双层纳米孔的制造与应用

由于具有孔径可调节、物理化学性质稳定、极端环境适应性强、集成度高等优点,固态纳米孔逐渐成为最具潜力的单分子测序工具。在固态纳米孔发展过程中,提高其单分子检测精度一直是研究人员关注的重点。近年来,双层纳米孔受到了广泛关注。与传统的单层纳米孔相比,双层纳米孔具有的孔-腔-孔结构提供了2个分子识别位点和纳米受限空间。双孔提供的2个分子识别位点可以在单次过孔事件中获得2次目标信号,所获得的双重检测信号不仅丰富了检测信息,也为信号分析提供了最为直接的对比信息源。此外,双层孔中的空腔还可作为单分子化学反应器。因此,双层纳米孔的出现拓宽了纳米孔传感器的应用范围,在单分子检测方面具有广阔的应用前景。本文概述了纳米孔的发展历程,并重点介绍了双层纳米孔的制造方法及其在单分子检测领域的应用。

磁驱动胶囊机器人系统综述:设计、控制与应用

本文系统综述了磁驱动胶囊机器人的设计、控制机制和多样化应用,旨在通过系统文献检索和分析,为从事胶囊机器人开发和利用的研究人员、工程师和从业者提供有价值的见解。本文从尺寸形状、材料和运动机制方面总结了磁驱动胶囊机器人的设计原则,分析了精确控制方法和定位导航策略,探讨了磁驱动胶囊机器人在胃肠道疾病检查、靶向药物输送和微创手术方面的多样化应用。根据系统综述的范围和目标,概括了该领域存在的技术挑战和潜在的研究方向。通过对定位精度、控制策略、材料性能等问题的不断研究和创新,磁驱动胶囊机器人系统将为医学治疗和生物学研究领域带来重大突破和进步。

固态纳米孔高能束制造方法

固态纳米孔因具有机械性能好、稳定性强、形状易控的优点,在基因检测、蛋白质检测、能量转换、物质分离以及水净化等领域显示出巨大的潜力,并引起众多研究人员关注。其中,形状可控、高效的固态纳米孔制造技术是现实固态纳米孔应用的前提。目前,在常见的固态纳米孔制造方法中,高能束制造方法具有高效率、高精度、高可控制造的优势。本文重点概述高能电子束、聚焦离子束、激光刻蚀法和离子径迹刻蚀法等4种固态纳米孔制造方法及其基本原理,并讨论上述方法的优缺点及其大规模可控制造的可行性。

医用球头铣刀铣削力模型与实验验证

在骨科手术中经常使用球头铣刀对骨材料进行加工,在此过程中铣削力大小的精准控制是改善手术质量的关键,但目前尚缺乏理论模型预测骨材料加工过程中的铣削力。本文将球头铣刀离散成沿切削刃分布的切削微元,并用球头铣刀的结构参数表达切削微元的位置。通过分析切削微元的铣削力模型最终积分得到整个球头铣刀的铣削力模型,并以人工骨为铣削材料设计了三个不同工艺参数的实验来验证模型预测值的准确性。结果表明,该模型能较准确地预测球头铣刀在不同工艺参数下的铣削力。

冷却润滑对金属玻璃钻削特征及可加工性的影响研究

金属玻璃钻削高温极易导致光发射、大毛刺和孔烧蚀等严重问题。研究锆基金属玻璃在干切削、冰冻切削和切削油条件下的钻削过程、钻削特征及孔质量,通过对比三种冷却润滑条件下的轴向力动态变化过程、钻削能、刀具磨损以及孔口毛刺,提出适用于金属玻璃钻削加工的工艺方法。研究结果表明:刀具磨损积累与热软化是影响金属玻璃钻孔过程及轴向力动态变化的主要因素;干切削会使孔材料处于过冷液态,导致孔无法成形。金属玻璃入口孔毛刺主要为冠状和无规则扭曲形毛刺;出口孔毛刺主要为冠状毛刺。冰冻切削仅适用于低速钻削金属玻璃;切削油条件下高速钻削金属玻璃可获得最佳孔口质量和最长刀具寿命。

双转台五轴机床旋转轴位置无关几何误差的辨识

旋转轴的位置无关几何误差(PIGEs)是影响五轴机床加工精度的重要因素。以AC双转台五轴机床为研究对象,提出一种基于差分演化算法的旋转轴PIGEs辨识方法。首先,建立机床旋转轴PIGEs和球杆仪杆长变化的关系模型,使用已有的辨识方法获得机床旋转轴PIGEs初始解,然后定义优化目标函数,通过差分演化算法整体优化求解旋转轴PIGEs,提高旋转轴PIGEs辨识准确性。实验与仿真的结果表明提出的旋转轴PIGEs辨识方法可有效提高辨识准确性。

