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量子传感器

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量子传感器相关的资讯

  • 纳米级量子传感器实现高清成像
    日本东京大学科学家最近利用六方氮化硼二维层中的硼空位,首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务,从而能够检测磁场中的极小变化,实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器,对磁场敏感,像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光。通过分析响应微波的光致发光强度的变化,研究人员可测量每个传感器点的磁场。图片来源:东京大学研究团队研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后,将其附着在目标金丝上,然后用高速氦离子束轰击薄膜,这样就弹出了硼原子,形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位,它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近,传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时,研究人员测量每个点的磁场,发现磁场的测量值与模拟值非常接近,这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下,研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化,从而检测到局部磁场和电流。此外,氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上,这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如,传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。
  • NSTC:将量子传感器付诸实践
    量子传感器和测量设备能够为商业、政府和科学应用提供精确性、稳定性和新功能,产业界、学术界、政府部门间的合作可以促进量子测量科学和产业进展。此前,美国国家科学和技术委员会(NSTC)量子信息科学小组委员会(SCQIS)发布了题为《将量子传感器付诸实践(Bringing Quantum Sensors to Fruition can be found)》的报告。  报告以美国《量子信息科学国家战略概览》和《国家量子倡议(NQI)》法案为基础,讲述了当前主要应用的5类量子传感器是原子钟、原子干涉仪、光学磁力器、利用量子光学效应的装置和原子电场传感器,量子测量从研发到产业化阶段主要面临人才多样化、技术可行性、关键辅助性技术和组件和知识产权与技术转让4大方面挑战。报告针对量子测量研发、应用领域提出1-8年的短中期建议,其长期目标是通过量子技术的发展促进经济发展、安全应用和科学进步。该报告增强了美国QIS国家战略,体现出美国在量子测量领域的重视和决心。  (一)量子传感器  量子传感器(quantum sensors)是利用量子力学特性(如原子能级、光子态或基本粒子的自旋)进行测量的设备。量子传感器在定位、导航、计时、本地和远程、生物医学、化学和材料科学、基础物理学和宇宙学等不同领域均有使用。目前,量子测量领域有5类主要的量子传感器。表1 量子测量5类主要的量子传感器名称工作原理应用领域量子传感器原子钟当标准GPS信号不可用时,使用原子钟辅助网络和高精度时间传输协议可以为导航系统提供弹性地质学、地震学、石油勘探、电网运营和金融服务业等原子干涉仪在基础物理学领域的应用包括万有引力常数(大G)的测量、等效原理(自由落体的普遍性)的测试、毫米级的引力测量、暗物质粒子的搜索以及引力波探测的可能替代方法火山学、地下水、矿藏、潮汐动力学和冰层等地球科学研究,陀螺罗盘、卫星定位、制导、导航重力测绘和海底避障等应用光学磁力器基于蒸汽、玻色凝聚体或固态系统(如金刚石中的氮-空位(NV)中心)中原子自旋的光学磁力计用于神经功能的生物医学研究,支持生物样本的无创检测和表面科学的新工具利用量子光学效应的装置利用量子光学效应的设备提供了突破显微镜、光谱和干涉测量中的标准量子极限的机会。非经典状态的光子使测量达到海森堡极限DNA测序、酶活性跟踪、粒子物理学、暗物质搜索、量子网络协议和微光遥感原子电场传感器使用里德堡原子态作为换能器或量子天线,来测量从直流(0 Hz)到太赫兹(1012 Hz)的宽频率范围内的电磁场应用于遥感和电测领域,其他应用包括扩大蜂窝塔之间的距离,以及采集具有宽动态范围的信号  (二)困难与建议  量子测量从概念验证设计到实现可应用的产品仍然需要克服许多障碍。首先,研发工作分散、巨大应用空间和潜在用户需求,使人们很难专注于某一特定的应用或需求,许多量子测量市场驱动力和商业价值仍未明确;其次,从基础研究到商业化产品成型需要大量和持续性的资金。量子测量技术的研发不仅需要高校、研发机构和企业间共同参与,一个有凝聚力的、系统性的战略路线尤其重要,使多个机构目标一致,联合产业链上的企业在一些特定应用和关键辅助性技术上共同开发,并且与合作企业处理好知识产权、收购、商业安全和寻求战略合作伙伴等关系,使量子测量技术更加高效成熟。  1.团队人才专业多样化问题  面临的挑战:许多进行基础研究的科学家可能缺乏量子测量应用和商业化相关领域的专业知识,比如不熟悉当前具有竞争性的技术或者军事领域应用下部署传感器的严格要求等,所以还需要完善专家团队的多样化,找到各领域的专家和行业精英一同参与。但是存在寻找人才时间长,晋升和任期标准不一致,对新的联合项目缺乏方案资源或资金支持,回报周期长等实际困难,进展缓慢。  建议:QIST研发机构,如NIST、NSF、DOE、DOD、NASA和情报界,应该加快开发新的量子测量技术,并优先与量子测量最终用户建立合作伙伴关系,共同测试、开发和推广应用结果,从而帮助量子测量企业改进技术、实现市场目标或任务,共同努力通过提供新的资源、先发优势和提高对新兴技术的认识而使最终用户受益。   2.具体技术的可行性问题  面临的挑战:(1)量子技术被过于夸大,使得有些用户对量子测量的潜在应用有不切实际的期望或误解,另一方面因量子测量未被有效推广,还有一些潜在的用户不知道量子测量的存在而错过商业机会。在实现一定的市场规模之前,较难预测实验室成果的商业可行性,特别是与现有的、传统的替代方案和基准比较,传统测量已有几十年的研发经验和商业市场,量子测量大规模进入市场还需要很长一段时间。(2)因为传感器的实用价值取决于许多因素,包括在现实环境中的性能、对环境噪声的响应、可靠性、带宽、占空比和操作时间等规格,而这些实地部署时的必要条件通常不是科学家或研发专家在早期原型优化时能想到首要任务。因此,潜在市场用户应该帮助进行判断。   建议:使用传感器的机构应进行可行性研究,并与QIST研发领导人共同测试量子原型系统,以确定有市场前景的量子测量技术。(1)量子测量应用机构应确定一些相关的量子技术,并进行专门的市场调查,寻找可应用的美国政府机构进行技术商用和推广,如美国国土安全部、国家卫生研究院、农业部、美国地质调查局、美国国家海洋和大气管理局,以及能源部、国防部和NASA中的部分部门。(2)国家实验室、联邦政府资助的研发中心和学术界的科学家也可以是研发试验阶段的采用者。(3)QIST研发从业者和这些最终用户的共同努力可以优先用于现场测试、共同设计和开发新的量子传感器原型和应用。(4)各机构可以利用SCQIS及其工作组来帮助确定潜在的合作伙伴关系。   3.关键辅助性技术和组件  面临的挑战:由于控制量子系统所需的严格技术要求和高昂的工程成本,获取关键辅助性技术仍是挑战。将量子实验室原型移植到现场演示所需要的组件或工艺,如专用材料、制造设施、集成光子器件、激光器、电子器件、真空系统、互连、量子控制和诊断等,这些尚未完全可控可用,而且这些辅助性技术和器材目前没有足够的市场实现规模生产,仅在实验室内投入使用,依赖实验室研发投入和应用场景,这些障碍不但影响了所需子系统的开发,在没有多次技术迭代和后续改进的情况下,也为量子测量最终用户的使用和推广带来困难。  建议:支持研发工程的机构应该与SCQIS工作团队合作,帮助促进量子测量更精确、更实用、更优化成本的关键组件开发。与产业界共同探索,有针对性的投资相关基础设施,从而生产出跨领域、多功能的组件,为多种量子设备的开发提供可能,如适用波长的可靠激光器和集成光学电路。各机构可协调对辅助性技术的战略研发和投资,建立合资企业和人才队伍,培育可持续的量子产业基础。   4.知识产权与技术转让问题  面临的挑战:在目前量子技术尚不成熟的阶段,地区或企业间一些保证知识产权的做法可能会阻碍合作,特别是国际间的合作。同样,进出口限制也可能会推迟收购和减缓开发,进而降低竞争力。因此,需要一些策略性的措施来确保研究安全,同时维护美国公开、透明、诚实、公平、客观和民主的科学精神。过度保护研究安全免受威胁,也会同时带来另一种风险,即过度过大地实施保护措施会抑制技术交流与进步。   建议:各机构应该简化技术转让和收购的流程,如来源选择、购买权和许可协议等,鼓励量子测量技术的开发和早期应用。高效的技术转让和获取过程对创新至关重要,它们可以减少技术开发人探索商业可行性的行政障碍,帮助最终用户访问和共同开发产品,有助于推进政企合作。其次,在公平可信的情况下,相关决策可适当考虑促进创新和基础研究的方式,以减轻行政负担,促进快速创新。为此,机构应结合法律法规,慎重考虑对技术或操作风险的承受能力,探索维护研究安全的最佳操作方式。由于技术转让取决于政府、企业和学术界不同部门,一种方法是让SCQIS、NSTC实验室参与到市场小组委员会及其工作组中,有助于相关决策。  (三)短中期发展规划  为落实上述建议,报告指出了研发界在短期(1-3年)和中期(3-8年)的若干规划。  未来1-3年内:  1.QIST研发领导人向各机构提供关于量子测量的简报和研讨会。简报包括对现有量子测量技术的调查及其对机构市场需求的影响力分析。结合简报,企业将共同测试和演示量子测量,并编制具有可行性性能指标的策划清单。   2.潜在市场用户应该参加以QIST为中心的专业协会会议、研讨会和圆桌会议等,了解用户及市场需求。最终用户可以参加“提议者日活动”,告知研发界他们对量子测量技术的兴趣和期望。  3.建立流动性的量子测量研发合作企业关系,多个企业将参与联合现场测试和初步结果评估,量子测量技术的开发、测试和共同设计有助于开创和验证新的应用场景。对于成果跟踪与评估,分类各个量子测量技术成熟度将很有必要。  4.确定量子传感器的具体、高效应用场景,其中重要的一项是关键组件的优先列表,以及相关工程研发的规格和计划。  5.确定工程基础设施和研发项目清单,确定最优排序,便于解决每个项目的辅助性技术和应用难题;预估每个研发项目所需的时间、投资预算及其潜在风险;鼓励建设实施有助于多个量子测量应用的基础项目或基础设施。  6.设立或建立能够促进量子测量技术发展的法律、政策咨询机构。  7.跟进量子测量技术的各个环节进展,包括文献统计、参与者、专利、量子测量技术许可,以及量子测量销售收入、国内外的量子测量关键组件或辅助性技术发展进展等。  未来3-8年内:  一旦确定了有可行性的量子测量技术,研发界和SCQIS机构应与应用方合作推进现场测试演示,以加快技术早期采用和项目落地过渡;优先考虑组件小型化和子系统集成;争取投资方支持,与代工厂合作开发、建设研发实验基础设施;为已确定的量子测量技术和组件制定标准。  量子测量虽然还有很多基础科学有待完成,但量子测量全新的应用和平台蓄势待发。该报告介绍的量子测量发展战略侧重于原型系统的现场测试,协调和解决这一难题,将有助于推进整个QIST领域实现突破。将量子测量从实验室推向市场需要漫长的过程,必须要有相应的国家科学战略,为量子测量技术的研发、测试和应用做好全程支持与服务,从而加速量子测量变革性的产品和服务推向市场。在此过程中,早期技术采用者将获得先发优势,创新者和企业家将获得知识产权,市场用户收益于优良的量子测量组件和设备,甚至包括其他领域的科学家,从而拓宽QIST研发生态链。总而言之,为了让美国更好的实现量子技术的经济、安全和社会效益,各机构应该齐心协力,共同推动量子测量技术的关键性进步。[2]  资料来源:  [1] https://www.whitehouse.gov/ostp/nstc/reports/  [2] https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2022/03/03-2022-BringingQuantumSensorstoFruition.pdf
  • 钻石量子传感器可提升电动汽车10%续航里程
    据报道,近年来,电动汽车(EVs)作为替代传统汽油内燃机汽车的环保型汽车,受到越来越多用户的欢迎,同时,科研人员也加大针对高效电动汽车电池的研发力度。然而,由于对电池电量的估计不准确,导致电动汽车效率较低,通常是通过电池输出电流评估电动汽车电池充电状态,这将用于计算车辆剩余行驶里程数。一般而言,电动汽车电池电流可达到数百安培,然而,能检测到该电流的商用传感器无法测量毫安等级电流的微小变化,从而导致电池电量估计不确定性约10%,这意味着电动汽车的行驶里程可以延长10%,反之,如果提高电动汽车电池电量评估精度,将增强电池使用率。幸运的是,日本一组科学家已找到了解决方法,他们研究发现一种基于钻石量子传感器的检测技术,在测量电动汽车典型的大电流时,可以在1%的精度内估计电池电量。该研究报告发表在9月6日出版的《科学报告》杂志上。该研究负责人是东京理工大学Mutsuko Hatano教授,他解释称,我们研发的钻石传感器对毫安电流非常敏感,而且足够紧凑,可以在汽车上使用,此外,我们能在电动汽车嘈杂环境中检测到精度较高的毫安等级电流状态。在这项研究中,研究人员开发了一个传感器原型,使用两个钻石量子传感器,放置在汽车母线(输入和输出电流的电气接点)的两侧,然而,他们使用一种叫做“差分检测”的技术来消除由两个传感器检测到的常见噪声,仅保留实际信号,反之,使用这种钻石量子传感器能在背景环境噪声中检测到10毫安等级的小电流。接下来,科学家团队利用两个微波发生器产生频率的模拟-数字混合控制,在1千兆赫带宽内追踪分析量子传感器的磁共振频率,结果发现磁共振频率可实现±1000安的较大动态范围(检测到的最大电流和最小电流之比),此外,该传感器的工作温度范围较广,从零下40摄氏度至零下85摄氏度,适用于普通车辆的温度范围。最后,该研究团队对这款原型进行了全球协调轻型车辆测试周期(WLTC)驾驶测试,这是电动汽车能耗的标准测试,该传感器能够准确跟踪-50安至130安的充放电电流,电池电量估计精度在1%以内。Mutsuko Hatano教授表示,这些发现意味着什么呢?电池使用率每提高10%,电池重量则减少10%,这将使2030年2000万辆新型电动汽车的运行能耗减少3.5%,生产能耗降低5%,这相当于2030年全球交通运输领域二氧化碳排放量减少0.2%。
  • 国产量子计算超低温温度传感器研制成功
    量子芯片运行对温度环境要求极为苛刻,如何实时监测温度变化,了解制冷机运行状态?近日,记者从安徽省量子计算工程研究中心获悉,国产量子计算超低温温度传感器研制成功,并已投入国产量子计算机中使用。安徽省量子计算工程研究中心相关研发团队负责人张俊峰向记者介绍:“随着稀释制冷机技术的发展,国内外稀释制冷机技术越来越成熟,与之相配套的温度测量需求也不断加大。为了保证量子芯片在合适的温区运行,需要实时监测量子芯片运行的温度环境,这款传感器就像是‘量子芯片温度计’,可实时监测温度变化。”该超低温温度传感器由合肥本源量子完全自主研发,支持实时温度监测,具备较高测量精度等优势。该产品通用性很广,可以非常方便地安装到稀释制冷机上,目前已投入国产量子计算机中使用。张俊峰表示,量子芯片是量子计算机的核心器件,实时监测量子芯片运行的温度环境能够对整个量子计算机系统起到关键性作用。该国产超低温温度传感器的成功研制,使我国在极低温领域的温度测量精度达到国际先进水平,向着量子计算机完全自主可控迈出了重要一步。
  • 德国成功研发氮原子大小量子传感器 可用于测量微磁场
    p   量子技术为电子元件小型化开辟了新的途径。近日,德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)和马普固体研究所发布消息称,其科研人员共同研发出一种量子传感器,未来可用于测量微磁场,如硬盘磁场和人脑电波。 /p p   集成电路越来越复杂,目前一台奔腾处理器可容纳约3000万个晶体管,因而硬盘的磁性结构可识别的范围仅为10至20纳米,比直径为80至120纳米的流感病毒还小,该量级的尺寸规格只有量子物理技术可触及。新研发的量子传感器则可精确测量这类用在未来硬盘上的微小磁场。新型量子传感器仅有氮原子的大小,作为载体物质的是一种人造金刚石。金刚石具有很好的机械和化学稳定性以及超强的导热性能,可通过引入硼、磷等外来原子,将晶体制成半导体,且非常适用于光学电路。 /p p   IAF的研究人员在近几十年中研制并优化出用于生产金刚石的设备,一种专用的椭圆形等离子体反应堆模具。在800-900摄氏度的高温下,在金刚石底物上从导入甲烷气和氢气中可长出金刚石层,再将边长3-8mm的晶体从底物剥离并抛光,最后制造出具备量子物理用途的、仅含碳原子稳定同位素C12的超纯单晶金刚石晶体。所用的甲烷气经锆过滤器净化,氢气经其它手段净化。 /p p   研究人员制做磁场检测器有两种途径:直接植入单个氮原子,或在制造金刚石的最后一步加入氮。之后,在超净室内采用氧等离子体蚀刻法均可制作出类似于原子力显微镜的纤细金刚石尖。关键点是导入的氮原子以及晶格中的相邻空位。该氮空位中心就是实际的传感器,用激光和微波照射时会发光,发出的光可随附近磁场的强度变化而变化。专家们将这项创新与光学探测磁共振(ODMR)相提并论。 /p p   这种传感器不仅能准确检测到纳米级的磁场,还能确定其强度,应用潜力惊人。例如,可监控硬盘质量,检测出密集存储数据中的小错误和发现有缺陷的数据片段,在刻写和读取前即将其去除。因此,可减少随着小型化的加速而迅速增加的废料,降低生产成本。IAF的专家称,这种量子传感器还可用于测量很多微弱磁场,包括脑电波。与目前使用的脑电波传感器相比,不仅更准确,而且在室温下即可使用,无需经液氮冷却。 /p
  • 为什么说量子效率是图像传感器的重要指标?如何提高QE?
