飞秒激光双光子制造生物微器件微支架

介绍了飞秒激光双光子吸收和光聚合的机制,将飞秒激光技术应用于生物相容性材料(ORMOCER)的三维微纳米加工中。在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.5μm,突破了衍射极限。推导出双光子光聚合阈值的数学表达式,研究了扫描速度V和激光功率P对横向尺寸的影响规律。在此基础上采用飞秒激光双光子微细加工技术制备了典型的微生物器件——微井阵列、微柱阵列和光子晶体生物微型支架。

氧分压对化学气相沉积法合成ZnO纳米结构形貌的影响

本文利用化学气相沉积(CVD)法在镀有Au(10 nm)膜的单晶Si(100)上制备了ZnO薄膜,并研究了不同的氧分压对ZnO形貌的影响。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌、结晶质量和晶体生长取向进行了表征。结果表明:当O2分压较小的时候,O2只能与Zn团簇的某些界面发生反应并逐渐结晶生成层状的ZnO微米团簇。当O2分压较大的时候,ZnO通过二次生长形成由微米柱阵列和表面无序纳米线构成的分层复合结构,并且表面纳米线的密度随着氧分压的增加而增加。高分辨透射电镜(HRTEM)和选取电子衍射(SAED)分析表明,单根纳米线是沿[001]方向生长的ZnO单晶。

复制模塑法制备超疏水表面及其应用

设计并利用复制模塑法制备了两种具有不同几何结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)粗糙表面,即方形柱结构表面与平行光栅结构表面.扫描电镜观察结果表明,制备的样品表面精细度较高.利用接触角测量仪测得,水滴在方形柱和平行光栅这两种PDMS微结构表面上的接触角分别为(154.6±0.7)°和(160.2±1.9)°,滚动角分别≤6°和≤3°,达到超疏水的标准.研究血小板在这两种PDMS微结构表面与PDMS光滑表面上的粘附行为,实验结果表明超疏水表面可以显著减少血小板的粘附,而且不容易引起血小板变形,具有良好的血液相容性.同时分析并解决了样品制备过程中容易出现的表面微结构图案脱落、开裂的问题.上述实验结果表明,这种超疏水材料有望应用于工农业生产与生物工程领域.

仿生超疏水表面的制备及润湿性研究

对植物叶表面的超疏水现象研究表明:植物叶表面的微观结构是引起超疏水的根本原因。设计并利用软刻蚀技术制备了一系列不同参数的光栅微结构表面,对水滴在这些非光滑表面上的接触角进行测量,测量结果表明材料表面几何结构直接影响接触角的大小,通过设计微结构的几何参数可以获得理想的超疏水材料。

飞秒激光在细胞纳米手术中的应用

激光类型不同,其与生物组织的作用机理也不同。其中飞秒激光由于脉冲持续时间短、瞬时功率大、聚焦尺寸小的特点,使得其在超快、超强和超精细领域有着广阔的应用前景。而结构微小的细胞的动力学研究,如有丝分裂、变形和凋亡,对于了解细胞的生物和发育行为有着重要作用。且生物大分子和水几乎不吸收近红外波长的光,故考虑应用近红外飞秒激光对细胞进行手术。这种激光手术技术已用于对细胞内结构进行切割和蚀除。介绍了该技术在细胞领域中的一些应用,如纳米手术、基因转染和染色体切割等。与传统技术相比,该技术精度高,可在不损伤细胞活性的前提下对细胞进行实验。

飞秒激光与生物细胞作用机理及应用

飞秒激光是自1960年第一台激光器诞生以来,过去20年间由激光科学发展起来的最强有力的新工具之一。飞秒激光由于脉冲持续时间短、瞬时功率大、聚焦尺寸小的特点,使得其在超快、超强和超精细领域有着广阔的应用前景。其中最重要的一个方向是飞秒激光在生物细胞方面的应用。细胞是生命活动的基本单位。所有的病源微观上都体现在细胞中细胞器的工作,所以用飞秒激光作用在病体的细胞器上达到治疗的目的,是一个很有前景的领域。由于生物大分子和水几乎不吸收近红外光,故应用近红外飞秒激光对细胞进行手术,同时可在不损伤细胞活性的前提下对细胞进行实验。这种激光手术技术已被用于对细胞内结构进行切割和蚀除。介绍了该技术在细胞领域中的一些应用,如纳米手术、基因转染和染色体切割等;还介绍了飞秒激光技术与生物细胞中主要细胞器的祛除的原理、飞秒激光细胞操作与手术系统和实验中荧光成像、多光子成像显微镜等手段。

