像测头的视觉检测技术，基于共聚焦白光测头的光学扫描测量技术等，定制化集成到一台测量设备上，实现了一机多能以及高精度复合式测量。OCTAV HP亚微米级别的影像测量功能结合先进的多传感器融合技术，适用于航空航天、半导体、新能源、3C电子、医疗等行业领域。蔡司CAPTUM三坐标测量机3月 28 日，深圳ITES展会现场，蔡司盛大推出全新三坐标测量机CAPTUM。新品具有安装快捷、服务便利、操作简便等优势，为企业提供坚实可靠的质量保障。值得一提的是，CAPTUM 家族首次引入“Plug and Play”即插即用设计概念，让用户操作更为便捷。其高适配的应用场景特点，更是让三坐标的应用变得更简单易用。4月，在第十六届重庆国际电池技术交流会/展览会（CIBF 2024）上，蔡司发布O-INSPECT 863 Duo多用途复合式坐标测量机，该新品是一款集成了三坐标测量功能、影像测量以及显微镜检测功能的复合式测量设备，配备连续扫描接触式测量、高倍率变焦影像镜头等，广泛应用于电子、医疗、汽车、航空航天领域的复杂工件的形位公差测量及缺陷检测。天准科技CM系列三坐标测量机4月，在第十三届中国数控机床展览会（CCMT 2024）上，天准科技发布CM系列三坐标测量机，该新品以超高精度 0.3μm 国家重大专项复合测量机技术背景为研发基础，目前拥有CMZ/CMU/CME 三大系列，集Vispec Pro软件系统、HSP测头/TR50旋转测座探测系统、驱控一体TCC电控、直线电机驱控技术四大自研技术为一体，同时创新性地将工业级的碳化硅陶瓷材料运用在高端系列机型上，重新定义行业精密测量标准，广泛应用于汽车、模具、机械加工、精密制造、计量院所、航空航天等领域。6月18日，在第十六届中国国际机床工具展览会(CIMES)上，天准科技发布了全新VMZ超高精度影像仪。该新品在测量精度以及稳定性上实现了跨越式提升，测量精度高达0.8μm，最大倍率高达4000倍。出色的测量精度和稳定性，使其能够轻松应对各种复杂测量任务，适用于半导体、微组装、光通信等高精度测量场景。思看科技NimbleTrack灵动式三维扫描系统4月9日，思看科技发布NimbleTrack灵动式三维扫描系统和NimbleTrack灵动式三维扫描系统。NimbleTrack集全无线、不贴点、双边缘计算、一体成型架构于一身，精准驾驭中小型场景动态三维测量场景，其扫描仪和跟踪器深度集成高性能芯片与嵌入式电池模组，实现了全域无线测量和高速稳定的数据传输，开启工业计量智能无线新时代。AM-CELL C系列自动化3D检测系统AM-CELL C系列自动化3D检测系统创新性融入核心单元设计理念，集易部署、易操控、高拓展性、全方位安全于一体，为中小型零部件检测打造自动化交钥匙解决方案，探寻智能制造更多可能。中图仪器WD4000系列无图晶圆几何量测系统2月，中图仪器针对晶圆几何形貌量测需求，基于在精密光学测量多年的技术积累，历经数载，自研了WD4000系列无图晶圆几何量测系统，适用于线切、研磨、抛光工艺后，进行wafer厚度（THK）、整体厚度变化（TTV）、翘曲度（Warp）、弯曲度（Bow）等相关几何形貌数据测量，能够提供Thickness map、LTV map、Top map、Bottommap等几何形貌图及系列参数，有效监测wafer形貌分布变化，从而及时管控与调整生产设备的工艺参数，确保wafer生产稳定且高效。3月，中图仪器发布Mizar Silver三坐标测量机，融汇多项核心创新技术，采用低热膨胀花岗岩导轨系统、环抱式气浮支撑系统、Z轴柔性平衡设计、高刚性传动系统、空间21项结构误差补偿技术等，并装载全自主化运动控制器与测头测座系统，自主化三坐标测量软件PowerDMIS。先临三维FreeScan UE Pro2 无线高速激光手持三维扫描仪5月，先临三维发布FreeScan UE Pro2 无线高速激光手持三维扫描仪。此番创新融合了嵌入式边缘计算模块，实现无线传输功能，为用户带来了前所未有的操作自由。