纳米级颗粒计

近日，西安交通大学材料学院单智伟教授团队与材料创新设计中心团队合作，研究发现数十、甚至百纳米级别的金刚石颗粒可以在远低于钢铁熔点的温度下，以颗粒而非单个原子的形式，自驱动地进入钢铁晶体内部并且持续向内“行走”，最大行程可达数毫米且主体部分始终保持金刚石晶体结构。关于这一发现及其背后的物理机制的文章，以《纳米金刚石颗粒在铁晶体内部中的运动》（“Inward motion of diamond nanoparticles inside an iron crystal”）为题发表在《自然通讯》杂志上。西安交通大学为该工作的第一作者单位和唯一通讯单位，西安交通大学王悦存副教授、王旭东博士、丁俊教授为共同第一作者；西安交通大学单智伟教授和马恩教授为本文通讯作者；为该研究作出重要贡献的还有美国麻省理工学院李巨教授、西安交通大学张伟教授、沈阳理工大学段占强教授、贾春德教授和西安交通大学的梁倍铭硕士、黄龙超博士，范传伟工程师及博士研究生徐伟、刘章、郑芮，硕士研究生左玲玲等。该研究得到了国家自然科学基金委、西安交大青年拔尖人才计划、西安交通大学王宽诚青年学者等项目的支持。钢铁渗碳的历史可以追溯到两千年多年前，其主要过程是：外界碳源（固/液/气）在高温下分解为活性碳原子并逐渐渗入进钢铁，从而使低碳钢工件拥有高碳表面，再经淬火、回火处理，获得高硬度、高耐磨的表面。传统认知中，渗碳所用的碳源必须要先分解成活性碳原子，然后才能在浓度梯度驱动下，以单个原子的形式扩散进入铁晶格并间隙固溶其中，过饱和后以碳化物或石墨的形式析出。然而，进入的碳无法以最理想的强化相——金刚石出现。由此引发了一个科学上的创新思考：金刚石小颗粒有没有可能整体进入钢铁晶体中，并且保留金刚石结构。为验证这一大胆设想，研究团队以金刚石纳米颗粒和高纯铁及低碳钢为对象（图1a, b），利用原位透射电子显微镜对加热过程中金刚石纳米颗粒的运动过程进行实时观察：当表面附着有金刚石颗粒的钢铁被加热到一定温度后，其表面氧化膜首先发生分解，暴露出新鲜的铁原子。然后这些铁原子迅速向上扩散覆盖金刚石颗粒的表面，金刚石颗粒在毛细应力驱动下被快速“吞没”进钢铁基底中。冷却至室温后观察发现：金刚石颗粒不仅能够大量进入到钢铁内部（图1c），并且沉入深度可达到纳米金刚石颗粒自身尺寸的数千倍以上（毫米级）。图1d示意了整个进入过程。结合第一性原理计算、蒙特卡洛模拟及多维度表征，进一步揭示了纳米金刚石颗粒在钢铁晶体内部运动的微观机制：在铁的催化作用下，金刚石颗粒表面发生石墨化并部分溶解，在钢铁基底中及纳米金刚石颗粒周围分别形成长程和局部的碳浓度暨化学势梯度。在与此伴生的铁化学势梯度驱动下，金刚石周围的铁沿着金刚石和铁基底的界面不断上涌并形成一个向下局部应力，“推动”着金刚石向下前进。铁原子在金刚石颗粒表面的石墨层内的界面扩散，恰好为其远程迁移提供了快速通道（铁原子沿此通道向上迁移的速率得以高于铁晶格中碳原子向下运动的速率）。图1 （a）研究中所用的纳米金刚石粉的透射电镜表征；（b）纳米金刚石颗粒进入纯铁基底中的原位扫描观察；（c）纳米金刚石颗粒在铁内部的透射表征；（d）纳米金刚石自驱动进入钢铁基底的全过程及原理示意。由于纳米金刚石具有超高强度、热导率、化学稳定性与低热膨胀系数、低摩擦系数、超高等特点，是一种理想的金属强化粒子。基于上述发现，将纳米金刚石渗入进钢铁材料中，形成钢铁和金刚石的梯度复合材料，有可能大幅改善钢铁的表面性能，如硬度、导热性和耐磨性等。中国是最大的人造金刚石制造国，生产了世界上90%以上的人造金刚石，其中作为副产品的纳米金刚石粉的价格仅为~2000元/公斤。初步估算显示1公斤纳米金刚石粉能处理10吨的钢材（形成mm级的硬化层）。中国的钢铁年产量超过10亿吨，占世界总产量的一半以上，同时，中国也是钢铁的最大使用国，应用需求非常旺盛。该研究为钢铁材料的表面强化提供了新的思路和方法。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48692-5#citeas

作为全球先进的科学仪器供应商之一，德国LUM自创立之初就秉着持续开拓创新精神，用科学技术为社会做贡献，公司依托创始人Lerche教授在流体力学、流变学及胶体领域的知识与经验，研发了STEP-Technology工艺，为不同产品的分析表征提供了技术平台，致力于为化工，材料，食品，制药等不同领域提供分散体稳定性分析及颗粒表征等应用分析。公司产品不断升级迭代，为用户和市场提供与时俱进的产品。2023年8月18日，LUM与上海奥法美嘉共同举办了一场纳米制剂颗粒控制与稳定性解决方案的研讨会。通过此次平台活动，德国LUM公司的颗粒计数仪LUMiSpoc首次在中国亮相，会上，LUM的创始人Dr.Lerche和LUM中国区总经理邓世宁博士为仪器揭幕。紧接着，Dr.Lerche对LUMiSpoc颗粒计数和粒度表征原理以及其在制药行业的应用进行经验分享.“LUMiSpoc-前向和侧向单颗粒散射分析仪”荣获柏林勃兰登堡创新奖提名。LUMiSpoc是一款高端的单颗粒分析系统，类似于流式细胞仪，它以绝佳的分辨率和动态范围测量悬浊液和乳浊液中纳米和微米颗粒的粒度分布和颗粒浓度。此项目由柏林LUM有限公司与Physikalisch Technisch Bundesanstalt（PTB）联合开发。此款仪器基于单颗粒光散射技术SPLS Technology (Single-Particle-Light-Scattering), 通过集成微光学的创新激光模块可产生微小的非球形焦点,颗粒通过微流体分离，并一个个地通过检测点，不同方向的散射光通过光学元件聚焦在高传感器上。通过专门开发的云服务以及基于网页版的SEPView软件，实时检测测量数据，分析存储的数据。第一批设备已经交付给欧盟的一家全球知名的制药公司，用于新冠疫苗的研发；以及两家著名的国家学术机构。

日常生活中通常是用温度计接触物体来测量其温度，然而，测量比人发丝的宽度要小1000倍的纳米级物体的温度，却是一个非常棘手的任务。现在，英国埃克塞特大学和伦敦大学学院的研究小组开发出一种方法，可在纳米级物体的表面温度与周围环境有所不同时，通过分析它们在空气中紧张的运动即布朗运动，来准确测量其温度。该研究成果发表在最新一期的《自然· 纳米技术》上。　　1827年，苏格兰植物学家罗伯特· 布朗发现水中的花粉及其他悬浮的微小颗粒不停地做不规则的曲线运动，称为布朗运动。人们长期都不解其中原理。50年后，J· 德耳索提出，这些微小颗粒是受到周围分子的不平衡碰撞而导致的运动。这在后来得到爱因斯坦的研究证明。布朗运动也就成为分子运动论和统计力学发展的基础。　　当温度升高，液体分子的运动越剧烈，同一瞬间来自各个不同方向的液体分子对颗粒撞击力就越大，小颗粒的运动状态改变也就越快。故温度越高，布朗运动越明显。由此，该研究小组发现，纳米级物体的表面温度可以通过分析其布朗运动而确定。　　埃克塞特大学天文学系量子信息理论家珍妮特· 安德斯博士说：&ldquo 这种运动是由与空气碰撞的分子引发的。研究发现这种碰撞的影响携带了物体表面温度的信息，通过观察其布朗运动，可识别这些信息和推断温度。&rdquo 　　据每日科学网、物理学家组织网近日报道，研究人员捕获在激光束中的玻璃纳米球，令其悬浮在空气中后加热至融化，借此观察这些纳米级物体的升温。这种技术甚至可以辨别穿过微小球体表面的不同温度。　　伦敦大学学院詹姆斯· 米伦博士说：&ldquo 在纳米尺度，与空气碰撞的分子有很大的不同。通过测量纳米粒子和周围空气之间能量如何转移，我们学到了很多。&rdquo 　　对于许多纳米技术设备，精确了解其温度尤为必要，因为它们的运作在很大程度上依赖于温度。这项发现也有助于目前正努力把大的物体引入量子叠加态的研究。未来其可进一步影响大气中气溶胶的研究，并为控制环境平衡过程的研究打开了一扇门。

p style="line-height: 1.75em "　 据美国劳伦斯伯克利国家实验室研究人员报告说，他们找到一种新的方法，可用于制作纳米尺度的线材以及色彩可调谐的纳米级激光发生器。/pp style="line-height: 1.75em "　　这些线材最小直径200纳米，融入多种其他材料，能够发出明亮和稳定的激光，有望应用于光电子领域，实现数据传输等应用。/pp style="line-height: 1.75em "　　这项研究由劳伦斯伯克利国家实验室研究员兼加利福尼亚大学伯克利分校化学教授杨培东主持。借助一种简单的化学浸渍溶剂工艺，研究人员让材料“自我组合”成纳米晶体、板材和线材。/pp style="line-height: 1.75em "　　研究人员在美国《国家科学院学报》上发表论文介绍说，他们把一种含铅薄膜浸入含有铯、溴和氯的甲醇溶剂，再将溶剂加热至50摄氏度，所形成的含铯、铅和溴的晶体结构线材直径在200纳米至2300纳米之间，长度在2微米至40微米之间。/pp style="line-height: 1.75em "　　杨培东说：“让人惊异的是，这其中的化学过程相当简单。”相比之下，如果以标准工艺制作纳米线材，需要昂贵的仪器和高温等苛刻条件，效果却未必理想。/pp style="line-height: 1.75em "　　在激光实验中，纳米线材作为激光发生器被置于一块石英基底上，在另外一个激光发生器激发下发出光线。研究人员确认，接受单个脉冲持续时间极短(仅为1秒钟的10万万亿分之一)的可见紫色激光脉冲激发后，纳米级激光发生器发出的光线超过10亿个周期，显示出极为稳定的性能。/pp style="line-height: 1.75em "　　按照杨培东的说法，这是据他所知迄今为止第一个完全以无机材料、即不含碳材料制作的纳米级激光发生器。而且实验表明，这种激光器发出的光线在一定范围内可调谐，包括可见绿光和蓝光等波段。/pp style="line-height: 1.75em "　　借助透视电子显微镜，研究人员发现，纳米线材的晶体结构与天然生成的钙钛矿相似，类似于盐，易受空气中水分的侵蚀。针对这一缺陷，杨培东设想，可以用聚合物或其他材料涂覆纳米线材，保护它免受侵蚀。/pp style="line-height: 1.75em "　　纳米级激光发生器所使用的这类纳米新材料，在开发新一代高效太阳能电池中同样显现应用前景。杨培东说，创制纳米级激光发生器有望为这些材料开拓一个全新前沿应用领域。/ppbr//p

德国ART 是全球唯一能采用定转子技术达到纳米级别的品牌，极大满足制药，化妆品，精细化工等行业的高精需求。那么德国ART 是如何利用本创新技术来改善化妆品活性剂的皮肢渗透性的呢？背景：常规渗透促进剂会损坏皮肤，不能满足FDA要求皮肤是身体的最外层，它保护身体免受病原体等外界因素的影响，及避免身体过多水份流失，等等。 因此， 健康的皮肤是化学品渗透的有效屏障。 而化妆品的活性剂化学性质不稳定，难溶，低渗透，低生物活性。所以现代化妆品配方的目的，是研究如何将活性剂送至皮肤内。改善活性剂输送的一个方法是使用渗透促进剂，如：乙醇。这些渗透改善剂的原理是：他们与皮肤屏障相互作用，进而改变皮肤的结构。 这种方法是有效的，但是会损坏皮肤，因此对化妆护理产品我们应该尽量避免这种方法。按照FDA的要求，现代化妆品要在不改变人的身体结构的情况下为我们清洁皮肤，美化个人形象。能改善活性剂的皮肤渗透性，而不损坏皮肤， 如何实现？ -- 使用纳米载体！能改善活性剂的皮肤渗透性，而不损坏皮肤，甚至有护理皮肤的特性， 如何实现？纳米载体是最好的选择！由上二图可以看出，纳米颗粒的载体形式，更容易实现皮肤渗透，纳米载体指亚微米级，及纳米级颗粒。纳米载体的特征为：1）体积小；2）目标直接针对皮肤毛囊。这是化妆品乃至药品领域的最新概念。 例如：脂质体，纳米乳剂，脂质纳米颗粒(SLN and NLC)，及纳米结晶体(smartCrystals, ARTcrystals)。这些载体的特性是不同的，如：脂质体最适合亲水的活性剂的输送，纳米乳剂和脂质纳米颗粒最适合作亲脂性的活性剂载体，纳米结晶体最适合难溶性化合物。 如何生产纳米载体和纳米化妆品？ -- 使用ART纳米技术对这一创新理念的应用，最重要的一点是如何使大规模生产该配方成为可能，并能同时节约时间和成本。化妆品的纳米载体可以使用高压分散均质机（HPH）和球磨机（BM）来生产。但是高压均质机和球磨机体积大，能耗高，处理时间长，投资大。而德国ART-MICCRA 的最新的高精度的定转子系统设备对生产化妆品的纳米载体特别有效。D-27是一个可以24小时连续工作的在线分散系统。 最新技术的水冷电机，利用其超高转速（36，000RPM），及强大的电机功率（2，700W），与超高精度的定转子配合，达到全球独一无二的纳米处理效果， 而只有63分贝的低噪音。高效率的处理设备，将使用纳米载体以改善活性剂的皮肤渗透性成为可能。这不仅适用于高价格的奢侈化妆品，同时也适用于一般护理产品。 如果将纳米载体与化妆品霜剂再进行分散乳化， 即可获得纳米化妆品。综上所述， 以前皮肤不能有效使用的难溶性或生物活性剂， 如：黄酮类化合物，现在因为纳米结晶体技术，让化妆品活性剂迈入了新的台阶； 而ART &ndash MICCRA 也让化妆品纳米载体的经济而高效的生产进入了一个新的里程碑。（本文编辑，摘自德国Cornelia Keck博士的文章。Cornelia Keck博士是University of Appplied Sciences Kaiserslautern大学药理学和药剂学教授；德国ART公司终身科学顾问） 关于语特 和 英国Bibby / 德国ART / 德国CAT ( http://bibbyyt.instrument.com.cn. )广州语特仪器科技有限公司专注于搅拌器/分散乳化机等实验室样品制备等通用仪器， 熔点仪/光度计等分析仪器，以及PCR等生命科学仪器。 作为英国比比（Bibby ）在中国南方的首代，广东，广西，四川，重庆，云南，海南，贵州和西藏是我司的服务范围。语特公司也是德国ART， 德国CAT 在中国的首代。英国BIBBY 成立于上个世纪50年代，作为英国最大的实验室科学仪器生产商，世界上拥有最广泛产品系列的实验室仪器制造商之一, 其向全球提供的品牌产品以高品质和高操作性能而著称. 旗下有4个子品牌：Stuart，Techne，Jenway，Electrothermal.l Stuart： 专注于样品前处理等通用实验室仪器，包括: 熔点仪, 菌落计数器, 搅拌器, 混匀器，摇床, 纯水蒸馏器系列；l Techne： 专注于分子生物学研究设备(基因扩增仪和杂交箱), 以及温度控制产品系列(包括水浴和干浴) ；l Jenway： 是紫外/分光光度计, 火焰光度计，色度计等分析仪器的专家；l Electrothermal: 作为有70多年历史的BIBBY的新成员，全球领先的科学仪器提供者，提供电加热套,平行反应设备, 凯氏定氮设备, 电子本生灯系列。其平行反应设备是全球市场领导者。 德国ART 成立于上个世纪，是德国乃至全球最专业的分散乳化专家。 其顶级分散乳化产品从实验室仪器，中试产品到工业设备， 分散头种类极多，可满足客户各类需求；应用领域覆盖了化工，化妆品，制药，食品，环保等各大领域。德国CAT 成立于上个世纪50年代，是德国样品制备仪器方面的专家之一。其搅拌器，从手持式，教学用，到科研通用型，高粘度型，应有尽有，是CAT的代表产品线； 而今又由普通电子马达走向无刷马达， 引领着搅拌器的研发潮流。