    每种传感器技术的 QE 都不同,某种图像传感器达到 95% 的 QE。但是,它是由被检测光的波长和 半导体材料决定的。对于CCD、EMCCD、(em)ICCD 和sCMOS技术,在某些波长范围内可能达到 95% 的 QE,但可见光谱中近红色和紫外区域的光子具有较低的 QE,因此传感器的效率较低。为了改善这些区域的 QE,已经开发了Deep-depleted硅传感器和涂层传感器,从而增加了 QE。   大多数图像传感器都是由硅制成的。由于 QE 取决于材料,该元素的特性以及它如何与光相互作用非常重要。   在高纯度晶体形式中,相邻的硅原子彼此共价键合。打破这些键以产生电子/空穴对(~1.1 eV)需要大于带隙能量的能量。入射光的波长与光子吸收深度直接相关;波长越短,进入硅的深度越短。   Deep-depleted硅传感器比传统的硅传感器更厚 ,因此能够检测更长波长的光(即 700 nm,NIR)。NIR 光在硅中的穿透深度比典型的硅传感器更深,因此在没有深度耗尽的情况下,硅传感器对入射的 NIR 光有效透明。如下图所示,Deep-depleted硅传感器在 700 – 850 nm 范围内可提供 90% 的 QE,而传统硅传感器可提供 60% 的 QE。 为了进一步改善 QE,可以通过前照式或背照式设备来改变设备内传感器的方向。前照式设备的入射光通常通过并行寄存器的门进入传感器。这些栅极由非常薄的多晶硅组成,在长波长下相当透明,但在短于 400 nm 的波长下变得不透明。因此,在短波长下,栅极结构会衰减入射光。   如果硅传感器均匀变薄,图像可以聚焦在没有栅极结构的传感器后端。由于栅极结构没有光限制,背照式器件对光表现出高灵敏度,使 95% 的 QE 成为可能。采用前照式技术的图像传感器,入射光在撞击传感器之前必须穿过微透镜和金属线,从而降低了最大量子效率。背照式图像传感器的入射光首先会照射传感器,因此设备的 QE 不会降低。 InGaAs 传感器   只有当光子具有比材料的带隙能量更高或更短的波长时,半导体才会检测到光子。InGaAs 传感器是由 InAs 和 GaAs 的合金制成的半导体,传统的 InGaAs 传感器具有 x:1-x 的 InAs:GaAs 比率。由于 InGaAs不是天然存在的材料,因此必须在 InP 衬底上生长单晶。   InGaAs 传感器的带隙能量通常低于硅,这意味着它们能够检测更长的波长,例如短波红外 (SWIR) 区域 (900-1700 nm)。因此,InGaAs 摄像头在 950-1600 nm 区域内的 QE 80%。显示了典型 InGaAs 传感器的 QE 曲线。通过增加单晶内 InAs 的浓度,截止波长可以扩展到 2600 nm。 尽管 InGaAs 相机在 900 – 1700 nm 范围内具有高 QE,但远端波长截止会随着设备冷却而降低。每冷却 10 摄氏度,这通常会偏移 8 纳米。这意味着进入设备的光子吞吐量很重要,但是远端截止的这种转变可能是有利的,因为它允许传感器充当“可调”低通滤波器。   总结   QE 是衡量设备在将入射光子转换为电子方面的有效性的指标。不仅 QE波长取决于,它还取决于传感器材料。   如果能量高于半导体带隙能量,传感器将检测到入射光子。这就是为什么硅在 500-600 nm 之间具有 95% 的 QE,但对于较长的红外/较短的紫光波长具有较低的 QE,而 InGaAs 在 SWIR 范围(900-1700 nm)上具有高 QE,而不是可见区域或中红外波长范围( 1700 nm)。
  • 日本团队研发出小型化集成化的量子传感器
    据《日本经济新闻》报道,日前由东京工业大学和产业技术综合研究所组成的研究团队,成功研发出使金刚石制造的量子传感器实现小型化和集成化的技术,该技术能够捕捉到非常微小的磁力变化。在技术层面,量子传感器使用了以金刚石作为原材料的半导体元件制造技术,能够通过电信号读取到微小的磁力变化数值。实验显示,上述半导体元件受激光照射而产生的电流会因磁力作用而发生变化,这就确认了量子传感器功能得以实现。由于上述用金刚石制造的量子传感器能够对大脑或神经活动产生的微小磁力变化进行检测,所以将有望应用于对大脑状态及大脑活动进行深入精细的研究,以阐明大脑活动机理,预防神经性疾病。
  • Nature子刊!国仪量子EPR助力纳米自旋传感器研究
    成果简报基于量子特性,电子自旋传感器具有高灵敏度,可以广泛应用于探测各种物理化学性质,如电场、磁场、分子或蛋白质动力学以及核或其他粒子等。这些独特的优势和潜在应用场景,使基于自旋的传感器成为当前热点的研究方向。Sc3C2@C80具有由碳笼保护的高度稳定的电子自旋,适用于多孔材料内的气体吸附检测。Py-COF是一种最近出现的具有独特吸附性能的多孔有机框架材料,它使用具有甲酰基和氨基的自缩合构建块制备,其理论孔径为1.38 nm。因此,一种金属富勒烯Sc3C2@C80单元(尺寸约0.8 nm)可以进入Py-COF的一个纳米孔。中国科学院化学研究所王太山研究员开发了一种基于金属富勒烯的纳米自旋传感器,用于探测多孔有机框架内的气体吸附情况。将顺磁性金属富勒烯,Sc3C2@C80嵌入基于芘基的共价有机框架(Py-COF)的纳米孔中。使用EPR技术(国仪量子EPR200-Plus)记录嵌入Sc3C2@C80自旋探针的Py-COF内吸附的N2、CO、CH4、CO2、C3H6和C3H8。研究表明,嵌入Sc3C2@C80的EPR信号有规律地随Py-COF的气体吸附性能有关。研究结果以“Embedded nano spin sensor for in situ probing of gas adsorption inside porous organic frameworks”为题,发表在Nature Communications上。利用 Sc3C2@C80 的分子自旋探测 Py-COF 的气体吸附性能在研究中,作者使用一种具有顺磁性金属富勒烯,Sc3C2@C80(尺寸约0.8 nm)作为自旋探针嵌入到基于芘基的COF(Py-COF)的一个纳米孔,检测Py-COF内的气体吸附。然后,通过记录嵌入的Sc3C2@C80 EPR信号,研究了Py-COF对N2、CO、CH4、CO2、C3H6和C3H8气体的吸附性能。研究表明,Sc3C2@C80的EPR信号有规律地随Py-COF的气体吸附性能有关。并且与传统的吸附等温线测量不同,这种可植入的纳米自旋传感器可以通过原位实时监测来探测气体的吸附和解吸。所提出的纳米自旋传感器还用于探测金属-有机框架(MOF-177)的气体吸附性能,证明了其多功能性。气体吸附性能与EPR信号的关系气压对EPR信号的影响EPR信号线宽分析用Sc3C2@C80的分子自旋法探讨MOF-177的气体吸附过程摘要Nature Communications:嵌入式纳米自旋传感器用于原位探测多孔有机框架内气体吸附Embedded nano spin sensor for in situ probing of gas adsorption inside porous organic frameworks. Nature Communications (2023)自旋传感器因其高灵敏度而备受关注。在此,我们开发了一种基于金属富勒烯的纳米自旋传感器,用于探测多孔有机框架内的气体吸附情况。为此,我们选择了顺磁性金属富勒烯Sc3C2@C80,并将其嵌入芘基共价有机框架(Py-COF)的纳米孔中。使用电子顺磁共振波谱(EPR)技术检测了Sc3C2@C80在Py-COF中吸附N2、CO、CH4、CO2、C3H6和C3H8后的信号。结果表明,嵌入Sc3C2@C80后EPR信号有规律变化,这与Py-COF的气体吸附性能有关。与传统的吸附等温线测量方法不同,这种植入式纳米自旋传感器可以对气体的吸附和解吸进行原位实时监测。所提出的纳米自旋传感器还被用于探测金属有机框架(MOF-177)的气体吸附性能、证明了它的多功能性。因此,该纳米自旋传感器适用于量子传感和精密测量。国仪量子EPR用户奖励政策细则1.IF 提及国仪量子仪器型号的方法:要求在实验方法中提及仪器品牌型号:国仪量子EPR200-Plus,国仪量子EPR200M等,英文参考如下:Electron paramagnetic resonance spectroscopy spectra were measured on Chinainstru&Quantumtech (Hefei) EPR200-Plus with continues-wave X band frequency.奖励实施流程:1.用户申请:需为测试申请者及文章作者,直接联系CIQTEK应用中心应用专家、登录CIQTEK官方网址http://www.ciqtek.com、拨打CIQTEK官方服务热线400-0606-976;2.资格审核:身份审核、对相应文章发表情况、提及仪器情况及影响因子进行审核(提供相应证明:发表论文的接收函及论文原文,或已发表论文的网上版本链接);3.审核通过后由公司统一发放奖励,发放形式协商确定。奖励申请说明:1.奖励后我司内部备注,每篇文章原则上只奖励一次;2.作品获得奖励后,即默认为作者授权主办方可以使用作者名及成果名称进行宣传推广活动,包括但不限于媒体宣传、现场展示、网络推广等;3.本政策有效期自2023年6月30日至2023年12月31日(如有变化会另行通知);4.本奖励政策最终解释权归国仪量子(合肥)技术有限公司所有。国仪量子电子顺磁共振波谱仪近年来,国家大力支持国产高端科学仪器发展,推进高水平科技成果自立自强,国产高端科学仪器迎来了长足进步。国仪量子电子顺磁共振波谱仪为直接检测顺磁性物质提供了一种非破坏性的分析方法。可研究磁性分子、过渡金属离子、稀土离子、离子团簇、掺杂材料、缺陷材料、自由基、金属蛋白等含有未成对电子物质的组成、结构以及动力学等信息,能够提供原位和无损的电子自旋、轨道和原子核等微观尺度的信息。在物理、化学、生物、材料、工业等领域具有广泛的应用。国仪量子EPR系列
  • 量子导航新突破!全新3D量子传感器将精度提升50倍
    在最近发布在arXiv上的一篇预印本论文中[1],法国国家科学研究中心的一个团队描述了一个量子加速度计,它使用激光和超冷铷原子;相较经典器件,可以以50倍的精度优越性测量三维运动。这项工作将量子加速计扩展到了第三维度,可以在没有GPS的情况下带来精确的导航。013D模式的原子干涉仪,测量物质的波状属性我们已经每天都在依赖加速度计。拿起一部手机,显示屏就会亮起来;把它转过来,正在阅读的页面就会转换方向。一个微小(基本上是一个连接在类似弹簧的机制上的质量)的机械加速度计与其他传感器,如陀螺仪一起使这些动作成为可能。每当手机在空间中移动时,它的加速计就会跟踪这一运动:甚至包括GPS掉线时的短暂时间,如在隧道或手机信号死角。尽管它们很有用,但机械加速度计往往会漂移失调。意思是,放置足够长的时间,它们就会积累成千米级的误差。这对与GPS短暂失联的手机来说并不重要,但当设备长期在GPS范围之外旅行时,这就成为了一个问题。对于工业和军事应用来说,精确的位置跟踪在潜艇上是非常有用的,因为潜艇在水下无法使用GPS;或者,在船舶失去GPS时作为备用导航。研究人员长期以来一直在开发量子加速度计,以提高位置跟踪的准确性:量子加速度计不是测量压缩弹簧的质量,而是测量物质的波状属性。这些设备使用激光来减缓和冷却原子云;在这种状态下,原子的行为就像光波一样,在它们移动时产生干扰模式。更多的激光器诱导并测量这些模式如何变化,以跟踪设备在空间中的位置。早期,这些被称为原子干涉仪的设备,是由遍布实验室长椅的电线和仪器组成的一团“乱麻”,只能测量一个维度。但随着激光和专业技术的进步,它们变得更小、更坚固:现在它们已经变成了3D模式。02首个3D量子加速度计:精度提升50倍由法国团队开发的新的三维量子加速度计,看起来像一个金属盒子,长度与一台笔记本电脑差不多。它使用激光沿着所有三个空间轴来操纵和测量被困在一个小玻璃盒中的铷原子云,并将其冷却到绝对零度。像早期的量子加速度计一样,这些激光器在原子云中引起涟漪,并通过解释由此产生的干扰模式来测量运动。这是首个量子加速度计三元组(Quantum Accelerometer Triad, QuAT),它沿三个互为正交的方向测量加速度。(a)量子加速度计三元组(QuAT)的设计概念和几何形状。加速度分量是沿垂直于波段kx、ky和kz的波段测量的。(b)安装在旋转平台上的传感器头的三维模型。为了提高稳定性和带宽,以适应在实验室外使用的要求,新设备在一个利用两种技术优势的反馈回路中结合了经典和量子加速度计的读数。由于该团队可以极其精确地控制原子,他们可以进行类似的精确测量。为了测试加速度计,他们将其连接到一个摇晃和旋转的桌子上,并发现该系统比经典的导航级传感器要精确50倍。在几个小时的时间里,由经典加速度计测量的设备的位置偏离了一公里;而量子加速度计将误差“钉”在了20米以内。量子和经典加速度计之间的混合方案。左边的开环方案描述了过滤后的经典加速度计如何用于修正量子加速度计的振动。静态时,量子加速度计提供了由于重力引起的投影g的离散测量。右边的闭环方案显示了经典加速度计是如何通过比较其输出和量子加速度计的输出而定期进行偏置校正的。这里,混合加速度计的输出是连续的,在静态和动态情况下都能发挥作用:提供重力和运动引起的加速度a的投影之和。033D传感器是工程化的进步尽管取得了重大成果,加速计仍然比较大、重,不会很快步入实用。但如果做得更小、更坚固,该团队说它可以被安装在船舶或潜艇上,用于精确导航;或者,它可以通过测量重力的细微变化,进入寻找矿藏的野外地质学家的手中。更多的量子传感器,如陀螺仪,可能会加入这个行列。尽管它们在离开实验室之前还需要进行几轮的收缩和加固。就目前而言,3D化是一个进步。澳大利亚国立大学的John Close对这一成果这样评价[2]:“三维测量是一件大事,是实现量子加速度计任何实际用途的一个必要和出色的工程步骤。”参考链接:[1] Tracking the Vector Acceleration with a Hybrid Quantum Accelerometer Triad[2] New 3D Quantum Accelerometer Is50 Times More Accurate Than Classical Sensors
  • 日本东京大学研制纳米级量子传感器,实现高分辨率磁场成像
    日本东京大学科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位,首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务,从而能够检测磁场中的极小变化,实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后,将其附着在目标金丝上,然后用高速氦离子束轰击薄膜,这样就弹出了硼原子,形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位,它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近,传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时,研究人员测量每个点的磁场,发现磁场的测量值与模拟值非常接近,这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下,研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化,从而检测到局部磁场和电流。此外,氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上,这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如,传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位可充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器,对磁场敏感,就像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光可反应磁场的变化。图片来源:东京大学研究团队