这款新品借助内置的嵌入式边缘计算模块与灵活的移动电源支持，可以更加游刃有余地获取高精度三维数据。基恩士VM-6000大范围三坐标测量仪5月，基恩士发布VM-6000大范围三坐标测量仪，通过接触探头、激光扫描探头，单人即可在现场测量大型产品的尺寸、形状。新品测量范围由原来的15m扩大到25m，适用于各行各业的大型产品。Qualifire&trade 激光干涉仪2024年初，阿美特克 旗下Zygo公司宣布发布其最新的激光干涉仪Qualifire&trade 。Qualifier加入了一系列高端干涉仪解决方案，旨在支持半导体、光刻、星载成像系统、尖端消费电子产品、国防等行业中最苛刻的计量应用。这款干涉仪在不牺牲性能的情况下，将显著的增强功能集成到一个更轻的小型封装中。秉承Zygo在计量领域的卓越标准，Qualifire&trade 不仅确保了高精度，更通过精细化的人体工程学设计优化了用户交互体验，使操作更为高效，部署更加灵活，完美平衡了性能与便捷性。综上所述，2024年上半年发布的一系列新品，在高精度、集成化、智能化、自动化、便捷性与易用性等多个维度实现了显著突破与创新。这些技术的深度融合可大幅提升生产效率与灵活性，降低对人工的依赖，助力企业降本增效。这一系列创新成果，无疑为工业4.0智能制造的加速推进提供了强有力的技术支持和保障。

近年来，半导体行业飞速发展，节点技术不断缩小，EUV（紫外）和电子束技术成为佳选择，对例如晶圆，光罩，光束对准，光学元件，反射镜等的纳米加工要求也逐步提升。尤其是对于想要实现纳米精度的快速和长距离运动，需要闭环运动控制的传感器，且这种传感器必须满足生产和质量保证过程的高标准（超高真空（UHV）和洁净室兼容性的要求）。而对于暴露于高温以及随着对晶圆尺寸越来越大的需求，在大行程范围内实现超高精度是非常必要和迫切的。 attocube是纳米精密应用专家，研发团队根据法布里-佩罗干涉仪原理开发的基于激光干涉的位移传感器IDS3010获得了保护[1]。IDS3010 能够实现运动控制和位移检测，具有皮米分辨率、纳米精度和高达 25 MHz 的实时数据输出。基于光纤传输的IDS3010提供了三个通道，用于测量多轴载物台位移以及确定其角度的变化。UHV兼容的微型传感器头为不同的应用案例和设备集成提供了高度的灵活性。与半导体行业中的晶圆多自由度（multiple degree of freedom，DOF）的位置控制这一典型应用契合。 图1a显示了“传统”的基于载物台控制的应用，其中移动载物台配备了两个反射镜，激光探头固定在机架上。图1b显示了另一种xy平台控制的方式，其中传感器头固定在移动载物台上，反射镜固定在框架上。可实现这种方案的原因是attocube研发的传感器头是基于光纤的，而且它们的尺寸和重量也很小（外径仅为14 mm，重量仅为7 g）。图1突出显示了IDS3010在xy方向上的控制应用，而且我们的激光干涉仪能够在各种环境和工作距离（长达5米）下工作，为其他运动控制应用提供了无限的可能性。 图 1：显示了两个 xy 方向控制应用示例：a） 安装在移动载物台上的晶圆，其中连接了反射镜。三个传感器头固定在框架上。载物台的xy运动由IDS3010控制。b）显示了另一种可能的应用，其中微型传感器头安装在移动晶圆台上，而反射镜固定在框架上。 实验装置测量设置与图1a所示的示例类似，由一个电磁驱动xy位移台组成，该电磁位移台沿x轴的行程范围为1米。在移动载物台上放置了两个高质量的平面反射镜，用作测量表面。为了控制载物台位置，我们使用了带有三个固定准直传感器头的IDS3010（型号M12 / C1.6 / wf）。 IDS3010允许通过可用的实时数据输出（正弦、AquadB、HSSL、线性模拟输出）进行即时位置反馈。这些接口为闭环定位控制系统提供实时输入。对于实验室的测试，研究者们使用具有5 MHz带宽和纳米分辨率的正余弦数据输出。由于显示的测试是在室温环境条件下执行的，因此使用环境补偿单元（ECU）来确保测量的准确性[2]。