炎炎夏日，酷暑难当，出门在外， 最需要注意的就是防晒。其中最常用的就是方式就是涂防晒霜。防晒霜为什么能防晒？里面有哪些高科技？请跟随我们一起了解下。日光中含有紫外线，按照波长的不同，紫外线分为四类：01 UVA：波长320～400nm，这是紫外线中波长最长的一种紫外线，具有非常强的穿透力，可以穿透真皮层，能够深入皮肤，加速黑色素的合成，使皮肤变黑，并且会使皮肤中的胶原蛋白受损从而加速皮肤的老化，所以UVA会造成皮肤老化和变黑，这种作用虽然进展缓慢却是不可逆转的，而且这种紫外线无法被臭氧层吸收。02 UVB：波长275～320nm，大部分可以被臭氧层吸收，也可被玻璃、遮阳伞、衣服等阻隔。虽然如此，剩余的紫外线可到达真皮层，导致皮肤日光灼伤，红斑、晒黑等现象，UVB对皮肤作用迅速，是皮肤晒伤的根源。03 UVC：波长200～275nm，只到皮肤的角质层，且绝大部分被大气阻留，所以不会对人体皮肤产生很大的危害。04 UVD：波长100~200nm。又称真空紫外，无法穿过臭氧层。所以，防晒产品的目的是减少UVA和UVB照射到皮肤，按照作用原理的不同，分为物理性防晒剂和化学性防晒剂。物理性防晒主要使用纳米级TiO2。纳米级TiO2的抗紫外线能力及其机理与其粒径有关：当粒径较大时，对紫外线的阻隔是以反射、散射为主，且对UVA和UVB紫外线均有效，但防晒能力较弱。随着粒径的减小，对UVB紫外线的吸收性明显增强，对UVA的阻隔以散射为主。最近随着对环境的更加关注，防晒产品中的纳米颗粒对环境的影响引起了人们的重视，TiO2颗粒集中在水环境中，对鱼类和其他生物有害。因此，了解防晒产品中TiO2的粒径和数量，对评估其防紫外线性能和对环境的潜在危害，都非常有意义。长期以来，纳米粒子的粒度表征方法主要有场流分级法（FFF），动态光散射法，和显微镜等。最近，单颗粒-电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS）作为一种能同时测量和表征纳米粒子的方法越来越受到重视，其优势在于更快的分析速度和更详尽的分析结果。本次实验中，我们使用SP-ICP-MS技术，分析不同防晒产品中的纳米级TiO2的颗粒浓度和粒径分布。样品及前处理防晒霜样品购自本地一家商店。对于每个防晒霜样品，称取15mL加入到50mL的容器中，混合3分钟形成均匀的样品。称取均匀的样品0.2克，加入1%的Triton-X溶液200mL，超声至无明显聚状物（5-10分钟）。超声处理后，用去离子水稀释至100,000–200,000颗粒/毫升。仪器条件所有的分析都在PerkinElmer NexION 350D ICP-MS上使用Syngistix Nano应用软件模块进行，下标分别为仪器设置和方法参数。实验结果在不含TiO2颗粒防晒乳液中添加了浓度为6.65μg/L的40nm TiO2颗粒，产生的信号下图所示。由于每个峰代表一个粒子，显而易见的TiO2粒子可以很容易地在防晒霜基质中检出。软件可以将这些脉冲信号换算成颗粒的粒径，下图是这个样品中TiO2粒径分布信息。下图为标签TiO2含量浓度为5.1%的样品，稀释20000倍后测试的粒径分布结果。下表分别为实验中5个防晒霜样品的标签信息和SP-ICP-MS测试的TiO2纳米颗粒粒径和数量信息。其中3号样品没有检出TiO2纳米颗粒，同其标签信息一致。结论利用NexION系列ICP-MS和Syngistix Nano应用软件模块，使用本实验的测试方法，可以简便快速测定防晒产品中的TiO2纳米颗粒含量和粒径分布。了解更多应用资料和产品信息，扫描下方二维码，下载珀金埃尔默单颗粒-电感耦合等离子体质谱法测定防晒霜中二氧化钛纳米粒子相关资料。

日本东京大学科学家最近利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。（a）六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，像一个纳米“磁针”。（b）量子传感器纳米阵列的光致发光。通过分析响应微波的光致发光强度的变化，研究人员可测量每个传感器点的磁场。图片来源：东京大学研究团队研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。

美国IBM公司研究中心和斯坦福大学纳米探索中心的科学家们共同开发出一种磁共振成像仪(MRI)，其分辨率要比常规MRI高出1亿倍。发表在《美国国家科学院院报》的这项研究成果，标志着为在纳米级研究复杂3D结构提供分子生物学和纳米技术工具方面迈出了重大一步。 通过将MRI的分辨率扩展到如此精细的程度，科学家们已经开发出一种显微镜，随着技术的进一步发展，该显微镜最终也许足以揭示蛋白质的结构和相互作用，为个性化医疗和靶标药物的开发取得更新进展铺平道路。该成就也将对从蛋白质到集成电路等材料研究产生影响，此类材料的研究对详细了解原子结构至关重要。 IBM研究中心战略与运营副总裁马克戴恩表示，该项技术有望提供非侵入的方式来展示诸如蛋白质等生物结构的三维细节，将给人们观察病毒、细菌、蛋白及其他生物分子的方法带来革命性变化。 这项成果的取得得益于一种称为磁共振力显微镜(MRFM)技术，该技术依赖于超细磁力的探测，除了高分辨率，该成像技术还有更进一步的化学特性优势，可“看到”表面下的东西。而且与电子显微镜不同的是，该技术不会对敏感的生物材料造成破坏。 十多年来，IBM科学家在MRFM领域一直占据着领军的地位。现在，IBM领导的研究小组已大幅提升了MRFM的灵敏度，并将其与先进的三维图像重建技术相结合，这使得他们首次能揭示纳米尺寸生物体的MRI。该技术应用于烟草花叶病毒样本时，获得的分辨率可低至4纳米(烟草花叶病毒的宽为18纳米)。 该新技术与使用梯度和成像线圈的常规MRI不同。研究人员使用MRFM来检测置于显微悬臂下样品的微小磁力，这个悬臂是一个状如跳板的薄硅片。当样本氢原子中的磁自旋与周围纳米级磁尖发生作用时，激光干涉就可跟踪悬臂的运动。对磁尖进行三维扫描，就可对悬臂的震动进行分析，从而建立起一个三维图像。 IBM研究中心纳米技术部主任丹?路加尔说，作为医疗成像领域众所周知的有力工具，MRI显微能力一直非常有限，而纳米MRI技术能够展现出个别蛋白质分子与分子化合物的内部结构，这是人们了解生物功能的关键。研究人员接下来将努力增强MRFM的灵敏度，希望能在半导体或是医学领域，显示单个分子与原子的影像。

成果名称自支撑纳米级碳膜的制备研究单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com成果成熟度□研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介：在低能核物理、激光核物理、原子核化学试验等科研工作中，都需要用到自支撑薄膜作为靶膜、剥离膜或X 射线过滤器，这些膜的厚度范围覆盖几十纳米到几十微米。因此自支撑薄膜的制备成为这些实验成功与否的关键问题之一，这方面的研究已经成为核科学技术、材料科学与物理学的研究热点。此外，随着近年来激光驱动离子加速的兴起，人们发现激光轰击固体靶可以有效地加速质子到很高的能量（例如100MeV质子），从而可以提供一种台面大小的装置，用于取代体积庞大的常规离子加速器。这不仅对高能物理加速器具有重要意义，还可以显著降低癌症治疗等应用型加速器的体积和造价，而纳米级薄膜正是激光驱动粒子加速的关键元件。2011年，北京大学物理学院颜学庆教授申请的&ldquo 自支撑纳米级碳膜的制备研究&rdquo 项目获得第三期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。课题组利用阴极弧沉积方法在平面硅、玻璃和载波片上成功制备了厚度可以精确控制的纳米级碳膜，精确度达到（± 1nm）。该碳膜能够与基底分离，并被放到带孔的金属模板上。此外，课题组还为其将要开展的激光离子加速实验和串列加速器研究提供了厚度小于10nm的固体靶材。目前相关工作已经顺利结束，此项工作的成果已经申请了专利并有相关论文发表，课题组研制的自支撑薄膜将在低能核物理、激光核物理、原子核化学试验和激光驱动离子加速等科学研究中进行推广。2012年，该项目获得了科技部国家重大科学仪器设备开发专项支持。应用前景：不仅对高能物理加速器具有重要意义，还可以显著降低癌症治疗等应用型加速器的体积和造价，而纳米级薄膜正是激光驱动粒子加速的关键元件。知识产权及项目获奖情况：已申请专利。

4月9日，由仪器信息网联合中国颗粒学会召开的首届“颗粒研究应用与检测分析”主题网络大会顺利召开。会议邀请了业内著名颗粒学学者、检测分析专家以及龙头企业代表，针对颗粒学研究应用及检测分析的前沿热点和疑难杂症进行探讨，促进颗粒学的研发应用端与我国颗粒学事业的良性发展。广州禾信仪器股份有限公司（以下简称“禾信仪器”）受邀参加了会议，分享了近年来关于颗粒物分析仪器研发的新进展及其在科研方向的应用成果。早在2013年，禾信仪器就成功推出了第一代“在线单颗粒气溶胶质谱仪”，现已衍生研发出适用于不同监测场景、需求的系列产品--“SPAMS 05系列”，以该系列产品为核心的“PM2.5在线源解析系统”应用案例遍布全国。那么，在科研领域，禾信仪器SPAMS 05系列产品又能做哪些研究呢？又获得了哪些成效呢？接下来，笔者详细介绍下禾信仪器“在线单颗粒气溶胶质谱仪 SPAMS 05系列”。专业的气溶胶颗粒组分分析仪器--“在线单颗粒气溶胶质谱仪”在线单颗粒气溶胶质谱仪 SPAMS 05系列，是禾信仪器拥有全面自主知识产权并完全正向开发的，专业的应用于微米、纳米级气溶胶颗粒分析仪器，广泛应用于各个需要气溶胶颗粒组分分析的领域。其中，以该仪器为核心的PM2.5在线源解析系统的应用已覆盖全国31个省、200多个地市。在科研方面，SPAMS可谓“上山下海，无所不能”。曾两次跟随雪龙号前往极地进行海洋气溶胶科考，并于泰山顶监测站进行气溶胶传输通道颗粒物组分混合态研究。利用SPAMS发布的论文达百余篇。在线单颗粒气溶胶质谱仪SPAMS 05系列产品应用领域凡是涉及到微米、纳米级颗粒物分析的领域都有SPAMS发挥作用的空间！点击可查看大图1生物气溶胶相关研究--利用负离子特征峰快速在线识别活性细菌气溶胶何为生物气溶胶？其是一类含有生物性粒子的气溶胶，含有细菌、病菌、霉菌、真菌、病毒、花粉、孢子等。2019年，曾真[1]等人利用单颗粒质谱仪对细菌气溶胶颗粒进行分析，获得了独特的细菌指纹图谱。以m/z -26、42、79、97和159等氰酸和磷酸盐离子峰为细菌气溶胶的特征峰，能够实现快速在线识别活性细菌气溶胶。实验流程外场实际采集细菌气溶胶谱图[1] 曾真，利用单颗粒气溶胶质谱仪分析细菌气溶胶颗粒， 2019.2大气气溶胶组分研究--泰山顶京津冀-长三角气团传输通道气溶胶混合态研究 2019年夏季，南京信息工程大学银燕教授[2]团队在泰山玉皇顶开展气溶胶综合观测实验，首次使用了单颗粒气溶胶质谱仪对泰山顶气溶胶混合状态及其粒径分布特征进行研究，并探讨气溶胶混合状态对新粒子增长过程的影响。泰山顶气溶胶混合态观测[2] 沈利娟，泰山顶(1534 m)夏季气溶胶粒径分布特征， 2019.3气溶胶与气候研究--云颗粒化学成分研究2016年1月，Lin[3]等人采用GCVI与单颗粒气溶胶质谱仪相结合，对华南南岭（1690μm A.S.L.L）中单个云状残渣颗粒的化学组成和混合状态进行了评价。这项研究是首次报道了中国单个云团颗粒的化学组成和混合状态的现场观测。云状残渣颗粒化学组成平均谱图[3] Lin Q，In situ chemical composition measurement of individual cloud residue particles at a mountain site, southern China, 20174海洋气溶胶组分研究--雪龙号南北极科考行动2017年7月及10月，雪龙号分别前往北极及南极进行科考工作。两次科考活动中，科研团队均使用SPAMS开展气溶胶与生源气体走航联合观测，重点针对极区黑碳气溶胶、同位素、单颗粒气溶胶混合状态、二次有机气溶胶的时空分布、组成和来源等开展科学研究。5可吸入颗粒研究--香烟燃烧新鲜、老化烟气气溶胶组分研究2016年，李梅等[4]利用SPAMS对香烟烟气气溶胶的应用研究。香烟检测结果表明,在颗粒物粒径分布上,新鲜香烟烟气颗粒范围较老化烟气宽。在气溶胶化学成分上,老化烟气颗粒物与新鲜烟气相比,尼古丁,氰酸盐,硝酸盐,硫酸盐及铵盐5种成分的数浓度百分比都有所增加,而含Clˉ的数浓度百分比减少。自制香烟燃烧装置与检测现场照片新鲜、老化烟气颗粒物的平均质谱图[4] 李梅，单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪分析香烟烟气气溶胶，2012.6引擎排放特征研究--不同卡车尾气排放气溶胶颗粒成分差异机动车引擎排放的尾气中含有大量气溶胶颗粒。Suess[5]等人利用单颗粒气溶胶质谱仪对重型卡车燃烧柴油排放的气溶胶颗粒进行组分分析，结果表明不同卡车排放的气溶胶颗粒存在明显的化学成分差异，并且利用单颗粒气溶胶质谱仪进行的实验具有较高的再现性。柴油车尾气排放气溶胶颗粒质谱图[5] Suess D T , Reproducibility of Single Particle Chemical Composition during a Heavy Duty Diesel Truck Dynamometer Study,2002近年来，禾信仪器在线单颗粒气溶胶质谱仪SPAMS 05系列产品已愈发成熟，在市场上得到了广泛的关注，同时也开发了更多领域的应用，解决了相关领域的许多重点问题。未来，禾信仪器将会持续加强该产品的研究升级，开拓更多的可能性。为国家实现科技强国梦贡献一份力量！

