Nonlinear response of ultrasound contrast agent microbubbles:From fundamentals to applications

Modelling and biomedical applications of ultrasound contrast agent(UCA) microbubbles have attracted a great deal of attention. In this review, we summarize a series of researches done in our group, including(i) the development of an all-in-one solution of characterizing coated bubble parameters based on the light scattering technique and flow cytometry;(ii) a novel bubble dynamic model that takes into consideration both nonlinear shell elasticity and viscosity to eliminate the dependences of bubble shell parameters on bubble size;(iii) the evaluation of UCA inertial cavitation threshold and its relationship with shell parameters; and(iv) the investigations of transfection efficiency and the reduction of cytotoxicity in gene delivery facilitated by UCAs excited by ultrasound exposures.     

B模式实时成像定量监控超声空化时空行为的研究

提出一种采用B超图像实现高强聚焦超声(HIFU)治疗时声空化的时空量化监控的方法。首先,采用B模式实时成像系统对不同声辐照能量下的HIFU在凝胶仿体中引发的超声空化进行实验监测;接着,利用二维数字图像处理算法消除高强聚焦超声(HIFU)在B超图像中产生的干涉条纹,并在此基础上,对B超成像中观察到的高亮区域的面积变化情况进行量化分析;最后,进一步讨论了驱动声压或脉冲宽度对超声空化产生的高亮区域的生成速度和面积大小的影响。结果显示该方法可以有效去除B超图像中的干涉条纹,并对HIFU引发的空化现象进行实时监测。实验结果还表明辐照声能量的提高将引发更强烈的声空化行为,并且显著缩短HIFU引发的空化泡群的初始生成时间。研究结果对进一步优化HIFU治疗有重要意义。      

表面InGaN厚度对GaN基发光二极管特性的影响

通过调整GaN基发光二极管(LED)表面InGaN层的厚度,发现在20 mA电流驱动下,LED器件的正向压降有明显差距.本文考虑了极化效应的影响,通过求解InGaN/GaN三角形势阱内二维空穴气浓度以及空穴隧穿概率的变化,求得了表面InGaN层厚度不同时器件正向压降的变化趋势,发现理论结果与实验结果有很好的吻合.同时得到了获得最低正向压降的表面InGaN厚度. 关键词： 极化 二维空穴气 隧穿概率     

表面InGaN厚度对GaN基发光二极管特性的影响

通过调整GaN基发光二极管(LED)表面InGaN层的厚度，发现在20 mA电流驱动下，LED器件的正向压降有明显差距.本文考虑了极化效应的影响，通过求解InGaN/GaN三角形势阱内二维空穴气浓度以及空穴隧穿概率的变化，求得了表面InGaN层厚度不同时器件正向压降的变化趋势，发现理论结果与实验结果有很好的吻合.同时得到了获得最低正向压降的表面InGaN厚度.     

水中密排圆柱体群的超声多重散射参数

以水中紧密排列的平行圆柱体群为对象,研究平面超声脉冲经多重散射后的透射波性质,通过分析其中头波和散射波的特征获得对应的多重散射参数.对直径随机分布、位置无序排列、数量密度约100个/cm2、面积占空比约0.53的非接触圆柱体群,采用中心频率2.5 MHz的宽带脉冲波入射。为解决透射信号在时域表现出随机性的问题,将散射体尺寸、分布都相同但位置分布不同的多个模型仿真的透射波叠加平均后用于分析.在频域对头波的宽带衰减系数进行分析,并在时域研究散射波声强的时间演化曲线,获得了系统的弹性平均自由程、传输平均自由程等多重散射参数。经多重散射后,透射波中的头波表现出相干性,由不相干近似理论可对其对应的散射参数进行定性描述;散射波是不相干的,其对应的多重散射参数可近似利用扩散近似理论获得。      

寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂囊泡与沉淀共存(英文)

DNA(包括寡聚核苷酸)和阳离子表面活性剂可形成难溶复合物.本文通过浊度测试和透射电子显微镜观察,发现单链阳离子表面活性剂可以诱使寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂沉淀转变成为寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂囊泡,且寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂囊泡可以与寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂沉淀共存.在寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂沉淀向囊泡的转变过程中,表面活性剂和沉淀之间的疏水作用力发挥了重要作用.此外,当体系温度达到寡聚核苷酸开始融解的温度后,寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂体系更容易形成囊泡.因此,寡聚核苷酸的链越伸展,越易于寡聚核苷酸/单链阳离子表面活性剂囊泡的生成.据我们所知,有关寡聚核苷酸/阳离子表面活性剂囊泡的报道尚不多见.因此,考虑到DNA(包括寡聚核苷酸)/两亲分子体系在医学、生物学、药学和化学中的重要性,该研究应该有助于我们进一步了解该体系并对其进行更合理有效的应用.     

