微观作用力驱动的纳米颗粒自装配技术

自装配技术在物理、生物化学、MEMS以及纳米制造等领域得到了广泛应用,对该领域的研究显示出重要的应用前景和重大的理论价值,成为一个充满生机活力的热点。本文在阐述微器件自装配领域研究成果的基础上,重点介绍了应用毛细力、亲水(疏水)力作为驱动力实现微器件的二维和三维功能结构自装配过程,并指出了目前研究方法在纳米级微器件三维功能结构自装配中存在的问题,最后提出了综合应用介电泳力、毛细力及亲水(疏水)力实现纳米颗粒与三维基体自装配的方法。     

基于自组装金纳米颗粒的化学电阻传感器

通过Au—S键的自组装作用,制备了不同功能单体修饰的金纳米颗粒(AuNP),采用扫描电子显微镜(SEM)对制备材料的微观形貌进行了表征,并使用滴铸法制成了电阻式气体传感器,对其气敏性能进行了测试.实验结果表明,基于11-巯基-1-十一醇(MUD)功能化的AuNP化学电阻传感器的气敏性能最佳,在室温条件下,对1×10-6...     

介孔氧化铝组装金纳米颗粒阵列及其光学性质

采用真空蒸镀的方法在多孔氧化铝模板表面得到薄金膜,随后在真空管式炉中进行热处理,热处理中发生的热去湿过程使得金膜在多孔氧化铝表面形成有序的金纳米颗粒阵列。同时还研究了多孔氧化铝模板制备过程中二次氧化的作用,发现一次氧化对二次氧化进行具有一定指导作用;另外,研究了扩孔时间对模板孔径的影响,一定条件下,扩孔时间与孔径成正比例关系;最后研究了镀膜厚度对金纳米颗粒的影响,结果中可以看到,金膜的厚度直接影响金纳米颗粒阵列的形成。最后在分光光度计上的光学测量吸收光谱的结果中,出现了表面等离子体作用引起的很强的吸收峰。     

基于介电泳微流控芯片实现amol级分子量检测

设计并制作了一种快速检测宫颈癌细胞C4II的微流控芯片。制作的微芯片结构是采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)工艺制备的硅模具为核心的复合结构,微芯片中包含一个10×10的微腔室阵列,单个微腔室底面半径40μm,高度500μm,整个微腔室的理论溶液体积达到250 pL。荧光检测系统采用波长(340±15)nm的激发光滤波片和波长(480±30)nm的接收光滤波片的最佳滤光类型,同时利用介电泳(DEP)法浓缩核酸以及采用硅烷偶联法固定核酸探针OMU-opy2来增加荧光强度。实验结果表示,该微流控芯片能检测到有效荧光的样品溶液最低浓度可低至7.8 nmol/L,从而微芯片的RNA分子量检测极限提升至1.9 amol。     

集成阵列叉指电极介电泳芯片粒子分离北大核心

制备了用于粒子分离的集成阵列叉指电极介电泳微流控芯片,该芯片由以玻璃为基底的氧化铟锡(ITO)电极以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流通道构成。采用该芯片测定了聚苯乙烯微球在电导率为1μS/cm的悬浮溶液中在不同频率下的介电泳响应。聚苯乙烯微球产生正负介电泳响应的临界频率为20 kHz。当交流电压和频率分别为8Vp-p(峰峰值)和2 MHz时获得最优的粒子分离条件,在此条件下对聚苯乙烯微球和酵母菌细胞进行分离实验。实验结果表明,酵母菌细胞受到正介电泳力的作用,被富集到电极的边缘,而聚苯乙烯微球受到负介电泳力的作用被排斥而远离电极,其分离效率能够达到90%。     