Nature Communications：纳米红外研究无机纳米颗粒-聚合物复合材料界面效应布鲁克纳米表面事业部 魏琳琳 博士英文题目：Nature Communications: Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites摘要以聚合物为基体，无机纳米粒子为填料的聚合物纳米复合材料具有优异的力学、电学和热学性能。纳米颗粒和聚合物之间的界面效应通常被认为是实现这些性能增强的关键因素。然而，如何理解界面效应以及界面微区的结构与性能是聚合物纳米复合材料领域长期面临的基础性难题。近期，来自武汉理工大学、清华大学、伍伦贡大学等学校的科学家们将Bruker的光热诱导纳米红外技术与其他先进技术相结合，直接探索纳米颗粒-聚合物纳米级界面区域。研究发现无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构，包括10纳米厚的内层和大于100纳米的外层界面。分子动力学及相场模拟结果表明纳米颗粒表面电势以及颗粒间距的协同作用是形成界面极性构型的关键作用机制。这项研究的结果有助于阐明界面处的相互作用机制，并为制备纳米复合材料以获得最佳性能提供有价值的见解。利用无机纳米粒子/聚合物复合材料的高极性“双界面层”行为，科学家们在具有超低无机填料含量的纳米复合材料中获得了显著增强的介电及压电性能。相关研究成果以Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites为题，发表在Nature Communications上。实验内容实验选择典型的铁电聚合物PVDF作为基体，填充TiO2纳米颗粒。其中PVDF膜层的厚度低于纳米颗粒的直径，使TiO2能够暴露在膜层表面（图1 a）。图1b，c 样品表面和横截面的SEM图像显示颗粒表面存在约10nm的包裹层。HADDF和碳成像图（图1d，f）进一步表明10nm的结合层富含碳元素，为有机碳链键合在纳米颗粒表面。采用布鲁克nanoIR3纳米红外系统进一步研究了界面区域的化学结构（图1 e f）。采用PVDF极性构象的波数（866cm-1）和非极性构象的吸收波数（766cm-1）进行红外成像，分别对应图1f中图和右图。红外成像图显示纳米颗粒周围存在100nm以上强极性构象区域。压电力显微镜（PFM）采集平行于膜平面和垂直于膜平面的L-PFM图像及面外V-PFM图像，结果显示颗粒的L-PFM呈现一半亮一半暗的结构，V-PFM呈现全亮的结构。表明纳米颗粒/聚合物的内层界面区域内偶极子的极化方向垂直于纳米颗粒表面。综合以上的观测结果，作者揭示了无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构， 由10nm的极性偶极子内层界面的和100nm强极性构象的外层界面组成。 图1 直接观测无机纳米颗粒与聚合物基体的“双界面层”结构作者采用nanoIR3纳米红外系统进一步研究了纳米颗粒的间距对界面效应的影响（图2）。距离较远的纳米颗粒会形成强极性构象结构界面（图2 b左图）；距离相对较近的纳米颗粒，其界面区域相互重叠，将抑制极性构象的形成（图2 b中图）；纳米颗粒相互连接时，界面区域也倾向于相互合并（图2 b右图）。FTIR检测不同TiO2纳米颗粒含量的宏观材料中极性构象的比例（840 cm&minus 1/766 cm&minus 1及 1279 cm&minus 1/766 cm&minus 1峰强比），TiO2纳米颗粒含量0.35%时极性构象最多，继续增加纳米颗粒含量，由于纳米颗粒间距变小，界面区域相互重叠使极性构象含量降低。分子动力学及相场模拟表明极性构象界面的形成取决于纳米颗粒表面电势以及颗粒间距的协同作用。图2 纳米颗粒/聚合物复合材料界面极性区域采用纳米叠层设计（Al2O3/PVDF/ Al2O3）表征单一界面层的贡献。纳米叠层纳米复合材料的介电常数εr与PVDF的膜厚具有很大的相关性，并随着PVDF膜厚的减小而增加。由于界面极性层的影响，纳米叠层纳米复合材料显示出比Al2O3（εr~9.8）和PVDF（εr~7.8）更高的εr。而Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)，包含两层内层界面层结构，表现出86 J/cm3的超高介电能量密度，远高于文献报道的纳米复合材料的介电能量密度。同时具有76%的能量效率，与大多数介电聚合物或纳米复合材料相当。图3 内层界面层增强复合材料介电性能 总结借助于布鲁克纳米红外系统，直接观测到纳米颗粒-聚合物复合材料的极性界面构象，并研究了颗粒间距对极性构象的影响。结合其他科学工具的结果，本文的工作促进了对聚合物纳米复合材料中界面基础科学问题的理解，可为高性能极性聚合物复合材料的设计与开发提供指导，并推动介电储能、电卡制冷、柔性压电传感等高新前沿技术领域的发展。 本文相关链接：Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites [J] Nature Communications volume 14, Article number: 5707 (2023)https://www.nature.com/articles/s41467-023-41479-0

背景介绍傅里叶红外光谱（FTIR）是学术界以及工业界表征鉴别材料的常用手段。衰弱全反射红外光谱（ATR-IR）是用于材料的宏观化学信息分析的技术。该技术将样品压在衰弱全反射（ATR）晶体表面，通过红外光在晶体/样品界面的反射得到高分子样品的吸收光谱。然而，ATR-IR的空间分辨率受到光的衍射极限的限制，并不能得到样品纳米级别的化学信息，因此无法用于材料微观化学信息的研究。近年来，新兴起的纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR因可在纳米尺度下实现对几乎所有材料的化学分辨而受到广泛关注。该技术是基于全新的散射式近场光学技术（s-SNOM）研发的，能够在10 nm的空间分辨率下实现对材料的红外光谱表征，且得到的光谱与传统FTIR，ATR-IR的红外光谱有极高的一致性。同时，该技术具有无损伤、无需染色标记、快速且适用性广等优点，是纳米级别的化学分析利器。为了使大家对纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR有更为直观、高效的了解，我司特别安排了专门的网络线上讲座，为您详细介绍纳米傅里叶红外光谱仪nano-FTIR的基本原理、技术特点及在Science、Nature Communications、Nano Letters等顶尖期刊上的前沿应用案例。感谢兴趣的老师可在本文“直播预告”部分扫码预约。图1. neaspec散射式近场光学显微镜（s-SNOM）及纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR必看案例案例1：高分子纳米材料的鉴别及与传统红外光谱数据库的对照德国阿尔弗雷德纬格纳研究所的Gerdts教授利用散射式近场光学显微镜（s-SNOM）和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR（德国Neaspec公司）对高分子材料进行了微观鉴别的研究。该课题组测量了高分子样品的近场红外成像以及红外吸收光谱，得到了高分子材料的纳米分辨率的相分布信息。同时，该团队测量了常见高分子的近场吸收光谱，并与通过ATR-IR得到的吸收光谱进行比较，发现用neaspec Nano-FTIR得到的近场吸收光谱与ATR-IR得到的光谱有极高的一致性，可直接对照传统IR光谱数据库。因此，散射式近场光学显微镜（s-SNOM）和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR （德国Neaspec公司）可应用于纳米高分子及环境中高分子样品的鉴别。相关研究成果发表于Analytical Methods, 2019, 11: 5195-5202。图2. LDPE聚合物颗粒PS介质混合物样品的光学超分辨成像。(a) 拓扑结构成像以及对应的(b) 机械信号的相位图和 (c) 近场红外的振幅图。(d) 通过 (c) 中所示路径的直线扫描得到的在1300 - 1700 cm-1区域内的近场红外的相位图。(e) LDPE和PS区域对应的近场红外的相位图。(f) 和 (g) 分别对应 (c) 中A, B区域的高分辨率近场红外相位图。可以看到LDPE/PS界面的近场红外的相位图中峰的移动。图3. (a) 用Nano-FTIR得到的PLA样品对应的近场红外的振幅(Sn)，实部(Re)，相位(φn)，虚部(Im)图。所得结果为三个样品点结果的均值，测量用时为7分钟。(b) Nano-FTIR得到的近场红外的虚部(Im)图与ATR-IR得到的PLA样品的光谱的对照。Nano-FTIR与ATR-IR得到的光谱高度吻合。01案例2：纳米傅里叶红外光谱仪（Nano-FTIR）对单层二维高分子聚合物的研究二维高分子聚合物作为一种新型有机二维材料，近年来在薄膜和电子设备的应用上受到广泛关注。相较于石墨烯由石墨自上而下的剥离合成路径，二维聚合物的合成路径可以采取自下而上的单体聚合反应，也因此具备更大的灵活性。如何优化合成路径以得到高品质的二维高分子聚合物是目前该领域的重大挑战之一。德国慕尼黑技术大学的Lackinger教授开发了一种有机单体分子自组装的光聚合合成路线，并利用纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR（德国Neaspec公司）对fantrip单体分子和其聚合物进行了吸收光谱的研究，验证了聚合反应的机理。该合成方法与传统的热聚合方法相比，大大减少了二维聚合物的缺陷密度，提升了材料均一性。相关研究成果发表于Nature Chemistry, 2021, 13: 730-736。研究人员利用纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR（德国Neaspec公司）的近场光学技术的高灵敏度，测量了fantrip有机单体分子及其二维聚合物的纳米傅里叶红外吸收光谱。所得光谱与DFT计算结果一致，证明了单体分子参与光聚合反应形成二维高分子。该技术得到的近场吸收光谱与传统FTIR光谱对应，而传统FTIR或ATR-IR的灵敏度无法测量该单层分子材料的吸收光谱。同时，纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR （德国Neaspec公司）的近场光学技术采用纯光学信号测量，而非基于材料热膨胀系数的机械信号。该技术灵敏度极高，可测量热膨胀系数低的材料，如二维材料，无机材料等。且对薄膜样品的破坏性极小，因此可用于单层分子自组装材料的研究。图4. Fantrip单体分子（上）及其二维聚合物（下）的纳米傅里叶红外吸收光谱。柱形图为DFT计算得到的fantrip单体分子（红色）及其二维聚合物（蓝色）所对应的红外吸收光谱。02案例3：石墨烯电解液界面的纳米红外研究ATR-IR是应用于电极电解液的原位界面表征的常用方法。然而该技术的探测深度在微米级别，而电极电解液的界面，如双电层，一般在纳米级别。因此ATR-IR得到的界面光谱信号受到电解液主体信号的严重干扰。加州大学伯克利分校的Salmeron教授利用nano-FTIR对石墨烯电解液界面进行原位研究，通过nano-FTIR可达10 nm的超高空间分辨率(探测深度)，对非热膨胀样品（石墨烯）的高敏感度，及无损伤的特点，实现了对单层石墨烯电解液界面的原位表征，真正获得了双电层的化学信息。研究人员发现，相较于传统的ATR-IR，nano-FTIR的红外光谱中可观测到界面独有的离子配位体，这得益于nano-FTIR的高灵敏度与高空间分辨率。同时，nano-FTIR支持样品台的接电设计，研究人员通过改变石墨烯电极的电压，观测到红外光谱的变化，说明了界面化学成分的变化，即双电层的变化。相关研究成果发表于Nano Letters, 2019, 19: 5388-5393.图5. 单层石墨烯电解液nano-FTIR原位研究实验设计示意图。图6.（a）ATR-FTIR和nano-FTIR的(NH4)2SO4水溶液红外光谱。（b）nano-FTIR在+0.5V和0V vs. Pt的红外光谱。0V数据取2个位置共64组光谱的平均值，+0.5V数据取5个位置共112组光谱的平均值。03案例4：对多组分高分子材料的纳米成分分析西班牙巴斯克大学的Hillenbrand教授利用nano-FTIR实现了多组分高分子材料的纳米成分分析。研究人员通过检测聚苯乙烯（PS），聚丙烯酸（AC）以及聚偏氟乙烯（FP）混合样品的纳米区域的红外光谱，并与标准样品的纳米红外光谱做对比，得到样品组分的纳米分布图，分辨率达到了30 nm。通过分析样品C-F（1195cm-1），C=O（1740cm-1）及C-O（1155cm-1）峰的强度及波数的空间分布图，可得到对应的高分子组分及组成结构的空间分布。相关研究成果发表于Nature Communications, 2017, 8，14402. Nano-FTIR可以得到材料纳米分辨率的化学信息，分辨率最高可达10 nm，是传统FTIR和ATR-IR无法企及的。图7. nano-FTIR对高分子复合材料的表征。包括（a）拓扑结构成像，（b）相应位置的纳米红外光谱，以及（c），（d）基于纳米红外光谱的组分分布图。04纳米傅里叶红外光谱仪nano-FTIR的技术优势极大地突破了传统红外光谱的空间分辨率极限，可达10 nm得到的谱图与传统红外谱图有极高的一致性探测光学信号而非机械信号，灵敏度极高，适用于热膨胀系数低的系统可同时得到光谱及成像结果测样时间短操作和样品准备简单——仅需要常规的AFM样品准备过程扫描上方二维码，即可咨询前沿设备！参考文献：1. Meyns M, Primpke S, Gerdts G. Library based identification and characterisation of polymers with nano-FTIR and IR-sSNOM imaging [J]. Analytical Methods, 2019, 11: 5195-5202.2. Grossmann L, King B T, Reichlmaier S, et al. On-Surface Photopolymerization of Two-Dimensional Polymers Ordered on the Mesoscale [J]. Nature Chemistry, 2021, 13: 730-736.3. Lu Y, Larson J M, Baskin A, et al. Infared Nanospectroscopy at the Graphene-Electrolyte Interface [J]. Nano Letters, 2019, 19: 5388-5393.4. Amenabar I, Poly S, Goikoetxea M, et al. Hyperspectral Infared Nanoimaging of Organic Samples based on Fourier Transform Infared Nanospectroscopy [J]. Nature Communications, 2017, 8: 14402.直播预告报告简介如何实现在纳米尺度下对材料进行无损化学成分鉴定是现代化学的一大科研难题。现有的一些高分辨成像技术，如电镜或扫描探针显微镜等，这些技术鉴定化学成分的能力较弱。另一方面，红外光谱具有很高的化学敏感度，但是其空间分辨率却由于受到二分之一波长的衍射极限限制，只能达到微米级别，因此也无法进行纳米级别的化学鉴定。德国neaspec公司利用其独有的散射型近场光学技术发展出纳米傅里叶红外光谱nano-FTIR，这一技术综合了原子力显微镜的高空间分辨率和傅里叶红外光谱的高化学敏感度，得到的红外光谱与传统FTIR和衰弱全反射ATR-IR的红外光谱有极高的对应度，因此可以在纳米尺度下实现对几乎所有材料的化学分析，分辨率高达10 nm。本报告详细阐述了纳米傅里叶红外光谱仪nano-FTIR的基本原理、技术特点及在Science、Nature Communications、Nano Letters等顶尖期刊上的前沿应用案例，展现了其在纳米尺度下进行化学分析的巨大前景。主讲人张瑞显 博士化学专业博士，毕业于美国伊利诺伊大学厄本那香槟分校。主要研究方向为新型材料的表面光谱表征及在能源存储领域的应用。在Quantum Design中国子公司，从事表面光谱相关设备的产品推广、客户挖掘及销售业务。直播入口扫描上方二维码无需报名直接观看！报告时间2021年10月18日14：00-14：30

