纳米线气体传感器

中科院化学所光化学院重点实验室的科研人员利用有机纳米光子学材料，实现了高效化学气体传感，相关成果发表在近期出版的国际期刊《先进材料》杂志上，并被作为即将出版的《先进光学材料》的内封面文章重点介绍。　　据了解，光波导传感器具有普通传感器无法比拟的灵敏度高、体积小、抗电磁干扰、便于集成等优点，在气体与生物传感中扮演着越来越重要的角色。　　中科院化学所光化学院重点实验室的研究人员近年来一直致力于低维有机光子学方面的研究，围绕光子学集成器件中所需要的光波导、微纳光源、光子路由器等开展了一系列探索工作。　　近来，他们又在有机纳米材料电化学荧光转换方面取得突破，相关工作证实了低维有机材料在纳米光子学领域的巨大潜力，为实现有机纳米光子学传感器件奠定了基础。　　最近，在国家自然科学基金委、科技部和中科院的支持下，科研人员在前期工作的基础上，通过超分子自组装方法制备出二元有机复合纳米带，利用荧光共振能量转移中受体的杠杆效应，制备出高效的酸碱气体传感器。他们进一步将有机金属配合物的单晶纳米线引入电化学发光传感体系，实现了对生物分子多巴胺的高效、灵敏检测，相关工作发表在《先进材料》杂志上。　　在此基础上，研究人员与活体分析化学实验室合作，制备出有机核/壳纳米结构作为光波导传感器，利用核壳之间的消逝波耦合，有效地放大了波导材料对气体的响应，从而实现了对H2O2气体的快速、高灵敏、高选择性的原位检测。

在最新一期的Nano Letters上(Nano Lett., 2011, 11 (9), pp 3974–3978, DOI:10.1021/nl202303y)，中科院上海微系统与信息技术研究所王跃林/李铁课题组与上海应用物理研究所樊春海课题组以快报形式报导了他们在超高灵敏硅纳米线DNA传感器方面的合作研究进展。　　研究人员在传统半导体加工技术的基础上，利用硅材料自身的工艺选择性，基于自上而下方法发展了硅纳米线加工技术，并实现了纳米级尺寸的精确控制。硅纳米线不但宽度可以达到20纳米，而且其三角形截面具有更大的比表面积，有利于器件性能的提高，为批量制备高检测灵敏度的阵列FET生物传感器迈出了坚实的一步。　　通过对硅纳米线进行硅烷化修饰、表面单分子膜层自组装以及单链DNA探针的固定，他们研制的DNA传感器成功实现了对低至1 fM 的DNA靶标分子的响应，这是目前已报导的最灵敏的基于硅纳米线FET的DNA传感器。　　这种DNA传感器还可以实现对单碱基错配的分析和对多种病原DNA序列的同时检测。

p 据麦姆斯咨询报道，纳米气体传感器创新厂商AerNos近日宣布，它们开发出了一款微型、高精度、经济型纳米气体传感器，能够同时探测多种ppb级(十亿分之一)的有害气体，这款气体传感器专为物联网互联设备集成而设计。/pp　　利用AerNos专利的AerCNT技术，其智慧城市空气污染纳米气体传感器(AerSCAP)产品线得以探测一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、地表臭氧、二氧化硫以及瓦斯泄漏。目前，AerNos AerSCAP产品提供三种配置，分别能够支持同时探测3、4、7种有害气体。AerNos AerSCAP产品为固定式和移动应用进行了优化设计，能够方便的集成进入现有的城市基础设施，如街灯、泊车计时器、交通灯、监控系统、公共运输系统以及其他智慧城市实施。/pp/p