在精密半导体加工的真空条件下不需要环境补偿，也同样能保证纳米的测量精度。 两个传感器头（SH1 和 SH2）测量 yz 反射镜表面上的位移。SH1 的正余弦信号用于 x 轴的闭环控制。SH1 和 SH2 水平相距 40 mm，因此可以计算偏航旋转并将其用作4-DOF装置的实时补偿。在我们的3-DOF装置中，我们无法补偿沿x轴的偏航旋转。三个传感器头 （SH3） 控制 y 轴。传感器头通过柔性光纤连接到IDS3010的三个通道，无需额外的光学元件。在平面反射镜上进行测量时，M12/C1.6/wf 传感器头的角度公差规定为± 30 m°，距离为 1 米。这种公差仍然是用户友好的，以便对齐xy的设置，同时也保证了低余弦误差。与其他干涉仪制造商相比，这是另一个好处。重要的是，我们的测量原理使我们能够拥有不同的传感器头可供客户选择。 测量结果图2a显示了驱动器的xy位移值。先实现了30x30毫米的正方形。之后，x轴被移动到1.0米的总行程。在这一点上，重要的是SH3需要具有大约300 mm的一定偏移距离，以便SH1和SH2可以测量到1米。此主从轴关系已明确指定。Xy方向运动的相应偏航（z轴的旋转）如图2b所示。该图显示，通过移动x 轴可达 1 米。图2c显示了μ°范围内重复的角度偏差，这主要是由沿运动轴分布的电之间的距离引起的。如果电磁驱动位移台具有额外的旋转设备，则可以补偿偏航旋转。图2：a）显示了xy方向运动的位移数据。x轴以1.0米的行程移动，而y轴仅移动30毫米，并包括偏移距离。b） 描绘了 a） 中所示的 xy 方向运动的偏航（z 轴的旋转）。总偏航旋转在30m°范围内。c） 局部放大的偏航旋转在几十μ°范围内的详细角度变化情况。 结果IDS3010被证明是闭环位移台应用的有力工具。位移和角度都可以在高达25 MHz的带宽下检测到。另外，小型化多种类的传感器头为灵活集成提供了更多可能，并确保可用性和准确性的正确组合，以此应对苛刻的定位任务。此外，传感器头的轻巧性（7克）提供了新的设置可能性，可以显著减少移动质量。以太网连接和多种标准编程语言（例如C +，C#，DLL，Python和LabView）允许将IDS3010轻松集成到各种不同的应用系统中。 参考文献[1] Patent: Interferometric displacement sensor for integration into machine tools and semiconductor lithography systems US10260863B2[2] National Metrology Institute of Germany (PTB) calibration certificate Calibration mark: 54012 PTB 15 2016

透明熔融石英玻璃作为一种不可或缺的重要材料，在现代社会中具备广泛应用价值。其卓越性能使得它在日常生活、科学和工业领域均发挥着重要作用。尽管熔融石英玻璃具备卓越的光学性能、热稳定性和化学耐久性等优异特点，但其高硬度和高脆性使得其可加工能性备受诟病。目前，传统熔融石英玻璃微结构制备工艺面临着流程复杂、成本高昂以及材料易碎等诸多挑战，并且在实现复杂三维（3D）结构方面仍然存在巨大困难。这给新型玻璃微纳米器件的开发、高效制造和在先进功能领域的应用带来了巨大的挑战。近年来，以3D打印/增材制造为代表的先进制造技术为玻璃加工行业带来了全新变革和重大突破。相较于传统的减材及等材成型工艺，这些新兴技术以数字设计和逐层累积为手段，成为赋予玻璃构件极高设计自由度和精确成型能力的强大工具，使得制造任意熔融石英玻璃三维结构成为可能。德国Karlsruhe理工学院科学家利用立体光刻（SLA）技术制备玻璃已取得重要突破（Nature, 2017, 544），成功实现了玻璃制品在质量、复杂度和精确度诸多方面的显著提升。这一里程碑式的进展也预示着通过3D打印技术制造具有出色光学性能的玻璃结构离普及更近了一步。