Reversal current observed in micro-and submicro-channel flow under non-continuous DC electric field

In practical applications of biochips and bio-sensors, electrokinetic mechanisms are commonly employed to manipulate and analyze the characteristics of single bio-molecules. To accurately and flexibly control the movement of single molecule within micro-/submicro-fluidic channels, the characteristics of current signals at the initial stage of the flow are systematically studied based on a three-electrode system. The current response of micro-/submicro-fluidic channels filled with different electrolyte solutions in non-continuous external electric field are investigated. It is found, there always exists a current reversal phenomenon, which is an inherent property of the current signals in micro/submicro-fluidics Each solution has an individual critical voltage under which the steady current value is equal to zero The interaction between the steady current and external applied voltage follows an exponential function. All these results can be attributed to the overpotentials of the electric double layer on the electrodes. These results are helpful for the design and fabrication of functional micro/nano-scale fluidic sensors and biochips.     

超声探头的响应特性及暂态回波模型

建立检测系统的数学模型,可以更好地理解超声检测的物理本质。分析了超声波从产生、介质中传播、缺陷耦合以及接收的全过程,将缺陷回波表示为探头响应函数与缺陷响应的时域卷积。利用空间脉冲响应和基尔霍夫近似建立了超声波与平面型缺陷的耦合模型,用大平面试块底面回波和大平面响应进行反卷积求得了探头的响应函数,并详细分析了探头在不同偏置位置时不同大小缺陷响应的特点,发现缺陷回波由直达回波和边缘回波组成,直达回波和边缘回波极性相反,且直达回波的幅值远远大于边缘回波。      

静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展

静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术,由于设备和实验成本低、纤维产率高、制备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势,近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究的最基本动力和终极目标,因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展方向,本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域,包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应用、生物芯片和催化剂负载等,并展望了未来可能的发展方向。     

基于重构相空间的结构损伤识别方法

介绍了混沌理论中相空间重构技术,应用到结构损伤检测与健康监测中。以单自由度弹簧振子为例分析了基于相空间拓扑结构变化的损伤检测方法的可行性,结果表明,当弹簧的刚度降低,相空间拓扑结构发生明显变化,表明该检测方法是可行的。利用相空间重构技术,直接将结构动态响应以相空间的形式展开,根据损伤前后相空间拓扑结构的变化,提出了新的损伤因子。为了验证本方法的可行性与可靠性,进行了圆拱结构动态实验并进行损伤识别。实验结果表明,本方法能够成功地识别出圆拱结构的损伤位置及损伤程度,且灵敏度较之常用的动力指纹方法有了很大的提高。本方法只需单个测点就能计算出该点损伤因子的值,可作为结构整体参量来监测结构是否存在损伤以及结构健康状况     

管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟

简述了近年来超声导波技术的发展现状及其检测原理，并用有限元程序ANSYS对管道超声纵向导波裂纹检测进行了数值模拟。管道模型中，删除单元模拟管道周向裂纹，通过对管道一端端部周向各节点施加轴向瞬时位移载荷模拟纵向入射应力波，同端接收反射应力波，根据裂纹纵波回波信号到达时间和反射系数能较为精确地判断裂纹位置、周向开口裂纹长度、管壁减薄程度及裂纹截面积，但反射系数对管道轴向裂纹宽度不十分敏感。数值模拟结果与前人实验结果及理论计算结果吻合较好。     

圆柱形薄壳冲击扭转屈曲的实验研究

本文对受冲击扭矩作用下的圆柱形簿壳扭转屈曲进行了实验研究，利用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ扭杆使圆柱受阶跃扭矩作用，分析所得到的应变－时间曲线，得到了不同几何参数的圆柱壳的冲击临界扭矩Ｍｄｅｒ和屈曲波数ｎ及几条定性结论，同时找出了圆柱壳静力扭转屈曲行为和冲击扭转屈曲行为之间的异同。     