14日夜，国际顶级学术期刊《自然》发表了我国科学家在下一代光电芯片制造领域的重大突破。南京大学张勇、肖敏、祝世宁领衔的科研团队，发明了一种新型“非互易飞秒激光极化铁电畴”技术，将飞秒脉冲激光聚焦于材料“铌酸锂”的晶体内部，通过控制激光移动的方向，在晶体内部形成有效电场，实现三维结构的直写和擦除。这一新技术，突破了传统飞秒激光的光衍射极限，把光雕刻铌酸锂三维结构的尺寸，从传统的1微米量级（相当于头发丝的五十分之一），首次缩小到纳米级，达到30纳米，大大提高了加工精度。这一重大发明，未来或可开辟光电芯片制造新赛道，有望用于光电调制器、声学滤波器、非易失铁电存储器等关键光电器件芯片制备，在5G/6G通讯、光计算、人工智能等领域有广泛的应用前景。

用于纳米级表面形貌测量的光学显微测头李强，任冬梅，兰一兵，李华丰，万宇（航空工业北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室，北京 100095）　　摘 要：为了满足纳米级表面形貌样板的高精度非接触测量需求，研制了一种高分辨力光学显微测头。以激光全息单元为光源和信号拾取器件，利用差动光斑尺寸变化探测原理，建立了微位移测量系统，结合光学显微成像系统，形成了高分辨力光学显微测头。将该测头应用于纳米三维测量机，对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验。结果表明：该光学显微测头结合纳米三维测量机可实现纳米级表面形貌样板的可溯源测量，具有扫描速度快、测量分辨力高、结构紧凑和非接触测量等优点，对解决纳米级表面形貌测量难题具有重要实用价值。　　关键词：纳米测量；激光全息单元；位移；光学显微测头；纳米级表面形貌0　引言　　随着超精密加工技术的发展和各种微纳结构的广泛应用，纳米三坐标测量机等精密测量仪器受到了重点关注。国内外一些研究机构研究开发了纳米测量机，并开展微纳结构测量［1-4］。作为一个高精度开放型测量平台，纳米测量机可以兼容各种不同原理的接触式测头和非接触式测头［5-6］。测头作为纳米测量机的核心部件之一，在实现微纳结构几何参数的高精度测量中发挥着重要作用。原子力显微镜等高分辨力测头的出现，使得纳米测量机能够实现复杂微纳结构的高精度测量［7-8］，但由于其测量速度较慢，对测量环境要求很高，不适用于大范围快速测量。而光学测头从原理上可以提高扫描测量速度，同时作为一种非接触式测头，还可以避免损伤样品表面，因此，在微纳米表面形貌测量中有其独特优势。在光学测头研制中，激光聚焦法受到国内外研究者的青睐，德国SIOS公司生产的纳米测量机就包含一种基于光学像散原理的激光聚焦式光学测头，国内也有一些大学和研究机构开展了此方面的研究［9-11］。这些测头主要基于像散和差动光斑尺寸变化检测原理进行离焦检测［12-13］。在CD和DVD播放器系统中常用的激光全息单元已应用于微位移测量［14-15］，其在纳米测量机光学测头的研制中也具有较好的实用价值。针对纳米级表面形貌的测量需求，本文研制了一种基于激光全息单元的高分辨力光学显微测头，应用于自主研制的纳米三维测量机，可实现被测样品的快速瞄准和测量。1　激光全息单元的工作原理　　激光全息单元是由半导体激光器（LD）、全息光学元件（HOE）、光电探测器（PD）和信号处理电路集成的一个元件，最早应用于CD和DVD播放器系统中，用来读取光盘信息并实时检测光盘的焦点误差，其工作原理如图1所示。LD发出激光束，在出射光窗口处有一个透明塑料部件，其内表面为直线条纹光栅，外表面为曲线条纹全息光栅，两组光栅相互交叉，外表面光栅用于产生焦点误差信号。LD发出的激光束在光盘表面反射回来后，经全息光栅产生的±1级衍射光，分别回到两组光电探测器P1~P5和P2~P10上。当光盘上下移动时，左右两组光电探测器上光斑面积变化相反，根据这种现象产生焦点误差信号。这种测量方式称为差动光斑尺寸变化探测，焦点误差信号可以表示为　　根据焦点误差信号，即可判断光盘离焦量。图1　激光全息单元　　根据上述原理，本文设计了高分辨力光学显微测头的激光全息测量系统。2　光学显微测头设计与实现　　光学显微测头由激光全息测量系统和光学显微成像系统两部分组成，前者用于实现被测样品微小位移的测量，后者用于对测量过程进行监测，以实现被测样品表面结构的非接触瞄准与测量。　　2.1　激光全息测量系统设计　　光学显微测头的光学系统如图2所示，其中，激光全息测量系统由激光全息单元、透镜1、分光镜1和显微物镜组成。测量时，由激光全息单元中的半导体激光器发出的光束经过透镜1变为平行光束，该光束被分光镜1反射后，通过显微物镜汇聚在被测件表面。从被测件表面反射回来的光束反向通过显微物镜，一小部分光透过分光镜1用于观察，大部分光被分光镜1反射，通过透镜1，汇聚到激光全息单元上，被全息单元内部集成的光电探测器接收。这样，就将被测样品表面瞄准点的位置信息转换为电信号。在光学显微测头设计中选用的激光全息单元为松下HUL7001，激光波长为790 nm。图2　光学显微测头光学系统示意图　　当被测样品表面位于光学显微测头的聚焦面时，反射光沿原路返回激光全息单元，全息单元内两组光电探测器接收到的光斑尺寸相等，焦点误差信号为零。当样品表面偏离显微物镜聚焦面时，由样品表面反射回来的光束传播路径会发生变化，进入激光全息单元的反射光在两组光电探测器上的分布随之发生变化，引起激光全息单元焦点误差信号的变化。当被测样品在显微物镜焦点以内时，焦点误差信号小于零，而当被测样品在显微物镜焦点以外时，焦点误差信号大于零。因此，利用在聚焦面附近激光全息单元输出电压与样品位移量的单调对应关系，通过测量激光全息单元的输出电压，即可求得样品的位移量。　　2.2　显微物镜参数的选择　　在激光全息测量系统中，显微物镜是一个重要的光学元件，其光学参数直接关系着光学显微测头的分辨力。首先，显微物镜的焦距直接影响测头纵向分辨力，在激光全息单元、透镜1和显微物镜之间的位置关系保持不变的情况下，对于同样的样品位移量，显微物镜的焦距越小，样品上被测点经过显微物镜和透镜1所成像的位移越大，所引起激光全息单元中光电探测器的输出信号变化量也越大，即测量系统纵向分辨力越高。另外，显微物镜的数值孔径对测头的分辨力也有影响，在光波长一定的情况下，显微物镜的数值孔径越大，其景深越小，测头纵向分辨力越高。同时，显微物镜数值孔径越大，激光束会聚的光斑越小，系统横向分辨力也越高。综合考虑测头分辨力和工作距离等因素，在光学显微测头设计中选用大恒光电GCO-2133长工作距物镜，其放大倍数为40，数值孔径为0.6，工作距离为3.33 mm。　　2.3　定焦显微测头的实现　　除激光全息测量系统外，光学显微测头还包括一个光学显微成像系统，该系统由光源、显微物镜、透镜2、透镜3、分光镜1、分光镜2和CCD相机组成。光源将被测样品表面均匀照明，被测样品通过显微物镜、分光镜1、透镜2和分光镜2，成像在CCD相机接收面上。为了避免光源发热对测量系统的影响，采用光纤传输光束将照明光引入显微成像系统。通过CCD相机不仅可以观察到被测样品表面的形貌，而且也可以观察到来自激光全息单元的光束在样品表面的聚焦情况。　　根据图2所示原理，通过光学元件选购、机械加工和信号放大电路设计，制作了光学显微测头，如图3所示。从结构上看，该测头具有体积小、集成度高的优点。将该测头安装在纳米测量机上，编制相应的测量软件，可用于被测样品的快速瞄准和高分辨力非接触测量。图3　光学显微测头结构3　测量实验与结果分析　　为了检验光学显微测头的功能，将该测头安装在纳米三维测量机上，使显微物镜的光轴沿测量机的Z轴方向，对其输出信号的电压与被测样品的离焦量之间的关系进行了标定，并用其对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量［16］。所用纳米三维测量机在25 mm×25 mm×5 mm的测量范围内，空间分辨力可达0.1 nm。实验在（20±0.5）℃的控温实验室环境下进行。　　3.1　测头输出电压与位移关系的建立　　为了获得光学显微测头的输出电压与被测表面位移（离焦量）的关系，将被测样板放置在纳米三维测量机的工作台上，用精密位移台带动被测样板沿测量光轴方向移动，通过纳米测量机采集位移数据，同时记录测头输出电压信号。图4所示为被测样板在测头聚焦面附近由远及近朝测头方向移动时测头输出电压与样品位移的关系。图4　测头电压与位移的关系　　由图4可以看出，光学显微测头的输出电压与被测样品位移的关系呈S形曲线，与第1节中所述的通过差动光斑尺寸变化测量离焦量的原理相吻合。当被测样板远离光学显微测头的聚焦面时，电压信号近似常数。当被测样板接近测头的聚焦面时，电压开始增大，到达最大值后逐渐减小；当样板经过测头聚焦面时，电压经过初始电压值，可认为是测量的零点；当样品继续移动离开聚焦面时，电压继续减小，到达最小值时，电压又逐渐增大，回到稳定值。在电压的峰谷值之间，曲线上有一段线性较好的区域，在测量中选择这段区域作为测头的工作区，对这段曲线进行拟合，可以得到测头电压与样板位移的关系。在图4中所示的3 μm工作区内，电压与位移的关系为　　式中：U为激光全息单元输出电压；∆d为偏离聚焦面的距离。　　3.2　台阶高度测量试验　　在对光学显微测头的电压-位移关系进行标定后，用安装光学显微测头的纳米三维测量机对台阶高度样板进行了测量。　　在测量过程中，将一块硅基SHS-1 μm台阶高度样板放置在纳米三维测量机的工作台上，首先调整样板位置，通过CCD图像观察样板，使被测台阶的边缘垂直于工作台的X轴移动方向，样板表面位于光学显微测头的聚焦面，此时测量光束汇聚在被测样板表面，如图5所示。然后，用工作台带动样板沿X方向移动，使测量光束扫过样板上的台阶，同时记录光学显微测头的输出信号。最后，对测量数据进行处理，计算台阶高度。图5　被测样板表面图像　　台阶高度样板的测量结果如图6所示，根据检定规程［17］对测量结果进行处理，得到被测样板的台阶高度为1.005 μm。与此样板的校准结果1.012 μm相比，测量结果符合性较好，其微小偏差反映了由测量时温度变化、干涉仪非线性和样板不均匀等因素引入的测量误差。图6　台阶样板测量结果　　3.3　一维线间隔测量试验　　在测量一维线间隔样板的过程中，将一块硅基LPS-2 μm一维线间隔样板放置在纳米测量机的工作台上，使测量线沿X轴方向，样板表面位于光学显微测头的聚焦面。然后，用工作台带动样板沿X方向移动，使测量光束扫过线间隔样板上的刻线，同时记录纳米测量机的位移测量结果和光学显微测头的输出信号。最后，对测量数据进行处理，测量结果如图7所示。　　根据检定规程［17］对一维线间隔测量结果进行处理，得到被测样板的刻线间距为2.004 μm，与此样板的校准结果2.002 μm相比，一致性较好。　　3.4　分析与讨论　　由光学显微测头输出电压与被测表面位移关系标定实验的结果可以看出：利用在测头聚焦面附近测头输出电压与样品位移量的单调对应关系，通过测量测头的输出电压变化，即可求得样品的位移量。在图4所示曲线中，取电压-位移曲线上测头聚焦面附近的3 μm位移范围作为工作区，对应的电压变化范围约为0.628 V。根据对电压测量分辨力和噪声影响的分析，在有效量程内测头的分辨力可以达到纳米量级。　　台阶高度样板和一维线间隔样板测量实验的结果表明：光学显微测头可以应用于纳米三维测量机，实现微纳米表面形貌样板的快速定位和微小位移测量。通过用纳米测量机的激光干涉仪对光学显微测头的位移进行校准，可将测头的位移测量结果溯源到稳频激光的波长。实验过程也证明：光学显微测头具有扫描速度快、测量分辨力高和抗干扰能力强等优点，适用于纳米表面形貌的非接触测量。4　结论　　本文介绍了一种用于纳米级表面形貌测量的高分辨力光学显微测头。在测头设计中，采用激光全息单元作为位移测量系统的主要元件，根据差动光斑尺寸变化原理实现微位移测量，结合光学显微系统，形成了结构紧凑、集测量和观察功能于一体的高分辨力光学显微测头。将该测头安装在纳米三维测量机上，对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验，结果表明：该光学显微测头可实现预期的测量功能，位移测量分辨力可达到纳米量级。下一步将通过多种微纳米样板测量实验，进一步考察和完善测头的结构和性能，使其更好地适合纳米三维测量机，应用于微纳结构几何参数的非接触测量。作者简介李强，（1976-），男，高级工程 师，主要从事纳米测量技术研究，在微纳米表面形貌参数测量与校准、微纳尺度材料力学特征参数测量与校准、复杂微结构测量与评价等领域具有丰富经验。

