场驱动医疗微机器人:材料制备工艺不断优化的应用前景

背景:微机器人具有体积小、灵活、靶向性强等特点,可以在狭窄的环境下通过单体或集群的方式完成复杂的工作。随着材料、制备工艺以及驱动方式的不断优化,其在生物医学领域内显示出越来越重要的应用价值。目的:分析场驱动微机器人在生物医学领域的应用并展望其应用前景。方法:以“微机器人,纳米机器人,驱动,生物医学,医疗”为中文关键词,以“microrobots,micro-robots,nanorobots,micromachine,microswimmer,medical”为英文关键词,分别检索万方以及Pub Med数据库,检索时间范围重点为2010年1月至2024年1月,同时纳入少数远期文献。通过阅读文题、摘要初步筛选,排除重复性研究、低质量期刊以及与内容不相关的文献,阅读全文后最终纳入66篇文献进行综述。结果与结论:场驱动医疗微机器人涵盖了磁、光、热、超声及多种混合因素驱动机器人。场驱动机器人已被应用于肠道诊断、药物靶向治疗及干细胞治疗等多个领域。尽管医用微机器人在临床医学中已有少数应用,但大多数还处于理论和实验阶段。医用微机器人的未来面临诸多挑战,如实现大规模制备、进一步提升精确控制、解决回收或体内降解问题,以及所用材料是否会对人体产生不良反应等,此外微机器人还需与相应的微创医学手术相配合。

气流场驱动喷射3D打印熔融聚乳酸微细纤维及表面浸润性调控

提出了一种高速气流场驱动喷射高效三维(3D)打印熔融聚乳酸微细纤维的方法,分析了高速气流致熔融材料剪切破碎原理,研究了打印工艺中供料气压、气流流速、打印高度等关键参数对微细纤维直径分布及结构孔隙率、截面尺寸的影响规律。并对所获得的聚乳酸微细纤维进行了表面浸润性测试。结果表明,该工艺相对于静电纺丝等微细纤维制造方法,加工效率提高10倍以上。通过控制不同的打印参数,可以有效实现纤维直径在6~18μm、孔隙率在55%~96%范围内的有效调控。通过3D打印工艺,可实现具有宏观路径可控、微观具有高孔隙率微纤维结构的制作。表面浸润性结果显示,打印微细纤维由于材料分子基团及高孔隙率综合作用,具有疏水性及粘附性特征,通过对微观局部进行亲水处理,实现了同一材料局部疏水和亲水共存结构的制作,证明了该方法表面浸润性调控的有效性。

基于场驱动的X波段龙勃透镜平面化设计研究

龙勃透镜天线因其多种优异属性,如多波束能力、宽角扫描、高增益等,是应用于雷达、卫星通信等电磁领域的重要器件。然而传统球形龙勃透镜因为体积、重量等问题大大限制了其在某些场景的应用。为了解决龙勃透镜的平面化、共形化等问题。文章提出并设计了一种用于X波段(8 GHz~12 GHz)应用的平面型龙勃透镜。利用超材料结构思想和场驱动设计技术实现了平面型龙勃透镜的介电常数梯度渐变和轻量化。采用12 dB增益喇叭天线对所设计的龙勃透镜进行仿真,在12 GHz的工作频率上获得高达14.1 dB的天线增益,与球形龙勃透镜相比,模型总体积减少了78%。此外,该平面型龙勃透镜模型,是基于有限元分析的透镜辐射分布电场驱动求解构建的,该方法可以为复杂结构透镜部件的开发及共形化设计提供创新思路。

经典场驱动对量子系统生存概率的影响

考虑一个受经典场驱动的二能级系统与零温玻色子库相互作用,研究经典场驱动对量子Zeno效应和量子反Zeno效应中量子系统存活概率的影响.结果表明,经典场驱动可以降低量子系统的有效衰减率,即提高量子系统的存活概率.此外,环境的欧姆性对于提高量子系统的存活概率也起着重要作用,设置适当的环境欧姆参数可降低量子系统的有效衰减率.再者,随着二能级系统与经典场之间失谐量的增加,量子系统的存活概率降低,而通过增加经典场驱动的强度或选择合适的环境欧姆参数,可以抑制失谐带来的负面影响.

静电场驱动离子系统在温室蔬菜生产中的作用机理

近年来,电场促生技术的研究日趋广泛和深入,人们已从生理和生化等诸多方面来研究电场对生物体及其生长环境的作用机理,根据电场促生理论发展起来的静电场驱动离子系统,在温室蔬菜生产中的作用也显得越来越重要。该系统由控制器、场驱电源、上悬电极及放电腔组成的子系统和CO_2增补器组成。系统中的上悬电极是位于植株上方空间的丝状电极,在控制器的控制下,上悬电极与地之间可以形成特定变化的直流静电场。

光脉冲与微波场驱动三能级系统的相干作用

讨论了在非偶极近似情况下，光脉冲与微波场驱动三能组原子系统相互作用的动力学过程，并推导出光学面积定理和稳态脉冲解。发现该体系等效于二能级体系，并给出了等效的偶极矩极化强度和粒子数分布。

温室蔬菜生产的好帮手——静电场驱动离子系统

冬季温室蔬菜生产中,病害发生频繁的环境因素是高温高湿或连阴天形成的低温高湿,尤其是冬春季温室黄瓜生产,室内病害多、施药多,是棚室各类蔬菜之最。为了防治冬春季温室蔬菜病害,生产无公害蔬菜,我们对静电场驱动离子系统进行了示范试验。