  • 上海微系统所制备出微型光电一体化集成钻石量子磁传感器
    近日,上海微系统所传感技术国家重点实验室采用微纳加工技术制备了一种基于氮空位(NV)色心的微型光电一体化集成钻石量子磁传感器。相关研究成果于2022年5月9日以“Amicrofabricatedfiber-integrated diamond magnetometer with ensemble nitrogen-vacancy centers”为题发表在当期的Applied Physics Letters上。 钻石,不仅可以作为珠宝装饰品,更是具有极高研究价值的新型量子材料。氮空位缺陷——NV色心,是钻石晶体结构中最常见的点缺陷,由氮原子取代碳原子和相邻空穴而形成,利用其在磁场中的量子顺磁共振效应及荧光辐射特性可以进行精密磁测量。NV色心在常温下也具有稳定的量子态,可以在非制冷的室温下工作。同时,钻石量子磁传感器以其高空间分辨率、高灵敏度、高生物兼容性等技术优势,在近场微观磁共振、磁异常探测、生命科学等领域具有重要的应用前景。 小型化、集成化、便携化是钻石量子传感器取得实际应用的重要条件。该团队基于晶圆级微机电工艺平台,利用标准微纳加工技术,制备出钻石量子磁传感器的核心——钻石芯片。芯片内部集成了微波辐射结构,实现了原位微波量子态操控。采用金属热压键合技术实现了钻石单晶与硅晶圆的异质集成,确保了机械稳定性。钻石芯片耦合带有梯度变化折射率透镜的光纤模块,实现了“光进光出”的工作模式,大大缩小了探头尺寸,实现了钻石磁强计探头的高集成度。并进一步指出,采用双频共振技术可以同时进行磁场和温度场的同步实时测量,不仅通过温漂抑制提高了磁场测量的信噪比,还确保了传感器的温度稳定性。 该团队提出的制备工艺可以在晶圆级进行拓展,具有批量化制备的潜力,为建立高一致性、高灵敏度的可穿戴传感器阵列提供了可能性。目前钻石量子磁传感器整体尺寸仅有20×15×1.5 mm3,灵敏度达到2.03nT/√Hz。同时,该钻石磁传感器可以对小于0.5 mm(甚至更小)的目标区域进行近距离测量,具有在心磁、脑磁等弱磁信号探测场景的应用潜力,为后续实用化的可穿戴生物磁传感器提供了良好的研究基础。 该论文的第一作者单位和通讯单位为中科院上海微系统所,第一作者为博士研究生谢非,通讯作者为武震宇研究员和陈浩副研究员。该工作得到中国科学院战略性先导科技专项(XDC07030200)、国家重点研发计划(2021YFB3202500)、中科院科研仪器装备研制(YJKYYQ20190026)等项目的支持。 论文链接:https://doi.org/10.1063/5.0089732
  • Science:STM中用氢分子制作量子传感器 颠覆传统测量技术
    加州大学欧文分校(University of California Irvine)的物理学家近日在扫描隧道显微镜(Scanning Tunnel Microscope)中将氢分子与太赫兹激光(Terahertz Laser)配合使用制作量子传感器,这项技术在测量材料化学特性时呈现出前所未有的时间和空间分辨率。图片来源:加州大学欧文分校Wilson Ho实验室。在扫描隧道显微镜的超高真空中,一个氢分子被固定在银尖和样品之间。太赫兹激光的飞秒脉冲激发分子,使其成为量子传感器。  这种新方法也可用于分析二维材料,在先进的能源系统、电子学和量子计算机中十分有用。  加州大学欧文分校物理、天文和化学系的研究人员描述了科学家如何将两个键合氢原子定位在STM的银尖和一个由平整的铜表面组成的样品之间,该表面上排列着氮化铜的“岛”。这项研究发表在《科学》杂志上。  科学家们能够利用持续数万亿分之一秒的激光脉冲,在低温和极高真空环境下刺激氢分子,并识别其量子态的变化,从而获得样品的原子尺度和延时图像。  这个项目代表了测量技术的进步,并拓展了我们探索科学问题的方法。现有仪器不基于这一量子物理原理,因此依靠探测两能级系统中态相干叠加的量子显微镜要更加灵敏。——Wilson Ho(研究人员之一)和加州大学欧文分校物理学、天文学和化学系教授Donald Bren   根据何的说法,由于氢分子的取向在上下两个位置之间波动,并且在一定程度上水平倾斜,氢分子是两能级系统的一个例子。科学家们可以利用激光脉冲激励系统从基态循环到激发态,从而实现两种状态的叠加。  循环振荡非常短,仅持续几十皮秒,但科学家们通过测量“退相干时间”和循环周期,能够探测到氢分子与其周围环境的相互作用。  氢分子成为量子显微镜的一部分,因为无论显微镜扫描到哪里,氢都在尖端和样品之间。它是一种非常灵敏的探针,可以让我们看到低至0.1埃的变化。在这个分辨率下,我们可以看到样品上电荷分布的变化。  ——Wilson Ho(研究人员之一)和加州大学欧文分校物理学、天文学和化学系教授Donald Bren  STM针尖与样品之间的距离约为6埃或0.6纳米,这几乎是不可能实现的微小距离。  Ho和他们的研究同事建立了一个STM,可以检测该区域的微小电流,并提供光谱数据,证明氢分子和样品成分的存在。根据何教授的说法,这是第一次利用太赫兹诱导的单分子整流电流进行化学精确光谱分析。  根据何教授的说法,利用氢的量子相干性在这种细节层次上分析材料的能力在催化剂的研究和工程中非常有用,因为它们的功能通常取决于单个原子大小的表面缺陷。  只要氢能吸附到材料上,原则上,你就可以用氢作为传感器,通过观察材料的静电场分布来表征材料本身。  ——加州大学欧文分校物理学和天文学研究生王立坤(研究第一作者)  加州大学欧文分校物理学和天文学专业的研究生夏云鹏与何和王一起进行了这项实验,该实验由美国能源部基础能源科学办公室资助。  期刊原文:Wang, L., et al. (2022) Atomic-scale quantum sensing based on the ultrafast coherence of an H2 molecule in an STM cavity. Science. doi.org/10.1126/science.abn9220.
  • 蓝菲光学发布成像传感器量子效率测试系统-蓝菲光学-QES新品
    SPECTRA-QT 成像传感器量子效率测试光源对于图像传感器行业而言,精确地了解光电量子效率的转换是极其重要的,一个良好特性的传感器可以指定和调整输入滤波后光谱,增强修正终端产品的使用性能。Spectra-QT成像传感器量子效率测试积分球均匀光源提供可调的、已知均匀度的、覆盖光谱灵敏度范围的硅光学传感器单色光源,用于测试图像传感器的光谱响应率和量子效率,线性度,像素和模块。测量参数:量子效率光谱响应度线性度 特点:超高的光照强度和超大的动态范围,能够满足各种传感器的量子效率测试需求输出稳定、光谱辐射度均匀的面光源,确保传感器测试结果的一致性。光谱辐照度和辐亮度能够实时溯源至美国国家标准与技术研究院(NIST)提供软件开发包,能够满足客户各种自定义测试流程开发需要规格参数光谱辐照度光谱辐亮度波长范围:375 - 1100 nm375 - 1100 nm光谱带宽:5 nm to10 nm5 nm to10 nm波长准确度:0.6 nm0.6 nm开口孔径尺寸:29 mm, 23.9 mm, 26.2 m, 22 mmN/A400 nm最大光谱辐照度:12 mW/cm232 mW/cm2-sr600 nm最大光谱辐照度:21 mW/cm254 mW/cm2-sr800 nm最大光谱辐照度:5 mW/cm211 mW/cm2-sr550 nm稳定性: (UV-VIS 光源): (VIS-NIR 光源) 0.05% over 5 sec period 0.05% over 5 sec period 创新点:QES成像传感器量子效率测试光源提供可调的、已知均匀度的、覆盖光谱灵敏度范围的硅光学传感器单色光源,用于测试图像传感器的光谱响应率和量子效率,线性度,像素和模块。 成像传感器量子效率测试系统-蓝菲光学-QES
  • 杜江峰院士团队利用固态自旋量子传感器在微观尺度探索新奇自旋相互作用
    杜江峰院士团队利用金刚石中氮-空位色心作为固态自旋量子传感器,在微观尺度对于一系列新奇自旋相互作用展开实验搜寻并给出新的实验限定。相关研究成果分别发表在《国家科学评论》[National Science Review 10, nwac262 (2023)]、《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 131, 071801 (2023)]和《美国国家科学院院刊》[Proc. Natl. Acad. Sci. 120, e2302145120 (2023)]。探索超越标准模型的新物理现象能够有助于解答一些不能用标准模型解释的基本问题,例如强CP疑难以及暗物质与暗能量的物理本质。近年来对一些新玻色子诱导的新奇自旋相互作用进行实验搜寻成为研究重点。2018年杜江峰团队在国际上原创提出将金刚石氮-空位(NV)色心的单电子自旋构筑为量子传感器,可用于搜寻电子与核之间的新奇自旋相互作用,并成功将实验搜寻的力程拓展到亚微米尺度[Nature Communications 9, 739 (2018)]。随后对一系列自旋相互作用在微观尺度实现了高精度的实验搜寻[Physical Review Letters 121, 80402 (2018),Physical Review Letters 127, 010501 (2021)]。为了进一步提升搜寻能力,团队向两个方向推进:1、发展更高灵敏度的传感器,用于实现更高精度的实验检验;2、发展新形态的传感器,打开更短力程的探测窗口。为了实现更高灵敏度的传感器,团队实现高品质金刚石NV系综电子自旋生长工艺,将单自旋探测器升级为系综自旋传感器,使得更多NV色心能够被同时用于测量,极大提升了探测精度,从而实现对一系列新奇自旋相互作用的实验搜寻[National Science Review 10, nwac262 (2023),Phys. Rev. Lett. 131, 071801 (2023)]。另一方面,团队充分利用单NV色心作为原子尺度传感器的优势,结合微机电技术和硅基纳米工艺,实现可扩展的自旋-力学量子芯片。实验表明该芯片在力程小于100 纳米处将观测约束提升2个数量级[PNAS120,e2302145120 (2023)]。这些成果展示了利用金刚石NV色心自旋量子传感器来研究各种超出标准模型的新物理有独特优势,有望激发宇宙学、天体物理和高能物理等多个基础科学的广泛兴趣。论文信息(†为共同一作,*为共同通讯作者):1.Hang Liang†, Man Jiao†, Yue Huang†, Pei Yu, Xiangyu Ye,Ya Wang, Yijin Xie, Yi-Fu Cai, Xing Rong*,and Jiangfeng Du*,National Science Review 10, nwac262 (2023).https://doi.org/10.1093/nsr/nwac2622.Diguang Wu†, Hang Liang†, Man Jiao*, Yi-Fu Cai, Chang-Kui Duan, Ya Wang, Xing Rong*, and Jiangfeng Du*,Phys. Rev. Lett. 131, 071801(2023).https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.0718013.Longhao Wu†, Shaochun Lin†, Xi Kong, Mengqi Wang, Jingwei Zhou, Chang-Kui Duan, Pu Huang, Liang Zhang*and Jiangfeng Du*, Proc. Natl. Acad. Sci. 120,e2302145120 (2023)https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302145120
  • 量子半导体器件实现拓扑趋肤效应,可用于制造微型高精度传感器和放大器
    科技日报北京1月22日电 德国维尔茨堡—德累斯顿卓越集群ct.qmat团队的理论和实验物理学家开发出一种由铝镓砷制成的半导体器件。这项开创性的研究发表在最新一期《自然物理学》杂志上。由于拓扑趋肤效应,量子半导体上不同触点之间的所有电流都不受杂质或其他外部扰动的影响。这使得拓扑器件对半导体行业越来越有吸引力,因为其消除了对材料纯度的要求,而材料提纯成本极高。拓扑量子材料以其卓越的稳健性而闻名,非常适合功率密集型应用。新开发的量子半导体既稳定又高度准确,这种罕见组合使该拓扑器件成为传感器工程中令人兴奋的新选择。利用拓扑趋肤效应可制造新型高性能量子器件,而且尺寸也可做得非常小。新的拓扑量子器件直径约为0.1毫米,且易于进一步缩小。这一成就的开创性在于,首次在半导体材料中实现了微观尺度的拓扑趋肤效应。这种量子现象3年前首次在宏观层面得到证实,但只是在人造超材料中,而不是在天然超材料中。因此,这是首次开发出高度稳健且超灵敏的微型半导体拓扑量子器件。通过在铝镓砷半导体器件上创造性地布置材料和触点,研究团队在超冷条件和强磁场下成功诱导出拓扑效应。他们采用了二维半导体结构,触点的排列方式可在触点边缘测量电阻,直接显示拓扑效应。研究人员表示,在新的量子器件中,电流—电压关系受到拓扑趋肤效应的保护,因为电子被限制在边缘。即使半导体材料中存在杂质,电流也能保持稳定。此外,触点甚至可检测到最轻微的电流或电压波动。这使得拓扑量子器件非常适合制造尺寸极小的高精度传感器和放大器。
  • 中科大杜江峰团队将金刚石量子传感器用于癌症诊断