“根”本不一样的精彩——扫描电化学显微镜实现纳米级高分辨图像测试近日，天津大学纳米中心（TICNN）马雷教授课题组的在读博士生刘根利用自主研制的~50 nm探针和最小化应用电压方案，实现了扫描电化学纳米级别的成像，有效的解决了SECCM高分辨成像中液滴针尖的稳定性问题。其论文Topography Mapping with Scanning Electrochemical Cell Microscopy作为封面文章发表在Analytical Chemistry期刊上。△SECCM 纳米级高分辨图像扫描电化学显微镜能够能够同时实现样本被研究表面局部形貌和电化学信息获取，扫描探针与样本通过半月形微液滴接触，对样本形貌无损伤，无需脱水，固化、金属喷涂等复杂的预处理。还可以通过移液管向材料表面进行定量物质传送，因此SECCM在纳米材料沉积、电化学微传感器和电催化等方面有广泛的应用前景。△图为2022年帕克AFM奖学金获得者刘根与Park NX10原子力显微镜合照经过反复的测试与实验，该课题组利用自主研制的~50 nm直径探针及SECCM测试方案，最终得到了纳米级别的的高分辨率图像。同时也成功得到了~45 nm自组装单层金纳米颗粒的形貌和电化学产氢反应的活性图像。这项研究成果不仅能够在纳米尺度实现了SECCM的常规化测试，还能同时得到样品的形貌和电化学活性信息。该项研究成果为真正意义上的常规化测试迈出了坚实重要的一步，并极大扩展了SECCM在不同领域的应用。工欲善其事，必先利其器。Park NX 10在该研究起到了重要作用。“SECCM测试中使用的是50 nm左右的小探针，这意味着pA级别的小电流。而且多数时候，这一数值会小于1.0 pA。这对体系的稳定性有着极高的要求。而Park NX 10体系则很好的满足了这一需求。此外，Park AFM体系的z-方向位移台，可以稳定地运行0.1 μm/s的进针速度，提供0.1 nm的高分辨率，这均满足了SECCM测量中对硬件的极高要求，极大地增加了测试的可行性和成功率。”刘根同学介绍道。△2022年帕克AFM奖学金证书在此，Park表示将竭心为用户推出易于操作、测量精准、升级创新的AFM，助力科研。并预祝马雷教授及其课题组在未来可期的日子里取得更多优异的科研成果，为国家的纳米科技增光添彩！

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。徐明 研究员中科院生态环境研究中心人物简介：徐明，中国科学院生态环境研究中心，研究员，博士生导师。主要从事重金属（离子态、颗粒态）的健康效应、分子靶点及分析方法研究。获国家基金委优秀青年科学基金、入选中国科学院青年创新促进会。主持并参与国家自然科学基金、科技部973、科技部重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项B等9项。发表论文72篇，申请和授权国家发明专利3项。本次会议中，中科院生态环境研究中心徐明研究员分享了《贵金属纳米颗粒的体内示踪与原位成像谱学方法研究进展》（点击回看》》》）引发行业关注。会后，我们也再次邀请徐明研究员分享其团队在纳米颗粒原位分析的系列研究成果。1、成果简介纳米材料已被广泛应用于工业、农业、食品、医药等领域。例如，银纳米颗粒作为抗菌剂被用于病原微生物的消杀，金纳米颗粒因其优良的光学性能和生物相容性被用于疾病诊断与治疗等等。一旦进入生物体内，纳米颗粒会经历复杂的转化过程，包括溶解、聚集、解聚等。纳米颗粒的体内转化会改变其物理化学特性，进而对纳米颗粒的功能产生影响。然而，目前针对纳米颗粒体内转化、分布的原位分析表征极具挑战。通常使用电子显微镜对组织或细胞内的纳米颗粒进行检测，该种方式成本高，操作难，不易于推广。其它成像技术，如质谱、红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等，成像分辨率难以达到纳米级别，无法实现单颗粒分析。针对上述难题，为实现生物组织和细胞中纳米颗粒转化与分布的精确分析，徐明研究员研究团队近期开展了基于光谱成像和质谱成像的纳米单颗粒原位分析研究。成果一：细胞内金纳米颗粒聚集行为的单颗粒成像分析为观测金纳米颗粒（AuNPs）的细胞内聚集行为，我们基于高光谱暗场显微镜（EHDFM）开发了一种单颗粒成像分析新方法。利用局域表面等离子共振现象（LSPR）产生的散射光谱信号，可对AuNPs的聚集程度进行定性和定量分析，实现生物介质中和细胞内AuNPs的原位单颗粒分析（图一）。该方法具有很好的特异性与灵敏度，相关研究成果近期已发表于Journal of Physical Chemistry B（https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.2c08289）。图一成果二：利用间充质干细胞进行肿瘤靶向递送金纳米颗粒的原位成像分析为观测金纳米颗粒（AuNPs）的体内行为与分布特征，其团队整合了激光溅射电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）和高光谱暗场显微镜（EHDFM）技术，可实现生物组织中AuNPs的定性与定量成像分析（图二）。针对纳米颗粒肿瘤靶向效率低的问题，我们比较了间充质干细胞（MSC）介导的AuNPs肿瘤靶向与增强渗透滞留效应（EPR）间的递送效率差异，证实MSC介导的肿瘤靶向递送效率比EPR效应提高了2.4~9.3倍，可将更多AuNPs递送至肿瘤坏死核心。相关研究成果近期已发表于ACS Nano（https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07295）。图二成果三：新型核壳结构纳米探针成像分析银纳米颗粒的胃肠道转化为观测纳米颗粒的体内转化过程，我们开发了一种以星形金纳米颗粒为内核，外层包覆银壳的球形核壳结构纳米探针（Au@AgNPs）。在体内，一旦该探针的银壳发生溶解等转化，就伴随着元素和光谱信号的变化，进而可通过LA-ICP-MS和EHDFM进行成像分析（图三）。利用该纳米探针，其团队成功示踪了颗粒银在小鼠胃肠道中的转化与吸收过程，揭示了颗粒银和离子银的体内行为与分布特征的差异。相关研究成果近期已发表于Advanced Functional Materials（https://doi.org/10.1002/adfm.202302366）。图三2、产业化意向上述相关的成果正在申请国家专利，后续将发展更多面向应用的技术方法和成像探针，欢迎相关的科研与产业合作。3、课题组未来研究计划后续研究中，徐明研究员研究团队将重点开发针对生物分子和纳米材料的质谱、光谱成像技术。

“根”本不一样的精彩——扫描电化学显微镜实现纳米级高分辨图像测试 近日，天津大学纳米中心（TICNN）马雷教授课题组的在读博士生刘根利用自主研制的~50 nm探针和最小化应用电压方案，实现了50 nm的电化学图像分辨率，从而解决了SECCM高分辨测试中液滴针尖的稳定性问题。其论文Topography Mapping with Scanning Electrochemical Cell Microscopy作为封面文章发表在Analytical Chemistry期刊上，原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c04692。SECCM纳米级高分辨率图像扫描电化学显微镜能够能够同时实现样本被研究表面局部形貌和电化学信息获取，扫描探针与样本通过半月形微液滴接触，对样本形貌无损伤，无需脱水，固化、金属喷涂等复杂的预处理。还可以通过移液管向材料表面进行定量物质传送，因此SECCM在纳米材料沉积、电化学微传感器和电催化等方面有广泛的应用前景。△图为2022年帕克AFM奖学金获得者刘根与Park NX10原子力显微镜合照 经过反复的测试与实验，该课题组利用自主研制的~50 nm直径探针及SECCM测试方案，最终得到了纳米级别的的高分辨率图像。同时也成功得到了~45 nm自组装单层金纳米颗粒的形貌和电化学产氢反应的活性图像。这项研究成果不仅能够在纳米尺度实现了SECCM的常规化测试，还能同时得到样品的形貌和电化学活性信息。该项研究成果为真正意义上的常规化测试迈出了坚实重要的一步，并极大扩展了SECCM在不同领域的应用。 工欲善其事，必先利其器。Park NX 10在该研究起到了重要作用。“SECCM测试中使用的是50 nm左右的小探针，这意味着pA级别的小电流。而且多数时候，这一数值会小于1.0 pA。这对体系的稳定性有着极高的要求。而Park NX 10体系则很好的满足了这一需求。此外，Park AFM体系的z-方向位移台，可以稳定地运行0.1 μm/s的进针速度，提供0.1 nm的高分辨率，这均满足了SECCM测量中对硬件的极高要求，极大地增加了测试的可行性和成功率。”刘根同学介绍道。在此，Park表示将竭心为用户推出易于操作、测量精准、升级创新的AFM，助力科研。并预祝马雷教授课题组能够取得更多优异的科研成果，为国家的纳米科技增光添彩！

现如今，科技变化，日新月异，但是反而能源需求却越来越大，在解决传统石油或煤炭能源问题上，很多地方又出现了限电问题。因此，在保护环境的同时，为未来创造全球规模的可持续能源体系是当今人类面临的最重要的挑战之一。作为一种高能量密度、清洁高效能源，氢能逐渐走上了舞台。其中，电催化在清洁能源转换中起着核心作用，为未来的技术实现了许多可持续的过程。氢能的产生，储存及使用，每一步都有自己的技术壁垒，可谓是困难重重。让氢能从实验室向实际生活中的使用，也是经过科学家们数十年的努力。比如电催化析氧反应（OER），电化学技术不可或缺的组成部分和垫脚石，是一种在金属-空气电池和水电解池等多种能源存储和转换技术中具有关键作用的过程。开发具有低成本材料、工业相关活性和长期耐用性的OER催化剂是非常需要的，但在现阶段仍具有挑战性。基于过渡金属的替代品，如自组装Fe3O4纳米粒子有望在电催化析氧反应上发挥它独特的作用。如下图为高分辨率成像结果，纳米粒子在低的着陆电压下（1.5 kV），可以清晰的观察到Fe3O4纳米颗粒有规则的排列，通过测量发现每一个Fe3O4纳米颗粒尺寸大约为 12 nm。左右滑动查看更多自组装Fe3O4纳米粒子当然，想获得这样一个高放大倍数（50万倍）的图像，需要一台纳米级别分辨能力的扫描电子显微镜。日立超高分辨冷场扫描电子显微镜Regulus8230，在1kV下的分辨率为0.7nm，配合减速功能，可以在1.5kV的加速电压轻松获得高扫描分辨率，高空间分辨率、无损伤的磁性样品的真实形貌。让科研可以更进一步。日立超高分辨冷场扫描电子显微镜Regulus8230公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

Vallée-Bélisle等人用DNA制造出了温度计，用于纳米级别的测温。这些纳米级温度计极大地帮助人们了解在微观世界中温度是如何存在的。　　本周《纳米通讯》上发表了一项新的研究成果，蒙特利尔大学的研究者利用DNA发明了一种温度计。这种人工编码的DNA，大小只有头发的1/20000。这种温度计可以测量微观环境的温度，这将极大地加深了人们对自然和纳米技术的了解。　　60年前，科学家发现DNA是存储人类遗传信息的关键生物分子，DNA双链在受热的时候会解开(这个过程称为解链)。Alexis Vallée-Bélisle教授说：“近年来生化学家发现，蛋白质和RNA等生物分子在生物体内也会随着温度的变化而发生状态的改变。我们的团队受此启发，制造了各种编码的DNA温度计，这些DNA可以在特定的温度下解链，这样就实现了温度的测量。”　　使用DNA作为温度计最主要的好处就是结构简单、可以人工编码。David Gareau是这篇论文的第一作者，他解释说：“DNA中包含了4中脱氧核苷酸：ATGC，其中A和T配对，G和C配对。碱基之间是由氢键连接的，AT之间有两个氢键，GC之间有三个氢键。所以当GC配对在DNA中比例较大时，解链就需要更多的能量。利用这样的结构特点，我们可以制造出在特定温度条件下解链的DNA。”另一位作者Arnaud Desrosiers补充说：“为了能看到这些微观的变化，我们在这些DNA结构中加上荧光标记，这样我们就制造出了长度仅有5纳米的温度计。”　　因为DNA温度计的发明，纳米科技向我们敞开了新的大门，而且这帮助我们更深层次地了解分子生物学。“现在生物学中仍然有很多亟待解决的问题。比如，我们知道人体的正常体温是37.5℃，但是我们不清楚在细胞内温度是否更高。”这一团队正在研究的问题就是，在细胞高速生产分子时，是否会过热。“相信在不久的将来，我们可以将这一研究成果应用于电子设备，从而实现纳米级别的温度监控。”

韩国首尔，2021年7月12日SK海力士（或“公司”，www.skhynix.com）宣布已于7月初开始量产适用第四代10纳米（1a）级工艺的 8Gigabit（Gb） *LPDDR4 移动端DRAM产品。* LPDDR4 (Low Power Double Data Rate 4) – 专为移动终端开发的低功耗DRAM规格。“DDR” 为电子工程设计发展联合协会（Joint Electron Device Engineering Council，简称JEDEC）规定的DRAM规格标准名称，DDR1-2-3-4为其顺序进行换代。自从10纳米级DRAM产品开始，半导体业内将每一代工艺节点都以标注英文字母的方式起名，此次SK海力士量产的1a纳米级工艺是继1x（第一代）、1y（第二代）、1z（第三代）之后的第四代工艺节点。公司预计从下半年开始向智能手机厂商供应适用1a纳米级技术的移动端DRAM。此次量产的产品是SK海力士首次采用EUV技术进行量产的DRAM，其意义非凡。SK海力士在此前生产1y纳米级产品过程中曾部分采用了EUV技术，事先完成了对其稳定性的验证。* EUV (Extreme Ultraviolet)：指利用极紫外线的光刻设备工艺的极度细微化趋势使半导体厂商陆续导入EUV设备，并将其投入在晶圆上绘制电路的光刻工艺当中。业界认为采用EUV技术的水平将成为今后决定技术领导地位的重要因素。SK海力士通过此次量产确保了EUV工艺技术的稳定性，并表示未来的1a纳米级 DRAM都将采用EUV工艺进行生产。SK海力士期待通过新产品生产效率的提升得以确保更高的成本竞争力。相较前一代1z纳米级工艺的同样规格产品，1a纳米级DRAM在每一张晶圆中可产出的产品数量约提高了25%。 在今年全球DRAM需求持续增长的背景下，公司期待1a纳米级DRAM在全球存储半导体供需中扮演重要角色。此次新产品稳定支持 LPDDR4 移动端DRAM规格的最高速度（4266Mbps），并相较前一代产品其功耗也降低了约20%. SK海力士认为此次新产品进一步强化了低功耗的优势，助力碳排放量的减少，充分体现了SK海力士注重ESG（环境、社会、公司治理）经营的精神理念。在本次LPDDR4产品之后，SK海力士还计划从明年初开始将1a纳米级工艺导入于去年十月推出的全球首款DDR5 DRAM。SK海力士1a纳米级DRAM领导小组（Task Force）的曹永万副社长表示：“此次量产的1a纳米级DRAM在生产效率和成本竞争力层面都有改善，从而可以期待更高的盈利。通过将EUV技术全面导入量产程序，SK海力士有望进一步巩固引领尖端技术的高新企业地位。”

