超快脉冲控制PCR(upPCR)技术及应用

在精准医疗、个性化医疗的大背景下,分子诊断在病原体检测、肿瘤诊断、优生优育、环境保护、食品安全等领域的应用越来越广泛,并逐渐向操作简单、快速准确、低成本、适用于基层及家庭使用的分子即时检测(point-of-care testing,POCT)方向发展。超快脉冲控制PCR (ultra-fast pulse-controlled PCR,upPCR)是实时荧光定量PCR (qPCR)技术的延伸和升级,该技术利用能量脉冲控制扩增反应中的金属加热元件(主要是纳米金),在几百微秒内完成溶液局部微环境的快速升温,实现模板DNA的解链变性,停止加热后反应微环境可被周围溶液快速冷却到聚合酶的延伸温度,实现引物退火和模板DNA的扩增,单个变性-扩增循环仅有1.5~5 s,远快于传统PCR (约90 s/循环),从而能够极大地加快扩增反应速度。upPCR技术在保留了传统qPCR高灵敏度、高特异性和多重检测等优势的基础上,增加了超快速(低于15 min)、设备简单等新优势,非常适合用于基层检测等分子POCT场景。本文主要对upPCR技术的原理、设备、核心原料及在分子诊断中的应用进行综述,并对该技术存在的优缺点,以及未来的技术发展和应用趋势进行了讨论。

新激光装置用超快脉冲探测超材料

一项基于激光的新技术提供了一种安全且快速的解决方案,可加速超材料的实际应用。这项技术由美国麻省理工学院工程师开发,通过两个激光器系统探测超材料,一个用于快速破坏结构,另一个用于测量其振动响应的方式,就像用木槌敲击钟并记录其混响一样。激光可在超材料的微小梁和支柱上产生振动,就好像结构受到物理撞击、拉伸或剪切一样。此项研究发表在2023年11月15日出版的《自然》杂志上。

快脉冲直线变压器驱动源模块的原理及实验

介绍了直线型变压器驱动源（LTD）产生快脉冲的基本原理及技术优势，阐述了快脉冲LTD模块设计的要点，设计了输出脉冲上升时间小于100ns的快脉冲LTD模块，并进行了初步的实验研究。实验得到该LTD模块充电士16kV时，短路放电的电流峰值为23．7kA，电流振荡1／4周期为69.6ns；充电±50kV驱动0．850负载时，电流峰值为41．4kA，上升时间为36．8ns（10％-90％）和60．8ns（0-100％）。

100kA快脉冲直线变压器驱动源模块

介绍了100 kA快脉冲直线变压器驱动源原型模块及其采用的200 kV多级多通道气体开关的设计和初步实验结果。该模块由20台100 kV/20 nF电容器按10个支路并联组成,其中每个支路包括2台电容器、1只多级多通道开关以及相应的传输线。模块直径约1.5 m,厚度仅为20 cm。采用B-dot探针诊断负载电流。当充电电压为±90 kV时,在1.1Ω负载上可得到102.2 kA的峰值电流,上升时间为53.6 ns,脉冲宽度为133 ns。实验结果表明,该快脉冲直线变压器驱动源模块具有较好的快脉冲输出能力。

国际快脉冲直线变压器驱动源技术研究进展

快脉冲直线变压器驱动源(LTD)技术是近年来快速发展起来的一种新型脉冲功率技术。概述了近年来国际上快脉冲LTD技术的研究现状,介绍了快脉冲LTD在Z箍缩和闪光照相两个应用领域的发展,重点介绍了具有代表性的装置的概念设计及研究进展;对快脉冲LTD技术所涉及的开关、触发系统等关键技术进行评述,并在此基础上提出了进行快脉冲LTD技术研究需关注的重点问题及研究途径。

中物院快脉冲直线型变压器驱动源技术研究进展

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)是一种可以直接获得小于100 ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要应用。为此,介绍了近年来以流体物理研究所为代表的中国工程物理研究院在快脉冲LTD模块关键单元技术(如多间隙气体开关、触发系统和磁芯等)、单LTD模块以及多级LTD模块串联装置等方面的研究进展。研究结果表明,LTD具有结构紧凑、参数调整灵活、能量效率高等优点,是未来强流脉冲驱动器设计的优选技术路线。