随着时间的推移，全球范围内的研究者一直在不断努力提升玻璃打印技术的精确性。通过采用双光子飞秒激光直写（TPP-DIW）技术，实现了微纳米尺寸3D分辨率的玻璃结构的有效成形（Adv. Mater., 2021, 33）。然而，尽管立体光刻和双光子飞秒激光直写已分别实现了约50 μm和约100 nm的成型分辨率，并在宏观及纳观尺度上显著扩展了玻璃三维构件的应用领域，但由于3D打印技术在精度和效率方面存在固有矛盾，迄今为止，已有文献中报道的方法无法有效地制造出既具有毫米/厘米级尺寸又带有亚微米级特征的复杂玻璃三维结构。这一限制严重影响了该技术在微光学、微流控、微机械及微表面等先进领域上的应用。有鉴于此，香港理工大学3D打印中心温燮文教授联合香港大学机械工程系陆洋教授，在此前工作（Nat. Mater., 2021, 20, 1506）基础上更进一步，提出了一种通过摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术制备同时具有亚微米特征及毫米/厘米级尺寸的熔融石英玻璃三维构件的方法。研究者选择了聚乙二醇功能化的二氧化硅纳米颗粒（平均直径~11.5 nm）胶体和两种丙烯酸酯作为聚合物前驱体，保证二氧化硅纳米颗粒良好的相容性和分散性。结合面投影微立体光刻3D打印灵活地创建具有复杂的三维亚微米结构的高性能透明熔融石英玻璃，其分辨率、构建速度及成型幅面均超越了目前大多数其他3D打印玻璃技术几个数量级。 图1：通过面投影微立体光刻3D打印所得透明熔融石英玻璃。（a）面投影微立体光刻3D打印示意图，呈现了打印所得熔融石英玻璃制成微缩维多利亚港的光学和电子显微镜图像。（b）复合纳米前驱体的各化学组分。（c）面投影微立体光刻3D打印透明熔融石英玻璃微透镜阵列在高温环境下展示了出色的稳定性。（d）4 × 6阵列的透明熔融石英玻璃蜂窝结构的光学和电子显微镜图像，其中央的细长悬线具有亚微米级别尺寸。（e）该方案所制备的熔融石英玻璃在分辨率及成型速度上的关系图，及与已报道的其他同类技术的比较。 图2：面投影微立体光刻3D打印所得具有多尺度临界特征的透明熔融石英玻璃多层级点阵。（a）多层级点阵结构；（b）多层级点阵网络；（c & d）单个多层级点阵胞元；（e）多层级架构；（f）基础点阵；（g & h）基础杆件及其具备的亚微米特征。尺寸跨度由mm逐步减少到nm，接近5个数量级。利用面投影微立体光刻3D打印透明熔融石英玻璃微透镜阵列，其具有亚纳米级别的表面粗糙度（Ra≈0.633 nm）。同时，研究者展示了通过3D打印制造的熔融石英玻璃微透镜阵列在成像方面的出色能力，具备优良的均匀性、清晰度、对比度和锐度。 图3：面投影微立体光刻3D打印的具有亚纳米级别表面粗糙度的熔融石英玻璃微透镜阵列。单个透镜的高精度光学显微镜图像，方框区域显示了白光干涉共聚焦显微镜测试结果，沿XY方向均能实现亚纳米级别表面粗糙度，以此制备高均匀性、高清晰度、高对比度和高锐度的微透镜阵列。面投影微立体光刻3D打印技术赋予了熔融石英玻璃微流体器件高精度、简化工艺、高直视性、大结构尺寸及复杂三维设计自由度，进一步展现出该器件出色的液滴/流体操控能力。 图4：面投影微立体光刻3D打印具备超疏水性能的仿生三维熔融石英玻璃微表面结构，以及具有Y型流道的免键合三维熔融石英玻璃微流控芯片。超疏水仿生三维熔融石英玻璃微表面展现了极佳的液滴黏附能力（即“花瓣效应”），即使在翻转180°后仍能牢固锁住液滴；在免键合Y型流道三维熔融石英玻璃微流控芯片，由于表面张力占主导，两种流体呈现了不互溶的“层流”现象。该工作进行于香港城市大学深圳研究院纳米制造实验室，相关成果以“One-photon Three-dimensional Printed Fused Silica Glass with Sub-micron Features”为题发表于国际期刊《自然通讯》（Nature Communications）上，课题组2020级博士研究生黎子永为该论文第一作者。在该研究中，熔融石英玻璃三维微纳样品由摩方精密2 μm精度的nanoArch® P130超高精密3D打印系统制备。相关技术已申请专利，后续将与摩方精密合作进行商业化应用。