    随着金刚石氮-空位(NV)中心量子传感器的发展,中国科学技术大学杜江峰院士团队提出并实验实现了在金刚石NV磁显微镜中对肿瘤组织的微米级分辨率磁成像,对肿瘤生物标志物进行磁成像和量化。这种方法为生物组织的微米级分辨率磁共振成像打开了大门,并有可能影响癌症的研究和组织病理学。相关成果将于2月1日在《美国科学院院报》(PNAS)发表。 癌症是人类最常见、最严重的疾病之一。目前,各种医学成像技术已经广泛用于肿瘤的临床检查,而组织病理学检查是诊断人类癌症的黄金标准。光学显微镜则是最常见的组织学检查方法。然而,常用的光学显微成像不能绝对量化信号强度,并且通常受到组织中背景信号的影响。此外,很难将同一组织切片中的不同光学成像关联起来,例如HE染色不能与其他光学成像结合。由于其破坏性,成像质谱流式细胞技术中每个独特的组织切片都是一次性样本。因此开发一种性能优异的组织成像方法仍然是生物学家和病理学家的不懈追求和挑战。磁共振(MRI)成像为肿瘤成像提供了强有力的技术。常规MRI已经广泛用于从生物学研究到癌症临床诊断的原位成像。然而,它的低空间分辨率,例如在9.4 T时解剖成像的仅60微米分辨率,限制了在组织水平成像中的应用。最近发展的基于金刚石氮-空位(NV)中心的微型磁成像技术提供了一种打破空间分辨率限制的方法。NV中心是金刚石中的纳米级点缺陷,被提出作为超灵敏量子传感器来实现纳米级磁测。同时,使用具有亚微米分辨率的NV系综的宽场磁成像更适合检测大样本。然而,由于多种技术障碍,生物组织中的微米级分辨率磁成像(或MRI)尚未实现。本文中将基于NV的宽场磁成像与常规免疫细胞化学(ICC)和免疫荧光(IF)技术改进的免疫磁标记技术相结合,建立了免疫磁显微镜(IMM),这是一种能够以约1微米细胞分辨率对肿瘤组织中的癌症生物标志物进行成像并使用绝对磁信号对其进行量化的方法。 研究人员建立了一个光学检测磁共振(ODMR)宽场显微镜(图1A),通过检测金刚石NV中心的连续波(CW)光谱来实现肿瘤组织磁共振成像(图1B)。在密度为2×1012/cm2的金刚石顶面,NV传感器体积约为1×1×0.1μm3,磁场检测灵敏度约为10μT/√Hz。空间分辨率约为1微米,视场(FOV)为0.5×0.5毫米。研究人员用20纳米大小的超顺磁性纳米粒子(MNP)标记组织的靶膜蛋白,并将标记的组织附着到金刚石表面(图1C)。MNP被沿着NV轴的外部施加磁场B0磁化,而来自MNP的局部磁场BMNP将CW光谱的峰值位置移动了γeBMNP的量级(图1B)。NV中心上BMNP的大小取决于MNP的密度以及与NV的距离。细胞和组织中MNP的典型磁信号约为20μT,这个装置可以检测到。通过检测频移的大小,可以推断出信号强度和目标蛋白在组织中的分布。研究人员模拟了细胞表面随机分布的MNP的磁场信号和MNP标记组织的磁模式(图1D)。MNP标记蛋白的原始表达可以通过深度学习模型进行重建,生物标志物的表达强度可以用绝对MNP密度进行量化。 图1 金刚石磁显微镜原理图和组织磁成像原理。本文报告了四项技术进步,以实现易于使用的肿瘤组织鲁棒IMM,包括1)将生物标志物的表达强度量化为绝对磁强度,2)使用深度学习算法重建磁图像,3)使用磁性纳米粒子(MNP)免疫磁性标记组织样本,以及4)在靠近金刚石的大面积上附着组织切片,以满足NV中心的有限检测范围。在他们开发的IMM中,磁性被用作除了光和质量之外的另一种物理量。IMM方法具有精确的绝对磁量化能力,具有良好的信号稳定性和可忽略的磁背景。此外,相关的IMM和HE染色对于研究肿瘤微环境和异质性具有重要意义。多功能IMM可以扩展到多种癌症和其他生物过程和疾病的组织学检查,例如心脏病、炎症和神经系统疾病。这项工作为人类疾病的组织学检查提供了一种有吸引力的方法,补充了现有的组织成像方法,丰富了磁共振技术。除了病理组织之外,这个基于NV的磁显微镜还能够在组织水平上以亚微米或亚细胞分辨率对动物磁感受中的各种MRI造影剂、磁性粒子和磁性分子进行成像、量化和分析。 论文链接:https://www.pnas.org/content/119/5/e2118876119
  • 第11届全国化学传感器学术会议日程
    第十一届全国化学传感器学术会议第三轮通知   各位参会代表:   2011年是国际化学年。好消息!金秋时节,由中国仪器仪表学会分析仪器分会化学传感器专业委员会主办,湖南大学、上海师范大学和江苏江分电分析仪器有限公司联合承办的2011年第十一届全国化学传感器学术会议定于10月22-25日在湖南长沙市芙蓉华天大酒店召开。现将有关与会的具体安排通知如下:   一、大会学术安排   10月22日:全天报到   10月23日:大会开幕式,大会报告   10月24日:大会报告,闭幕式   10月25日:代表离会或参加考察   二、大会报告安排   1、陈洪渊 院士 南京大学 细胞图案化与细胞传感研究   2、张玉奎 院士 中科院大连化学物理研究所 色谱分离与蛋白质组学的最新研究进展   3、庄乾坤 国家自然科学基金委员会 (NSFC) 国家自然基金委分析化学学科发展战略与项目资助情况   4、杨秀荣 中科院长春应用化学研究所 双偏振干涉测量技术研究生物分子相互作用:基于功能化脱氧核酸实时无标检测小分子   5、周飞艨 加利福尼亚州州立大学洛杉矶分校,中南大学电化学和光谱学方法用于生命体系中动态过程研究   6、王柯敏 湖南大学 基于氧化石墨烯的DNA聚合酶检测新方法   7、周道民、章宗穰 美国Second-Sight公司,上海师范大学 生物医学植入器件的刺激电极和传感电极   8、陶农建 Arizona State University,USA Plasmonic-Based Electrochemical Current and Impedance Imaging and Applications   9、鞠熀先 南京大学 纳米生物传感新策略   10、钟传健 State University of New York at Binghamton Biomolecular Recognition with Functional Nanoprobes   11、庞代文 武汉大学 量子点标记多靶单病毒示踪研究流感病毒侵染动态过程   12、谭蔚泓 湖南大学 生物传感的基石:分子识别   三、会务安排   1. 报到   报到时间:10月22日8:00—22:00, 会议代表在报到处确认注册后,领取代表证、会议指南、论文集、就餐券、纪念品等。   报到地点:芙蓉华天大酒店,地址:长沙市湖南省 芙蓉区五一大道176号   电话:(0731)84401888。   2. 住宿   会议期间与会人员住宿费用自理,住宿费标准:芙蓉华天大酒店单人间,标准间:268元/间 银河大酒店双标间:160元/天,豪华双标:200元/天。   四、会议注册   与会代表的食宿统一安排,差旅、住宿费用自理。注册费包括资料费、会务费和餐费等,报到时以现金交付。会议代表每位900元(在读研究生代表每位600元,注册时请出示学生证件)。   五、会议日程安排   请见本通知附件及会议网站,如有疏漏、问题或希望调整,望及时反馈,谢谢!   六、会议联系方式   会议主页(http://huiyi114.cn)   联系人:吴海龙 庞新宇   联系方式:0731-88821848 传真:073188821848   E-mail:cbsc@hnu.edu.cn   七、会议考察   会议协助旅行社安排三条考察线路,费用自理。   八、友情提示   1. 由于参会代表较多,会务组无法安排接送,对此我们深表歉意。   2. 提供交通信息如下:   (1)、从火车站乘坐 113路(或 7, 118, 104, 105, 111, 117, 12), 乘2站在 曙光路口站 下车 或沿五一路步行约10分钟   (2)、从高铁火车站乘148路公交车至终点火车站,乘坐 113路(或 7, 118, 104, 105, 111, 117, 12), 乘2站在 曙光路口站 下车 或沿五一路步行约10分钟 打出租车约25-30元。   (3)、从机场乘坐机场大巴到终点站:民航大酒店,步行横穿五一路人行通道即到。打出租车约70元。   中国分析仪器学会化学传感器专业委员会   第十一届全国化学传感器学术会议组委会   2011年10月 10日 第十一届全国化学传感器学术会议 会 议 程 序 初 步 安 排 2011年10月22日 星期六 全天 报到注册 时间 内容 地点 08:00-22:00 注册 芙蓉华天大酒店 18:30- 晚餐 (自助餐) 21:00- 学术委员会会议 2011年10月23日 星期天 上午 时间 内容 地点 07:00- 早餐 08:20-08:50 会议开幕式 主持人:章宗穰 芙蓉华天大酒店---华天全厅 08:50-09:20 合影酒店正门前 主持人:杨秀荣、王柯敏 时间 类型 报告人 单位 报告题目 09:20-09:45 PL1 陈洪渊 院士 南京大学 细胞图案化与细胞传感研究 09:45-10:10 PL2 张玉奎 院士 中科院大连化学物理研究所 色谱分离与蛋白质组学的最新研究进展 10:10-10:35 PL3 庄乾坤 国家自然科学基金委员会 (NSFC) 国家自然基金委分析化学学科发展战略与项目资助情况 10:35-11:00 PL4 杨秀荣 中科院长春应用化学研究所 双偏振干涉测量技术研究生物分子相互作用:基于功能化脱氧核酸实时无标检测小分子 11:00-11:25 PL5 周飞艨 加利福尼亚州州立大学洛杉矶分校,中南大学 电化学和光谱学方法进行生命体系中的动态过程研究 11:25-11:50 PL6 王柯敏 湖南大学 基于氧化石墨烯的DNA聚合酶检测新方法 11:50-12:15 PL7 周道民、章宗穰 美国Second- Sight公司,上海师范大学 生物医学植入器件的刺激电极和传感电极 12:10- 午餐 (自助餐) 14:00-18:00 报展 I (尺寸为 高120厘米、宽90厘米) 2011年10月23日 星期天 下午 第一分会场: 主持人:李根喜、于聪 时间 类型 报告人 单位 报告题目 14:00-14:20 IL1 李根喜 南京大学 基于蛋白质电化学研制的若干生物传感器 14:20-14:40 IL2 于 聪 中国科学院长春应用化学研究所 核酸诱导的小分子探针的集聚及自组装 14:40-15:00 IL3 郑建斌 西北大学 生物电化学与生物传感器的研究 15:00-15:20 IL4 王进义 西北农林科技大学 微流控芯片细胞分析 15:20-15:30 OP1 贾能勤 上海师范大学 基于有序介孔材料的生物传感应用 15:30-15:40 OP2 李钟卉 南京大学 基于蛋白质芯片的雌激素受体药物多靶点筛选方法 15:40-15:50 OP3 赵伟洁 浙江大学 基于多孔硅光子晶体的微流控体系实现细胞的实时非标记分析 15:50-16:00 OP4 赖国松 湖北师范学院 基于银沉积电化学溶出分析的高灵敏多通道免疫传感 16:00-16:10 茶歇 主持人:叶邦策、袁若 时间 类型 报告人 单位 报告题目 16:10-16:30 IL5 袁 若 西南大学 电化学蛋白质生物传感器的研究 16:30-16:50 IL6 叶邦策 华东理工大学 生物纳米传感器设计及在生化分析中的应用 16:50-17:10 IL7 胡乃非 北京师范大学 可开关的生物电催化与生物传感 17:10-17:20 OP5 董俊萍 上海大学 基于硅钼酸柱撑水滑石复合材料的电化学传感器研究 17:20-17:30 OP6 李珏瑜 浙江大学 HA修饰对细胞捕获的影响 17:30-17:40 OP7 甘 峰 中山大学 基于镍纳米线的过氧化氢传感器的研究 17:40-17:50 OP8 汪庆祥 漳州师范学院 基于一步电沉积壳聚糖-ZrO2-CeO2复合膜的DNA电化学传感器 17:50-18:00 OP9 陈建平 漳州师范学院 基于富勒烯衍生物修饰玻碳电极的电化学免疫传感器 18:00-18:10 OP10 李周敏 南京大学 基于纳米银生物探针的IgE可视化检测方法的研究 第二分会场: 主持人:由天艳、朱俊杰 时间 类型 报告人 单位 报告题目 14:00-14:20 IL8 朱俊杰 南京大学 量子点功能化与电化学生物传感 14:20-14:40 IL9 蒋兴宇 国家纳米科学中心 基于微纳尺度技术传感器的应用研究 14:40-15:00 IL10 许丹科 南京大学 生物微阵列芯片检测新方法的研究 15:00:15:20 IL11 由天艳 中国科学院长春应用化学研究所 电纺碳纳米纤维及其复合材料在电分析化学中的应用 15:20-15:30 OP11 刘清君 浙江大学 中华蜜蜂化学感受蛋白阻抗传感器的研究 15:30-15:40 OP12 孙兆辉 华侨大学 基于石墨烯增敏的印迹电化学传感器的制备 15:40-15:50 OP13 荆 莉 华东师范大学 基于链接反应的碳纳米管功能化及其应用 15:50-16:00 OP14 曹 忠 长沙理工大学 钆掺杂纳米二氧化钛修饰平板金电极测定火腿肠中微量亚硝酸根 16:00-16:10 茶歇 主持人:施国跃、王坤 时间 类型 报告人 单位 报告题目 16:10-16:30 IL12 牛 利 中国科学院长春应用化学研究所 石墨烯纳米组分电化学传感器应用 16:30-16:50 IL13 王 坤 江苏大学 基于介孔TiO2修饰电极实现多巴胺的选择性测定 16:50-17:10 IL14 施国跃 华东师范大学 新型复合纳米材料的电催化行为研究及其在活体分析中的应用 17:10-17:20 OP15 吴 硕 大连理工大学 虾中4-己基间苯二酚的高灵敏电化学检测 17:20-17:30 OP16 崔 亮 厦门大学 基于变构探针设计的荧光偏振技术用于小分子的高灵敏检测 17:30-17:40 OP17 彭 晖 华东师范大学 PEDOT修饰的微通道硅电极用于多巴胺、抗坏血酸及尿酸的同时测定 17:40-17:50 OP18 孙芳洁 大连理工大学 基于YSZ和Au敏感电极的混合电位型NO2传感器的特性 17:50-18:00 OP19 赵 路 南京师范大学 氯霉素复合分子印迹膜的制备及电化学研究 18:00-18:10 OP20 羊小海 湖南大学 一种基于G四聚体自身猝灭能力的新型单标记DNA探针用于Hg2+及半胱氨酸的检测 第三分会场: 地址: 主持人:杨黄浩、屠一锋 时间 类型 报告人 单位 报告题目 14:00-14:20 IL15 王振新 中国科学院长春应用化学研究所 功能化金纳米粒子的合成与应用 14:20-14:40 IL16 何治柯 武汉大学 规模合成水溶性低毒量子点用于疾病诊断及可视化检测 14:40-15:00 IL17 杨黄浩 福州大学 基于切刻内切酶的荧光型核酸适体传感器用于放大检测蛋白质 15:00-15:20 IL18 屠一锋 苏州大学 基于纳米增敏电化学发光的氧传感技术 15:20-15:30 OP21 姜大为 华东师范大学 氮掺杂二氧化钛/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究 15:30-15:40 OP22 王 颖 南京大学 一种新颖的基于银纳米粒子荧光增强的适配体传感器 15:40-15:50 OP23 张 妍 福州大学 多壁碳纳米管表面茶碱印迹材料的制备与吸附性能 15:50-16:00 OP24 代 昭 天津工业大学 固相有机合成对基于无机纳米材料的荧光DNA探针微结构的控制作用 16:00-16:10 茶歇 主持人:冯锋、赵睿 时间 类型 报告人 单位 报告题目 16:10-16:30 IL19 赵 睿 中国科学院化学研究所 以石英晶体微天平研究尿液中三聚氰胺与三聚氰酸层层自组装相互作用 16:30-16:50 IL20 徐静娟 南京大学 新型电致化学发光生物传感器研究 16:50-17:10 IL21 冯 锋 山西大同大学 基于表面等离子体共振技术用鸡蛋黄抗体IgY测定转铁蛋白 17:10-17:20 OP25 姜 晖 东南大学 CdSe纳米颗粒的电化学发光动力学及其检测应用 17:20-17:30 OP26 李 慧 南京大学 聚合纳米银荧光探针检测人IgE的新方法 17:30-17:40 OP27 李 娟 福州大学 以氧化石墨烯为平台研究多肽和蛋白质的相互作用 17:40-17:50 OP28 王 荣 上海师范大学 基于TPAA载体的Fe3+离子选择性电极研究 17:50-18:00 OP29 陈荣生 武汉科技大学 核壳结构TiO2/C纳米纤维阵列的制备、微观结构及电化学行为 18:00-18:10 OP30 杨海峰 上海师范大学 钯纳米粒子修饰电极对过氧化氢电催化性能研究 时间 内容 地点 14:00-18:00 报展 I (尺寸为 高120厘米、宽90厘米) 18:30-20:00 欢迎晚宴 20:30- 专业委员会和刊物编委会联席会议 