超快脉冲激光对钛合金的烧蚀特性与作用机理

为探究超快脉冲激光对难加工材料的烧蚀特性与损伤机制,利用皮秒脉冲激光研究钛合金的烧蚀阈值、烧蚀形貌和作用机理。依据烧蚀面积和激光能量密度的线性关系,确定了钛合金的烧蚀阈值,通过显微镜观察分析了不同激光参数下钛合金的表面烧蚀形貌,采用雪崩电离与多光子电离详细解释了超快脉冲激光对钛合金的作用机理,并从烧蚀形貌和阈值角度划分了烧蚀区域。结果表明:钛合金的烧蚀阈值约为0.109J/cm2;在1 064nm波长下的烧蚀质量要优于532nm波长下的质量,而低重复频率能获得高质量的微结构,烧蚀中央区域材料去除更为均匀,且烧蚀弹坑形状规则,表面平滑;随着脉冲数和能量的增加,光子能量累积增多,烧蚀尺度和形貌特征愈加明显,烧蚀边界愈加清晰,说明脉冲数和光子能量累积是表面微结构诱导的关键要素之一;烧蚀区域可划分为改性区、过渡区、再沉积区和烧蚀区,在烧蚀区以多光子电离为主,在改性区、过渡区和再沉积区以雪崩电离为主。该结果可为超快脉冲激光微结构精密加工提供参考。

100GW快脉冲直线型变压器功率源

基于已经研制完成的100kV/100kA快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)原型模块,设计研制了输出电压/电流分别为1MV/100kA(功率为100GW)的快脉冲LTD装置。装置由10级100kV/100kA快脉冲LTD模块串联而成,总储能为20kJ,装置直径约1.5m,长度约2.2m。最终在±85kV充电电压下,二极管负载上获得的电流约为116kA,电压约为1.1MV,电压上升时间53ns,电压脉宽146ns,二极管阻抗约为9.4Ω。

1MV/100kA快脉冲直线型变压器驱动源装置设计

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)技术是一种可以直接获得<100ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要的应用前景。为了掌握LTD装置设计技术,基于已经研制完成的100kV/100kA快脉冲LTD原型模块,设计了输出电压/电流分别为1 MV/100kA的快脉冲LTD装置。装置由10级LTD模块串联而成,系统总储能为20kJ,次级采用真空磁绝缘传输线结构。装置直径约1.5m,长度约2.2m。根据10级LTD模块串联装置系统电路分析和数值模拟,结果表明在10Ω负载上的输出电压约为1.08MV,上升时间约51ns,脉宽为168ns。同时还针对磁绝缘传输线锥形和直筒形阴极结构建立了简化模型,采用PIC粒子模拟编码对其进行粒子模拟,结果表明,2种结构在负载端的输出电压均约为1MV,输出阻抗接近10Ω,同轴传输线间隙的电子流能够实现磁绝缘。

200kV快脉冲Marx发生器

按 Marx原理研制的快脉冲发生器结构元件采用低抖动场畸变开关和固体无感电阻 ,输出脉冲前沿陡度可达15 k V/ns、幅值 2 0 0 k V、储能 5 0 0 J、脉冲半高宽 70 0

激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱技术分析土壤中的Sn

采用一种新发展中的激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱技术首次检测土壤中Sn元素的浓度。与传统的激光诱导击穿光谱技术相比,采用激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱技术所产生的Sn(284.0nm)元素辐射光谱强度有很大提高,并应用该技术获得了土壤中Sn元素的校准曲线,使土壤中Sn元素检测极限降低到0.16μg.g-1。与各文献报道的激光诱导击穿光谱技术中Sn元素的检测极限8.2～54μg.g-1相比有很大的改进,表明该技术可能在土壤元素快速定量检测中具有应用价值。

液体介质快脉冲电压下击穿特性研究

设计了液体介质快脉冲击穿试验装置和电压电流测量系统,研究了重复频率、电极形状及电极间距与介质击穿场强、击穿电压和击穿时延等击穿特性参数的关系,比较了变压器油、十二烷基苯、蓖麻油三种典型液体绝缘介质在直流及快脉冲电压作用下的绝缘性能。结果表明:短脉冲持续时间下液体绝缘材料有异常高的击穿场强;重复脉冲串作用下的击穿场强比单个脉冲下明显减小,重复频率2 kHz时击穿场强减小了约30%;电极头半径大小对击穿也有影响,半径R=5 mm时,击穿电压最高;击穿时延随击穿场强减小而变长,在其他条件相同的情况下,测得击穿时延随机波动;蓖麻油的快脉冲电压绝缘性能最好,变压器油次之。

