基于散射信号的超分辨光学相减显微镜

现有的光学超分辨显微成像技术主要依赖于特殊的荧光标记物,其对于大多数非荧光样品的超分辨成像就变得无能为力。因此我们提出将光学相减显微技术应用到非荧光样品的成像当中,利用普通共聚焦光斑和面包圈型光斑分别激发样品的散射光成像,从而得到样品同一区域的两幅图像,再通过图像相减的方法提高了图像空间分辨率。不同于一般的超分辨成像方法,这种光学相减显微镜不需要特殊的样品预处理过程,同时两次成像的激发光强度可以保持在一个较低水平,避免了样品损伤的影响。随后金纳米小球和有机聚合物微丝的散射成像实验证明了光学相减显微镜可以将空间分辨率提高到215 nm (0.33λ, 1λ = 650 nm),并且通过探测散射信号得到更多的样品细节信息。     

偏振光学显微成像技术在高分子结晶结构表征中的应用

光学成像技术是最为直观的一种表征手段,借助光学显微镜,根据物质、材料和光的相互作用,能够直接观察肉眼难以获得的微观结构信息.借助偏振光,又能看到在普通显微镜明场下无法观察到的晶体双折射等光学性质.本文主要介绍几种光学显微镜在高分子结晶表征方面的应用,从光通过偏振器件及样品的角度出发,介绍偏光显微镜、PolScope系统以及Müller矩阵显微镜的基本工作原理和在高分子结晶方面的应用研究,结合具体案例,阐述这些技术如何揭示高分子晶体的微观结构,并简述一些基础的操作要点及注意事项.依据晶体的双折射特点,偏光显微镜提供了晶体厚薄、取向等结构信息和晶体生长速率等动力学信息.但是偏光显微镜的透射光强是晶体双折射和主折射率方向的方位角两者耦合的结果,而拥有可变偏振方向的PolScope系统则可以进一步精确测得双折射的光程差及晶体主折射率方向的方位角. Müller矩阵显微镜则通过检测经过样品前后的圆偏振光变化来获得样品更为丰富的光学信息,如线性双折射、圆双折射、线性二色性和圆二色性等.     

基于光学成像技术的单颗粒电化学研究

光学显微镜技术具有高时空分辨率、高通量、高灵敏度、非接触等优点,十分适合于微观、异相界面的电子转移过程研究,因而在单颗粒电化学分析中展现出良好的应用前景.结合本课题组的研究工作,本文主要介绍了单分子荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、暗场显微镜及电化学发光四种光学显微技术在单纳米粒子电化学研究方面取得的最新研究进展,最后展望了光学显微镜成像技术的应用前景和挑战.     

基于扫描探针显微术的微区光电性质测试方法和装置

本文以一台常规的Aglient 5500型的扫描探针显微镜为基础,通过配置光源及聚焦系统、研制光强度自动控制部件、研制样品台等方法将太阳光模拟器发射的光引入样品的探针扫描区域,开发了利用扫描探针显微镜原位测试太阳能电池材料微区光电性质的功能。光电性质的测试过程可在手套箱内进行,解决了有机半导体容易吸收空气中的水和氧而失效的问题。     

原子力显微镜的基本原理及应用

先进的测试表征技术是认识微观世界的重要手段，对于尺度和维度观的培养具有重要意义。不同于传统光学显微镜和电子显微镜，原子力显微镜是通过其探针原子与样品的表面原子的作用力来实现对样品表面形貌观测的。简述了原子力显微镜的基本原理和基本构造，阐释了其核心部件及功能。原子力显微镜主要有4种工作模式，比较了它们的优劣及应用范围。最后对原子力显微镜在分析测试中的实际应用进行了简述，展现了原子力显微镜的优越性与广阔的应用前景。     

基于光学显微术的单粒子传感

基于光学显微术的单粒子传感技术是一种将光学显微镜等具有空间分辨能力的研究工具应用于分析传感领域的检测技术.该技术将单个纳米粒子视作一个完整的纳米传感器,分子识别和信号转换均在单个纳米粒子界面上完成,信号读取则通过不同种类的光学显微镜来实现.与宏观的纳米传感器相比,单粒子传感技术通过对单个纳米粒子的光学特征信号进行测量、计数和追踪,可以获得局域微区内分析物的定性和定量信息,从而具有高灵敏度、高通量和可用于微观复杂体系的动态检测等显著优点.首先简要回顾了单粒子光学传感技术的发展历史和国内外研究现状,随后介绍了其主要技术特点,并重点综述了该领域近五年内的重要研究成果.最后指出通过纳米探针、光学成像技术和多维数据处理等多方面的持续发展,可进一步提高单粒子光学传感器的性能,有望使其在分析科学、生命科学和材料科学等诸多领域获得更加广泛和深入的应用.     