Mg_xZn_(1-x)O合金的相结构转变和光学性质

利用等离子辅助分子束外延(P-MBE)技术,在蓝宝石c-平面上外延生长了MgxZn1-xO(0≤x≤0·65)合金薄膜,其x值分别为0,0·11,0·28,0·44,0·51和0·65.X射线衍射测量表明,随着x增加到0·28,只在2θ为34·46～34·67°的位置观察到(002)衍射峰,表明样品为单一六角纤锌矿结构的MgZnO合金.当x值增加到0·44时,观察到了MgxZn1-xO的相分离.当x值增加到0·65时,MgZnO合金完成了从单一六角纤锌矿结构向立方向结构的转变.通过对样品的光致发光谱、吸收谱的测量,详细研究了上述样品的相结构转变对其光学性质的影响.

飞秒光镊技术及其发展

激光捕获技术是利用光辐射力来捕捉、移动和操纵微粒的先进技术。飞秒光镊在实现粒子微纳操纵的同时还伴随着非线性现象的发生。阐述了飞秒光镊的模型和原理以及系统的各种结构形式,包括单光束梯度力光阱、贝塞耳光阱、双光束光纤光阱和冲击波光阱几种形式,并分析了每种形式的特点。

微纳表面结构加工技术研究

综述了在微纳加工领域的最新技术发展—软刻蚀技术(soft lithography)和扫描探针刻蚀技术(scanning probe lithography),其中着重描述了软刻蚀技术中的复制模塑技术(repli camolding,REM)和扫描探针刻蚀技术中的电致刻蚀加工技术,阐述了它们各自的加工原理和特点,并应用这些技术制作出一些周期性微纳织构表面。

金属材料塑性变形机制

运用ABAQUS建立激光喷丸有限元模型,模拟研究不同材料的板材在激光冲击后折弯角度的变化,并进行相关实验,将仿真结果与实验结果进行对比。结果表明:金属材料HEL跟材料凹凸变形转换范围有关。

联合体驱使生长法制备ZnO纳米棒及其表征

在常压环境下采用联合体驱使生长（Aggregation-driven growth）法在镀有ZnO纳米薄膜的医用盖玻片衬底和锌箔上制备了不同直径、高取向、密集生长的ZnO纳米棒阵列结构,发现平均直径与生长时间呈线性关系。X射线衍射（XRD）谱图中出现了较强的（002）峰,表明制备的纳米棒阵列具有高度c轴择优生长取向;高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和选区电子花样衍射图谱（SAED）结果表明我们得到的单根纳米棒为沿（002）生长的单晶结构。分析确定盖玻片上的纳米棒阵列是以ZnO纳米薄膜缓冲层上的ZnO种子颗粒为成核点生长形成的。

生长温度和化学剂量比对MgZnO合金薄膜相结构的影响

利用等离子辅助分子束外延技术,在蓝宝石c-平面上外延生长了ZnO单晶薄膜。原位反射式高能电子衍射结果表明,在650℃时样品为平整的表面。但X射线衍射测量表明,在此温度下添加Mg源生长的MgxZn1-xO合金薄膜,随Mg量的增加很快经历了六角相-混合相-立方相的相结构转变,这与扫描电子显微照片的直观结果相对应。分析指出该结果是由生长温度和Ⅱ、Ⅵ族元素的化学剂量比共同决定的。

定向生长碳纳米管阵列的制备及其应用研究进展

碳纳米管在力、热、光、电等方面都显示出独特的性质,受到众多领域专家的广泛关注,而定向生长的碳纳米管阵列的获得具有更深远的科学意义。详细介绍了国内外定向生长碳纳米管阵列的制备方法,重点阐述了化学气相沉积法(CVD)的制备流程和生长机理以及其工艺参数对生成碳管阵列的影响。简要论述了碳纳米管阵列在几个典型应用领域的研究进展。

