Nanoneedle Platforms: The Many Ways to Pierce the Cell Membrane

Establishing techniques to efficiently and nondestructively access the intracellular milieu is essential for many biomedical and scientific applications, ranging from drug delivery, to electrical recording, to biochemical detection. Cell penetration using nanoneedle arrays is currently a research focus area because it not only meets the increasing therapeutic demands of cell modifications and genome editing, but also provides an ideal platform for tracking long‐term intracellular information. Although the precise mechanism driving membrane penetration by nanoneedle arrays is still unclear, the low cytotoxicity, wide range of delivered materials, diverse cell type targets, and simple material structures of nanoneedle arrays make these splendid platforms for cell access. Here, the recent progress in this field is reviewed by examining device architectures and discussing mechanisms for nanoneedle penetration, and the major studies demonstrating the most general applicability of nanoneedle arrays, typical methodologies to access the intracellular environment using nanoneedles with spontaneous or assisted penetration modes, as well as biosafety aspects are presented. This review should be valuable for deeply understanding the materials fabrication principles, device designs, cell penetration methodologies, biosafety aspects, and application strategies of nanoneedle array‐based systems that are of crucial importance for the development of future practical biomedical platforms.     

超高密度图案化磁记录介质中偶极作用与热辅助磁化研究

由于记录介质的超顺磁效应,传统的水平磁记录方式已经达到理论极限。为了实现特比(Tb,1Terabit=240bit)级的超高密度存储,各种记录方案正在探索之中,其中图案化介质和热辅助磁记录技术被认为是最有发展潜力的方向,如果将两者结合则记录密度会更高。笔者结合已有的实验数据与前人的理论工作,通过有限差分法求解动力学方程和Monte Carlo随机方法,重点研究了以下几个与图案化介质及热辅助磁化技术有关的问题:(1)针对数值微磁学中矩形网格处理复杂边界时计算精度较低的问题,利用磁体本身的几何对称性和退磁张量的性质,通过在实空间求积分的方法解析地推导了等边三棱柱的退磁张量。根据这一张量表达式,可以得到任意精度的退磁因子,把这一结果应用在微磁学的网格划分当中,可以提高对复杂边界的处理能力。(2)为了能够在数值计算中高效地求出系统中的偶极作用能,解决由于偶极作用长程性带来求和速度收敛缓慢的问题,笔者通过重新定义网格求和方程,并采取分段处理的方法,解决了Lekner求和法中由于对称性降低而导致的奇异性问题,成功地把Lekner求和法从三维周期性边界条件下的库仑作用系统,推广到了二维周期性结构的磁偶极作用系统。应用Lekner求和法,可以高效地处理图案化介质这类规则排列的磁偶极子系统中、偶极作用能的计算问题。(3)为了深入理解偶极作用能对信息位稳定性与信息写入过程的具体影响,为实际设计图案化记录系统时选择合适的图案化介质提供理论指导,笔者通过求解二维系统的动力学方程,研究了有限阵列和周期性边界条件阵列磁性颗粒间偶极作用能对系统静态与动态性质的影响。发现有限阵列的静态磁学性质,诸如剩磁状态、矫顽力等与系统的大小密切相关,而磁化动力学过程则不受系统大小的影响。发现偶极作用能对系统的磁化强度翻转模式有决定性的作用。对于有限阵列来说,在平面各向异性的水平磁化翻转过程中,由偶极作用强度决定了三种翻转模式,即一致转动、成核模式及这两种模式的过渡区域;在垂直各向异性的垂直磁化翻转过程中,由偶极作用强度决定了四种翻转模式,即成核模式、非线性激发、旋卷模式以及成核与旋卷的过渡区域。对于周期性边界条件下的阵列,由磁场脉冲持续时间和偶极作用强度共同决定了中心磁矩翻转类型相图,相图可以分为五种翻转类型,即关联翻转、过冲翻转、下冲翻转、弹道翻转以及未发生翻转区。(4)为了理解偶极作用能对系统热稳定性的影响以及温度不均匀性对热辅助写入过程的具体影响,笔者运用Monte Carlo方法研究了这两个问题。发现偶极作用能的增加,会导致系统闭锁温度的升高,从而提高系统的热稳定性。在高斯分布型的稳定温度场中,发现根据温度场的半高宽,可以把翻转过程分为三类不同的成核模式,即边缘成核而后中心扩展模式、边缘成核而后边缘扩展模式以及两种模式的混合模式,并且翻转弛豫时间的对数与半高宽导数之间成分段的线性关系,其分段点受外场和中心温度的影响。而对于给定半高宽的温度场来说,弛豫时间与温度的关系与经典成核理论描述均匀温度场中弛豫时间与温度的关系相似,只是此时的能量势垒和比例系数都与温度场的半高宽有关。     

电子技术计算机辅助教学

介绍了在电子技术基础课程教学中使用计算机辅助教学技术的方法和体会 ,讨论了如何充分利用计算机辅助教学技术 ,发挥CAI课件的教学功能 ,优化教学过程 ,提高教学质量的问题。     

Ice‐Assisted Synthesis of Black Phosphorus Nanosheets as a Metal‐Free Photocatalyst: 2D/2D Heterostructure for Broadband H2 Evolution