原子力显微镜-扫描电子显微镜共定位表征系统的研发与应用

微纳加工过程中,常有样品需要进行聚焦离子束（FIB）溅射、切割,扫描电子显微镜（SEM）以及原子力显微镜（AFM）表征,而这三类仪器都需要将样品固定在样品台上才可测试,固定不佳会影响表征结果.但固定好的样品在不同仪器之间转移、拆卸、再固定的过程中极易受到破坏.基于以上问题,设计了AFM-SEM-FIB样品共定位系统,可实现样品在此三种仪器之间的无损转移及共定位,避免珍贵样品破坏及目标丢失,以及解决AFM扫描无法控制方向、迅速调整位点等问题.在微纳表征中有优异的表现,系统已被开发成产品并量产销售.     

受激辐射耗尽超分辨显微成像的研究进展及应用

荧光显微镜凭借其非接触、无损伤、可实时探测生物样品内部等优点,成为生命科学研究中不可或缺的工具,但是Abbe光学衍射极限的存在限制了其对亚细胞尺度生化过程的进一步研究。作为突破光学衍射极限的远场光学显微镜,受激辐射耗尽(Stimulated Emission Depletion,STED)超分辨荧光显微术,因其超高时空分辨率和三维层析能力,成为备受关注的新型成像和分析表征工具。本文结合我们课题组在STED显微成像研究方面的工作,综述了近年来STED显微成像技术的研究进展及其在细胞成像中的应用。     

《单细胞分析》

单细胞分析是分析化学、生物学和医学多学科相互渗透发展形成的跨学科前沿领域。 分析化学新方法新技术丛书——《单细胞分析》，由武汉大学程介克教授等著。全书共分15章，全面系统地介绍了单细胞分析的各种方法，包括毛细管电泳、微流控芯片、多种光学显微镜（荧光显微镜、聚焦荧光显微镜、全内反射荧光显微镜、多光子荧光显微镜、荧光相关显微镜、近场扫描光学显微镜等）、扫描电化学显微镜、质谱成像、原子力显微镜、扫描隧道显微镜图像分析、阿达玛变换显微光谱及成像、肿瘤电化学及免疫分析、动力学分析、荧光及发光探针、纳米技术以及实时动态检测等新技术和新方法。     

结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学

近年来,单颗粒碰撞技术在纳米电化学领域受到广泛关注. 该技术通常控制超微电极处于某一电位,检测单个纳米颗粒随机碰撞到电极表面后产生的瞬时电流. 通过分析电流信号,可以研究单个纳米颗粒的性质. 尽管该技术可以检测单个纳米颗粒的电化学或电催化电流,但是传统的单颗粒碰撞技术缺乏空间分辨率,难以识别和表征特定的纳米颗粒. 因此,结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学来补充电化学技术缺失的空间信息已成为一种趋势. 本文首先简要综述了单颗粒碰撞技术的三种检测原理,主要介绍了近年来单颗粒碰撞技术与荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、全息显微镜和电致化学发光相结合的研究进展,最后展望了单颗粒碰撞技术未来的发展趋势.     

激光扫描共聚焦显微技术在高分子科学研究中的应用

激光扫描共聚焦显微技术作为一种深层形态结构分析的重要研究方法,避免了繁琐的实验操作以及对样品的破坏,可直接给出材料内部结构的三维图像,在生物学、医学、材料科学和冶金学等研究领域都有广泛的应用.本文阐述了激光扫描共聚焦显微镜的工作原理及技术优势,综述了激光扫描共聚焦显微技术在高分子科学研究领域的应用进展,包括聚合物多组分...     

电子计算机控制的光电直读光谱仪

电子计算机控制的光电直读光谱仪具有快速、准确、操作简便、同时进行多元素分析等优点。这种仪器在国外已广泛地用于金属合金等样品的快速分析。在国内由于某些关键问题未得到解决,因此还没有研制成这种类型的仪器。1977年末我们开始研制小型电子计算机控制的光电直读光谱仪。所用电子计算机为吉林大学与应化所于1975年试制成的JY-1型电子计算机。整个工作包括光电光谱仪、测光电子柜、接口设计制造、程序设计及分析方法。在联机试制过程中解决了一些技术上的关键问题,于1981年5月在国内首次实现了电子计算机控制的光电直读光谱仪的自动操作,并进行了数种实际样品分析,现将各部分叙述如下。     

扫描近场光学显微镜及其在单分子探测中的应用

扫描近场光学显微镜在光学显微镜中具有独特的性能,其突破衍射光限制,具有单分子探测灵敏度,且在研究时不损伤生物样品。文中简要介绍了扫描近场光学显微镜的原理,详述近年来扫描近场光学显微镜在单分子探测中的应用,介绍了扫描近场光学显微镜结合量子点对单分子探测的进展,并对单分子探测的前景做了展望。     

红外光谱仪模拟空间原位分析表征系统的研制

对现有傅里叶红外光谱仪进行拓展开发,空间模拟试验系统通过法兰与外置原位真空池及光谱仪相连接,实现样品推送机构的建立.分析单元与主真空室之间采用双闸板阀联用实现双向密封,可独立对材料表面进行快速原位分析.摩擦试样可通过样品精密传送和定位装置移动至分析单元进行表征,实现了模拟空间环境下摩擦表面的原位分析功能,将润滑材料的空间摩擦学行为与其表面及化学状态准确关联,避免环境对摩擦表面的污染,为设计新型空间润滑材料提供可靠的试验依据.     