ZnO纳米结构晶体质量对其表面润湿性的影响

利用化学气相沉积法(CVD)在镀有Au(10nm)膜的石英衬底上通过控制O2流量制备不同形貌的纳米结构ZnO,通过X射线衍射(XRD)和变温光致发光谱研究晶体缺陷对ZnO表面润湿性能的影响。结果表明,除表面粗糙度之外,高密度的缺陷对样品表面润湿性能也有很重要的影响,尤其是氧空位缺陷对吸收羟基有利,能够降低ZnO表面自由能,提高其疏水性能。

微纳跨尺度ZnO结构的紫外发射机理研究

利用气相输运的方法在Si(100)衬底上生长了ZnO的微纳跨尺度结构.扫描电镜照片可以明显地看到样品表面为椎顶六角微米柱-纳米棒的复合结构.样品在室温下的光致发光谱出现了很强的紫外发射峰,没有观察到与杂质或缺陷相关的深能级发射,表明样品有很好的光学质量.通过详细的研究样品的紫外发射谱与温度(83—307K)的依赖关系,发现在室温下样品的近带边发射包含两个部分,分别与自由激子发射和自由载流子到施主(受主)的跃迁(FB跃迁)相关,这个施主(受主)束缚态的离化能为124·6meV.

飞秒激光手术在细胞生物学中的应用

近红外飞秒激光脉冲持续时间短、瞬时功率大、聚焦尺寸小和低吸收的特点,在细胞生物学领域有着广阔的应用前景。简述了3种不同类型的飞秒激光在细胞手术过程中的作用机理,介绍了飞秒激光手术在细胞生物学领域中的一些研究成果,如细胞骨架动力学、活细胞内细胞器手术、细胞膜工程、光动力学、生物活体实验及相应的应用。

飞秒激光切割神经细胞突起

利用飞秒激光脉冲在细胞内部的非线性吸收,产生等离子体,通过产生等离子体诱导蚀除效应,从而达到细胞微手术的效果。对飞秒激光神经细胞突起切割的机理进行了初步分析,并研究了实验参量对切割作用和细胞活性的影响,发现平均功率≥0.5mW的飞秒激光经40倍物镜(NA=0.60)聚焦进细胞中会产生光致破裂现象,导致作用细胞的死亡;稍低激光功率下在突起离胞体远近不同处切割,细胞均不会发生死亡,且稍远距离下切割细胞的突起似对细胞影响不大;不完全切割突起情况下,切割长度较小时,对细胞影响不大。

飞秒激光活细胞微手术研究

采用飞秒激光对活细胞进行手术,研究了其手术分辨率和微损手术对细胞活性的影响。首先建立飞秒激光活细胞手术系统,可以实时对手术中的细胞进行荧光成像。其次,在绿色荧光蛋白标记组蛋白的Hela细胞核内研究手术分辨率,达到了190nm的极限尺寸,同时发现,细胞核的微损不会导致Hela细胞的死亡,为实现细胞核内微区功能研究奠定了基础。最后,飞秒激光对嗅鞘细胞的突起进行切割,5h内损伤的细胞恢复了活性,因此细胞突起的切割可以实现胞外物质的跨膜运输。

细胞突起损伤对细胞活性的影响

研究了嗅鞘细胞突起不同位置的飞秒激光手术损伤对细胞活性的影响,探讨了细胞损伤、修复和死亡的动力学过程.功率100μW、切割速度2μm/s的紧聚焦飞秒激光对小直径的细胞突起切割两次,观察突起不同位置的损伤对细胞活性的影响;采用同样参数对大直径的细胞突起切割6次,观察损伤后细胞的变化.当细胞突起直径较小时,无论是突起末端、中部还是根部的损伤都不能使细胞死亡,损伤的细胞在3h内恢复了活性;当突起直径较大时,多次的飞秒激光损伤导致细胞的胀亡.通过飞秒激光手术对细胞突起损伤和诱导胀亡的研究,提出了飞秒激光细胞损伤的多种机制,探讨了飞秒激光诱发细胞内部钙波的形成、细胞形态学变化和胀亡的动力学.因此,飞秒激光手术为建立细胞损伤模型和研究细胞动力学提供了一个非常重要的方法.