基于介电电泳组装技术的PEDOT/PSS-SWCNTs气体传感器的研究

采用介电电泳技术组装制备PEDOT/PSS-SWCNTs纳米气敏薄膜,并研究外加交流电场的频率、电压及组装时间与气体传感器的导电及气敏性能的关系.结果表明,良好分散在PEDOT/PSS基质中的SWCNTs定向排列在叉指电极对之间.当频率在0.5～10 MHz的范围内,传感器的电导率及气敏响应的变化不大.由电场电压引起的传感器性能的变化趋势与组装时间引起的相似,即随着电压或时间增大,传感器的电阻增大,而气敏响应则先增后减.当电场频率为2 MHz、电压为5V、组装时间为3 min时,PEDOT/PSS-SWCNTs纳米气敏传感器对10 9级别的H2S气体最为灵敏.     

基于介电电泳的微尺度颗粒分离研究进展

对基于连续型、时变型及与其他力场联用的三类介电电泳颗粒分离技术进行了综述。分析表明,连续型介电电泳的分离效果较好,但形式较为单一,一般为二元或顺序分离;时变型介电电泳则可以结合不同特点的分离形式,提高分离的选择性与灵活性;为了兼顾分离的通量、灵活性与分辨率等要求,与其他形式力场联用则是解决问题的有效途径之一。在此基础上,给出了介电电泳技术在分离问题中的几个研究方向,包括拓展至具有复杂结构的颗粒类型,与具体的生物和医学问题相结合向应用领域发展,以及与磁场等外加力场相结合等。     

纳米金表面修饰提高压电免疫传感器性能研究

在石英晶体微天平的金电极上通过1,6-己二硫醇交联组装纳米金颗粒修饰传感器表面,同时结合蛋白A与抗体的Fc段特异性结合的特性定向固定人IgG构建压电免疫传感器,并用于羊抗人IgG的检测.实验结果表明,与未经修饰相比,纳米金颗粒组装修饰金电极后能明显提高压电免疫传感器的检测灵敏度、重现性和再生能力等重要性能指标,修饰后的传感器也具有非常好的在线再生性能.     

基于烛灰纳米颗粒层的高灵敏度MEMS湿度传感器

提出了一种基于烛灰纳米颗粒层的高灵敏度、快速响应的微电子机械系统(MEMS)湿度传感器。该湿度传感器的制备工艺简单方便、成本低廉,仅包括烛灰纳米颗粒层的沉积、烛灰纳米颗粒层表面的氧等离子体亲水化处理和金属电极的制备三个步骤。实验表明,在30%～90%相对湿度内,该MEMS湿度传感器的灵敏度高达4.17 MΩ/%RH,响应和恢复时间分别为2 s和8 s,同时具有较好的稳定性和重复性。此外,使用此传感器对呼吸频率进行检测,实验结果表明此湿度传感器可以精确地跟踪人的呼吸,因此所研究的湿度传感器在生物医学、环境监测等领域具有潜在应用。     

不同尺寸金纳米颗粒的制备及其SERS性能

为了研究不同尺寸的金纳米颗粒作为表面增强喇曼散射(SERS)活性基底对表面增强喇曼光谱的影响,采用氯金酸作为金源,柠檬酸三钠作为还原剂及保护剂,通过控制柠檬酸三钠的加入量合成了不同尺寸的金纳米颗粒。通过扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计(UV-vis)等技术对金纳米颗粒进行了性质表征。利用喇曼光谱仪,以罗丹明B作为被检测探针,研究了三种不同尺寸的金纳米颗粒(20、50和100 nm)喇曼增强效果。通过喇曼光谱图发现20和50 nm的金纳米颗粒具有较好的SERS效果。随后以20 nm的金纳米颗粒为SERS活性基底,对表面增强喇曼光谱检测罗丹明B的检测限进行了研究,可以使罗丹明检测限灵敏度达到10-9 mol/L。     

基于模板合成法的纳米金柱阵列制备

基于模板合成法,在多孔氧化铝(PAA)模板上用磁控溅射沉积金薄膜,制备出高度有序的纳米金柱阵列结构.采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对所加工的金柱阵列结构进行表征.所加工的纳米结构为柱状金纳米阵列,金柱直径约为φ60 nm,金柱尖端直径约φ20 nm,高度为300～600 nm,相邻金柱平均间距约为100 nm.纳米金柱阵列结构与多孔氧化铝模板(PAA)貌一致,阵列分布规则,柱体大小均匀.     