2011年10月24日 星期一 上午 时间 内容 地点 07:00- 早餐 8:00-12:00 报展 II (尺寸为 高120厘米、宽90厘米) 第一分会场: 地址: 主持人:双少敏、张文 时间 类型 报告人 单位 报告题目 08:00-08:20 IL22 张 文 华东师范大学 双酶传感器对大鼠血清与腹腔巨噬细胞内葡萄糖和胆固醇的同时检测 08:20-08:40 IL23 双少敏 山西大学 基于酶固定的新型抗坏血酸传感器的研究 08:40-09:00 IL24 王利兵 湖南出入境检验检疫局 一种测定双酚A的弛豫开关免疫传感器09:00-09:20 IL25 王升富 湖北大学 电化学生物传感器用于Fenton反应产生羟自由基对蛋白质损伤的监测研究 09:20-09:30 OP31 刘文娟 山西大学 基于酶固定的新型抗坏血酸传感器的研究 09:30-09:40 OP32 韩根亮 甘肃省科学院传感技术研究所 碳纳米管增强的谷氨酸生物传感器 09:40-09:50 OP33 艾仕云 山东农业大学 基于石墨烯-纳米金-锁核酸修饰的分子信标及酶催化放大反应的电化学microRNA传感器的设计 09:50-10:00 OP34 李 臻 浙江大学 用于微生物快速检测的微通道免疫分析芯片 10:00-10:10 茶歇 主持人:夏兴华、何品刚 时间 类型 报告人 单位 报告题目 10:10-10:30 IL26 夏兴华 南京大学 生物分子的界面行为及生物传感 10:30-10:50 IL27 杨小弟 南京理工大学 石墨烯和碳纳米管修饰电极间接测定生物体液中的铝 10:50-11:10 IL28 何品刚 华东师范大学 基于重氮功能化直立碳纳米管阵列的核酸适配体传感器的制备及其应用于凝血酶的检测 11:10-11:20 OP35 丁应涛 漳州师范学院 基于靛蓝胭脂红为杂交指示剂的高选择性电化学DNA传感器 11:20-11:30 OP36 胡涌刚 华中农业大学 伪狂犬病毒抗体磁性免疫传感器的研制 11:30-11:40 OP37 刘志敏 河南工业大学 基于石墨烯-纳米金复合物的乙酰胆碱酯酶生物传感器于马拉硫磷的测定 11:40-11:50 OP38 高峰 安徽师范大学 A DNA Sensor Based on FRET between Fluorescent Silica Nanoparticles and Gold Nanoparticles 11:50-12:00 OP39 张旋 漳州师范学院 空心球状CeO2–ZrO2–壳聚糖在金电极表面的一步电沉积及DNA传感分析应用 12:00-12:10 OP40 嵇海宁等 湖南大学 基于纳米金颗粒增强/猝灭荧光效应的多目标物检测及其逻辑门操作 第二分会场: 地址: 主持人:刘松琴、李景虹 时间 类型 报告人 单位 报告题目 08:00-08:20 IL29 李景虹 清华大学 石墨烯的电化学传感器研究 08:20-08:40 IL30 刘松琴 东南大学 掺氮碳空心微球制备及其电催化性质 08:40-09:00 IL31 胡文平 中国科学院化学研究所 自组装纳米材料与纳米器件/分子器件的研究? 09:00-09:20 IL32 宋世平 中国科学院上海应用物理研究所 生物传感器与生物芯片在现代分子诊断学中的应用? 09:20-09:30 OP41 陈旭 北京化工大学 新型石墨纳米材料修饰电极电化学生物传感研究 09:30-09:40 OP42 何婧琳 长沙理工大学 结合金纳米的层层自组装膜用于致癌基因c-myc蛋白的检测 09:40-09:50 OP43 丁亚平 上海大学 基于石墨烯氧化钴萘酚膜修饰玻碳电极的L-色氨酸电流型传感器 09:50-10:00 OP44 杨园园 西南大学 基于聚甲基丙烯酸-聚咔唑杂化型分子印迹聚合物的手性电化学传感器 10:00-10:10 茶歇 主持人:杜丹、杨荣华 时间 类型 报告人 单位 报告题目 10:10-10:30 IL33 杨荣华 湖南大学 茎部可控核酸探针设计策略 10:30-10:50 IL34 徐国宝 中国科学院长春应用化学研究所 三联吡啶钌电化学发光免疫分析和核酸测定? 10:50-11:10 IL35 杜丹 华中师范大学 磷化蛋白phospho-p5315的电化学免疫传感器 11:10-11:20 OP45 龚静鸣 华中师范大学 纳米增效型固相提取剂在典型环境污染物的净化和电化学检测中的应用 11:20-11:30 OP46 华亮 上海师范大学 碳纳米管复合材料修饰电极对芦丁和抗坏血酸的同时检测 11:30-11:40 OP47 王海霞 山西大学 基于β-环糊精接枝的磁性纳米共聚物修饰电极对色氨酸的化学传感器研究 11:40-11:50 OP48 费俊杰 湘潭大学 葡萄糖氧化酶在-环糊精共价键修饰SWCNTs/CTAB复合膜中的直接电化学及电催化 11:50-12:00 OP49 亓秀娟 福州大学 一种简单、快速、高灵敏检测痕量铜离子传感器的研制 12:00-12:10 OP50 马嘉悦等 湖南大学 基于大孔/中空碳球修饰玻碳电极的硝基苯高灵敏电化学传感研究 第三分会场: 地址: 主持人:杨朝勇、赵书林 时间 类型 报告人 单位 报告题目 08:00-08:20 IL36 杨朝勇 厦门大学 An Agarose DropletMicrofluidic Approach for Highly Efficient Single Molecule mplification and Its Application to Aptamer Selection 08:20-08:40 IL37 赵书林 广西师范大学 基于CdTe/CdS量子点与金纳米粒子的荧光共振能量转移测定三聚氰胺 08:40-09:00 IL38 肖丹 四川大学 金纳米颗粒的绿色制备及其在生物传感器中的应用 09:00-09:20 IL39 李向军 中国科学院研究生院 表面等离子共振法研究β淀粉样蛋白和金属离子相互作用 09:20-09:30 OP51 秦利霞 华东理工大学 CdTe/ZnS 量子点的表面修饰及在细胞中的应用 09:30-09:40 OP52 徐章润 东北大学 PDMS气动喷射混合器用于微流控芯片量子点合成 09:40-09:50 OP53 卢丽敏 江西农业大学 基于电聚合荧光素的高灵敏度和高选择性亚硝酸盐电化学传感器的研究 09:50-10:00 OP54 张海娟 浙江大学 基于离子液体修饰的多孔硅光学气体传感器 10:00-10:10 茶歇 主持人:谢青季、卢小泉 时间 类型 报告人 单位 报告题目 10:10-10:30 IL40 卢小泉 西北师范大学 Photoelectrochemical Study Based On The Functionalized-Metalporphyrin 10:30–10:50 IL41 谢青季 湖南师范大学 生物传感和生物燃料电池研究 10:50-11:10 IL42 徐景坤 江西科技师范学院 基于导电高分子复合材料的抗坏血酸氧化酶电化学生物传感器的开发和农业应用 11:10-11:20 OP55 汪海燕 华东理工大学 基于纳米通道传感技术对老年痴呆症致病蛋白的结构特性研究 11:20-11:30 OP56 马 巍 华东理工大学 选择性识别糖-蛋白作用的荧光传感器 11:30-11:40 OP57 余 刚 湖南大学 交流电沉积自组装金铂和金钯合金纳米线及传感性能 11:40-11:50 OP5, 8 邬建敏 浙江大学 基于多孔硅的光学传感器研究 11:50-12:00 OP59 魏广芬 山东工商学院 基于压缩传感的气体传感器检测技术新框架 12:00-12:10 OP60 张晓兵 湖南大学 新型荧光化学生物探针研究 12:10- 午餐(自助餐) 时间 内容 地点 8:00-12:00 报展II (尺寸为 高120厘米、宽90厘米) 2011年10月24日 星期一 下午 主持人:谭蔚泓、鞠熀先 时间 类型 报告人 单位 报告题目 15:00-15:25 PL8 陶农建 Arizona State University,USA Plasmonic-Based Electrochemical Current and Impedance Imaging and Applications 15:25-15:50 PL9 鞠熀先 南京大学 纳米生物传感新策略 15:50-16:15 PL10 钟传健 State University of New York at Binghamton Biomolecular Recognition with Functional Nanoprobes 16:15-16:40 PL11 庞代文 武汉大学 量子点标记多靶单病毒示踪研究流感病毒侵染动态过程 16:40-17:05 PL12 谭蔚泓 湖南大学 生物传感的基石:分子识别 17:05-18:00 会议闭幕式 主持人:吴海龙 总结、颁奖、下一届代表发言 18:30- 晚餐 (自助餐) 2011年10月25日 星期二 全天 时间 内容 地点 06:20- 早餐 市外考察: 7:00 出发 选项 项目 备注1.市外考察I 韶山 (1天) 详见会议网站 2.市外考察II 凤凰 (2天) 详见会议网站 3.市外考察III 张家界 (3天) 详见会议网站 4.市内考察 长沙市内 附件:报展目录.doc
  • 精密位移传感器技术比较
    精密位移传感器技术比较PIEZOCONCEPT 在其压电级中使用什么类型的位移传感器?为什么它优于其他传感器技术?PIEZOCONCEPT 使用单晶硅传感器,称为Si-HR 传感器。尽管它是应变仪传感器大系列的一部分,但它的性能优于其他两种常用技术(电容式传感器和金属应变仪)。这两种位置传感技术有其自身的特定缺点。 电容式传感器与 PIEZOCONCEPT 公司Si-HR 传感器的比较电容式传感器非常常用。他们提供了不错的表现,但他们对以下情况很敏感:• 气压变化:空气的介电常数取决于气压。电容测量将受到任何压力变化的影响。• 温度变化:同样的,空气的介电常数会随温度变化• 污染物的存在以上所有都会导致一些纳米级的不稳定性,因此如果您想实现真正的亚纳米级稳定性,则需要将它们考虑在内。即使可以对气压和温度进行校正,也无法校正其他因素(污染物、脱气)的影响。这解释了电容式传感器在真空环境中性能不佳的原因。此外,电容式传感器非常昂贵且体积庞大。因此,带有电容传感器的位移台不可能做的有像的 BIO3/LT3 这样薄,即使设计的好也会在稳定性方面进一步牺牲性能。因为它是一种固态技术,所以Si-HR 传感器的电阻不依赖于气压或污染物的存在。其次,温度变化会对测量产生影响(主要是因为材料的热膨胀),但这可以通过使用传感器阵列来纠正。基本上,我们为每个轴平行使用 2 个硅传感器 - 一个用于测量,另一个用于考虑由于温度变化导致的材料膨胀。金属应变计与 PIEZOCONCEPT Silicon HR 技术的比较金属应变计与我们的 Silicon HR 技术(也是应变计)之间的差异更大。金属应变计和硅传感器应变计之间存在两个巨大差异。竞争对手试图说所有的应变仪都具有相同的性能,因为它们测量的是应变。这是不正确的。半导体应变计在稳定性方面与金属应变计有很大不同。金属应变计和Si-HR 传感器(PIEZOCONCEPT 使用)之间的第yi个区别是应变系数:半导体应变仪(Si-HR)的应变系数大约是金属应变仪的 100 倍。更高的规格因子导致更高的信噪比,最终导致更高的稳定性。 更重要的是,第二个区别是金属应变计不能直接安装在弯曲本身上(即实现运动的地方):金属应变计必须安装在某种“背衬”上。因此,它必须安装在执行器本身上,因为您没有足够的空间将其安装在挠性件上。仅在执行器上测量的问题是压电执行器有很多缺陷......存在蠕变或滞后等现象。因此,由于压电执行器的伸长不均匀,因此仅测量执行器的部分伸长率并不能精确地扣除其完全伸长率。通过对弯曲本身进行测量,我们不会遇到这种“不均匀”问题。由于上述原因,如果您比较应变计(金属)和 PIEZOCONCEPT 的Si-HR 传感器,在信噪比和稳定性方面存在巨大差异。 关于法国PIEZOCONCEPT公司 PIEZOCONCEPT 是压电纳米位移台领域的领宪供应商,其应用领域包括但不限于超分辨率显微镜、光阱、纳米工业和原子力显微镜。其产品已被国内外yi流大学和研究所从事前沿研究的知名科学家使用,在工业和科研领域受到广泛好评。 多年来,纳米定位传感器领域电容式传感器一直占据市场主导地位。但这项技术存在明显的局限性。PIEZOCONCEPT经过多年研究,开发出硅基高灵敏度位置传感器(Silicon HR)技术,Si-HR传感器可以实现更高的稳定性和线性度,以满足现代显微镜技术的更高分辨率要求。 PIEZOCONCEPT的目标是为客户提供一个物美价廉的纳米或亚纳米定位解决方案,让客户享受到市面上蕞高的定位准确性和稳定性的产品使用体验。我们开发了一系列超稳定的纳米定位器件,包含单轴、两轴、三轴、物镜扫描台、快反镜和配套器件,覆盖5-1500um行程,品类丰富,并提供各类定制化服务。与市场上已有的产品相比具有显着优势,Piezoconcept的硅传感器具有很好的稳定性、超本低噪声和超高的信号反馈,该技术优于市场上昂贵的高端电容传感器。因此,我们的舞台通过其简单而高效的柔性设计和超本低噪声电子器件提供皮米级稳定性和亚纳米(或亚纳米弧度)本底噪声。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电:上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商,代理品牌均处于相关领域的发展前沿;产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等,涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等;可为客户提供完整的设备安装,培训,硬件开发,软件开发,系统集成等优质服务。
  • 传感器:智能时代的“慧眼”