A 2D/2D heterojunction of black phosphorous (BP)/graphitic carbon nitride (g‐C₃N₄) is designed and synthesized for photocatalytic H₂ evolution. The ice‐assisted exfoliation method developed herein for preparing BP nanosheets from bulk BP, leads to high yield of few‐layer BP nanosheets (≈6 layers on average) with large lateral size at reduced duration and power for liquid exfoliation. The combination of BP with g‐C₃N₄ protects BP from oxidation and contributes to enhanced activity both under λ > 420 nm and λ > 475 nm light irradiation and to long‐term stability. The H₂ production rate of BP/g‐C₃N₄ (384.17 µmol g^?1 h^?1) is comparable to, and even surpasses that of the previously reported, precious metal‐loaded photocatalyst under λ > 420 nm light. The efficient charge transfer between BP and g‐C₃N₄ (likely due to formed N? P bonds) and broadened photon absorption (supported both experimentally and theoretically) contribute to the excellent photocatalytic performance. The possible mechanisms of H₂ evolution under various forms of light irradiation is unveiled. This work presents a novel, facile method to prepare 2D nanomaterials and provides a successful paradigm for the design of metal‐free photocatalysts with improved charge‐carrier dynamics for renewable energy conversion.     

乙醇辅助碳氢燃料催化吸热反应

先进飞行器对燃料的冷却能力提出了苛刻的要求,迫切需要开发高性能吸热燃料和反应技术。基于醇类可以促进重油裂解提高低碳烯烃选择性的特性,提出乙醇辅助碳氢燃料催化吸热反应的研究设想。采用浆液涂敷法在高温合金管上制备了多种涂层催化剂,在电加热单管反应装置上评价了乙醇辅助碳氢燃料催化吸热反应性能。研究发现,在400~600℃的中低温条件下,乙醇可以在镍修饰的ZSM-5分子筛涂层催化剂作用下脱水生成乙烯,510℃时热沉提高约20%;在更高温度时,乙醇脱除的水可以参与蒸汽重整反应促进燃料吸热;而均相添加剂可以进一步与涂层催化剂协同作用,抑制结焦生成,将体系工作温度提升至791℃,获得3.71 MJ·kg^-1的热沉。     

一种基于离散实镜像理论的修正物理光学法在金属平行板内嵌电大尺寸结构中的应用

传统的物理光学法(PO)能够方便高效地处理开放空间中电大尺寸结构的电磁散射问题,并且通常能获得较好的精度。然而,对于电大尺寸结构内嵌在金属平行板之间的这种特殊问题,传统的PO方法不再适用,而采用全波分析方法来处理往往需要消耗巨大的计算资源。该文在离散实镜像理论的基础上,提出了一种修正的物理光学法(DRMI-PO),基本思想是先将金属平行板间的激励电磁流展开为傅里叶级数,再对级数的每一项分别应用2维物理光学法求解场,最后把所有求得的场解作线性组合。与多层快速多极子(MLFMA)的全波方法相比,DRMI-PO在解决该类特殊结构的电磁仿真问题时能在保证足够高精度的同时大幅度提高计算效率;作为应用实例,对两种不同极化方式的太赫兹波段扇形波束扫描天线分别进行了DRMI-PO数值仿真与实验测试,结果表明仿真和实验得出的天线方向图吻合较好,从而证实了DRMI-PO方法的有效性。     

相干OFDM系统中导引符号功率优化

在瑞利衰落信道下，本文研究了导引符号功率对相干OFDM系统性能的影响，计算了由于不精确信道估计引起的系统性能损失，优化分析了导引符号与数据符号功率比，并给出完整的最优功率分配数学表达式。理论分析和仿真结果给出了各种参数对最优功率比的影响，同时理论结果为系统设计提供了依据。     

电场辅助离子交换对有源光波导增益的影响

通过对离子扩散机理和有源光波导重叠积分的分析,得知可以使用电场辅助离子交换技术制作有源光波导,实现波导对光场的更有效的限制,增大重叠积分因子,从而提高波导增益。     

Transient luminescence in organic light-emitting diodes explained by trap-assisted recombination of stored charges

We show that after voltage turn-off the recombination of the charges which are stored in the on-state may follow a trap-assisted mechanism instead of the Langevin formula in organic light-emitting diodes. A microscopic model based on this form of recombination is introduced, which not only fits the transient electroluminescence very well in the whole range of the off-state but also provides parameters quantitatively characterizing the stored charges in the on-state. In the last part, we briefly compare the work by Weichsel et al. [1] and our model, trying to constitute a comprehensive picture of the stored charges in OLEDs. As an OLED model system we have chosen a host/guest system co-doped with red and green phosphorescent emitters.     

离子束辅助沉积制备高功率激光薄膜的研究

综述了离子束辅助沉积技术在高功率激光薄膜制备中的应用研究进展.指出该技术在制备高激光损伤阈值的薄膜中存在的问题,即出现过高的堆积密度,会给薄膜带来杂质缺陷、化学计量比缺陷、损伤缺陷、晶界缺陷,制备薄膜的残余应力存在着压应力增加的趋势,会改变薄膜的晶体结构等.并指出了该研究领域的研究方向.