纳米科技在为现代生活提供各种高性能产品的同时，也对环境造成了严重的负担。之前的文章中，我们一起学习了饮用水、湖泊水、废水等水体中的纳米颗粒的单颗粒ICP-MS的测定过程，了解到纳米颗粒的无处不在。那么“大海啊，全是水”的海水中，是不是也一定存在着纳米颗粒呢但是，海水和其他水体不一样，含有更多的“盐分”，也就是基体不同。通常，在ICP-MS 分析中，分析之前需要稀释具有较高基体的样品，以免对仪器产生影响。然而，纳米颗粒在环境样品中的溶解和聚合取决于基体，且样品基体组成和浓度（例如溶解有机质（DOM）和离子强度）对其具有极大影响。因此在处理纳米颗粒时，稀释可能触发转化，这意味着获得的结果可能无法准确反映样品中纳米颗粒的初始状态。为降低环境样品或其他高溶解固体含量样品在分析前稀释的必要性，PerkenElmer提供了适用于NexION系列ICP-MS(5000/2000/1000/350/300)的全基体进样系统（AMS）。这套系统包含一个耐高盐雾化器和一个带有氩气稀释气接口的雾室。稀释气的流速由独立的氩气通道控制，气流方向与雾化气流向垂直，以获得最佳的混合效果。可获得高达200倍的稀释比，避免了离线手工稀释的繁琐操作和随之而来的污染和误差。对于不需稀释的样品，只需将稀释气关掉，无需取下稀释气管路。借助AMS系统，对无需稀释的样品和需要稀释200倍以内的样品分别进行分析之间，无需对仪器再次进行参数优化。本文中，我们将探索模拟海水样品中金纳米颗粒的分析，并利用AMS 功能避免人为稀释，并讨论仪器配置条件对单颗粒ICP-MS进行精确和准确颗粒分析的影响。样品在超高纯（UHP）水中以1，2 和3 ppb 浓度制备离子金（Au+）标准品，并且在超高纯水中按60000 颗/mL制备60 nm 的金纳米颗粒标准品（NIST 8013）。使用标准参考物质（CASS-6，加拿大国家研究委员会）制备海水样品，并掺入60000 颗/mL的60 nm NIST 金纳米颗粒。在分析之前不进行进一步的样品稀释。实验所有分析均在NexION 2000 ICP-MS 上进行，并使用表1 中所示的进样附件和参数。全基体进样系统（AMS）的气流量设定为0.4 L/ 分钟，即10 倍稀释，可在未经任何人为稀释的情况下分析未稀释的海水，从而简化样品制备，并确保样品基体中纳米颗粒的完整性。实验结果如下图所示，在几种不同的AMS 气流量下精确确定NIST 60 nm 金颗粒的粒径，证明如果使用相应的离子校准，AMS 不会影响粒径测量的准确度。AMS 气体流量对NIST 8013 60 nm 金纳米颗粒测量粒径的影响。AMS 气体流量对NIST 8013 60 nm 金纳米颗粒测量粒径的影响将金纳米颗粒分别添加到海水和去离子水样品中并进行测量。下图显示了添加到海水和去离子水中的60 nm纳米颗粒的粒径分布，两者基本没有差异。结果表明，适当的仪器参数设置和AMS降低了基体效应，从而能够在复杂的环境基体（如海水）中进行准确精准的纳米颗粒测量，而无需与离子校准标液进行基体匹配。这种能力简化了流程，增加了可用性，最重要的是，由于消除了液体稀释的需要，可在分析样品中获得纳米颗粒的准确结果。未稀释的海水（a）和去离子水（b）中的NIST 8013 60 nm金纳米颗粒的粒径分布未稀释的海水（a）和去离子水（b）中的NIST 8013 60 nm金纳米颗粒的粒径分布结论使用配备了全基体进样系统（AMS）的PerkinElmer的NexION 2000 ICP-MS，可以无需考虑用水稀释导致的纳米颗粒状态的转化对于测量结果的影响，精确测量海水（典型的复杂基体）中纳米颗粒粒径大小和浓度，无需手工稀释样品。想要了解更多详情请扫描二维码《使用全基体进样系统和单颗粒ICP-MS快速测定海水中纳米颗粒》

日本东京大学科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位可充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，就像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光可反应磁场的变化。图片来源：东京大学研究团队

电子显微镜下另有一番广阔天地？纳米所科学家们的浪漫都是纳米级？在这个火热的夏天，一场科学与艺术的对话——中科院苏州纳米科学家作品展，走进苏州中学园区校，和孩子们一起发现电镜下的纳米级浪漫世界！本次展览由江苏省苏州中学园区校和中科院苏州纳米所共同主办，苏州广播电视总台和苏州大学传媒学院协办。展览分为“发现电镜下的微观世界”“欣赏科学家的学术浪漫”“感悟纳米所的工匠精神”三个章节，共计展出48幅纳米所研究人员提供的电镜图样。展品审美视觉效果和科普学习价值兼具，是一场视觉艺术和科学技术的“跨界约会”。图/学生志愿者孙天一正在为观众讲解“在当志愿者前，我恶补了一周纳米相关的知识！”来自苏州中学园区校少科二班的孙天一担任本次展览的志愿讲解员，他告诉记者，虽然恶补一周只了解了一些皮毛，但是他因此对纳米科学领域产生了很大的兴趣。“希望进入大学后，我也能为祖国解决一些科学难题，像这些科学家一样！”图/展览现场图“通过这次展览，我们还想致敬伟大的人民科学家钱学森，他提出的‘量智与性智结合；科学与哲学结合；科学与艺术结合；逻辑思维与形象思维结合；微观认识与宏观认识结合'的大成智慧教育思想，对今天的学生尤其具有启发性。”苏州中学园区校老师单伟峰是本次展览的负责人，他向记者介绍，本次展览还将走进更多的校园进行流动展出，将科学的种子播种到更多苏城孩子心中。图/展品拼图“至大无外，谓之大一，至小无内、谓之小一”，庄子在《天下》篇中借惠子之口提出了这一哲学观点。意思是宏观世界无限大，大到没有边界，而微观世界无限小，小到没有内核。那么世界真的像古人所说的那样吗？展览的第一章节通过毫米-微米-纳米这样不断缩小尺度的作品，带领观众发现微小尺寸中的大千世界。图/展厅现场“欣赏科学家的学术浪漫”则借用了唐代诗人司空图在其《二十四诗品雄浑》中的名言“超以象外，得其环中”，其本意是一种诗歌的境界——在无穷的想象中，突然获得顿悟。这一章节都是科学家们将自己的研究成果通过PS等工具渲染，制作成了这些色彩斑斓、巧夺天工的艺术作品。最后章节引用的“致广大而尽精微”，出自《礼记中庸》中“故君子尊德性而道问学，致广大而尽精微，极高明而道中庸。”意思是君子要修身修德、勤学好问，于广大处和精微处体会道之显现，以中庸的方式表达道之高明。科学的事业无限崇高，但科学的研究却需要科研人员在具体而细致的研究中精益求精。因此，科学家也需要有契而不舍的工匠精神。图/《赛先生说》苏州中学园区校场次现场图“家、校、社”三位一体的协同育人机制是新时代教育发展的国之大事、校之大事。“家、校、社”三位一体的协同育人机制是新时代教育发展的国之大事、校之大事。苏州中学园区校除了将科技主题画展引入校园，苏州科普文化讲坛《赛先生说》也把来自全国各地的专家带到孩子们身边，青涩懵懂的学生与各领域有所成就的专家学者，由此碰撞出别样的思维火花。此外，苏州市尹山湖美术馆、中科院苏州纳米所、中科院苏州空天信息研究院都与苏州中学园区校有教学、科研、实践多方位深度合作。这个夏天，你还不来这个充满活力的校园看看吗？展览名称：科学与艺术的对话——中科院苏州纳米科学家作品展展览日期：2023.5—2023.10展览地点：江苏省苏州中学园区校西马美术馆（F楼110）开放时间：苏州市中小学工作日期间均可预约作品欣赏01材料之花（之一）02快乐集会03天地玄黄04棱镜七色光05GaN纳米仙人球

拓宽颗粒表征仪器技术2019 年 1 月 24 日，堀场制作所（总部位于日本京都，以下简称“HORIBA”）宣布HII（HORIBA Instruments Incorporated，总部位于美国尔湾市，以下简称HII）已成功收购MANTA仪器公司（MANTA Instruments, Inc.,总部位于美国圣地亚哥，以下简称“MANTA”）的全部股份。MANTA公司因其采用加州大学圣地亚哥分校研发并取得的突破性多谱段纳米颗粒跟踪技术，所以在纳米颗粒表征技术领域饱受赞誉。现在，这家领先的纳米颗粒跟踪分析系统开发商、制造商兼供应商加入HII旗下，成为其全资子公司，这意味着HORIBA仪器的颗粒表征技术得到了更大的拓宽。收购原因/目的HORIBA一直致力于研发、制造和销售应用于生命科学、半导体制造和过程环境领域的纳米颗粒跟踪分析系统，为满足客户需求，HORIBA采用各种方式，积引进领先的分析技术。美国MANTA公司新型的MANTA纳米颗粒跟踪分析系统 ViewSizer 3000是业内公认的领先系统，它向流体中进行布朗运动的纳米颗粒射出激光束进行跟踪，然后通过高清图像分析来评估 10 纳米级颗粒的粒径分布、计数浓度和聚集状态。在荧光模式下，可对荧光标记颗粒进行测量。对于需要颗粒计数浓度数据的生命科学和制药研究市场以及离不开纳米领域测量的化妆品、催化剂和半导体市场来说，该创新性仪器有望满足客户需求。另外，2019 年，MANTA ViewSizer3000 所在的颗粒表征仪器市场容量预计达到 20.6 亿日元，并有信心在 2022 年前以 8.4% 的年均复合增长率（CAGR）继续扩大（公司数据）。ViewSizer 3000 纳米颗粒跟踪分析系统目标领域和应用行业1---生命科学领域蛋白质的聚集/结晶，外泌体、病毒和抗体药物的研发2---农林水以及家用电子产品具有杀菌和净化作用的微气泡3---半导体材料半导体晶圆抛光的生产控制和半导体超纯水的质量控制4---环境水质监测和处理（水体纳米颗粒的数量）5---药品、食品和化妆品制药行业颗粒浓度控制，超低浓度样品。6---功能性纳米材料催化剂材料和纳米碳管7---催化剂和充电电池新材料的研发、改进和质量控制整合时间表收购完成后，MANTA的开发和生产职能将转移至HII，并利用HORIBA专有技术开始开发下一代型号。结合现有的光学技术，MANTA的图像处理技术有望对颗粒测量之外的体外诊断、再生医学、生技药品研发作出贡献。HORIBA还计划将这一先进技术在半导体领域内用于 CMP（化学机械抛光）浆料，以及在环境领域中用于水体纳米颗粒测量。关于MANTA公司名称：MANTA仪器公司首席执行官： Rick Cooper地址：美国加州圣地亚哥市摄政路 7770 号 #113-573成立日期：2014年9月经营范围：制造和销售纳米颗粒跟踪分析系统HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

(2014年6月30日，中国上海)作为全球材料表征领域创新企业，英国马尔文仪器公司最新一代纳米颗粒跟踪分析仪NanoSight NS300自面世以来深受好评。该多功能仪器采用杰出的纳米颗粒跟踪分析(Nanoparticle Tracking Analysis，即NTA)技术，配备全新的增强型荧光检测能力，为从事纳米颗粒表征的科研人员提供更加丰富便捷的解决方案。迄今，在全球已有超过700个用户贡献了1000篇以上第三方NanoSight应用文献。　　英国马尔文仪器公司始终致力于以国际领先的技术和多元化的产品系列满足快速变化的市场需求。而最新款NanoSight NS300纳米颗粒跟踪分析仪基于出色的纳米颗粒跟踪分析技术，在分辨能力、检测能力、操作便捷性以及纳米颗粒计数分析等方面整合了独特的创新设计，可对宽分布体系纳米颗粒进行快速实时动态检测。其独特的检测能力在蛋白质聚集、药物传输、外泌体和微泡、纳米颗粒毒理、病毒和疫苗等研究领域具有广泛应用。　　&diams 超高分辨率　　马尔文NanoSight NS300纳米颗粒分析仪所采用的NTA技术具有独特的高分辨率，提供动态纳米颗粒检测技术，能对悬浮液中粒径范围10nm-2000nm范围颗粒进行粒径、散射光强、计数及荧光检测。相较于传统技术，马尔文NanoSight系列产品的检测分辨率提高了1-2倍。同时，由于对大、小颗粒的敏感程度相同，马尔文NanoSight NS300可帮助科研人员轻松区分出100nm、200nm、400nm、600nm混合体系中不同颗粒粒径分布，结合颗粒的散射强度，绘制出粒径、对应数量分布强度和散射强度的三维图谱，清晰区分粒径相同但材质不同的样品。图：NanoSight超高分辨率　　&diams 直观可视　　马尔文NanoSight NS300所采用的NTA技术利用激光光源照射纳米颗粒悬浮液，配以全黑背景增强信号对比度，用户通过显微镜就能直接清晰地观察到带有散射光颗粒的布朗运动，并及时获得布朗运动下移动颗粒的视频文件，为未来的进一步研究留存第一手资料。　　&diams 荧光识别检测　　马尔文NanoSight NS300的另一项优势在于其增强型荧光检测技术，对颗粒进行整体分析。在复杂的检测环境体系中，科研人员可通过荧光过滤片选择性地标记特定颗粒，并利用NTA技术单独对这些颗粒进行定向检测和分析，而不受复杂组分溶液环境影响。此外，完全由软件控制的6位滤光轮自动分析多个荧光标记物，从而节省科研人员的宝贵时间，提升工作效率。　　&diams 系统高度集成　　除将软硬件设备、摄像头及显微镜等多项设备集于一体外，马尔文NanoSight NS300还整合强大的颗粒检测功能与纳米颗粒分析技术，为纳米颗粒表征提供易于使用的可重复平台。在40cm x 25cm的设备主机内集成了超高灵敏度科研级sCMOS光电传感器、温控单元以及一个四种可选波长的激光。样品池和激光模块也是一个整体，便于移动、清洁，适合高通量检测。　　英国马尔文仪器中国区总经理秦和义先生谈及马尔文的核心竞争力时说：&ldquo 马尔文始终坚持以用户为中心，脚踏实地不断探索市场、深入了解客户需求，持续将具有革新意义的各项创新技术带到中国，让客户买到的不只是一个硬件，而是一整套解决方案。&rdquo 　　马尔文和马尔文仪器是马尔文仪器有限公司的注册商标。　　---完---　　关于马尔文仪器　　马尔文仪器提供材料表征技术和专业知识，使得科学家和工程师们能够了解和控制分散体系的性质，这些体系包括蛋白质和聚合物溶液、微粒和纳米粒子悬浮液和乳液，以及喷雾和气溶胶、工业散装粉末和高浓度浆料等。马尔文的材料表征仪器用于研究、开发和制造的所有阶段，提供帮助加快研究和产品开发、改善和保证产品品质以及优化过程效率的关键信息。　　马尔文的产品体现了最新技术创新的动力以及充分利用现有技术的承诺，应用领域从医药和生物医药到化学品、水泥、塑料和聚合物、能源及环境等。　　马尔文的产品和系统被用于检测颗粒大小、颗粒形状、Zeta电位、蛋白质电荷、分子量、分子大小和构象、流变性能和化学组分测定。　　马尔文仪器公司总部位于英国马尔文，在欧洲、北美、中国、日本和韩国等主要市场都设有分支机构，在印度设有合资企业，拥有遍布全球的经销网络和应用实验中心。　　更多信息，请访问www.malvern.com.cn。