周期场驱动下量子材料的非平衡物态

量子材料的拓扑物态的研究是当前凝聚态物理的重要前沿.区别于局域对称性破缺对物质状态进行分类的传统方式,量子物态可以用微观体系波函数的拓扑结构进行分类.这些全新的拓扑物态有望颠覆传统的微电子学并进而推动拓扑电子学的迅猛发展.当前大部分理论和实验研究集中于研究量子材料的平衡态性质.周期性光场驱动下量子材料远离平衡态、而达到非平衡态时的拓扑物态近年来受到人们的广泛关注.本文首先回顾周期场驱动下非平衡态的弗洛凯(Floquet)理论方法,分别介绍无质量(如石墨烯)、有质量(如MoS_(2))等狄拉克费米子材料体系在远离平衡态下的拓扑物态,利用光场与量子物态的相干耦合实现对量子材料非平衡物态的调控;从原子制造角度出发,光场诱导的相干声子态直接改变了量子材料中电子跃迁的大小,进而调控量子材料的非平衡拓扑物态.量子材料中丰富的声子态为非平衡拓扑物态的调控提供了更多的可能性.最后,文章展望了量子材料非平衡拓扑物态在超快相变以及瞬态物态调节等未来可能发展方向的应用.

锯齿形磷烯纳米带在光场驱动下的量子输运

为了拓宽磷烯纳米带的应用范围,基于紧束缚模型和Floquet理论,对锯齿形磷烯纳米带在周期光场驱动下的能带结构和电子输运性质进行了探究.结果表明:1)在光子能量大于体能隙的线偏振光照射下,体系的Floquet能谱会出现2个动态能隙,其能量范围依赖于光的频率和场强;2)若改变光的频率,使得导线的费米能进入某个动态能隙,则电导将从接近无光照的高值迅速降到零;3)当费米能位于导线的准平带内时,电导只是被辐照部分抑制.表明光场在磷烯纳米带中诱导的动态能隙会显著影响输运体系的电导,这有助于设计基于磷烯纳米带的光控器件.

经典激光场驱动下的两量子比特纠缠动力学(英文)

利用超算符的方法研究了在经典激光场驱动下,分别囚禁在两个独立腔中的两个二能级原子的纠缠动力学。结果表明:两原子纠缠与腔场相干态的初始值无关,并且在腔场耗散比较小的时候,经典光驱动场会加速两原子的纠缠突然死亡,在腔场耗散比较大的时候,经典驱动场可以保护原子纠缠免于突然死亡。这说明即便在"坏"腔中,也可以通过加经典驱动场来避免原子纠缠突然死亡。

由灰体辐射场驱动的二能级原子的发射谱

给出了与灰体辐射场相互作用的二能级原子发射谱的一般公式 ,研究了入射场的光子数分布、腔体吸收系数。

经典外场驱动下Tavis-Cummings系统的能量本征值和波函数

研究经典外部驱动场对双原子Tavis Cummings(T C)模型中原子的作用 .求出了相互作用绘景中驱动T C系统能量———准能的本征值和相应的本征态 ,给出了Schr dinger绘景中该系统波函数的一般解 .结果表明 ,外场驱动没有改变T C模型的能级 ,但使该模型中的Fock态产生平移 ,从而使一般T C模型中具有一定频率的定态被拓展到具有无限多个频率的Fock空间 .

非旋波近似下有外加驱动场时二态量子系统的退相干性

采用非旋波近似,讨论了热库中二态量子系统在外加驱动场作用下的退相干性。利用系统的演化酉算符,计算出了二态量子系统的约化密度矩阵非对角矩阵元。结果表明:二态量子系统的量子相干性与其初始状态、热库和外加驱动场的频率、二态量子系统与热库和驱动场的耦合强度等因素有关。确定了外加驱动场与退相干性之间的关系,并得到了外加驱动场的时间演化满足特定条件时,可保持系统的相干性。

热辐射场中两个两能级原子与外加驱动场的相互作用

两个两能级原子置于外部环境（热辐射场）中,当外加驱动场时,通过研究两个原子约化密度矩阵,分析两能级原子与外加驱动场相互作用时原子的消相干性质。

驱动场对光子晶体中原子自发辐射的影响

文章讨论了在驱动场作用下，三能级原子在光子晶体中的自发辐射问题。由于量子干涉和光的局域化作用，两个上能级中的布居数将具有周期振荡或准周期振荡的性质，这不仅与两个上能级与禁带的相对位置有关，同时也与原子的初始状态有关。

驱动场作用下各向异性光子晶体中巨型三能级原子的自发辐射

讨论了在驱动场作用下，巨型三能级原子在各向异性光子晶体中的自发辐射问题。原子的自发辐射性质依赖于巨型三能级原子的中间能级与光子晶体能带带边的相对位置。由于驱动场能引起Autler—Townes分裂，因此外加驱动场也能对原子的自发辐射产生影响。原子上能级与中间能级之间的占据数交换随外加驱动场频率与原子相应跃迁频率之间失谐量的增加而减少。可以通过选择合适的外加驱动场强度来改变甚至控制自发辐射场的性质。自发辐射谱比较复杂，而且与观察者的位置密切相关。