扫描离子电导显微镜的研制与实现

在微纳米尺度上对活细胞高分辨率成像对生命科学研究具有重要的意义,其将有助于再现正在发生的生命过程、检测细胞对外界刺激做出的响应,甚至观测某些蛋白簇在细胞膜表面的运动。然而直到今天,仍然没有很好的实现上述目标。扫描离子电导显微镜（SICM）由于其真正的非接触、高分辨、无损独特成像方式,规避了扫描过程中探针与样品表面发生力的接触,得到越来越多的关注和广泛的应用。从系统的角度阐述自制SICM 系统的设计、硬件集成及跳跃模式扫描算法的实现,并通过对聚二甲基硅氧烷（PDMS）栅格成像以及与原子力显微镜（AFM）成像结果的对比,验证了系统功能的正确性和有效性;最后开展了生理环境下活体细胞的原位扫描成像实验,初步获取了活体神经细胞轴突结构的三维形貌图像。SICM 的成功搭建,将为人们深入了解生理条件下活体生物样品表面微观结构与功能机理等提供有效的研究方法与手段。     

非接触式扫描离子电导显微镜技术在探测活体细胞表面微结构中的应用

扫描离子电导显微镜技术是在纳米尺度进行非导电的生物样品成像的一种新型扫描探针显微镜技术。通过成功制备扫描离子电导显微镜扫描探测用纳米尺度玻璃微探针,对其进行了功能性评估;而后通过绘制探针-样品接近曲线,阐述了扫描离子电导显微镜技术实现非接触高分辨率探测的工作原理;最后采用该显微镜技术对导电标准样品及活体肾上皮A6细胞进行了表面形貌扫描成像,并与A6细胞表面形貌的扫描电镜图像进行了对照。结果表明,扫描离子电导显微镜技术不仅可实现导电样品的扫描成像,而且适宜于在生理条件下、非接触式地研究活体细胞表面的三维形貌,从而为人们深入研究细胞表面微观结构与生理功能提供了全新的技术手段。     

扫描探针显微镜在纳米医学研究中的应用

扫描探针显微镜(SPM)的发明和发展,促进了纳米科技和纳米医学等新学科的诞生和发展.如今,SPM已经形成了一个庞大的、高度自动化的探针显微镜家族,在纳米科技和纳米医学研究中发挥着重要作用.     

扫描隧道显微镜在纳米医学研究中的应用

在纳米医学研究中中,纳米材料和纳米加工能力的获得,纳米结构的形貌和性能的表征,有着十分重要地位.扫描隧道显微镜(STM)的诞生,使人类不仅能够观察到物质表面原子的排列情况,而且能够按照自己的意图实现原子操纵.本文回顾了STM的发展历史,介绍了STM的基本原理、主要特点及其在纳米医学研究中的应用.     

一种基于大范围扫描离子电导显微镜的形貌和体积测量方法

针对现有测量方法不能同时实现大尺寸样品表面的总体和局部形貌的三维高分辨率测量以及体积计算的不足,提出了一种形貌和体积测量方法.本文首先构建了大范围扫描离子电导显微镜（Large-scale Scanning Ion Conductance Microscopy,L-SICM）系统,并利用数据拼接技术来扩展现有SICM系统的水平测量范围,从而实现样品形貌的大范围三维高分辨率测量,最后结合背景移除等数字图像处理技术来计算目标对象的体积.对亚毫米级样品的实验结果表明,基于L-SICM的测量方法可以有效完成大尺寸样品的总体和局部形貌的三维高分辨率测量及体积计算,且避免由光学测量方法引入的非线性误差.另外,采用更小的水平扫描步距（125 nm）可以减小5.82%的体积测量误差和38.12%的测量标准差,从而提高了系统测量的准确性和稳定性.     