不确定边界条件下悬臂梁裂纹参数识别方法研究

基于Bernoulli-Euler梁振动理论,以等效弹簧来模拟裂纹引起的局部软化效应和由非完全固支边界条件引起的转角效应。推导了悬臂梁在不确定边界条件下确定其振动频率的特征方程,直接利用该特征方程,提出一种有效估计裂纹参数的优化方法,通过计算测量频率和理论频率之间的误差目标函数最小化即可识别裂纹参数-裂纹位置和深度。最后,应用两个实例-理想固支边界条件下和非完全固支边界条件下的悬臂梁实验来说明本文方法的有效性。实验结果表明:只需梁结构前三阶频率即可识别裂纹位置和深度。对于理想边界条件下的裂纹参数识别,在测量频率存在小误差情况下,该方法仍能给出比较满意的结果,对于非完全固支边界条件下的裂纹参数识别,利用本文方法能得到比Narkis的方法更精确的裂纹位置识别结果。同时本文方法还能给出比较满意的裂纹深度识别结果。     

石英晶体微天平传感器的膜厚敏感性

近几年,石英晶体微天平(QCM)作为一种简易、灵敏的实时监测手段,广泛地应用于研究生物活性分子之间的相互作用,其中包括蛋白质吸附动力学、抗原/抗体相互作用、DNA杂交、适配体-蛋白相互作用等领域.但是QCM作为商业化的生物传感器一直发展不顺利.主要因为QCM在液态环境中的非理想行为导致了对QCM数据分析困难.我们利用阻抗分析法对QCM的数据进行分析,分离出质量和粘弹性两种因素引起的频率改变,解决粘弹性的困扰问题.同时,我们提出了"固化水层"模型,合理地处理了溶剂的影响.在该模型的基础上发展了一种基于QCM的分子尺技术,该技术能够简便、有效地测量出固定在固-液界面的生物大分子的纳米尺寸.我们的主要工作是将"固化水层"模型拓展到三维结构的高分子基质中.我们联合QCM和表面等离子共振(SPR)技术研究基于高分子基质的蛋白质的固定,抗原/抗体识别的过程,进一步采用"固化水层"模型解释高分子的溶胀行为、羧基活化、抗体固定、抗原、抗体识别等过程.理论分析表明,结合生物分子势必排出相同体积的溶剂,由于溶剂的密度接近于蛋白质溶液的密度.从而导致"固化水层"质量增加不明显.实验上也证实了石英晶体微天平的响应主要取决于"固化水层"的厚度变化(T2-T1),而并非固定的生物分子的质量.我们利用QCM实时监测在高分子基质中IgG的固定以及IgG与anti-IgG识别的过程,并将石英晶体微天平监测的频率变化与相应的厚度变化直接关联.这一方法的建立在一定的应用范围内简化了QCM的定量分析模型,有望实现QCM作为传感器在界面物理与化学等相关领域研究中的应用.     

“固化水层”模型拓展石英晶体微天平的应用

石英晶体微天平(QCM)在液态环境下的应用一直由于数据分析复杂而受到限制。最近,我们提出了"固化水层"模型(SLL)以简化QCM数据分析过程。本文进一步提供了SLL模型的有关数据。根据SLL模型,1 Hz QCM频率信号对应于0.18 nm SLL层厚度的变化,而大多数商业的QCM均可以达到该精度。因此,根据SLL模型设计的检测方案将具有很高的灵敏度。QCM作为生物传感器的应用也得以拓展,可以相信SLL模型将大大增强QCM的分析能力。     

从x射线粉末数据获得非等效本征重叠衍射的合理衍射强度

提出一种非等效本征重叠衍射强度合理分配的方法——位置待定的原子强度贡献迭代分配法(IDM-UAIC),并用已知结构的模拟粉末衍射数据进行了验证.IDM-UAIC利用可靠的晶体学和结构化学知识，交替进行结构解析和强度分离.结果表明：如果可以通过等效本征重叠足够精确地确定总体散射能力的30%，结构就可能解出.对于55个（不含三角晶系用菱形单胞表示的5种空间群）强度均分不合理的空间群，IDM-UAIC具有明显的优越性；而对于强度可均分的空间群，IDM-UAIC与简单均分法等效. 关键词： 非等效本征重叠 衍射强度 原子强度贡献迭代分配法