带介质分布式Bragg反射镜结构高性能共振腔发光二极管的研究

采用等离子体增强化学气相沉积高低频交替生长法生长了SiO₂/Si₃N₄透明介质分布式Bragg反射镜(DDBR), 提出了对DDBR采用干、湿法并用的腐蚀方法. 采用传输矩阵法理论分析了DDBR, 得出了为满足出光增益要求的反射率和DDBR结构. 使用光致发光(PL)谱仪测量分析了DDBR反射谱和光致发光谱, 获得了使光致发光谱辐射增强的DDBR结构, 在整个光致发光谱380–780 nm波段, 整体辐射增强1.058倍, 在谐振波长处辐射增强1.5倍, 半峰全宽值由23 nm变窄为10.5 nm, 获得了很好的光谱纯度. 利用最优DDBR结构制成了高性能共振腔发光二极管器件, 与普通结构相比, 实现了低开启电压1.78 V; 在20 mA注入电流下, 轴向光强提高了20%, 光功率和光效分别提高了27.7%和26.8%, 光功率衰减缓慢; 在0–100 mA注入电流下, 没有明显的下降趋势, 表现出了良好的温度稳定性. 关键词： 发光二极管 共振腔 介质分布式布拉格反射镜 辐射增强     

Graphene/SrTiO_3 interface-based UV photodetectors with high responsivity

Strontium titanate(SrTiO3),which is a crucial perovskite oxide with a direct energy band gap of 3.2 eV,holds great promise for ultraviolet(UV)photodetection.However,the response performance of the conventional SrTiO3-based photodetectors is limited by the large relative dielectric constant of the material,which reduces the internal electric field for electron-hole pair separation to form a current collected by electrodes.Recently,graphene/semiconductor hybrid photodetectors by van-der-Waals heteroepitaxy method demonstrate ultrahigh sensitivity,which is benefit from the interface junction architecture and then prolonged lifetime of photoexcited carriers.Here,a graphene/SrTiO3 interface-based photodetector is demonstrated with an ultrahigh responsivity of 1.2×106 A/W at the wavelength of 325 nm and～2.4×104 A/W at 261 nm.The corresponding response time is in the order of～ms.Compared with graphene/GaN interface junctionbased hybrid photodetectors,～2 orders of magnitude improvement of the ultrahigh responsivity originates from a gain mechanism which correlates with the large work function difference induced long photo-carrier lifetime as well as the low background carrier density.The performance of high responsivity and fast response speed facilitates SrTiO3 material for further efforts seeking practical applications.     

基于低分子量聚乙烯亚胺和油酸的负电性基因载体(英文)

构建负电性的基因载体、发展基于低分子量聚乙烯亚胺(PEI)的基因载体对基因传递研究具有重要意义.本文基于低分子量聚乙烯亚胺(2 kDa)和油酸构建了负电性的基因载体.它通过混合聚乙烯亚胺(2 kDa)、dsDNA和油酸胶束而自发形成.该基因载体在血清中很稳定,细胞毒性非常低,可包封80%以上DNA.通过1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇2000)]铵盐(DSPE-PEG)对其表面进行修饰,发现多达90%的基因可被细胞摄取.     

AlInGaAs/AlGaAs垂直腔面发射激光器温度特性的对比研究

通过测量、对比材料生长和器件制备条件基本相似，但是谐振腔腔模波长与增益峰值波长相对位置明显不同的两类氧化物限制型应变AlInGaAs/AlGaAs量子阱垂直腔面发射激光器(VCSEL)在261—369K温度范围内输出光功率-电流的变温曲线，同时结合测试得到的两类样品的白光反射谱、光荧光谱以及模拟计算得到的不同温度下VCSEL反射谱和增益谱，分析了输出光功率、阈值电流、斜率效率和激射波长随温度变化的关系，掌握了新材料AlInGaAs的温度特性，得到了谐振腔腔模波长和增益峰值波长的相对位置对VCSEL输出特性，尤其是对阈值的影响规律，指出获得室温工作阈值最低且稳定的VCSEL的一个方法是调整谐振腔腔模波长和增益峰值波长的相对位置，并利用这种方法获得了特征温度T₀=333K的AlInGaAs/AlGaAs量子阱VCSEL器件. 关键词： AlInGaAs 垂直腔面发射激光器 特征温度