《现代涂料仪器分析》

本书是集红外光谱、气相色谱等大型仪器分析技术和涂料分析技术相结合的实用型技术书籍。全书共分17章，分别介绍了气相色谱、色谱质谱联用、裂解色谱、凝胶色谱、液相色谱、红外光谱、紫外可见光谱、原子吸收光谱、X射线荧光及衍射光谱、数码摄像光学显微镜、电子及原子力显微镜、热分析以及其他精密测试仪器的基本原理、测试方法，并列举了大量涂料分析方面的应用实例。本书还举例叙述了仪器分析在涂料开发研究和未知样品剖析方面的综合应用。     

《现代涂料仪器分析》

本书是集红外光谱、气相色谱等大型仪器分析技术和涂料分析技术相结合的实用型技术书籍。全书共分17章，分别介绍了气相色谱、色谱质谱联用、裂解色谱、凝胶色谱、液相色谱、红外光谱、紫外可见光谱、原子吸收光谱、x射线荧光及衍射光谱、数码摄像光学显微镜、电子及原子力显微镜、热分析以及其他精密测试仪器的基本原理、测试方法，并列举了大量涂料分析方面的应用实例。本书还举例叙述了仪器分析在涂料开发研究和未知样品剖析方面的综合应用。     

原位电化学扫描探针显微镜技术在电催化领域的应用进展（英文）

在电化学界面,电催化过程通常包括电子转移、吸附和脱附、静电相互作用、溶剂化及去溶剂化等多步过程,深入理解电催化反应机理极具挑战性.对纳米结构电化学界面(电极)处电催化过程的深入理解十分有助于阐明电催化反应机理和设计高性能电催化剂材料.电催化活性通常与电催化剂表面局域化的活性位点密切有关.在反应条件下,电催化反应过程的研究极大依赖于高分辨表征技术.经典的宏观电化学表征方法仅可以提供不同界面位点的平均信息,很难分辨一些特殊结构位点(如缺陷、晶界、边缘位点)的相关重要电化学信息.原位电化学扫描探针显微镜技术,包括电化学扫描隧道显微镜(EC-STM)、电化学原子力显微镜(EC-AFM)、扫描电化学显微镜(SECM)及扫描电化学池显微镜(SECCM),能够在纳米及原子尺度研究电催化反应过程,弥补了宏观表征方法的不足,为探究构效关系和解析电催化反应机理提供了机遇.本文介绍了各种扫描显微技术的基本原理、特点及优劣势,并且概述了各项技术在电催化领域研究的重大进展.EC-STM和EC-AFM能够原位表征电催化过程中的纳米尺度表面结构演变及吸附/脱附过程,但无法直接测量局部电化学活性(法拉第电流).通过S...     

荷叶表面纳米结构与浸润性的关系

通过烘烤、化学萃取及物理剥除等方法改变荷叶表面的纳米结构和化学组成, 在环境扫描电镜(ESEM)和全反射红外光谱(ATR)对样品的微观形貌和化学组成进行表征的基础上, 为消除其它外界因素影响样品的真实微观形貌, 进一步采用原子力显微镜(AFM)进行了表征. 通过测量不同处理方法所得样品的表观接触角表征了样品的浸润性质. 结果表明, 荷叶表面的蜡质是产生表面疏水性的根本原因, 其微米级结构放大了其疏水性, 而纳米结构是导致其表面高接触角、低滚动角, 即“荷叶效应”的关键原因.     

原子力显微镜几种成像模式在聚合物太阳能电池材料表征中的应用

聚合物太阳能电池材料表面柔软、粘弹性较强,很容易粘滞探针,从而影响到原子力显微镜的成像质量。本文通过比较轻敲模式、智能成像以及快速扫描模式三种原子力显微镜成像模式对聚合物太阳能电池材料的形貌和相位成像情况,分析探讨了探针型号的选择、作用力控制、扫描速率等参数对成像清晰度和准确性的影响。通过比较可知,弹性系数较小及具有反射镀层的探针均有利于聚合物类样品的检测;控制探针与样品之间较小作用力也有利于获得丰富的形貌信息;另外,扫描速率太高不利于获得细节形貌信息,应将扫描速率控制在一定范围内。因此,选择合适的成像条件和设置适当的扫描参数对原子力显微镜成功应用于分析表征聚合物太阳能电池材料样品具有十分重要的意义。     

扫描电镜技术在高分子表征研究中的应用

扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)是表征高分子材料微观结构及其组成信息重要的手段之一，具有操作简便、信号电子种类多样且对样品损伤较小等特点.本文系统阐述了SEM的工作原理，通过与透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)进行比较，突出了其优势与特色.详细讨论了该技术的测试方法，包括样品制备、仪器参数设定、操作技巧与图像处理，并揭示了获得高质量SEM图像的关键技术.介绍了SEM不同的信号电子成像、SEM与其他仪器联用及SEM原位分析技术在高分子材料表征中的应用与进展.最后，对SEM的发展趋势进行了展望.