    如果把智能系统比作“人”,那么传感器就是“人”的感觉器官。不同类型的传感器,感知周围环境并把数据传递给系统进行计算,对情况进行实时分析、判断和应对。随着数字化智能化不断深入,各式各样传感器的用武之地大为拓宽,为人类创造美好生活发挥着巨大作用。一部智能手机里有上百个传感器:有用于摄像的CMOS图像传感器,有用于检查环境明暗的环境光传感器,还有用于导航的地磁传感器、陀螺仪,等等。正是基于这些传感器,手机里的各种应用软件才能流畅工作,手机才能成为集工作、生活、娱乐于一体的便携式智能设备,带来人们生活方式的巨大变化。风云卫星上的可见和红外光电传感器,能够不分昼夜地获取大气信息,精准预测天气,甚至在月球上、火星上都有传感器工作,帮助人类探索宇宙奥秘。比人的感官更敏锐、更强大传感器是信息系统的“慧眼”。它就像人类的眼睛、耳朵、皮肤等器官一样,感知周围环境,帮助我们认识多姿多彩的世界。不同之处在于,传感器比人的感官更敏锐、更强大。客观世界所包含的信息多样程度,远远超出我们感官的能力范围。人的眼睛无法观察红外辐射和紫外辐射,耳朵听不见次声波和超声波,对于“不见踪影”却时刻产生影响的磁场也无法感知。这些超出感官范围的信息,传感器都能“感受”到。随着生产力发展,人类越来越需要全方位地感知世界。1821年,科学家利用材料因温差产生电压的原理,研制出世界上第一个传感器——温度传感器。最初,人们直接利用光、热、电、力、磁等物理效应制备各种传感器,这些传感器尺寸大、灵敏度低、使用不方便。上世纪70年代,出现了将敏感元件与信号电路进行一体化设计的集成传感器,如热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。这类传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,输出模拟信号。上世纪末开始,数字化传感器快速发展,通过“模拟/数字”转换模块,实现数字信号输出。数字化传感器集成智能化处理单元,可以自动采集、处理数据,并能根据环境自动调整工作参数,数码相机中的光敏元件就是其代表产品。总的来说,传感器的工作原理是某些物质的电学特性会随环境因素变化。例如铂在不同温度下电阻率不同,硅在可见光照射下电阻会减小,石英受到压力后表面会产生电荷,等等。利用电阻与温度的对应关系,可以制成温度传感器,进一步给敏感元件添加隔热结构,依据敏感元件温度变化与红外辐射能量之间的关系,可以制成红外传感器。在此基础上,还可以根据目标温度与红外辐射能量之间的关系,制造出非接触测温传感器。人们熟悉的用来测量体温的额温枪就利用了这一原理。借助丰富的物理和化学效应,人们制备出灵敏度比狗鼻子高1000倍、可以“闻到”气体分子的“电子鼻”,以及可以在黑夜中观察物体的红外相机等种类丰富、功能强大的传感器。没有传感器就没有数字化、智能化数字化是对事物属性的量化,并用数字将其表达为抽象结果。借助现代信息技术,人们可以存储、处理、传播各种数字化信息。传感器可以将事物蕴含的各种信息转换成电信号,并利用数模转换电路将电信号用数字表达,是数字化的有效工具。当你拿出手机拍照片或视频时,光敏传感器会将接收的光强度信号转换成电信号,再按一定的规则用数字表达、存储,最终形成手机屏幕上的影像。数字化基于传感器获取信息。数字化系统需要处理的信息量非常庞大,仅靠人工或者传统设备无法获取,凭借传感器则能够实时、高效、精准、快速地获取,于是有了城市大数据、天气大数据、医疗大数据、农业大数据等。利用各类传感器,人们可以召开远程会议、学习网络课程、扫码支付甚至直播带货,由此发展出数字经济业态。数字经济涉及的云计算、物联网、人工智能、5G通信等各类技术,都与传感器息息相关。没有传感器就没有数字化和智能化。传感器是智能化系统的第一关,它的水平决定了智能化系统及其仪器设备的水平。传感器技术已经成为国际上信息高端器件领域的研究前沿,在人工智能、智慧城市、5G通信、航空航天、生命健康等领域均发挥着不可替代的作用。比如一辆汽车会安装压力、温度、位置、声音、光、电等超过100种传感器,由车载电脑进行处理,帮助驾驶员作出判断。对数据的智能化分析降低了驾驶汽车的难度,让汽车变得更安全、更好开。更进一步,无人驾驶汽车通过传感器实时获取道路信息,一旦发现障碍物,便通过智慧分析及时避让。城市中高楼大厦、桥梁、隧道等建筑,也需要通过视频、温度、压力和烟雾等传感器实时监控安全状况,当数据汇总到一起,智能化系统便会及时分析,凝练出少量关键信息供使用者作出决策。甚至在未来,人类的感官也可以借助传感器变得更加强大,构建起智能化系统。智能传感器开拓新应用场景当前,各类传感器都处在进一步提升性能、降低成本,向数字化、智能化、小型化微型化、绿色低碳、可穿戴等方向进化,呈现出蓬勃发展态势。其中,智能传感器、柔性传感器、新原理传感器的研发具有代表性意义,有望塑造新的工作生活方式。发展智能传感器是重要趋势。借助智能传感技术,人们设计制造出具备获取、存储、分析信息功能的各种传感单元及微系统,实现低成本、高精度信息采集。智能传感器广泛应用在机器人、无人驾驶、智能制造、运动定量监测等方面,还可用于开发无创或微创健康监测器件等。近年来流行的动态血糖仪是个很好的例子。糖尿病患者将柔性传感器无痛置入身体,传感器每5分钟测一次血糖值,并传送到手机应用中。患者可以观察血糖曲线变化,及时通过饮食和运动等方法调节血糖,有的患者甚至由此告别了药物和胰岛素治疗。此外,人们还在研发可降解电子器件,让智能传感器更好助力低碳环保生活。发展柔性传感器是另一趋势。许多应用场景要求传感器制备在柔性基质材料上,并具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。目前制备柔性传感器的常用传感材料有碳基材料(炭黑、碳纳米管和石墨烯等)、金属纳米材料(金属纳米线、金属纳米颗粒等)、高分子聚合物和蛋白纤维等。例如一种具有可拉伸、抗撕裂和自我修复能力的交联超分子聚合物薄膜电极材料,可用于制造下一代可穿戴和植入式柔性电子器件。将集成多功能的柔性传感器与柔性印制电路结合,可以制成“智能带”,把它穿戴在身体的不同部位,可实时监测与分析生理信息,帮助人们特别是感官退化的群体了解自身健康状况。新原理传感器也在不断出现。在基础研究领域,新的规律陆续被发现,人们正利用这些科学新认知制备传感器。同时,技术进步也对基础研究提出新要求。在生活中,人们希望提高相机的像素、灵敏度、速度等性能参数;在高速实验中,需要可以记录飞秒尺度信息的条纹相机;在量子通信中,需要灵敏度达到单光子的光电探测器;在空天科技中,需要实现对高速运动物体和冷目标的探测,等等。这就要求科学家们进一步探索物理世界,发现新现象新规律,提升传感器性能。随着科技快速发展,新材料新工艺不断投入应用,性能更强、种类更丰富、智能化水平更高的传感器将创造更多工作生活新场景,帮助人们“感受”美好生活。(作者:褚君浩,系中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员)
  • 一篇文章看懂:什么是SENIS集成3轴磁传感器?
    一篇文章看懂:什么是SENIS集成3轴磁传感器?为了测量电磁铁和永 jiu磁铁产生的从 10-6 到 102 T 的非均匀磁通密度,通常使用带霍尔探头的特斯拉计。为了同时测量磁通密度的三个正交分量,需要使用三轴霍尔探头。根据目前传统的的技术水平,三轴霍尔探头由三个霍尔板组成,这三个霍尔板分别位于一个小立方体的三个相互正交的面上。单个霍尔板的尺寸及其定位公差严重限制了可实现的空间分辨率和测量磁通密度矢量的角度精度。此外,连接霍尔装置的导线中的电磁感应也限制了这种霍尔探头的有用带宽。此外,平面霍尔效应通常会产生额外的误差。在基于量子阱的霍尔板中,平面霍尔效应很弱,但问题依然存在。 为了解决这个问题,在一个点上检测三个方向的磁性。SENIS开发了一种划时代的“集成3轴磁传感器",使之成为可能。这就是“集成的三轴磁传感器"。 该传感器可以在所有情况下测量精确的3D矢量,例如永磁体的邻近磁场、小线圈产生的磁场和时间变化,这在过去是不可能的。图1. 传统的霍尔片3轴探头(左)和SENIS集成3轴磁传感器(右)3轴磁性探头的配置传统的霍尔片3轴探头SENIS集成3轴磁传感器磁化位置3个位置一个位置(单点)磁感应位置的错位量取决于传感器位置(约0.5mm~10mm)无错位传感器的相对角度误差通常不标注(过大)±0.1°以内温度传感器无安装在传感器芯片中探头形状约1~2种8种类型+定制自由一、 专li技术的SENIS集成3轴磁传感器二、 SENIS集成三轴磁传感器的功能除了磁传感器外,集成的3轴磁传感器还集成了偏置电路和放大器,以提高频率特性和抗噪性,甚至在宽度仅为 0.64 m 的单个芯片上集成了温度传感器,用于因温度变化而进行灵敏度校正。1.敏感区域仅为0.15mm × 0.1mm × 0.15mm2.3个方向相对角度误差在±0.1以内3.频率响应:高达25Khz(-3db)4.温度特性±100ppm/°C三、 SENIS集成三轴磁传感器放大图四.SENIS集成三轴磁传感器详细信息图2. 磁性传感器内部有5个感磁区域。通过取BZ1和BZ2的平均值,虚拟地求出By传感器位置的Bz磁场。同样地,通过取Bx1和Bx2平均值来求出By传感器位置的Bx磁场,可在同一点上收集Bx、By、Bz。五.搭配SENIS集成三轴磁传感器的霍尔探头类型:六.搭配SENIS集成三轴磁传感器的高斯计/特斯拉计汇总类型: SENIS数字特斯拉计/高斯计基于SENIS® 的模拟磁场传感器电子设备,其顶部添加了数字模块,具有显示器,通信端口,数字数据校正等。SENTIS提供不同类型的特斯拉计,具有不同的磁性分辨率,精度,f带宽,噪声水平和功能和处理选项(手持式,台式,机架式)3MH3特斯拉计,适用于工业和实验室应用,具有良好的精度,分辨率和f带宽3MH6台式特斯拉计,用于实验室应用,具有非常高的分辨率和精度以及良好的f带宽3MTS 手持式特斯拉计,探头支架坚固,精度高1 轴、2 轴或 3 轴 Nanoteslameter 3NTA1,用于极低磁场SENIS® 已通过ISO 9001和ISO 22301(业务连续性管理)认证。我们的校准实验室已通过ISO17025:2017认证。上海昊量光电作为SENIS公司在中国大陆地区主要的代理商,为您提供专业的选型以及技术服务。欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台,我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。 更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电:上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商,产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等,涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等;可为客户提供完整的设备安装,培训,硬件开发,软件开发,系统集成等服务。
  • 分析仪不离传感器 微电子智能化为主
    分析仪器是我国科技、经济和社会持续发展的基础,无论在工业过程控制、设施农业、生物医学、环境控制、食品安全乃至航空航天、国防工程等领域,均迫切需要各类新型传感器作为信息摄取源的小型化、专用化、简用化、家庭化的新一代分析仪器,实现更灵敏、更准确、更快速、更可靠地实时检测,以迅速改变我国分析仪器的落后状况。  传感器作为现代科技的前沿技术,传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业,它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。  几十年来,以微电子技术为基础,促进了传感器技术的发展。多学科、多种高新技术的交叉融合,推动了新一代传感器的诞生与发展。例如:我国重点开发的MEMS、MOMES、智能传感器、生物化学传感器等以及今后将大力开发的网络化传感器、纳米传感器均是多学科、多种学科技术交叉融合的新一代传感器。  微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的,目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器(如上述EJX变送器)。微电子机械加工技术,包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和微型封装技术等。  MEMS的发展,把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。传感器的检测仪表,在微电子技术基础上,内置微处理器,或把微传感器和微处理器及相关集成电路(运算放大器、A/D或D/A、存贮器、网络通讯接口电路)等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。(注:MEMS技术还完成了微电动机或执行器等产品,将另作文介绍)网络化方面,目前主要是指采用多种现场总线和以太网(互联网),这要按各行业的特点,选择其中的一种或多种,近年内最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。  除MEMS外,新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术,如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、多功能传感器等。  多传感器数据融合技术正在形成热点,不同于一般信号处理,也不同于单个或多个传感器的监测和测量,而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高,在信息获取基础上,多种功能进一步集成以致于融合,这是必然的趋势,多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。  多传感器数据融合的定义概括:把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合,采用计算机技术对其进行分析,消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾,加以互补,降低其不确实性,获得被测对象的一致性解释与描述,从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性,使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现,包括数据层(像素层)融合、特征层融合、决策层(证据层)融合。由于它比单一传感器信息有如下优点,即容错性、互补性、实时性、经济性,所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外,已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。  近年来,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造,而且可导致建立新型工业,是21世纪新的经济增长点。
  • 空前盛况,化学传感新高度-第十六届全国化学传感器学术会议圆满闭幕