超声振动铣削加工石墨材料去除机理与加工表面质量评价

石墨模具铣削加工过程中存在严重的表面破碎问题,超声振动辅助加工能够显著减少表面破碎,提高加工质量。然而,目前缺少超声振动辅助铣削石墨材料的材料去除机理和加工质量评价相关研究。通过超声振动辅助铣削实验,研究了石墨材料超声振动辅助铣削去除机理和加工表面质量影响因素;分析了超声振动辅助对切削力、声发射信号强度、切屑和表面形貌特征的影响;探究了加工工艺参数对表面粗糙度的影响规律。结果表明,石墨材料铣削加工材料去除机制主要分为微破碎去除和大块破碎去除两类。超声振动辅助能够提高材料微破碎去除机制比例,提高加工质量,同时降低切削力约25%和声发射信号强度。通过工艺参数实验发现,超声振动辅助铣削条件下,降低径向切削深度和每齿进给量能够降低表面粗糙度2倍以上。选择合适的超声振幅有助于抑制表面破碎和提高加工表面质量,但是增大切削速度会削弱超声振动作用,过大的超声振幅也会导致表面质量变差。综上,超声振动辅助对抑制石墨铣削加工表面破碎具有明显效果,为进一步解决石墨加工表面破碎问题提供指导。

石墨烯纳米孔传感器制造与单分子过孔形态检测

石墨烯是已知最薄的二维材料,其厚度仅为0.335 nm。与传统固态纳米孔相比,石墨烯纳米孔传感器具有极高的检测分辨率。通过MEMS工艺与二维材料湿法转移工艺组合制造出石墨烯薄膜芯片。其中,使用Raman和氦离子显微镜成像判别转移后石墨烯质量。随后,采用氦离子束刻蚀技术在单层石墨烯薄膜上制造出直径为20 nm的石墨烯纳米孔。测量出石墨烯纳米孔传感器电流-电压关系,与经典纳米孔电导理论符合。本论文研究表明单层石墨烯纳米孔传感器检测可检测出牛血清蛋白(Bovine serum albumin, BSA)水平,垂直和旋转三种过孔形态,阻塞电流值分别为1200 pA, 150 A, 650 pA。同时也辨识出多分子同时过孔信号,BSA分子排列成三角形状穿过石墨烯纳米孔。

生物骨材料切除理论研究综述

生物骨材料是一种结构复杂的各向异性材料,其切削加工是外科手术中一项基础而关键的操作。骨材料的加工质量直接影响手术治疗效果、人工假体植入稳定性、以及术后康复时间。人体不同部位的骨材料的力学性能存在一定差异,手术器械种类繁多且操作不同,使骨材料的加工方式呈现多样化。在外科手术中,各类器械需要对骨材料进行高精度、高效率、低损伤的加工,其加工机理研究对提高手术器械的使用性能,手术治疗效果和康复效果具有重大意义。因此,从生物骨材料的基础力学与断裂力学等特性出发,阐述了包括钻、铣、磨、锯等机械加工方式以及超声、激光、和水射流等特种能场加工方式对骨材料的切除机理,分析了不同机械加工方式下的切削力与切削温度理论模型,特种能场的切除机理与加工特性,指出骨材料加工的发展现状以及目前存在的一些问题,提出了骨材料加工的主要研究重点。

全髋关节置换术髋臼铣削表面质量研究

全髋关节置换术中髋臼铣削表面质量是影响髋臼假体初期稳定性和骨组织长入的重要因素,髋臼铣削表面质量差是造成髋臼假体早期固定失效的重要原因。定义了两个参数-未切除断面最大高度hl和未切除断面面积A-来评价髋臼铣削的表面质量,并以这两个参数为目标建立了髋臼铣削表面质量的关系模型,然后基于此关系模型分析了髋臼锉各结构参数对表面质量的影响规律,并据此设计新结构参数的髋臼锉,最后利用3D打印技术制备了新结构髋臼锉,并进行了试验验证。结果表明,由髋臼铣削表面质量关系模型获得的预测值与试验结果比较符合,未切除断面最大高度预测误差小于4.4%,未切除断面面积预测误差小于6.2%;髋臼锉上切削齿的数量、齿形和排布方式对表面质量具有重大影响;新结构髋臼锉可有效提高髋臼铣削的表面质量,改善髋臼假体的初期稳定性和骨组织长入,避免髋臼假体的早期固定失效,提高手术质量。

几何参数对主动脉支架生物力学性能的影响

径向支撑力是评估支架在血管内移位和血管再狭窄等并发症的重要力学指标。目前针对主动脉覆膜支架的径向支撑力的研究较为少见。借助正交试验的方法,利用有限元分析全面地研究了覆膜支架主要几何参数对径向支撑力的影响。研究结果表明支架丝的直径对径向支撑力的影响最为显著,主要几何参数对支架径向支撑力的影响程度排序为:支架丝径>轴向长度>支架波峰数>波峰半径。同时径向支撑力的改变也会改变血管表面的应力环境,有可能导致血管的损伤。本研究为支架的结构优化设计具有指导意义。