扫描近场光学显微镜及其初步应用

介绍的扫描近场光学显微镜能够以探针作为亚微米光源或探测器以及受抑全反射等三种工作方式探测样品,在没有样品一探针间距控制的情况下对全息光栅、脂质体以及沸石粉末等进行了扫描成像,并获得了超衍射极限的光学分辨率,其中最优分辨率可达约100nm。     

扫描探针显微镜的最新是展及应用

本文在讨论ＳＰＭ基本原理和应用的基础上，详细介绍了近期ＳＰＭ的最新技术进展和成像模式以及拓展的应用领域，使我们能对ＳＰＭ有一个全新的认识和了解，以便把它们更好地应用到研究领域中。     

扫描隧道显微镜钨针尖的制备与表征

采用直流电化学刻蚀方法制备扫描隧道显微镜钨针尖,研究了电化学刻蚀过程中NaOH溶液浓度、钨丝浸入长度和刻蚀电压对针尖形貌的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)测量针尖曲率半径和针尖纵横比值,以表征针尖的尺寸和形状;通过能谱仪(EDS)分析针尖表面成分,以表征表面清洁度;通过场发射显微镜(FEM)得到Fowler-Nordheim (F-N)曲线来检测针尖发射性能。实验结果表明,当溶液浓度为2 mol/L、钨丝浸入长度为4 mm、刻蚀电压为3 V时,可以得到曲率半径约为100 nm、纵横比值为13的针尖,且表面无钨的氧化层。FEM结果显示当对针尖施加500 V的负偏压时,针尖可以稳定发射50 nA量级的电流,且针尖性能具有良好的一致性。     

扫描电—声显微镜及其应用

扫描电—声显微镜最近已在我们实验室研究制成功了,它是国际上近几年来发展起来的一种新的成像工具,它的成像机理是基于试样的微观热学和弹性性质的变化,特别是它具有非破坏性的亚表面剖面成像能力,这是常规扫描电镜所无法比拟的。本文主要介绍了扫描电一声显微镜的发展,工作原理,电—声成像的物理过程和优点。并显示了半导体材料、集成电路、金刚石复合片、硅片表面离子注入以及金属等试样的表面和亚表面电—声像,并与二次电子像作了比较,显示了电—声像的某些特点和潜在的应用价值。     

Scanning force microscopy studies of GaAs films grown on offcut Ge substrates

The surface morphology of GaAs films grown on offcut Ge substrates is studied using a scanning force microscope (SFM). We investigated the effects of the Ge buffer layer, growth temperature, film thickness, and prelayer on the GaAs surface morphology. The starting Ge substrates are offcut 6° toward the [110] direction to minimize single steps on the substrates before molecular beam epitaxial film growth. We find that comparing with GaAs samples grown without Ge buffer layers or with unannealed Ge buffer layers, samples with annealed Ge buffer layers are much smoother and contain no antiphase boundaries (APBs) on the surface. For thick (≥1 μm) GaAs films with an annealed Ge buffer layer, the surfaces display crosshatch lines and elongated mounds (along , which are associated with the substrate offcut direction. As the film thickness increases, the crosshatch lines become shorter, denser and rougher, and the mounds grow bigger (an indication of GaAs homoepitaxial growth). We conclude that annealed Ge buffer layers are crucial for growing high quality GaAs films with few APBs generated during the growth. In addition, under optimal conditions, different prelayers make little difference for thick GaAs films with annealed Ge buffer layers.     

Ion beam preparation of passivated copper integrated circuit structures for electron backscatter diffraction/orientation imaging microscopy analysis

Passivation layers were removed from copper interconnect lines using a broad beam ion source in preparation for electron backscatter diffraction (EBSD) and orientation imaging microscopy (OIM) analysis. Results were obtained on interconnect lines with widths as small as 0.25 μm. The effects of ion beam energy and scanning electron microscope (SEM) acceleration voltage on the quality of the results obtained are examined and explained. The use of thin amorphous carbon coatings to reduce specimen charging during orientation data collection is also discussed.     