酒泉卫星发射中心发射场光学测量团队，承担着此次神舟十四号运载火箭初始发射段的实时监测任务，作为整个测控系统的“第一棒”，团队科技人员始终精益求精，做足准备，以高精度测量，守望神舟出征。这是神舟十四号载人飞行任务发射前的一次综合演练，发射场光学测量团队科技人员在火箭点火后第一秒就立即进入工作。他们需要根据前方高速电视测量系统回传的图像数据，对运载火箭飞出发射塔架之前起飞漂移量进行测量。发射场光学测量团队负责人 刘鑫：漂移量它是判断火箭起飞状态是否正常的重要依据。一般的漂移对于这么大的目标来说，咱们是肉眼观察不到的，但是如果漂移量过大的话，它就会对火箭本身或者是塔架造成不可估量的伤害。所以这就要求我们要把这个漂移量测量误差控制在0.2米以内，也是为指挥中心做出决策、调整、判断提供一个准确的依据。为了完成好任务，光学测量团队经过多次实地勘察，在发射塔架周边，科学配置了多台高速电视测量系统，形成测控体系网，确保火箭跟踪无死角。总台记者 沈玲：我身后这块不足20平方米的水泥场坪就是其中一个测量点，也是距离发射塔架最近的观测点之一，为了保证成像效果不受影响，科技人员需要随时掌握设备状态。发射场光学测量团队负责人 刘鑫：因为我们这里距离发射塔架是比较近的，发射时产生的低频振动，可能对我们的设备就会产生影响，还有就是户外环境有很多不确定的因素，尤其是我们这经常有大的风沙，所以我们就会提前设置好各种可能影响设备正常工作的故障来进行归零处置，确保万无一失。测量设备采用的是大视场、短焦距的跟踪方式。跟踪画面出现偏差会直接影响到火箭漂移量测量结果，为了保证目标完整清晰成像，就要求操作手具备快速修正跟踪能力。发射场光学测量团队工程师 冯旭辰：我们会反复观看以前的任务图像，总结分析不同火箭在不同光照条件下，不同时间节点的飞行状态，制定相应的调光和跟踪策略，并一遍遍地开展针对性训练。目前，酒泉卫星发射中心发射场光学测量团队人机结合状态良好，设备完成检测调试，随时做好任务准备。

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在英国科学与技术设施委员会（STFC-UKRI）中央激光研究所，微靶制造科学家们正积极投身于高功率激光实验的微靶研究。新一代激光器提升了重复频率(高达10Hz)，这让高重复制靶法成为了重要的研究途径。在这些高功率激光实验中，科学家们依赖微流控装置实现亚微米级的液体片靶。然而，他们发现，依赖传统的机械加工或蚀刻来制造微流控通道，既耗时又昂贵。因此，研究小组正在寻求一种创新的解决方案，以便能够快速制作新的靶设计几何体原型来满足他们的实验需求。01、研究开发靶研究团队利用微流控设计了一种液体靶，当液体从微通道流出时产生了液体叶片靶。通道的设计会直接影响到叶片的质量，通过叶片的宽度和厚度判断。设计目标为制造出宽度为几毫米、厚度为几百纳米的叶片，以实现高精度实验需求。图1：当液体从通道中流出时产生的液体叶片靶由于液体的行为随通道的变化而变化，因此通道设计对实验来说尤为关键。需要平滑的通道以减少湍流，同时要严格控制出口的形状，因为它对最后的叶片质量起到重要影响。02、精密3D打印制造通道为了创建液体片，该团队利用摩方精密microArch® S240打印出 20mm x 15mm x 5mm 的结构，其中有一个30μm 深的通道和一个 100μm 的出口。当然，与微型且精确的通道相比，该结构尺寸相对较大。但使用摩方精密设备打印较大的零件时，可同时保持通道所需的精度和准确度。现今通道选用钨材质，得益于钨能实现精确加工。在这种背景下，研究团队运用摩方精密 microArch® 系列设备的高精度 3D 打印系统，迅速准确地构建通道，为科研和快速原型设计提供了高效且成本较低的解决方案。