2014年10月14日，世界上技术最先进的纳米成像（nanoimaging）技术解决方案开发商，Nanotronics Imaging宣布推出其最新的计算机控制显微镜&mdash &mdash nSPEC 3D。该公司是在田纳西州Nashville美国化学学会2014年国际橡胶会议上公布这一消息的。　　nSPEC 3D配置了带先进的计算机模式识别算法的高品质光学镜头，定制化的3D打印硬件，具备人工智能，只需点击一下鼠标或做个手势即可捕捉纳米级的三维图像。　　Nanotronics Imaging公司首席执行官Matthew Putman：&ldquo 我们的解决方案将使许多行业，包括工业材料、半导体、甚至是生物制药等，获得复杂的成像技术，可以提升他们的制造能力和快速、高效地操纵先进材料的能力。&rdquo 据了解，该公司开发nSPEC 3D的初衷就是为了解决工厂在对复杂材料进行高通量成像时所面临技术挑战&mdash &mdash 即无法捕捉3D图像中可重复的测绘图型及自动诠释功能。　　与传统的实验室仪器不同，这款nSPEC 3D是由Nanotronics团队与纽约著名设计师Mari Kussman和Francis Bitonti合作设计的。通过将成像技术与3D打印技术相结合，可以以低得多的成本获得和使用纳米级图像。　　Flow Polymers是领先的化学分散剂和加工助剂生产商，该公司首席执行官Michael Ivany称：&ldquo 我们对Nanotronics公司开发的nSPEC 3D兴奋不已，因为这款仪器有帮助行业优化产品的性能、使用寿命和稳定性。到现在为止，我们还没有找到一种仪器能够充分量化混合质量。&rdquo 　　在这次会议上，Nanotronics将利用Oculus公司虚拟现实技术与 Leap Motion的手势控制现场演示如何操作由 nSPEC 3D拍摄的纳米级3D景观展。

由教育部科学技术委员会组织评选的2014年度&ldquo 中国高等学校十大科技进展&rdquo ，日前在京揭晓。经过形式审查、学部初评、主任办公(扩大)会终评和项目公示，北京大学主持的单个纳米颗粒光学检测新原理研究等10个高校科技项目，获评本年度高校科技十大进展。　　据介绍，&ldquo 中国高等学校十大科技进展&rdquo 评选自1998年开展以来，至今已举办17届。这项评选活动对提升高等学校科技的整体水平、增强高校的科技创新能力发挥了积极作用，并产生了较大的社会影响，赢得了较高的声誉。　　2014年度&ldquo 中国高等学校十大科技进展&rdquo 入选项目介绍　　一、单个纳米颗粒光学检测新原理研究　　纳米尺度颗粒的快速检测在环境监测、恶性肿瘤早期筛查和国家安全方面具有十分重要的意义。基于微纳光学的传感技术拥有无标记和抗电磁干扰等优势，为上述应用提供了新的机遇,但在快速探测和超高灵敏度方面仍面临挑战。为此，急需提出新的光学传感原理，突破传统检测极限，获得分辨单个纳米级颗粒的检测能力。北京大学龚旗煌院士和肖云峰研究员等制备出超高品质因子固态光学微腔器件，极大地增强了光与物质的相互作用，并实现超低阈值微腔拉曼激光发射。在此基础上，他们提出利用微腔拉曼激光模式劈裂来检测单纳米尺度颗粒的新方法。实验上，他们在液体环境下证明了新方法检测单个20纳米尺度颗粒的能力。这一方法的实现既可显著降低实验难度，又具有良好的抗噪声能力。同时，他们还与浙江大学童利民教授等合作，研制出纳米光纤阵列传感器，可快速检测单个百纳米尺度颗粒，并测定尺寸。这些新的原理和技术将推进光学传感的检测极限达到单分子水平，并具有实时便捷等优势。　　研究成果分别发表在《美国科学院院刊》和《先进材料》(封面文章)上。工作得到国际学术界的重视，被多家国际科技媒体专题图文报道，并引起了大众媒体的关注。　　二、网构软件理论、方法与技术　　互联网正在逐步演化成一个全球泛在的计算平台，其开放、动态和难控的特性对软件技术提出了一系列重大挑战。以北京大学梅宏院士和南京大学吕建院士领衔的团队从2000年开始率先从软件角度探讨互联网计算，提出一种互联网软件新范型&mdash &mdash 网构软件，并在国家973计划连续两期项目的支持下，建立了一套网构软件技术体系，取得一系列重要突破：构造了一个开放、协同的网构软件模型，用以描述和规约自主性、协同性、演化性、情境性、涌现性和可信性等互联网应用新特性 提出了支持按需协同和在线演化的容器系统结构及相关机制，支持系统自治管理，设计实现了网构软件的运行时支撑平台 提出了全生命期软件体系结构驱动的网构软件开发和演化方法。　　作为中国学者自主提出的学术理念，网构软件研究整体处于国际先进水平，在软件构件、软件体系结构、软件自适应等技术上处于国际领先行列。在软件领域顶级国际会议和期刊发表近百篇学术论文，十多次入选最佳/优秀/亮点论文，数十次在国际会议上做主题/特邀报告 获得一批中国发明专利，形成多项国际、国家和行业标准 研制的工具和系统在国内外众多大中型信息系统中得到应用 多次获得国家和部委级科技成果奖。　　三、免疫细胞分化发育与功能调控新机制研究　　免疫系统为什么能够精确地感知外界病原体侵袭，并及时启动能够清除病原体的免疫应答反应?这是免疫学领域前沿性重大科学问题。目前认为具有&ldquo 哨兵&rdquo 功能的树突状细胞起了关键性作用，但对于树突状细胞为什么具有这样的特殊免疫功能尚不十分清楚。第二军医大学医学免疫学国家重点实验室曹雪涛课题组从表观遗传和蛋白质修饰的新角度，研究了树突状细胞分化发育的分子机制，发现了一种树突状细胞选择性高表达并对于树突状细胞发育成熟至关重要的以前未见报道的新长链非编码RNA(将之命名为树突状细胞长链非编码RNA，lnc-DC)，对于为什么lnc-DC能够决定树突状细胞的发育成熟进行了机制研究，首次提出了胞浆中的lnc-DC能够直接结合磷酸化蛋白信号分子STAT3而起关键性作用，此作用方式对于研究其他生命科学现象及其RNA与蛋白质相互作用机理有重要的启示与借鉴意义。此外，对于如何控制树突状细胞不过度活化以避免机体发生自身免疫性疾病，该课题组发现了一个名为Rhbdd3的蛋白质分子，能够抑制树突状细胞成熟和分泌炎症因子，阻止了自身免疫性疾病发生。　　该研究丰富了对免疫细胞分化发育与参与自身免疫病机制的认识，对疫苗研发和疾病免疫治疗探索有指导作用。研究结果分别发表于今年《Science》和《Nature Immunology》。　　四、快舟星箭一体化飞行器技术及应用　　该项成果是在国家863计划重点支持下取得的一项原创性成果。针对突发灾害应急监测和抢险救灾信息支持的迫切需求，在国际上首次提出并实现了星箭一体化设计的理念和方法，解决飞行器快速研制、快速发射、快速应用的核心技术问题，实现了我国固体运载器机动发射卫星首次成功，创造了我国遥感卫星最快成像纪录。项目总体指标国内领先、国际先进，开辟了我国快速响应空间技术发展的新途径，取得了重大的经济和社会效益。　　利用该成果研制的快舟一号卫星于2013年9月25日成功发射，在巴基斯坦阿瓦兰地震、台湾花莲地震、新疆于田地震、四川冕宁县森林火灾、霍尼亚拉洪灾、马航MH370客机失联、中国科考船&ldquo 雪龙号&rdquo 破冰支援等灾害发生后，及时实施了灾情监测，快速获取了灾害信息。特别是在云南鲁甸地震救援期间，快舟一号是我国唯一一颗实现针对灾区连续15天重访成像的高分辨率遥感卫星，及时提供了高分辨率的震区影像，为及时全面了解灾情、灾情评估、抢险救援指挥决策等提供了有力信息支撑。　　快舟一号作为我国首颗具有快速响应能力的卫星，还在工程建设、土地利用、采矿区开采、水文、环境等实时监测应用方面，为国内19个省份61家用户单位提供了高质量遥感影像。　　五、水稻矮化多分蘖基因DWARF 53的图位克隆和功能研究　　水稻籼粳亚种间存在强大杂种优势，但籼粳交杂种普遍存在株高超高的问题，利用部分显性矮杆基因可克服株高超高，有效利用籼粳杂种优势。独脚金内酯是2008年发现的调控植物分枝的第三种激素，对植物株型起着至关重要的调控作用，但其信号传导途径却知之甚少。本研究利用一个水稻部分显性矮杆突变体dwarf 53(d53)，通过图位克隆获得D53基因，它编码一个新的在结构上与I类Clp ATPase类似的核蛋白。分析发现，在独脚金内酯存在条件下，D53蛋白可与两个已知的独脚金内酯信号分子D14、D3互作，形成D53D14SCFD3蛋白复合体，使D53蛋白泛素化，进而被蛋白酶体特异降解，诱导下游目标基因表达，使独脚金内酯信号响应。该结果首次在遗传和生化层面上证实了D53蛋白作为独脚金内酯信号途径的抑制子参与调控植物分枝(蘖)生长发育，具有重要科学意义。不仅为水稻株型改良提供重要理论基础，也为籼粳交杂种优势利用提供有用的基因和材料。　　该结果以Article Research形式在2013年12月26日《Nature》上正式发表，目前已被SCI他引31次。该杂志同期News & Views栏目为本研究发表了专题评述，认为&ldquo D53蛋白的发现为研究独脚金内酯和其他激素信号途径提供了积极帮助，并对调节植物营养分配与利用具有深远的影响&rdquo 。　　六、高温气冷堆主氦风机工程样机研制　　高温气冷堆主氦风机工程样机项目由国家科技重大专项支持，集合高校与企业力量协同创新，并已经取得重大成果。成功研制的高温气冷堆主氦风机，无论功率还是技术水平都属于世界领先，是世界高温气冷堆先进核电技术研发中的主要技术难关。该成果是我国自主创新在先进核能核心装备技术上的重大突破,对于我国自主创新的高温气冷堆示范电站建设具有重大意义。　　主氦风机是高温气冷堆核电站的心脏装备。在研制过程中解决了多个重大技术问题，如主氦风机整机总体设计，大型氦气置入式立式高速电动机的研制，电磁悬浮轴承支撑的转子动力学分析，高性能叶轮的研制，大电流、高压差、高电压一回路边界电气贯穿件的研制等。　　主氦风机的转子采用现代最新科技成果电磁轴承进行支撑。风机转子重量约4吨，完全采用电磁悬浮轴承支撑，实现了非接触无磨损运行，不需要润滑油系统。这是电磁轴承技术在世界上首次用于反应堆设备。　　主氦风机工程样机由清华大学核能与新能源技术研究院负责总体技术并提供电磁轴承，同时负责整机调试及试验，佳木斯电机负责电机，上海电气鼓风机厂负责叶轮及整机总装和试验平台，中核能源公司负责项目管理和质保。它的研制成功也是先进核能技术协同创新的重大成果。　　七、具有极高硬度和稳定性的纳米孪晶金刚石　　天然金刚石一直被认为是自然界中最硬的材料。自从1955年人类成功合成金刚石起，合成出比天然金刚石更硬的材料就成为科学界和产业界的共同梦想。燕山大学田永君教授领导的中外研究团队，在建立的多晶共价材料硬化模型指导下，采用洋葱碳为前驱体，成功合成出具有极高硬度和热稳定性的纳米孪晶金刚石，孪晶的平均厚度仅为5纳米。纳米孪晶金刚石的维氏硬度可达200GPa，是天然金刚石的2倍，实现了人类合成比天然金刚石更硬材料的梦想 其韧性也比金刚石单晶提高了一倍，且抗氧化温度比天然金刚石高出200摄氏度以上。硬度、韧性和热稳定性三大指标的显著提高将使这类超硬工具的寿命成倍提高。　　本成果发表在2014年6月的《Nature》杂志上，杂志封面和目录页分别进行了导读，题为&ldquo 极致的金刚石：纳米孪晶合成将其硬度及热稳定性推至顶峰&rdquo 和&ldquo 硬科学：合成的金刚石日渐强大&rdquo ，杂志同期的News & Views栏目刊文&ldquo 金刚石变得更硬&rdquo 也详细介绍了该项工作。本成果引起了学术界的广泛关注和高度评价，Nano Today、Materials Today等杂志以及科技日报、参考消息、赫芬顿邮报、芝加哥论坛、洛杉矶时报等新闻媒体和科学网站都进行了报道。　　八、肝硬化中肠道菌群的改变的研究　　2014年7月，浙江大学李兰娟院士领衔的团队，首次通过肠道微生态宏基因组技术，确定了肝硬化肠道微生物组的特征，成果发表在《Nature》杂志。　　该研究从中获得269万个非冗余的人体肠道微生物菌群的基因集，首次建立了世界上第一个肝硬化肠道菌群基因集，包含269万个基因，其中36.1%即97万个为首次发现的基因 同时，阐明了肝硬化肠道菌群的结构变化 并通过基因标记物的聚类分析，发现了28种细菌与肝硬化密切相关，其中多个细菌是在肝硬化患者中首次发现，38种与健康人密切相关。此外，首次发现肝硬化患者口腔菌侵入到肠道，而健康人中没有此现象，可能对肝硬化发生发展产生重要影响 还发现了15个高特异性和灵敏性的微生物基因，建立了预测疾病的模型，今后不仅有助于肝硬化诊断，还能用于肝硬化疗效的评估。　　这是李院士领衔的科研团队20年肝病微生态研究的结晶，他们对微生态在肝病发生发展中的作用机制做了大量艰苦的研究，取得了系列原创性成果，具有重大国际影响力。2013年9月，李兰娟院士当选为第五届国际人体微生物组联盟(IHMC)主席，成为首个在该组织担任主席职务的中国人。同时将作为大会主席举办2015年卢森堡国际人类微生态大会，引领国际微生态的学科发展方向。　　九、全球变暖减缓的特征与机制　　过去十几年间，人为温室气体加速排放，但全球表面温度上升速度却明显减缓。这些现象导致有些人开始质疑人类活动对全球气候变暖的影响作用。而气候学家则一直致力于寻找现象背后的物理本质。中国海洋大学陈显尧教授和美国华盛顿大学Ka-Kit Tung教授的最新合作研究结果表明，全球气候变暖的步伐并没有减缓，只是热量在气候系统各组成部分中的分配发生了变化。过去十几年间，大洋热盐环流将气候系统吸收的热量更多地输送至深层海洋，从而减缓了地球表面温度上升的速度。　　大西洋表面热盐环流可以把热带高温高盐水输送到北大西洋北部，在那里海水向大气失热，变得更重而沉入深海，并形成北大西洋深层水向南输送。通过分析观测数据，陈显尧和Ka-Kit Tung发现上世纪90年代后期，北大西洋北部海水温度&mdash 盐度持续上升，由此推测大洋热盐环流的下沉分支可能变强，从而向深层海洋输送了大量热量而减缓表面温度上升。分析表明类似现象曾发生在上世纪50&mdash 70年代，北大西洋0&mdash 1500米层海洋的温度和盐度具有显著并同步的多年代际振荡特征。　　这一成果说明了海洋在气候变暖的进程中起着至关重要的调控作用，也凸显了加强海洋观测模拟和分析对提高气候预测能力的重要性和紧迫性。　　十、复合离子液体碳四烷基化生产高品质清洁汽油新技术　　环保要求日益严格呼唤更清洁的汽油。碳四烷基化汽油具有高辛烷值、无硫、无烯、无芳等优点，是最理想的清洁汽油调和组分。传统工艺以浓硫酸或氢氟酸为催化剂，存在严重的设备腐蚀及潜在的环境污染与人身危害等重大问题，其工业应用受到了越来越大的挑战。因此，环境友好的碳四烷基化技术的开发一直是世界炼油工业的焦点。　　中国石油大学(北京)徐春明教授和刘植昌教授所带领的研究团队，创新性地开发成功兼具高活性和选择性的复合离子液体催化剂 开发成功复合离子液体碳四烷基化新工艺，发明了催化剂活性监测方法和再生技术 开发成功管道反应器、旋液分离器等专用设备，建成世界首套&ldquo 10万吨/年复合离子液体碳四烷基化工业装置&rdquo 。工业运行结果表明，产品辛烷值高达97以上，吨烷油催化剂当量消耗5公斤，吨烷油能耗157kgEO。中国石油和化学工业联合会成果鉴定认为&ldquo 该技术具有自主知识产权，总体技术处于国际领先水平，具有广阔的应用前景和推广价值&rdquo 。该技术的成功应用，为我国乃至世界商品汽油的清洁化和全面质量升级提供了一种崭新的解决方案。　　该技术获17项国际发明专利、10项中国发明专利，发表论文30余篇。于2014年9月获得中国石油和化学工业联合会唯一的技术发明特等奖。