基于先验知识的支持向量机在图像分割中的应用研究

文中在研究现有先验知识与支持向量机融合的基础上,针对置信度函数凭经验给出的不足,提出了一种确定置信度函数方法,更好地进行分类。该方法是建立在模糊系统理论的基础上:将样本的紧密度信息作为先验知识应用于支持向量机的构造中,在确定样本的置信度时,不仅考虑了样本到所在类中心之间的距离,还考虑样本与类中其它样本之间的关系,通过模糊连接度将支持向量与含噪声样本进行区分。文中将基于先验知识的支持向量机应用于医学图像分割,以加拿大麦吉尔大学的brainWeb模拟脑部数据库提供的不同噪声的图像进行实验,实验结果表明采用基于先验知识的支持向量机比传统支持向量机具有更好的抗噪性能及分类能力。     

连续波THz-CT在医学成像中的应用研究

太赫兹已经被用于对三维物体进行计算机辅助层析成像,但具有很高的折射损耗。设计了基于耿氏二极管和返波振荡器的连续波断层成像实验装置,对聚四氟乙烯模型进行扫描获得投影数据,然后利用滤波反投影算法对投影数据进行重建得到断面图像,用于研究折射对投影及图像的影响。最后对人体牙齿样本进行扫描和重建,探讨THz-CT在医学成像特别是牙齿等骨骼成像中应用的可行性和前景。     

荧光显微镜的成像原理及其在生物医学中的应用

随着科学技术的快速发展,荧光显微镜成像在生物医学领域的应用越来越广泛.常见的荧光显微镜大致可分为普通荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、超分辨率显微镜和多光子激光扫描显微镜.本文详述了几种常见显微镜的原理、特性及其在生物医学中的应用.     

光电子显微术的原理和应用

近十年来,光电子显微技术取得了长足进步并已商业化。光电子显微是一种高衬度的成像技术,对材料表面电子结构高度敏感。本文介绍光电子显微镜的成像原理,并着重分析其衬度机制。简要总结光电子显微术在表面结构分析,表面化学,磁学,以及半导体器件表征等方面的应用。目前光电子显微术的两个重要发展方向是利用同步辐射光源和脉冲激光光源做激发源;利用脉冲激光的多光子激发光电子显微术可以对较高功函数（大于光子能量）的材料成像;而脉冲时间分辨光电子显微术可用来研究表面瞬态电子的弛豫动力学机制。文章介绍了在实现飞秒时间分辨以及多光子激发的光电子显微方面的进展。我们利用多光子光电显微术对溅射制备的纳米结构银薄膜表面进行成像,结果表明多光子成像照片上存在一些高强度的亮点,而在单光子成像照片未观察到类似现象。推测这些亮点源于纳米结构银表面的等离子激元的高局域选择性激发。文章还介绍了利用光电子显微术原位观察CuZnAl形状记忆合金的热诱导相变。     

基于变换域的IMS信号处理方法及其改进

讨论了一种基于变换域的离子迁移谱(IMS)信号处理方法-傅立叶变换离子迁移谱(FT-IMS)技术,通过离子门开关频率的改变实现信号的调制,得到频域的IMS信号.该技术使离子利用率由百分之一提高到了百分之二十五,信噪比(SNR)提高了14 dB以上;通过增加离子门开关频率的范围可以进一步提高分辨率,解决了IMS技术中SNR和分辨率相矛盾的问题.在此基础上,改进了FT-IMS算法,减弱了FT-IMS技术中镜像脉冲的干扰.经对FT-IMS算法和改进算法的数值仿真验证,证明了其有效性.     

受激拉曼散射显微技术在生物科学中的应用

受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)显微技术,可以通过探测分子的特定振动模式,实现对活细胞的无标记和新型非荧光标记成像。由于SRS显微术具有较高的化学特异性,在生命科学成像领域具有极大的应用潜力。本文简要介绍了SRS显微技术的原理,同时总结了其在脂类、核酸和蛋白质等生物分子,以及在组织结构、小分子药物和食品分析中的应用。     

GaN薄膜电子声成像和电子背散射衍射研究

采用扫描电声显微镜(SEAM)和电子背散射衍射(EBSD)对异质外延在Al2O3衬底上GaN界面区域成像测试分析。异质外延失配应力导致在Al2O3和GaN界面附近的微区晶格畸变在SEAM的声成像中可以清楚看到,而且受应力影响集中区域的微区衬度差异明显。利用EBSD色带图及质量参数分析了失配应力变化,晶格应变和弹性形变在200nm内可以得到释放。