拉曼光谱编码的荧光液相生物芯片检测系统研究

随着医疗诊断需求的增加,生物分子检测技术越来越受到人们的重视,液相生物芯片技术作为一种高通量,多通道的分子检测手段在近几年得到了飞速发展。通过层层自组装方法制备以微片为载体的拉曼光谱编码液相生物芯片,并利用自行搭建的一套高灵敏度、高分辨率的光学系统,实现对液相生物芯片的定性与定量分析。光学系统由拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统耦合而成。在拉曼光谱检测系统中激光器发射出785 nm波长的激光,通过二向色镜,带反反射镜与物镜汇聚到样品上,样品产生的拉曼散射光,经物镜,带反反射镜,二向色镜与拉曼滤波片,最后通过凹透镜聚焦到光谱仪的狭缝上,光谱仪色散实现在线阵CCD上拉曼光谱的获取。荧光显微成像系统应用光学成像原理,通过调节凹透镜与405 nm的激发光之间的距离,使激发光通过物镜均匀的照射到样品之上,样品激发出的荧光,通过物镜,带反反射镜,二向色镜,滤波片与相应的凹透镜,最后成像到面阵CCD上。改进传统便携式拉曼光谱检测系统光路并选用相应波段的带反反射镜与焦距20倍的物镜完成拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统的耦合。为了减少两路系统之间的相互影响选用合适的二向色镜以及滤波片,在提高耦合系统获取数据的准确性中有着重要的作用。该系统通过对反应之后的液相生物芯片进行拉曼光谱检测,以完成对每个编码玻片的定性识别,即解码;同时激发反应后液相生物芯片的荧光并采集荧光强度图,根据每个解码玻片上的荧光强度值完成对目标检测物的定量分析。区别于传统荧光编码液相生物芯片, 拉曼光谱编码具有稳定性更强,光谱分辨率更高等优点。该光学系统集拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统于一体,解决了目前未有基于拉曼编码的液相生物芯片的检测系统的问题,并且可同时对多种目标物进行识别和定量分析,提升了实验结果的准确性。     

基于微纳结构液体灌注的超滑表面的制备与应用

超滑表面利用其基底上的微纳结构通过毛细作用将润滑油等液体锁定在孔隙中,孔隙中浸润的润滑油在基底形成一层动态油膜,油膜与不溶液体的液-液界面代替了固体与液体的固-液界面,从而大幅减少了滑动阻力。与传统具有类似低滚动角特性的超疏水和超疏油表面相比,孔隙中填充润滑油比空气具有更好的压力稳定性,而且润滑油的毛细流动性使得超滑表面具有良好的自修复能力。由于其明显的优势,近些年超滑表面已成为国际学术界研究热点,应用也拓展到防结冰、强化传热、减阻、抗生物黏附、微流控等领域。目前超滑表面研究仍存在重要挑战,例如如何避免润滑油的挥发带来的性能退化、如何针对各种材质和结构设计合适的加工工艺制备微纳结构等,这些问题限制了超滑表面的广泛应用。本文综述了超滑表面的制备工艺以及应用,分析了现存的问题,并且对超滑表面未来的发展趋势进行了展望。     

一种基于LVI求解二次规划问题的数值算法

给出并研究了一种数值算法(简称94LVI算法),用于求解带等式和双端约束的二次规划问题. 这类带约束的二次规划问题首先被转换为线性变分不等式问题,该问题等价于分段线性投影等式.接着使用94LVI算法求解上述分段线性投影等式,从而得到QP问题的最优解. 进一步给出了94LVI算法的全局收敛性证明. 94LVI算法与经典有效集算法的对比实验结果证实了给出的94LVI算法在求解二次规划问题上的高效性与优越性.     

水滴撞击结冰过程的分子动力学模拟

利用三维分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度水滴撞击冷壁面的结冰过程.数值模拟中,统计系统采用微正则系综,势能函数选用TIP4P/ice模型,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解采用文莱特算法,水滴内部结冰过程则通过统计垂直方向水分子温度分布来判定.研究发现,当冷壁面温度降低时,水滴完全结冰的时间减小,但水滴降至壁面温度的时间却增大;同时随着壁面亲水性降低,水滴内部热传递速度减慢(尤其是冷壁面与水滴底端分子层间),水滴内部温度趋于均匀,但水滴完全结冰时间延长.     