p style="text-indent: 2em "strongspan style="text-indent: 2em "仪器信息网讯/span/strongspan style="text-indent: 2em " 2月25日，日立高新技术公司（TSE：8036）的全资子公司日立分析仪器（HitachiHigh-Tech Analytical Science）推出strongspan style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "新型FT160XRF光谱仪/span/strong，该分析仪提供三种基座配置选择方案用于纳米级镀层分析。日立分析仪器主要致力于分析和测量仪器的制造和销售。/span/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 451px height: 301px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202002/uepic/c29354c7-1547-456d-ac6a-6c7087db5a33.jpg" title="日立新品.png" alt="日立新品.png" width="451" height="301" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) text-indent: 0em "FT/spanspan style="color: rgb(0, 176, 240) text-indent: 0em "160 XRF镀层分析仪/span/pp style="text-indent: 2em "随着新型FT160系列在日本率先推出，日立分析仪器目前已在中国、北美、欧洲、中东和非洲销售FT160系列镀层分析仪并提供相关服务。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "日立推出的该款最新一代镀层分析仪旨在应对测量小型部件上的超薄镀层所带来的挑战。/spanFT160是一种台式EDXRF（能量色散x射线荧光）分析仪，配有强大的软件和硬件，能实现高样品处理量，且任何操作员均能获取高质量结果。由于FT160系列专为在生产质量控制中发挥关键作用而设计，span style="color: rgb(0, 112, 192) "因此其可在半导体、电路板和电子元件市场中被广泛应用/span。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong▋/strong/spanstrong测量纳米级的镀层/strong/pp style="text-indent: 2em "FT160配置高端部件，可以提供精细结构上的超薄镀层的元素分析。毛细管聚焦光学镜能聚焦直径小于30μm的X射线束，从而在样品上集中更大强度且其可测量的部件尺寸小于传统准直器可测量的部件尺寸。高灵敏度、高分辨率日立分析仪器硅漂移探测器（SDD）充分利用光学系统测量微电子和半导体上的纳米级镀层。高精度样品台和具备数字变焦功能的高清摄像头可快速定位样件，以提高样品处理量。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "日立分析仪器产品经理Matt Kreiner表示/span：“在之前产品的成功基础上所推出的FT160能提供重新设计的照明布置以提高零件的可视性并便于定位，且新的配置选择方案可确保特定应用的最佳性能并为繁忙的测试实验室提供新的紧凑型基座配置要素。该产品系列硬件和分析能力的不断发展使我们的客户更容易在快速发展的微电子领域控制生产。FT160是对我们镀层仪器综合系列的补充，这归功于日立45多年的XRF镀层分析仪的开发经验。”/pp style="text-indent: 2em "FT160系列现已允许订购。可通过点击文末a href="https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104100/product.htm" target="_blank" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 176, 240) "日立分析仪器厂商展位/span/a联系日立分析仪器。/pp style="text-align: left text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong▋/strong/spanstrong关于日立分析仪器/strong/pp style="text-align: left text-indent: 2em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 354px height: 80px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202002/uepic/db00c146-e659-42ad-b762-773a6727b57f.jpg" title="00.png" alt="00.png" width="354" height="80" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: left text-indent: 2em "日立分析仪器是日立高新技术集团于2017年7月创立的全球性公司。其总部位于英国牛津，其在芬兰、德国和中国从事研发和装配业务并在全球多个国家开展销售和支持业务。其产品系列包括：/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span FT160、FT110和X-Strata微焦斑XRF光谱仪，能测量单层和多层镀层（包括合金层）的镀层厚度，可成为质量控制或过程控制程序以及研究实验室的专用分析仪。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span EA1000、EA6000和HM1000 RoHS（有害物质限制指令）分析仪适用于RoHS 1和RoHS 2测试，使用便捷，能够很好适应限制指令的变化。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span DSC7000X、DSC7020、NEXT STA、STA7000、TMA7100、TMA7300和DMA7100系列热分析仪已经过优化，可检测最小反应并使其可视化，同时具有坚固耐用、可靠且易于使用的特点。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span EA8000 x射线颗粒污染物分析仪用于锂离子电池生产中快速有效的质量控制。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span Lab-X5000和X-Supreme8000台式XRF光谱仪可为石油、木材处理、水泥、矿物、采矿和塑料等多种行业提供质量保证和过程控制服务。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span OE750、PMI-MASTER、FOUNDRY-MASTER和TEST-MASTER系列分析仪被世界各地的行业用于进行快速和精确的金属分析。该仪器采用直读光谱分析技术，可测定所有重要元素，能提供低检测限和高精度，包括钢中的碳和几乎所有金属中所有技术相关的主要和痕量元素。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span X-MET8000手持式光谱仪被成千上万的企业用于通过XRF精密技术进行简单、快速和无损的合金分析、废金属分拣和金属牌号筛选。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "□/span 采用LIBS激光技术的Vulcan手持式光谱仪只需一秒即可识别金属合金，是世界上分析速度最快的分析仪之一。这对需要处理大量金属的企业而言非常有利。/ppbr//p

纳米银作为常见的抑菌成分在很多生活用品中都能找到，比如无臭衣服，防霉浴帘，食品容器及食品砧板。有些商家甚至将纳米银颗粒添加到膳食补充剂中，宣称可以提高免疫力，广为宣传。但是，没有任何一种含胶体纳米银的保健品被认为是安全有效的。事实上不仅仅是保健效果，连所谓的独家技术和高科技成果都是忽悠人的。美国FDA禁止了纳米银保健品，也有研究发现纳米银会对肺部、神经及皮肤产生毒性。甚至能渗入大脑、进入胎盘、干扰精细胞。而且银纳米颗粒排放到环境中，可能会对植物和水生生物造成影响。单颗粒ICP-MS (SP-ICP-MS)技术，可用于非常低的颗粒浓度，大小，大小分布和溶解浓度的测定，使得SP-ICP-MS成为评估纳米颗粒在不同环境介质中命运的常规技术。本实验使用NexION ICP-MS测定了三种市售含有银纳米颗粒的三种营养补充剂，实际看看这些保健品中的银纳米颗粒数量和尺寸。样品三个市售营养补充剂样品置于超声波浴中超过5分钟，以确保颗粒被均匀地分布在溶液中并减少结块。样品依次用实验室一级去离子水稀释并定容到50mL聚乙烯样品管中。对样品和参比溶液进行稀释，使得所述颗粒的浓度为约20万个粒子/mL。实验使用Ted Pella公司柠檬酸盐缓冲液中的20nm，50nm和80 nm的银纳米颗粒悬浮液来计算尺寸和传输效率。通过建立0.5-5 μg/L的标准曲线来进行测定溶解银离子浓度。所有SP-ICP-MS测定均是在NexION 350D ICP-MS (PerkinElmer, Shelton, CT )标准模式（无气体）和Syngistix纳米应用模式下操作的。所有仪器的工作条件见下表。实验结果下面两图展示了1号样品和2号样品中银纳米颗粒的尺寸分布图。两者都使用了对数正态拟合方式进行计算，见图中的实线部分。样品1的数据显示颗粒的一个明显的分布约为15nm，而样品2的数据显示颗粒的分布为约33nm。Syngistix纳米应用模块给出了样品的颗粒浓度和溶解浓度。Ted Pella™ 50 nm AgNP标准溶液用于样品审核控制。48nm作为最常见的尺寸与给定值50nm非常吻合，并且所测量的颗粒浓度与制造商给出的2.5 E+10颗粒/mL浓度值非常吻合。结论使用珀金埃尔默NexION 350 ICP-MS和Syngistix纳米应用模块，对市售的3中营养补充剂中的纳米银颗粒进行了测定。单粒子的ICP-MS能实现分析物的溶解离子和颗粒形式之间的分离和定量。在一次分析中，颗粒成分，浓度，尺寸和尺寸分布，均可直接进行测定。扫描下方二维码，即可下载采用ICP-MS对营养补充剂中银纳米粒子单粒子的特性研究相关应用报告。

2023年初，布鲁克发布了新款SKYSCAN 2214 CMOS版显微镜。这是一款基于纳米CT（计算机断层扫描）的多尺度X射线显微镜，适用于工业应用和学术研究。在CMOS版本中，SKYSCAN 2214平台引入了最新的科研及CMOS（sCMOS）探测器技术，将高分辨率的尖端X射线成像性能提升至新的水平。SKYSCAN 2214 CMOS版X射线显微镜SKYSCAN 2214 CMOS版本保留了创新的模块化设计，可配置多达四个探测器，用户只需触摸按钮，即可选择适合其样品及应用的探测器。这一独特设计包括一个600万像素（6 Mp）平板探测器和三个经过优化的1500/1600万像素（15/16 Mp）sCMOS探测器。这些探测器能够以优于500 nm的真实三维空间分辨率，提供高质量的视场。此外，由于动态范围大和超低噪声，这些新型sCMOS探测器在同一物体的高密度和低密度特征成像方面表现出色。功能全面的用户友好型3D.SUITE软件可实现便捷的数据采集、高级图像分析和强大的可视化功能，是对SKYSCAN 2214 CMOS版本的有力补充。这一强大的软件套件包括多项高级功能，例如，对螺旋扫描进行精确重建，可实现平面特征的无伪影成像，以及可变步长断层扫描，从而能够更高效地扫描高纵横比对象。此外，用相位还原算法对基于传播的相位对比X射线进行成像，可揭示那些只使用吸收对比成像的情况下被隐藏的特征。SKYSCAN 2214 CMOS版本采用低维护设计，从而延长了系统的正常运行时间，降低了使用成本。布鲁克AXS三维X射线显微镜产品线经理Geert Vanhoyland博士指出：“SKYSCAN 2214 CMOS版本经实践验证的超高分辨率纳米级CT是推动尖端材料科学（例如，开发轻质高强度复合材料）进步的关键因素。sCMOS探测器的视场显著扩大，因而能够以最高分辨率，提供泡沫结构等多孔材料的有统计意义的相关影像。此外，通过这些新型sCMOS探测器实现的影像质量提升而显著获益的当代研究领域还包括燃料电池，以及其他储能设备。”布鲁克BioSpin Micro-CT市场产品及应用经理Kjell Laperre博士表示：“SKYSCAN 2214 CMOS版本还可帮助推动临床前成像技术的进步。sCMOS探测器将扩展视场与真正的高分辨率相结合，支持对广泛样品进行体外成像，并提供对矿化组织和软组织的无伪影分析（例如，骨成像和牙科成像、肺成像或肿瘤血管化）。此外，在不断发展的动植物生物学研究领域，这套顶级的纳米级CT系统提供了以极高分辨率研究细小物体的终极工具。”