Functionalized Conjugated Polyelectrolytes for Biological Sensing and Imaging

Conjugated polyelectrolytes (CPEs) are macromolecules with highly delocalized π‐conjugated backbones and charged side chains, which are unique types of active materials, with wide applications in optoelectronics, sensing, imaging, and therapy. By attaching specific groups (e.g., recognition elements, magnetic resonance (MR) contrast agents, gene carriers, and drugs) to the side chain or backbone of CPEs, functionalized CPEs have been developed and used for specific biological applications. In this account, we summarize the recent progress of functionalized CPEs with respect to their synthesis and biomedical applications. Future perspectives are also discussed at the end.     

二阶关联成像系统宽光谱吸收膜研制

为满足关联成像系统抑制背景的需求,选用Al、Cr和SiO_2作为镀膜材料,依据薄膜吸收理论,结合膜系设计软件设计了宽光谱吸收膜,并采用真空沉积技术获得了该薄膜样品.通过真空阶梯式退火,减小了膜层内应力,解决了薄膜牢固度问题;采用交互式分析对测试结果逆向反演,通过优化工艺参量,使膜系中敏感薄层厚度得以精准控制,并减小了膜厚控制误差.制备的吸收膜在400~1 100nm波段平均吸收率达到99.1%,满足系统使用要求.     

单臂压缩感知鬼成像的光强扩散函数分析法

为了提高单臂压缩感知鬼成像的成像质量,减少成像系统本身和外部环境的干扰,提出了一种光强扩散函数分析方法.在单臂压缩感知鬼成像原理的基础上分析了成像过程,指出降低成像质量的主要因素是菲涅尔衍射和大气湍流.针对这两个因素,推导并分析了光强度扩散函数的公式,研究透镜的焦距与口径之比和照明光源的波长对鬼成像的影响.仿真结果表明:在单臂压缩感知鬼成像中,使用焦距与尺寸半径之比在2~5范围内的成像投影透镜可以消除衍射效应的影响;短波长光源适用于大气湍流较弱时的成像,长波长光源在大气湍流较强时对干扰有更好的耐受能力.该方法可以有效地提高成像质量并优化成像系统.     

基于增益调制的激光成像准确度研究

微通道板电压与增益对数理论上呈线性关系,为了更接近实际情况,根据已知的微通道板电压与增益对数的函数关系选取一组线性数据点,并在其基础上加一组随机数作为波动,得到新的电压与增益对数的关系,获得指数拟合公式,用于还原目标的距离信息.对成像准确度进行理论分析,结果表明成像准确度与系统信噪比和增益调制函数有关,且信噪比越高,距离准确度越高.测量了微通道板增益与电压的关系曲线,在不同电压条件下照射同一距离同一目标得到回波图像,利用不同电压下回波图像灰度值之比得到相对增益之比.分别在恒定增益和调制增益下,对距离成像系统60m的目标进行成像,利用增益曲线对所得的图像进行处理,准确还原出目标的距离信息,准确度达到分米量级.     

多波段微量TNT成像探测的数值分析和实验研究

建立了CO2激光器辐照微量爆炸物温升分布三维模型,对激光辐照过程和冷却过程中8~14μm和3~5μm波段内的目标表面辐射温度变化特性分别进行分析.利用设计的探测系统对目标进行初步探测,用8~14μm和3~5μm热像设备对目标进行观察分析.研究表明:在10.6μm激光照射过程中,8~14μm波段内沾有TNT目标的辐射温度分别由TNT、基底在8~14μm波段的发射率和对激光辐照的反射率共同决定;在3~5μm内目标辐射温度主要由TNT、基底在3~5μm波段的自身发射率决定.在探测过程中,8~14μm波段内沾染TNT区域的辐射温度明显高于周围区域,而在3~5μm波段内,目标表面辐射温度整体下降,并且沾染区域的辐射温度变得低于周围.     

基于数字全息干涉术的液相扩散过程可视化

提出了利用数字全息干涉术可视化观测液相扩散过程.实验中,采用马赫-曾德干涉仪光路记录乙醇与水之间两相扩散过程的多幅数字全息图;再通过数值再现不同扩散状态的波前相位分布,获得液体中的摩尔浓度分布;最后,根据菲克定律获得两相流扩散系数.结果表明:利用数字全息干涉术可实现对液相扩散传质过程的快速、实时及高精度测量;该方法还具有可实现远程监控、拥有大量微观数据的优点;此外,采用文中全息干涉光路结合波分与角分复用技术可实现多相流扩散系数的测量,为获得溶液中非线性变化特征参量提供了有效技术手段.     

基于Mueller矩阵成像椭偏仪的纳米结构几何参数大面积测量

为了实现有效的工艺监控, 在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义. 光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段. 传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值, 而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析. 此外, 由于其只能进行单点测试, 必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息, 从而严重影响测试效率. 为此, 本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合, 提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量. Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势, 同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点, 有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径.     

通道调制型偏振成像系统的波段宽度限制判据

通道调制型偏振成像技术是一种体积紧凑、空间分辨率高且能够实时获取全偏振信息的新型偏振成像探测技术. 但该技术目前只能实现准单色光的全偏振探测, 严重制约了其实用化. 本文首先对宽带光通道调制型偏振成像出现混叠现象的原因进行了分析, 得出载波频率是限制波段宽度的主要因素. 据此在空间频谱域上分析并推导了通道调制型偏振成像系统的光谱宽度限制判据公式, 同时通过模型仿真得到了系统的极限有效光谱范围, 与理论推导公式结果进行了对比分析, 验证了判据的准确性. 基于该判据可预测给定通道调制型偏振成像系统的有效工作波段, 同时还可为扩展系统波段宽度提供理论支撑.     

复合材料冲击损伤监测的概率成像方法*

复合材料在制造、使用和维修过程中不可避免的受外来意外物体的低速冲击,造成结构的损伤。材料本身存在各向异性、纤维铺层方向误差等复杂结构特性,导致延迟-累加损伤成像方法难以实现冲击损伤的准确检测。针对这一问题,本文采用了一种与信号传播速度无关的损伤概率成像方法,该方法利用能量损伤因子,将各路径周围的像素点以椭圆分布的形式对损伤进行概率化表述,然后对各路径损伤因子进行合成成像,实现了复合材料冲击损伤的准确监测。实验结果表明,利用能量损伤因子可以监测复合材料冲击损伤,利用损伤概率成像方法可以实现冲击损伤位置的判别。     

基于鱼眼投影的头戴显示器全景显示系统

设计了一套结合鱼眼摄像头和头戴显示器的新型全景显示系统。采用鱼眼正交投影法建立合适的数学模型,基于该数学模型合理展开虚拟半球的UV,将鱼眼图像映射到虚拟半球上,同时使用双目虚拟摄像头采集已经矫正畸变的图像,并将其显示在头戴显示器中,达到头戴显示器全景显示的效果。通过实际测试验证了该方案的可行性。