有机/无机复合双层电子传输层的量子点发光二极管

采用有机/无机复合双层电子传输层（ETL）研制绿色QLEDs,其中有机ETL采用OLED中常见的ETL材料,无机ETL采用ZnO纳米颗粒,并通过调控有机ETL厚度改变电子注入,使电子/空穴达到平衡。制备的器件结构为:ITO/PEDOT:PSS/TFB/QDs/ZnO NPs/TPBI:Liq/Al,其中有机电子传输层TPBI:Liq采用真空蒸镀沉积。与仅采用ZnO电子传输层的器件相比,可以使器件性能得到大幅提升:器件的最大电流效率从11.53 cd/A提升到22.77 cd/A,同时器件的启亮电压、电致发光光谱无明显变化。判断有机ETL的主要作用是抑制了过量电子的注入和传输,在发光亮度变化不大的情况下,降低了器件的无效复合（例如俄歇复合）电流,从而使电流效率明显提升。     

光纤光热干涉气体检测技术研究进展

本文阐述光纤光热干涉气体检测的基本原理,从光纤光热相位调制的产生、动态过程、探测方法以及响应时间等方面出发,综述本研究组在光纤光热干涉气体检测方面的最新工作进展.光纤光热干涉技术具有灵敏度高、动态范围大、测量不受散射及其他损耗影响等优势,能够实现小型化、多点复用、组网及远程监测,在环境、医疗、安防等领域具有重要的应用.     

基于BiFeO_3/ITO复合膜表面钝化的黑硅太阳电池性能研究

采用金属银辅助化学刻蚀法在制绒的硅片表面刻蚀纳米孔形成微纳米双层结构,以期获得高吸收率的太阳能电池用黑硅材料.鉴于微纳米结构会在晶硅表面引入大量的载流子复合中心,利用磁控溅射技术在黑硅太阳电池表面制备了BiFeO_3/ITO复合膜,并对其表面性能和优化效果进行了探索.实验制备的具有微纳米双层结构的黑硅纳米线长约180—320 nm,在300—1000 nm波长范围内入射光反射率均在5%以下.沉积BiFeO_3/ITO复合薄膜后的黑硅太阳能电池反射率略有提高,但仍然具有较强的光吸收性能;采用BiFeO_3/ITO复合膜的黑硅太阳能电池开路电压和短路电流密度分别由最初的0.61 V和28.42 mA/cm~2提升至0.68 V和34.57 mA/cm~2,相应电池的光电转化效率由13.3%上升至16.8%.电池综合性能的改善主要是因为沉积BiFeO_3/ITO复合膜提高了电池光生载流子的有效分离,从而增强了黑硅太阳电池短波区域的光谱响应,表明具有自发极化性能的BiFeO_3薄膜对黑硅太阳能电池的表面性能可起到较好的优化作用.     

具有聚集诱导发光效应的聚炔材料的合成及光学性能研究

合成了三种含有四苯基乙烯结构的双炔烃.这些双炔烃单体通过在CuCl催化下在邻二氯苯中进行的均聚反应可以高产率地生成线型聚炔.所得聚合物均可很好地溶解于常见有机溶剂中,并具有很高的热稳定性.这类聚炔材料在溶液态时几乎不发光,但在聚集态或者固态下可高度发光,表现出典型的聚集诱导发光性质.同时,这些聚合物具有高透光性,可以允许整个可见光区的光透过.其薄膜在400～1700 nm宽波长范围内表现出高折射率（n=1.7787～1.6543）和低色差（D'=0.0003）.紫外光照射可诱使聚合物薄膜发生交联过程,从而调控其折射率数值,并可生成高分辨率的荧光图案.     

基于影像处理的干涉测量相位重构研究

随着计算机技术和光电成像元件的发展,影像信息处理技术已经在无损检测、医学检测以及干涉测量等领域得到广泛应用。本文主要研究了影像信息在干涉测量领域的波前相位提取方法。干涉条纹图是干涉测量领域中影像信息的载体,在干涉条纹处理方面,针对空域卡雷算法的特点,提出一种基于影像处理的单幅闭合干涉条纹图相位重构新算法。在空域卡雷算法处理方法的基础上,利用迭代修正算法对干涉图相位进行二次逼近,实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位重构。Matlab仿真结果表明,迭代修正后的相位残差降低了25.8%,表明该算法在空域卡雷算法的基础上能够有效提高相位重构精度,实现干涉测量领域中影像信息的高精度处理。     

基于低相干干涉的透镜厚度测量及生物影像研究进展

低相干光干涉测量技术作为重要的非接触测量方法之一,由于具有结构简单、测量速度快及分辨率高的优点,在光学系统的非接触测量及生物医学影像等前沿领域具有广阔的应用前景。本文对透镜组的光学元件中心厚度及空气间隔的非接触测量技术进行了总结,简述了基于OCT的生物医学影像方面研究现状,重点论述基于低相干光干涉法测量原理和研究进展,对比分析相关研究方法的优缺点和创新之处,并从系统结构和应用范围的角度对低相干干涉测量技术的发展趋势作了展望。