基于巨磁阻抗效应的微磁传感器设计与实现

介绍了非晶带产生巨磁阻抗(GMI)效应的机理,对Co基非晶带进行了磁场后退火处理,磁阻抗比得到显著提高,为179%.在此基础上设计了一种基于GMI效应的磁传感器电路,详述了各个环节的电路设计.通过优化传感器电路相关的工作参数,改善了传感器输出性能并给出了典型结果.在常温下,非晶带激励电流频率为10 MHz时得到了非晶带...     

Self‐Assembled Robust Dipeptide Nanotubes and Fabrication of Dipeptide‐Capped Gold Nanoparticles on the Surface of these Nanotubes

Three water‐soluble dipeptides containing N‐terminally located β‐alanine residue and C‐terminally located α‐amino acid residues (β‐Ala‐L ‐Xaa, Xaa = Val/Ile/Phe) form robust crystalline nanotubes. These dipeptide nanotubes contain a common motif, a hybrid of β,α‐amino acids, which are stable against heat up to 80 °C, a wide range of pH (2–10), and proteolytic degradation. These robust crystalline dipeptide nanotubes are used as a template for fabricating dipeptide‐capped gold nanoparticles on their outer surfaces. This is an easy way to develop nanotube/nanoparticle hybrid materials under mild conditions.     

利用改进的堆积法制备微结构光纤

通过改进的堆积法,制备无间隙孔微结构光纤（MSF）。该方法包括3个步骤：1）通过传统堆积法,制备MSF的预制棒;2）对预制棒进行预定型处理,对其一端加热使毛细管熔死,再将预制棒放入高温炉中加热至1600℃,并对另一端加压加气,内部毛细管受气压扩张,进而膨胀使间隙孔受力消失．所有的包层毛细管熔到一起形成了一整体,这样有助于拉丝时保持光纤的结构;3）完成拉丝过程。用这种改进的堆积法进行MSF的制备,取得了很好的试验结果。     

介电电泳芯片的结构设计与模拟分析进展

综述了国内外微流控芯片介电电泳(DEP)的研究进展和介电电泳芯片的主要结构设计方案。依据芯片电极结构设计的不同,将介电电泳芯片分为阵列电极DEP芯片、抛物线电极DEP芯片、绝缘微柱DEP芯片及其他设计DEP芯片四大类。分别对芯片电极结构设计所采用的模拟分析进行了归纳和综述,重点探讨了如何通过电场模拟分析手段对芯片结构参数进行优化,分析了流体分布与热效应对芯片效能的影响,列举了不同电极结构设计的DEP芯片的工作效率及实际应用效果。提出了目前采用模拟分析方法进行芯片结构设计存在的问题,进而对基于MEMS技术的DEP芯片的设计和应用前景进行了展望。     

基于能量监测的传感器信任评估方法研究

目前解决无线传感网节点安全的方式多种多样,无线传感器也将随着物联网的发展而呈现多样化.根据物联网传感层的特点和其特有的安全问题,本文提出了一种基于能量监测的信任评估方法来解决无线传感网节点的信任问题.该方法首先针对无线传感器能耗情况,创建了传感器能量监测机制;然后,根据监测能量机制中的监测信息,通过互相关系数方法分析计算,得出传感器所处的几种信任度;最后,对传感器进行信任评估,并给出评估结果.仿真对比结果表明,本文提出的方法具有较高的准确性.     