图2：原钨件图3：高精度3D打印制造零件的特定部分原文链接：https://bmf3d.com/resource/high-precision-microfluidic-devices-for-high-power-laser-experiments/microArch® S240microArch® S240 作为摩方精密一款面向工业批量生产的超高精密3D打印机，不仅荣获全球光电科技领域最高奖—"棱镜奖（Prism Award）"，且具有以下突出特点和优势：高公差低层厚:光学精度高达10μm，±25µ m的加工公差，打印层厚10~40μm 打印体积扩大:满足工业打印的需求，可达100mm×100mm×75mm，实现更大规模的小部件产量；打印速度提升:最高提升10倍以上，快速缩短加工周期，为客户节省时间和成本；多种材料支持:支持多种高粘度陶瓷浆料（≤20000cps），以及耐候性工程光敏树脂、磁性光敏树脂等功能性复合材料的打印；应用领域广泛:卓越的精度、扩大的打印体积和多材料兼容性，满足客户在尺寸、性能和效率方面的多重需求。摩方精密作为目前全球唯一可以生产最高精度达到2μm精度，微尺度3D打印技术及颠覆性精密加工能力解决方案提供商，会持续专注于精密器件免除模具一次成型能力的研发，为客户提供制造复杂三维微纳结构技术解决方案。

中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与清华大学马雄峰、复旦大学周游合作，使用光晶格中束缚的超冷原子，通过制备二维原子阵列、产生原子比特纠缠对、连接纠缠对的分步扩展方式制备了多原子纠缠态，并通过显微学技术调控和观测了其纠缠性质，向制备和测控大规模中性原子纠缠态迈出重要一步。这项研究成果近日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上，美国物理学会“Physics”以《光晶格量子计算机的里程碑》(Milestone for Optical-Lattice Quantum Computer)为题作了报道。量子纠缠是量子计算的核心资源，量子计算的能力将随纠缠比特数目的增长呈指数增长。因而，大规模纠缠态的制备、测量和相干操控是该研究领域的核心问题。在实现量子比特的众多物理体系中，光晶格中的超冷原子比特具备良好的相干性、可扩展性和高精度的量子操控性，成为实现量子信息处理的理想物理体系之一。自2010年开始，中国科大研究团队系统地研究了光晶格中原子的多体相变、原子相互作用、熵分布动力学等，并于2020年实现纠缠保真度为99.3%的1000多对原子纠缠态[Nature Physics 12, 783(2016)；Nature Physics 13, 1195(2017) Science, 369,550(2020)]。这一系列研究工作推动了原子纠缠对保真度的提升和原子并行操控能力的增强，为连接扩展成更大的多原子纠缠态、进而开展量子计算研究打下基础。但是，在之前的工作中，由于技术上对单原子比特操控能力仍然不足、光晶格相位漂移较大、缺乏多原子纠缠判定的有效方法，进一步连接纠缠对和测控多原子纠缠态遇到了瓶颈问题。为了解决上述问题，潘建伟、苑震生团队研发了一种新型的等臂交叉束干涉、自旋依赖超晶格系统，并集成了自主研发的单格点分辨、宽波段消色差的量子气体显微镜和多套用于光斑形状编辑的数字微镜，兼具多原子全局并行和局域单格点测控的能力，且实现了晶格相位长期稳定。在此基础上，该团队取得了填充率为99.2%的原子二维阵列的制备及原位观测，选择其中49对原子制备了纠缠贝尔态,平均保真度为95.6%，寿命为2.2秒；进一步，他们使用纠缠门将相邻纠缠对连接起来，制备了10原子一维纠缠链和8原子二维纠缠块，首次突破了光晶格中原子纠缠对连接和多原子纠缠判定的瓶颈，为开展更大规模的光晶格量子计算和模拟打下基础。 　　中国科学技术大学博士后章维勇、博士生何明根和博士后孙辉为论文的共同第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、安徽省等的支持。