    仪器信息网讯 2023年9月24日,由中国仪器仪表学会分析仪器分会化学传感器专业学组(专业委员会)主办的第十六届全国化学传感器学术会议(SCCS2023)于山东省济南市圆满闭幕。本次大会以“化学传感赋能新时代”为主题,本次参会人数超1200名,征集论文近500篇,共有12个大会特邀报告、42个主旨报告、101个邀请报告、153个口头报告和17个简单报告,邀请到国内外众多知名专家学者,共同探讨化学传感领域的最新研究成果和发展趋势,吸引了上千人注册参会。会议现场闭幕式开始之前,特别邀请了中国科学院院士、清华大学教授李景虹、中国科学院院士、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员刘买利、北京师范大学教授毛兰群、南京大学鞠熀先教授、上海仪电科学仪器股份有限公司(雷磁)许佰功作出精彩报告。中国科学院院士、清华大学教授 李景虹报告题目:《单分子生物电子学与生物分析》李景虹介绍到,对复杂生命过程的单分子表征可以深入生物分析化学的研究尺度,以核酸、蛋白质和大分子互作为基础的技术可以用于单分子表征过程中。此外,他还对近期主要研究作出汇报:单分子间元-元堆叠的偶极增强效愈、G-四链体的电子学研究和蛋白质相互作用的电子学。最后,他提出了所面临的研究挑战,并指出生命过程关键物理化学机制的微观解析、微观反应机制与宏观现象间的关联和生命过程中量子现象的观测是未来发展方向。中国科学院院士、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员 刘买利报告题目:《核磁共振波谱分析》刘买利以核磁共振波普的发展与影响、技术与方法、应用与趋势展开报告。他提到,核磁共振是科学交叉的典范,在多领域促进科学发展,其中核磁共振波普(NMR)和磁共振成像(MRI)是最活跃的两个领域,两种技术相结合可大幅提升检测灵敏度。此外,他还介绍了用于提高核磁共振灵敏度的多种超极化技术及在生物分子领域的应用,对细胞结构研究具有重要作用。北京师范大学教授 毛兰群报告题目:《脑化学活体传感》毛兰群教授首先介绍了脑的化学本质、化学信号研究的关键问题、脑化学测量的机遇与挑战。基于此,他通过解析信号、脑的电化学模拟等手段开展研究,发展了活体传感原理与方法的新构想,创建了原电池型氧化还原电位分析法,实现了化学信号向电信号转化的模拟,在该领域上取得创新性成果。南京大学教授 鞠熀先报告题目:《纳结构增强的电化学发光与光电生物传感》鞠熀先教授以解决癌症精准诊治中的个关键科学问题为目标,对生物分子检测及其介导的诊治应用展开研究,分别在用于生物传感的量子点ECL、用于生物传感的无机纳米粒子ECL、 用于生物传感的聚合物点ECL、Pdots的ECL生物成像五个方面展开报告,对提高癌症诊断治疗精确性及成像分辨率具有重要价值。上海仪电科学股份有限公司(雷磁) 许佰功报告题目:“雷磁”电化学传感器及仪器技术发展许佰功介绍道,“雷磁“是上海仪电科学仪器股份有限公司的自主品牌,创建于1940年,是中国pH计和玻璃电极的诞生地,也是国内分析仪器的重要发源地。 “雷磁”研发了丰富的科学仪器产品,涵盖电化学传感器、电化学分析仪器、滴定仪/水分仪、水质分析仪、在线水质监测仪器、化学试剂和系统集成等众多门类。雷磁作为国内自主研制高端专业型电化学传感器的企业,研制出众多功能、材料和结构的专业型电极,为用户带来了更多高性能智能化的产品体验大会特邀专家报告结束后,开始颁奖环节,奖项包括颁发优秀青年报告奖和优秀墙报奖,并由济南大学魏琴教授宣布获奖名单。济南大学魏琴教授宣布获奖名单优秀青年报告奖颁奖仪式优秀墙报奖颁奖仪式颁奖仪式后,由湖南大学吴海龙教授做大会总结发言。湖南大学吴海龙教授做大会总结发言吴海龙教授首先对济南大学和所有参会者表示由衷的感谢。他说道,大会自成立以来,在老一辈科研工作者的领导下,会议举办得蒸蒸日上,第十六届全国化学传感器学术会议是历届以来人数最多,规模最大的一次会议,大会以“化学传感赋能新时代”为主题,给众多专家、学者和年轻的科研工作者创造了一次宝贵的交流学习机会。最后,吴海龙教授邀请所有参会专家和济南大学的工作人员共同合影,并期待下一届会议再相聚。闭幕式合影
  • 光致发光和可穿戴传感器研究获进展
    人们对电子设备的便携性、多功能性和集成性的期待推动了可穿戴电子设备的快速发展。最近,摩擦电纳米发电机(TENGs)在能力收集、人机交互、医疗监测和自供电传感等方面引起了关注。遗憾的是,这类交互设备多由分隔的传感器和显示单元组成,因而总是需要一些笨重的设备或有线连接来将输出信号转换为人类易读出的形式。色彩提供了简单的传输信息的方法,其可调的颜色属性有望与传感器集成,为交互式信号的可视化开辟了新途径。金属卤化物钙钛矿具有特殊的光物理性质,为未来的可穿戴电子产品提供了新机会。然而,构建自供能、应变传感和显示等多功能特性一体化的光致发光传感系统是巨大的挑战。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所轻量化实验室研究员李清文与项目研究员张其冲等,提出了高效窄光致发光金属卤化物固体的水合成策略,进一步将其应用于自供电的可穿戴式光致发光传感器。科研人员利用这一策略,仅使用水作为溶剂便制备了盐壳金属卤化物固体(具有高效和狭窄的绿色排放,PLQY为87.3%)。其中,KBr盐提供了一个富溴的环境来钝化钙钛矿的表面缺陷,且作为基质来提高其稳定性。该绿色环保的制备策略可用于制备无色水性油墨和柔性光致发光薄膜。另外,该固态化合物可作为聚乙烯醇(PVA)的填料,用于TENG中的高性能正摩擦材料,所制备的TENG的输出性能是原始TENG的2.3倍。研究进一步构建了电压响应范围为0-100kPa、响应时间为125ms的可穿戴光致发光传感器,以检测人体的各种运动。研究显示,运用简单的水蒸发结晶策略即可制备高发射窄半高峰宽的金属卤化物固体,巧妙地引入溴化钾盐使得难溶于水的溴化铅完全溶解在水中,不仅赋予了材料高量子产率,而且提升了产物光和热稳定性。得益于水蒸发结晶策略,前驱体水溶液可制备成水性墨水,通过与水性聚合物混合可以制备出柔性荧光薄膜,并可以通过喷墨打印技术打印相关的图案。作为概念验证,研究还构建了电压响应范围为0-100kPa,响应时间为125ms的可穿戴光致发光压力传感器,未来有望构建同时具有显示-传感一体化自供电集成器件,检测人体的各种运动。该研究为高发射的金属卤化物固体的合理设计提供了指导,并为扩展其在多功能可穿戴荧光传感器中的应用提供了参考。相关研究成果以Robust Salt-Shelled Metal Halide for Highly Efficient Photoluminescence and Wearable Real-Time Human Motion Perception为题,发表在Nano Energy上。研究工作得到中科院和江苏省青年基金项目的支持。该研究由苏州纳米所、华东理工大学、新加坡南洋理工大学、上海交通大学的科研人员合作完成。图1.固态盐壳金属卤化物的制备图2.固态金属卤化物的稳定性及其柔性应用图3.固态金属卤化物在传感领域的应用
  • 产线用传感器校准-LED积分球光源
    01用途蓝菲光学(Labsphere)是图像传感器校准光源中公认的领导者。此款设备具备了照度连续可调、高低色温连续可调的功能,高均匀性避免了定位带来的误差。主要应用于各类光学光学传感器研究、开发和生产测试和校准。02一体式设备节省空间本产品是专门为光学传感器校准而推出的定制产线LED类型均匀光源。一体式设备,内置Labsphere专门设计用均匀光源系列积分球。本款产品经过优化设计,内置积分球配置高低色温LED, 开口2inch。开口处均匀光源的均匀性可以达到98%以上。这款产品内置多通道直流电源用于LED直流供电,内置多通道监控,可以实时监控开口处照度。每颗LED都在做过老化和校准,并且可通过软件精密控制LED电流大小,获得几乎连续可调的色温和照度。软件接口和二次开发模块,便于客户后期系统集成。03优化设计积分球出光处配置高透过率中性匀化片,防止灰尘进入积分球带来的污染。积分球采用高性能LED, LED配置了风冷式散热,保证长期重复性和复现性。04组成光源主机、多通道电源、积分球均匀光源、带滤光片的探测器、电流表、软件、防灰滤光片、高低色温LED模组、软件、校准。05特点方形外观、一体式设计出口照度均匀性 99%开口:45mm色温:高低色温连续可调照度:高低输出连续可调照度色温设置mS级别调整和迅速切换可实时监控照度和LED衰减情况高重复性可加选件监控光谱变化和色温变化06测量应用照度/亮度校准色温校准光谱校准动态范围平场响应线性度量子效率饱和曝光度灵敏度空间和角不均匀度07行业应用环境光传感器校准CMOS图像传感器测试手机相机校准光电二极管响应测试RGB传感器测试 小型摄像头08软件LED进行老化,以及通过内部自带的散热装置,保证系统输出良好的稳定性。此外,通过自带高精度的亮度/照度监控器,可以实时观测亮度输出情况。亮度/照度稳定性(10分钟)均匀性:内置优化结构和尺寸设计的积分球,以及高漫反射率的涂料,提升了光源的反射次数从而提升均匀性达到99%以上。均匀性:内置优化结构和尺寸设计的积分球,以及高漫反射率的涂料,提升了光源的反射次数从而提升均匀性达到99%以上。
  • 中国科大实现低频射频场的高灵敏里德堡原子传感器
    中国科学技术大学郭光灿院士团队在基于里德堡原子的低频射频电场测量上取得重要进展。该团队史保森、丁冬生课题组利用非共振外差方法实现了基于里德堡原子的低频射频电场精密探测,相关成果以“Highly sensitive measurement of a MHz RF electric field with a Rydberg atom sensor”为题发表在国际应用物理期刊《Physical Review Applied》上。   里德堡原子由于其较大的电偶极矩和极化率等独特性质,在微波测量领域展现出巨大应用潜力。基于里德堡原子的量子传感器在测量精度﹑抗干扰性以及可朔源等方面有望超越传统微波接收系统,因此该研究方向受到广泛关注,例如:美国陆军研究室、桑迪亚国家实验室等开展了相关研究,并取得了重要进展[Physical Review Applied 13, 054034 (2020),Physical Review Applied 15, 014047 (2021)]。尽管里德堡原子传感器在GHz高频微波频段探测取得了重要进展,但在MHz附近的低频波段却遇到困难,测量灵敏度较低,其主要原因在于低频电场与里德堡原子之间的耦合是一种弱的非共振相互作用,受限于光谱测量分辨率,人们难以测量微弱微波电场造成的扰动,这就限制了里德堡原子微波测量向低频波段的扩展。   在本工作中,研究团队基于AC Stark效应和非共振外差技术,通过引入一个本地振荡电场来放大系统对微弱信号电场的响应,最后通过测量探测光的电磁诱导透明光谱得到信号电场的强度。研究团队实现了对30-MHz微波电场(波长近10米)的高灵敏度测量,最小电场强度为37.3µV/cm,灵敏度为−65 dBm/Hz,动态范围超过65 dB。此外,研究团队还演示了1 kHz振幅调制(AM)信号的传输和接收:通过对探测光束信号进行解调,并分别方波和正弦波调制下提取初始调制信息,保真度均达到98%。图1 (a)里德堡态激发 (b)传感器示意图图2 (a)系统灵敏度 (b)和(c)AM解调信号演示 这项工作提高了MHz电场的原子传感器灵敏度,有助于原子电场传感技术的发展。该工作对里德堡原子传感器的在其他领域的应用,如远程通信、超视距雷达和射频识别(RFID)也有参考价值。   中科院量子信息重点实验室硕士研究生刘邦为本文的第一作者,丁冬生教授、史保森教授为本文的共同通讯作者。该成果得到了科技部、基金委、中科院、安徽省重大科技专项以及中国科学技术大学的资助。
  • 智能化成分析仪器与传感器发展方向
    我国分析仪器和传感器产品,已经加大力度朝向智能化、信息化、网络化方向发展,以实现更灵敏、更准确、更快速、更可靠地实时检测。  分析仪器是我国科技、经济和社会持续发展的基础,无论在工业过程控制、设施农业、生物医学、环境控制、食品安全乃至航空航天、国防工程等领域,均迫切需要各类新型传感器作为信息摄取源的小型化、专用化、简用化、家庭化的新一代分析仪器,以迅速改变我国分析仪器的落后状况。  传感器作为现代科技的前沿技术,传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业,它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。  几十年来,以微电子技术为基础,促进了传感器技术的发展。多学科、多种高新技术的交叉融合,推动了新一代传感器的诞生与发展。例如:我国重点开发的MEMS、MOMES、智能传感器、生物化学传感器等以及今后将大力开发的网络化传感器、纳米传感器均是多学科、多种学科技术交叉融合的新一代传感器。  微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的,目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器(如上述EJX变送器)。微电子机械加工技术,包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和微型封装技术等。  MEMS的发展,把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。传感器的检测仪表,在微电子技术基础上,内置微处理器,或把微传感器和微处理器及相关集成电路(运算放大器、A/D或D/A、存贮器、网络通讯接口电路)等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。(注:MEMS技术还完成了微电动机或执行器等产品,将另作文介绍)网络化方面,目前主要是指采用多种现场总线和以太网(互联网),这要按各行业的特点,选择其中的一种或多种,近年内最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。  除MEMS外,新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术,如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、多功能传感器等。  多传感器数据融合技术正在形成热点,不同于一般信号处理,也不同于单个或多个传感器的监测和测量,而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高,在信息获取基础上,多种功能进一步集成以致于融合,这是必然的趋势,多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。  多传感器数据融合的定义概括:把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合,采用计算机技术对其进行分析,消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾,加以互补,降低其不确实性,获得被测对象的一致性解释与描述,从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性,使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现,包括数据层(像素层)融合、特征层融合、决策层(证据层)融合。由于它比单一传感器信息有如下优点,即容错性、互补性、实时性、经济性,所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外,已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。  近年来,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造,而且可导致建立新型工业,是21世纪新的经济增长点。
  • imec集成薄膜固定光电二极管以实现卓越的短波红外成像传感器