基于SOPC和DDS技术的介电电泳芯片控制系统设计

介绍了一种利用SOPC和DDS技术控制介电电泳芯片的方案.通过FPGA的DSP开发工具DSP Builder对直接数字频率合成器(DDS)进行建模,在QuartusII软件中生成DDS IP核.以Altera公司的嵌入在FPGA(Cy-clonII EP2C35)中的RISC结构的CPU软核NiosII为基础,控制四相位DDS模块实现驱动行波介电电泳芯片所需的四相位正弦波频率、相位和幅度的数字预制和步进,使介电电泳芯片内形成行波介电电场,驱动生物粒子随行波作定向移动,达到分离不同生物粒子的目的.重点讨论了基于DSP Builder的DDS IP核设计,系统的软、硬件实现方法,并通过仿真分析证明了这种设计方法的正确性和实用性.     

原位形成的金纳米颗粒对溶菌酶结构的影响

在溶菌酶水溶液中,用NaBH4原位还原HAuCl4得到了溶菌酶稳定的金纳米颗粒。这些溶菌酶稳定的金纳米颗粒具有亲水性、生物兼容性以及良好的溶胶稳定性。紫外-可见光谱、透射电子显微镜以及动态光散射实验对所得产物的表征结果说明实验中形成了分散性良好的直径约2 nm的金纳米颗粒。傅里叶变换红外光谱和圆二色谱实验表明,与金纳米颗粒作用之后的溶菌酶分子仍然保持了结构的完整性,金纳米颗粒的形成没有对蛋白质的一级和二级结构造成影响。基于其良好的溶胶稳定性及生物兼容性,这些溶菌酶稳定的金纳米颗粒在纳米科技和生物医学领域具有潜在的应用价值。     

基于TDOAs与FDOAs的多信号源及感知节点联合定位算法

感知节点存在位置误差与速度误差的情况下,本文采用信号到达时间差(TDOAs)与到达频率差(FDOAs)信息,针对多信号源被动定位与感知节点进行位置及速度的同步优化问题进行了研究.在Sun和Ho前期工作中,只对多个不相关信号源进行了定位,并没有同时给出感知节点位置及速度的优化解,在很多实际应用中,对多个信号源进行被动定位的同时需要对感知节点的位置及速度信息进行优化;本文所提出的算法对前期算法进行了提升,被定位信号源与感知节点的位置及速度可同时较好地达到克拉美罗下界(CRLB);计算机仿真对本文理论推导进行了验证.     

纳米TiO2-xNx对ALA-PDT体外灭活HL60效果影响实验研究

为研究在基于氨乙酰丙酸(ALA)的光动力治疗(PDT)法中添加适当N掺杂纳米TiO2-xNx对体外灭活白血病HL60细胞的效果影响,采用MTT分析法测试了各种实验条件下HL60细胞的相对存活率,从而研究了纳米TiO2-xNx对HL60细胞生长的影响、添加不同浓度的纳米TiO2-xNx后PDT对HL60细胞存活的影响以及基于ALA或TiO2-xNx或ALA和TiO2-xNx的PDT对HL60细胞的存活影响.实验结果表明:50～250 μg/mL浓度的纳米TiO2-xNx溶液对HL60细胞具有较强的灭活作用,其中150 μg/mL浓度的纳米TiO2-xNx溶液对任意接种浓度的HL60细胞均具有很好的灭活效果.添加纳米TiO2-xNx再进行PDT,HL60细胞的相对存活率均低于同浓度纳米TiO2-xNx颗粒单独作用后HL60细胞的相对存活率.在ALA的基础上添加纳米TiO2-xNx后进行光辐照,对HL60细胞的灭活效果最佳,当添加ALA浓度为1 mM/mL、纳米TiO2-xNx浓度为150 μg/mL和HL60细胞接种浓度为7.5×104/mL时,HL60细胞的存活率为25%,即基于添加合适浓度的ALA及纳米TiO2-xNx的PDT对HL60细胞的灭活效率达75%.