气体开关抖动对单模块快脉冲直线型变压器驱动源输出特性的影响

分析了快脉冲直线型变压器驱动源（FLTD）气体开关触发击穿延时的分布规律,利用MAT-LAB软件生成随机序列模拟开关击穿延时和抖动,在FLTD简化二阶电路的基础上,利用MATLAB分析了开关抖动对40个支路并联1 MA,100 ns FLTD模块输出电流脉冲前沿和幅值的影响。模拟计算结果表明：开关理想时,即抖动为0,输出电流峰值为996 kA,峰值时间为90 ns,10%-90%脉冲前沿为54 ns;开关自身抖动与开关之间分散性之和为10 ns时,输出电流脉冲前沿增加约14%,电流峰值下降约2%;开关自身抖动与开关之间分散性之和为20 ns时,输出电流脉冲前沿增加约38%,电流峰值下降约5%。

建立快脉冲硬X射线标准场的展望

提出了用研制的可重复频率快脉冲硬X射线源建立标准场的设想。对该辐射源的结构、特性以及现已取得的实验参数进行了描述,阐述了目前存在的技术难题,并对这些问题提出了解决方案。最后,对该辐射场的应用前景进行了展望。

单次快脉冲大动态数字化采集系统设计

本文介绍了一种单次快脉冲大动态信号的采集方案。介绍了采集系统的构成,主要组件的原理和实现方法,最后对系统进行了测试。该系统能够实现动态范围100dB,单通道采样率为1Gs/s,模拟带宽为250MHz,记录长度为64μs,具备计算机网络程控和数据处理存储。已经过长期考核,设备运行稳定可靠,设计符合GJB3947A-2009三级设备要求。

超快脉冲激光辐照金属薄膜热-力效应的模拟研究

基于双曲双温两步热传导和热电子崩力模型,考虑到超快脉冲激光辐照金属薄膜材料过程中的热-力耦合效应,得到了完全耦合的、非线性的超快热弹性模型.运用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,以脉宽为100fs的脉冲激光辐照200nm厚金膜为例,对薄膜体内的电子-晶格温度及温度梯度、热应力和电子热流进行了数值模拟研究.结果表明:脉冲辐照早期为明显的非平衡加热阶段,同时形成较大的热电子崩力;电子热流出现双峰现象;超快加热引起的热应力是导致薄膜力学损伤的主要原因.

利用NaOH碱式消化快脉冲雾化原子吸收法测定培养细胞内的K、Ca和Mg含量

用６％的ＮａＯＨ碱式消化培养细胞，取５０μｌ消化液，用考马斯亮蓝法［１］测定蛋白含量，其余用Ｌａ－ＥＤＴＡ等量稀释后，采用自制微量进样装置，运用快脉冲雾化技术［２］，使进样体积最低降至２０μｌ，在日立１８０－８０型原子吸收分光光度计上测定Ｋ、Ｃａ和Ｍｇ含量。

快脉冲二极管运行监测探头研制

研制了真空二极管电流电压参数监测用的电容分压器、微分环以及标定实验平台,对其工作原理及结构进行了描述,完成了探测器灵敏度实验标定和理论模拟,确定了探测器灵敏度的参数。从而解决了该探测器离线标定和在线使用之间的矛盾,并验证了设计的合理性。

氮气快脉冲放电等离子体的光谱分析

对氮气快脉冲放电等离子体进行了光谱分析，并与其它放电方法进行了比较；对使用铝电极和石墨电极的放电光谱也进行了分析和比较。

快脉冲直线型变压器驱动源同步触发系统

提出了一种基于单传输线脉冲成形技术的模块化快脉冲直线型变压器驱动源的同步触发系统的概念设计,主要由级数较少的Marx发生器、脉冲形成线、主开关、脉冲传输线及触发引出电缆等组成。利用等效电路模型,研究了Marx发生器与脉冲形成线的配合关系,当发生器同时驱动多路形成线时,可以有效增加触发脉冲的数量,并能提高能量利用效率,但触发脉冲的幅值会降低。研究了水介质线阻抗与引出电缆数量对触发脉冲的影响,结果表明:随着电缆序号的增加,触发脉冲的幅值逐渐降低,并且水介质线的阻抗越高,幅值降低的速度越快。触发脉冲也可同时引出,驱动单路形成线输出60路时,触发脉冲的峰值约为293kV,前沿约11ns;当驱动5路形成线输出300路时,触发脉冲的峰值约为151kV,前沿约11ns。