    2023年8月14日在比利时鲁汶,imec作为纳米电子学和数字技术领域的全球研发和创新中心宣布成功集成了固定光电二极管结构到薄膜图像传感器中。通过添加固定光电栅和传输栅,薄膜成像器超过一微米波长的吸收质量终于可以被利用,以一种成本效益的方式解锁感知可见光之外光线的潜力。检测可见光范围之外的波长,例如红外光,具有明显的优势。应用包括自动驾驶汽车上的摄像头,以“看穿"烟雾或雾霭,以及用于通过面部识别解锁智能手机的摄像头。虽然可见光可以通过基于硅的成像器检测,但需要其他半导体材料来检测更长的波长,比如短波红外线(SWIR)。使用III-V材料可以克服这一检测局限。然而,制造这些吸收体的成本非常高,限制了它们的使用。相比之下,使用薄膜吸收体(如量子点)的传感器最近出现为一个有前景的替代方案。它们具有良好的吸收特性和与传统CMOS读出电路集成的潜力。尽管如此,这种红外线传感器的噪声性能较差,导致图像质量较差。早在20世纪80年代,固定光电二极管(PPD)结构就在硅CMOS图像传感器中引入。该结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光检测器结构,通过该结构, charges可以在积分开始前全部排空(允许在没有kTC噪声或前一帧影响的情况下复位)。因此,由于噪声更小、功耗性能更好,PPD主导了基于硅的图像传感器的消费者市场。 在硅成像之外,至今还不可能集成此结构,因为难以混合两种不同的半导体系统。现在,imec在薄膜图像传感器的读出电路中成功集成了PPD结构。 一种SWIR量子点光电检波器与一种氧化铟镓锌(IGZO)薄膜晶体管单片集成成PPD像素。 随后,该阵列被进一步处理在CMOS读出电路上以形成一个完整的薄膜SWIR图像传感器。 imec的“薄膜固定光电二极管"项目负责人Nikolas Papadopoulos 表示:“配备4T像素的原型传感器表现出显着低的读出噪声6.1e-,相比之下,传统的3T传感器超过100e-,证明了其良好的噪声性能。" 因此,红外图像的拍摄噪声、失真或干扰更小,准确性和细节更高。imec像素创新项目经理Pawel Malinowski补充说:“在imec,我们正在红外线和成像器的交汇处处于地位,这要归功于我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识。通过实现这一里程碑,我们克服了当前像素架构的局限性,并展示了一种将性能最佳的量子点SWIR像素与经济实用的制造方法相结合的方法。下一步包括优化这项技术在各种类型的薄膜光电二极管中的应用,以及扩大其在硅成像之外的传感器中的应用。我们期待通过与行业伙伴的合作进一步推进这些创新。“研究结果发表在2023年8月《自然电子学》杂志"具有固定光电二极管结构的薄膜图像传感器"。初步结果在2023年国际图像传感器研讨会上呈现。原文: J. Lee et al. Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure, Nature Electronics 2023.摘要使用硅互补金属氧化物半导体技术制造的图像传感器广泛应用于各种电子设备,通常依赖固定光电二极管结构。 基于薄膜的光电二极管可以具有比硅器件更高的吸收系数和更宽的波长范围。 但是,它们在图像传感器中的使用受到高kTC噪声、暗电流和图像滞后等因素的限制。 在这里,我们展示了具有固定光电二极管结构的基于薄膜的图像传感器可以具有与硅固定光电二极管像素相当的噪声性能。 我们将一种可见近红外有机光电二极管或短波红外量子点光电二极管与薄膜晶体管和硅读出电路集成在一起。 薄膜固定光电二极管结构表现出低kTC噪声、抑制暗电流、高满量容和高电子电压转换增益,并保留了薄膜材料的优点。 基于有机吸收体的图像传感器在940 nm处的量子效率为54%,读出噪声为6.1e–。
  • 石墨烯鼓有望制造出超高灵敏度传感器
    科技日报讯 荷兰代尔夫特理工大学的科学家发现用石墨烯薄片制成的&ldquo 鼓面&rdquo ,能够在光的作用下发生振动,根据这一原理能够检测到非常微小的位置和力度的变化,未来有望据此用石墨烯制造出具备超高灵敏度的传感器设备和量子计算机内存芯片。相关论文发表在近日出版的《自然· 纳米技术》杂志上。   石墨烯以其独特的机械和电气性能闻名于世,而最近荷兰的科学家们发现,这种神奇材料还具有一种独特功能。由于单层石墨烯只有一个原子厚,质量极低,因此研究人员设想能否用其制造出一面能够感受到微小振动的&ldquo 鼓&rdquo 。这面鼓的鼓面由石墨烯制成,敲击它的鼓槌则是以微波频率发射的光。   领导这项研究的荷兰代尔夫特理工大学的维伯· 辛格博士和他的同事用石墨烯在一个光力学空腔中对这一设想进行了验证。他们发现,在光力学空腔中,他们能够通过观察光干涉现象产生的图案,检测出物体位置及其微小的变化,精度能够达到17飞米(原子直径的一万分之一)。   物理学家组织网近日报道称,实验中的光不仅有利于检测到鼓的位置,同时也能够向鼓面施加压力。来自光的推力非常非常小,但足以推动质量极小的用石墨烯制成的鼓面,让其发生位移。这意味着科学家们可以用光敲击石墨烯制成的鼓。根据这一原理有望制造出具备超高灵敏度的传感器设备。   此外,科学家也可以用它来制造内存,这些微波光子能够将光转化为机械振动,并将其存储长达10毫秒的时间。虽然对人类而言10毫秒极其短暂,但对目前的计算机芯片而言这已经不少了。辛格称,他们的一个远期目标是通过这种二维晶体鼓来研究量子运动。   辛格说,如果敲击一个普通的鼓,鼓面只会发生上下振动。而如果敲击的对象是一个量子鼓,将不仅能够通过敲击让鼓面发生振动,还能使其形成一种量子叠加状态:鼓面将同时既在上面也在下面。这种奇怪的量子运动不仅具有科学相关性,还能够在量子记忆芯片上获得应用。在一台量子计算机中,量子比特同时既可以是0也可以是1,因此其运算速度远远超过目前传统的计算机。石墨烯制成的量子鼓就具备这种能力,它能够在用与普通RAM芯片相同的方式来存储数据的同时,接收和存储量子计算机的量子计算结果。
  • 北京首只高端仪器装备和传感器产业投资基金成立
    为服务北京国际科技创新中心建设,提升首都高精尖产业链供应链韧性和安全水平,由北京工业发展投资管理有限公司发起设立的北京市首只高端仪器装备和传感器产业投资基金——北京北工怀微传感科技股权投资基金(有限合伙)近日成立,总规模10亿元。该基金由北京国资公司母基金北京京国盛投资基金(有限合伙)联合智能传感器产业龙头上市企业北京赛微电子股份有限公司、怀柔区传感科技产业生态建设国有投资公司北京怀胜基金管理有限公司及中关村发展集团旗下北京知识产权运营管理有限公司共同发起设立,北工投资子公司国融工发公司担任管理人。北工投资相关负责人介绍,该基金将主要投资于智能传感器、高端科学仪器及其上下游领域,包括图像传感器、压力传感器、雷达传感器、高端科学仪器等北京市高精尖产业重点领域,并依托北京知识产权运营管理有限公司承担的高价值知识产权培育运营国家专项,致力于完善产业生态链、提升价值链,共同推动北京市高端仪器装备和传感器产业发展。“智能传感器是数字经济发展的数据感知核心产品,是新一代信息技术发展应用的重要支撑,是促进我国产业发展的关键环节之一。”北工投资相关负责人表示,该基金将链接市区两级资金、产业龙头、知识产权等多方资源,以服务怀柔科学城建设为契机,共同推动北京市高端科学仪器和智能传感器产业创新发展,为发展巩固首都高精尖产业、强化国家战略科技力量、服务构建新发展格局贡献力量。北工投资是专注于首都高精尖产业发展的北京市属国有私募股权投资基金管理平台,投资领域涵盖高端装备与智能制造、汽车与新能源汽车、新一代信息技术、航空航天及军工、生物医药等,主要承担北京高精尖产业发展基金、北京京国盛投资基金(有限合伙)两大母基金及其他创投类基金管理,母子基金总规模逾300亿元。今年2月1日,北工投资管理的北京市政府引导基金——北京高精尖产业发展投资基金(有限合伙)落地。基金由北京市政府投资引导基金(有限合伙)、北京顺义投资基金有限责任公司、北京京国盛投资基金(有限合伙)、北京工业发展投资管理有限公司共同发起设立,规模20亿元。该基金将根据《北京市“十四五”时期高精尖产业发展规划》《北京市关于促进高精尖产业投资推进制造业高端智能绿色发展的若干措施》等相关要求,重点投资新一代信息技术、医药健康、集成电路、智能网联汽车、智能制造与装备、绿色能源与节能环保等优势产业,前瞻性布局“长安链”、光电子、前沿新材料、量子信息等领域未来前沿产业。通过“母子基金+直接投资”方式,围绕构建北京“2441”高精尖产业体系,打造“创新产业集群基金+重点产业基金+重大项目直接投资+项目型基金直接投资”四位一体的投资模式,重点保障国家及北京市重大战略落实落地,助力打造特色鲜明、具有国际竞争力的产业集群。
  • 苦科学仪器巨头垄断久矣!量子传感有望革故鼎新
    2016年12月底创立,5年时间融资5轮,最近一轮(C轮)融资数亿元人民币,估值达70亿元,这家公司就是国仪量子——孵化自中国科学技术大学的量子精密测量仪器产业初创公司。讯飞创投投资总监孙啸天忆起对国仪量子的投资,至今犹记当年的兴奋。2018年3月,该投资团队到国仪量子沟通参与A轮融资,4月底就完成了投资决策:作为A轮领投方,讯飞创投给这个当时创立仅1年多的团队投出4000万元。这些数字的背后,是量子精密测量技术落地应用所带来的无限魅力。打开微观世界的一把钥匙贺羽,年轻的“90后”创业者,曾就读于中国科学技术大学少年班。2016年从中国科学技术大学杜江峰院士团队出来创办国仪量子时,已经是他第三次投身创业,“该掉的坑都掉过了,在国仪量子倒不觉得有什么不顺”。“量子传感器是人类能研制的最‘小’的传感器。”贺羽向《中国科学报》介绍,“最小意味着它能测量一些我们用现代仪器测不到的信号,比如微弱的磁场、神经元放电、血液中的分子标识物等等,它是打开微观世界的一把钥匙。”物质的电磁场、温度、压力等与量子体系发生相互作用后会改变其量子状态,而通过对这些变化后的量子态的检测,就能实现对物质环境参数的高灵敏度测量。量子精密测量就是基于量子力学基本特性——如量子相干、量子纠缠、量子统计等,实现对物理量测量的一项技术。如今量子态操控技术已趋成熟,量子精密测量的精度也大幅提高。简单的理解就是,由电子、光子、声子等构筑的量子体系就像是一把高灵敏度的尺子,借助它就可以实现对诸如压力、温度、磁场乃至时间等各物理量更精密的测量,因此又称“量子传感”。不仅如此,量子纠缠还可以进一步提高测量灵敏度。假设让N个“量子尺子”的量子态处于一种纠缠态上,外界环境对这N把量子尺的作用就会相干叠加,那么最终的测量精度相对单量子尺将提高N倍。这样的精度突破了经典力学的散粒噪声极限,并提高了倍数,是量子力学理论范畴内所能达到的最高精度——海森堡极限。“换道超车”的机会基于量子精密测量技术研制的仪器,相比一些传统科学仪器是“降维打击”,因为科学仪器天然追求更高灵敏度和更高精度。这在贺羽看来,给了国产科学仪器研制“换道超车”的机会。高端科学仪器是科学研究、工程探测、医疗诊断等不可或缺的重要工具,但由于精密仪器技术要求高、制造难度大,全球范围内只有来自发达国家的仪器巨头如赛默飞世尔、岛津、罗氏诊断、布鲁克等具有完善的供货能力,处于垄断地位。而高端仪器长期以来依赖进口,让包括中国在内的许多国家不得不付出高价的同时还要仰人鼻息,可谓“天下苦垄断厂商久矣”。量子精密测量技术在科学仪器方面的落地应用,正在改变这一尴尬现状。“我们研制的不少仪器一经推出就是‘世界首台’,不仅树立了国仪量子的品牌,也奠定了国产高端仪器打破国外科学仪器巨头垄断的基础。”贺羽说。贺羽形容量子精密测量仪器是一个“鼎新带动革故”的创业赛道。他介绍,基于量子精密测量技术,国仪量子瞄准高端仪器市场缺口,锚定人有我优、人无我有的“为国造仪”理念,展现了新技术的竞争力。2018年10月,国仪量子发布的国内首台脉冲式电子顺磁共振波谱仪,自主创新多项核心技术,填补国内空白,突破国际禁运,并在关键性能指标上实现超越;2019年11月,国仪量子发布世界首台量子钻石原子力显微镜,能“看到”纳米级的微小结构,在量子科学、化学与材料科学及生物和医疗等领域有着广泛应用前景。目前,国仪量子已经具备多款量子传感器从研发到生产的核心能力,一些仪器设备甚至开始销往美国、澳大利亚等发达国家,销售额逐年翻番。贺羽透露,2021年国仪量子订单总金额轻松跨过2亿元关口,2022年有望突破4亿元。还只是冰山一角尽管订单数量节节攀升,但贺羽也坦承,国仪量子所撬开的量子传感仪器市场还只是冰山一角。“一方面,量子精密测量技术相对传统测量仪器是降维打击,存量市场潜力很大;另一方面,量子测量还有许多待发掘的市场应用场景,新需求会不断诞生。”贺羽说,他们现在每年要拿出营收费用的40%左右用于研发投入,除技术创新研发外,还开展场景创新研发,一些新应用场景的仪器也在做预研或规划。国仪量子并非量子精密测量技术产业化的独行者。放眼全球,瑞士量子传感解决方案开发商Qnami就是一家与国仪量子旗鼓相当的竞争对手。后者专注于量子显微镜系统市场,并已有多款产品在材料研究领域推出。此外,一些传统仪器仪表巨头也在相关细分领域开始采用量子精密测量技术,并开展相应产品的研制或指定产品的研发计划。如美国传统制造商洛克希德马丁公司就有专门的研究小组,探索研制和使用量子传感器解决全球导航卫星系统的信号干扰问题;德国工业巨头博世集团目前正着手探索量子精密测量技术在汽车传感上的应用——2月18日,博世集团刚刚通过其官方发布渠道宣布成立全新初创团队,旨在将量子传感器商品化。环顾国内,类似国仪量子这样的初创企业并不多,但我国已有或已开展量子精密测量技术开发的研究团队也不在少数。比如,2021年3月,位于浙江的之江实验室就曾宣布,其于2019年7月正式立项的量子精密测量大科学装置完成了“里程碑节点成果验收”。公开信息显示,该装置基于光动量效应,探索集中在高精度力学量的量子传感技术方向,上述成果的取得“为力学量量子传感技术发展奠定了扎实的基础”。再如,中国科学技术大学教授卢征天团队,曾提出原子阱痕量分析方法、自主研发基于激光冷原子阱技术痕量同位素分析实验装置,并将其创造性地应用于环境样品中稀有同位素的探测,进而用于为古地下水与冰川定年。“我们只是众多量子精密测量技术应用中的一个例子,它的空间是很广阔的,技术应用也日新月异。”卢征天在接受《中国科学报》采访时说,量子精密测量常应用于时间、质量、温度等物理量的测量,原子钟就是一个“明亮的例子”,借助量子技术,原子钟的计时准确度达到了理论最高水平。卢征天提到的这一技术在市场上亦有应用落地。记者查询公开信息获悉,我国原子钟、时间同步设备和系统主要供应商“天奥电子(35.680, -0.32, -0.89%)”就主营时间频率产品等的研发设计、生产销售,其营收中有近57%来自频率系列产品、42%来自时间同步系列产品。值得一提的是,作为“量子科技概念股”,天奥电子自2018年9月3日在A股上市以来,股票涨幅达274%。乘“东风”,工程队伍是关键量子精密测量的政策“东风”,也吹得正劲。1月28日,国务院发布《计量发展规划(2021—2035年)》(下文称《规划》),提出在2035年建成以量子计量为核心、科技水平一流、符合时代发展需求和国际化发展潮流的国家现代先进测量体系。《规划》重点介绍了对于计量基础研究、计量应用、计量能力建设与计量监督管理的整体要求。在专栏2“计量基础理论与核心技术研究”中,《规划》提出,要“重点开展量子精密测量和传感器件制备集成技术、量子传感测量技术研究”。从《规划》的措辞和篇幅设置中可以看出,量子精密测量技术和高端仪器国产化在其中扮演着重要角色。作为以量子精密测量为核心技术、高端科学仪器为主营产品的高新技术企业,国仪量子表态要抓住国家战略机遇,“将面向世界科技前沿和国家重大需求,加大关键核心技术攻关力度,为提高国家科技创新能力、促进经济社会高质量发展贡献力量”。谈及未来发展,贺羽告诉记者,量子测量技术成果要想落地,工程化人才队伍建设是关键,“这是练内功的过程”。目前,国仪量子研发队伍中,有70%是工程化人才。国仪量子是高瓴资本布局量子技术赛道的第一个入口,后者领投了国仪量子的B轮融资。高瓴资本看中的是创业团队不仅有“根正苗红的量子技术”,还拥有技术落地能力,“有望发展成为量子信息和科学仪器行业龙头企业”。“仪”路前行,贺羽表示欢迎国内更多初创团队加入这个赛道中来,“量子精密测量技术的转化落地空间足够大、蛋糕也够大,更多队伍的加入,只会让我国高端科学仪器品牌越来越强”。
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