2022年12月24日，中国科学院深圳先进技术研究院杨慧课题组的最新研究成果发表在生物医学工程领域TOP期刊Materials Today Bio上。研究团队研发了一种微流控芯片技术，实现了细胞的工程化改造，并显著提高了细胞外囊泡的分泌量。深圳先进院客座博士生郝锐、博士生胡师为该论文的共同第一作者，杨慧为通讯作者，厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院郭航教授为文章的共同通讯作者。2013年，诺贝尔生理学或医学奖颁发给发现“细胞的囊泡运输调控机制”的三位科学家。囊泡运输构建了人体生理学和病理学过程中的“智慧物流运输系统”，负责细胞间的物质递送和信息通讯。因此，细胞外囊泡被视为重要的生物标志物和天然的运载工具，在智能药物递送、重大疾病精准诊疗等领域展现了巨大的应用潜力。然而在常规培养条件下，供体细胞往往存在分泌效率有限、外囊泡产量低等技术问题，极大的限制了细胞外囊泡的实际应用。为了提高细胞外囊泡的分泌量，常用的技术手段包括分子调控、乙醇处理、pH调节等生化策略，因依赖于生化试剂添加物，易改变细胞生理状态而影响外囊泡的功能性和安全性。为应对这一挑战，杨慧团队提出一种名为“种子SEED芯片 (Small Extracellular vEsicles Developer)”的微流控编辑平台，能够高通量且无损伤的刺激细胞，提高细胞外囊泡的分泌量。“种子SEED芯片”由于借助了微流控芯片技术可在微观尺度精确操控流体的特点，该尺度相当于百分之一的头发丝直径，可以将物理场作用定位到细胞尺度，实现对细胞的高通量且高精度的操控。芯片内部引入“鱼骨型”微结构阵列，机械挤压刺激细胞，增强细胞外囊泡的分泌量，针对不同来源的细胞可实现微结构的特异性开发。研究中采用骨髓来源间充质干细胞作为应用对象，该技术成功使干细胞外囊泡的产量提高了数倍。上述干细胞外囊泡在生物医学研究及临床应用中具有重大潜力，但干细胞有限的扩增能力，极大限制了其分泌外囊泡的数量，为实际应用提出了挑战。此项工作成功构建了大规模生产细胞外囊泡的新范式，并以角膜损伤模型为例，验证了此方法生产的干细胞外囊泡能够显著促进组织修复。未来，基于微流控芯片技术增强细胞外囊泡分泌量的新策略有望发展成为一种平台型工具，并与胞内递送研究相结合，提高细胞外囊泡产量的同时，将具有临床治疗作用的外源物质装载到外囊泡中，为外囊泡装载研究以及精准治疗应用提供新的技术支持。

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科技日报讯 美国西北大学开发出一种新型电穿孔微流控装置，能对分化中的干细胞进行电穿孔操作，在细胞生命的最重要阶段能够进行分子输送。这提供了研究神经元等原代细胞所必要的条件，为探索神经疾病致病机制打开了一扇门，可能会引发新一代的基因疗法。 　　电穿孔技术是分子生物学中强有力的技术手段。利用电脉冲在细胞膜上创建一个临时的纳米孔洞，研究人员就能将化学品、药物和DNA(脱氧核糖核酸)直接输送到单个细胞中。 　　但是，现有的电穿孔技术要用很高的电场强度来保持细胞悬浮在溶液中，打断了细胞通路，使敏感的原代细胞处在恶劣的环境中。因此，研究人员要在细胞持续分化和扩大过程中研究细胞的自然属性几乎没有可能。 　　据物理学家组织网近日报道，这个新型装置的英文缩写为LEPD，适用于在人工衬底而非自由浮动的培养基中生长的贴壁细胞，这类细胞的生长必需有可以贴附的支持物表面，细胞依靠自身分泌的活培养基中提供的贴附因子才能在该表面上生长和繁殖。 　　研究人员说：&ldquo 不破坏分化却能推送分子进入贴壁细胞的能力，是生物技术学研究者进一步了解相关基础知识的必要条件，尤其有利于进行最先进的干细胞研究。在生物学和医学研究领域，对细胞进行正确环境下的无损操作是非常关键的技术。&rdquo 　　相关成果发表在《英国皇家化学学会》杂志上。