p　　2月17日，Wiley集团出版社所属的材料类期刊Advanced Functional Materials 在线发表了由中国科学院新疆理化技术研究所微传感实验室研究员窦新存团队独立撰写的题为Emerging and Future Possible Strategies for Enhancing 1D Inorganic Nanomaterials-Based Electrical Sensors towards Explosives Vapors Detection 的综述文章。/pp　　爆炸物检测作为反恐防爆的重要措施正日益彰显出广阔的应用前景。爆炸物蒸气检测技术具有非接触、采样简单、可靠性高、性能优异、多功能集成、可以批量生产等优点，使爆炸物探测器实现小型化、低成本和高精度成为可能。一维无机纳米材料具有大的比表面积、量子限域效应、高的反应活性、突出的电学、光学与化学性质及各向异性等优点，并且其结构、性质调整可控。因此，一维无机纳米材料是构建爆炸物传感器的理想纳米单元。然而爆炸物检测领域面临着诸多挑战，例如生产工艺成本高、能耗大，材料组装和排布形成器件难度大，器件稳定性、重复性差等，灵敏度不够高，难以识别种类繁多的爆炸物等。/pp　　新疆理化所科研人员首先全面系统地总结和评述了2010年以来发表的基于一维无机纳米材料的爆炸物蒸气检测工作，并根据在增强电学传感器性能过程中使用的不同策略，将这些工作分为有序排布的阵列、表面修饰、光电增强、柔性设计、肖特基结以及传感器阵列构建几个方面。科研人员还提出了可应用在增强爆炸物检测的电学传感器性能上的策略和方法，包括垂直的阵列结构、一步构建的有序结构、“锁钥”设计、自驱动传感以及可转移和穿戴的传感器设计等。该综述文章通过总结典型的基于电学传感器的爆炸物蒸气检测工作，提炼出了先进可行的实验方法，并且在面对实验室工作与实际检测之间的差距时，提出了一些解决现有问题的可行性方案，同时提出了非制式爆炸物检测被忽视的问题，为未来基于电学传感器的爆炸物检测工作提供了新的研究思路和理论依据。/pp　　该实验室自2012年以来，长期从事微传感方面的研究，尤其致力于开拓爆炸物检测的新理论、新方法、新材料方面，取得了一系列重要成果，截至目前，已在Advanced Functional Materials, Advanced Optical Materials, Small, Nanoscale，Journal of Materials Chemistry，Journal of Physical Chemistry C 等国际期刊上发表10余篇学术论文，提出了肖特基结构建、过渡金属掺杂、缺陷态控制、晶面调控、光电催化检测等用于爆炸物检测的新思路。此次发表的专题综述文章同时对微传感实验室在该方面的科研成果进行了总结，例如利用插层调控肖特基结的势垒高度和吸附能来增强硅纳米线阵列/石墨烯的检测性能(Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 4039)，引入光照增强气敏检测的性能(Nanoscale 2013, 5, 10693)。/pp　　该工作得到国家自然科学基金、中科院“百人计划”、创新基金等项目的资助。/ppbr//p

自然界中的生物视觉系统因其多样化的功能引人注目，尤其是具有非凡视觉能力的复眼系统，如宽阔的视场角和强大的运动跟踪能力，在机器视觉的实际应用中具有巨大的潜力。当前制造复眼系统通常采用可变形电子技术，然而该技术面临包括全局形变的复杂性、应力稳定性、几何限制、以及光学组件与探测器单元之间不匹配的潜在问题，因此开发一体化的人工复眼系统并将其集成到自主平台如机器人或无人机上实现特定的视觉功能极具挑战性。近期，香港科技大学范智勇教授团队开发了一种独特的针孔复眼（PHCE）系统，该系统集成了3D打印的蜂窝状光学结构和半球形的全固态高密度钙钛矿纳米线（PNA）光电探测器阵列。这种无透镜的针孔结构（PHA）可以根据底层图像传感器的需求，设计制备出任意布局。该团队通过对比光学模拟和成像结果验证了该视觉系统的关键特性和功能，包括超宽视场、精准的目标定位和运动跟踪能力。该团队进一步演示了PHCE系统在无人机上的功能集成，使其能够跟踪地面上的四足机器人。这种独特的空中-地面协作机器人互动展示了PHCE系统在未来多机器人协作和机器人群技术开发中的潜在应用前景。相关工作以“An ultrawide field-of-view pinhole compound eye using hemispherical nanowire array for robot vision”为题发表于国际顶级学术期刊《Science Robotics》，并当选当月封面文章。香港科技大学电子与计算机工程系博士后周宇、孙梽博和博士研究生丁宇宬为文章共同第一作者，香港科技大学电子与计算机工程系讲席教授范智勇为文章通讯作者。该工作得到了香港研究资助局项目、粤港澳联合实验室项目、科学探索奖以及中银香港科技创新奖的大力支持。图1. PHCE及其集成组件的示意图和图像。(A)PHCE整体结构示意图。(B)PHCE系统的剖视图。(C)半球形多孔氧化铝膜中钙钛矿纳米线的横截面电镜图像和宏观照片。(D)强盗蝇眼的宏观照片。(E)安装在印刷电路板上的PHCE系统的侧视照片。(F)相邻针孔单元的横截面示意图。(G) 不同小眼间角下针孔像素数量与整体视场角的相对关系。(H)单个针孔和针孔阵列角度依赖的归一化强度分布。要点：研究者受到昆虫（例如强盗蝇）复眼独特几何结构的启发，设计了蜂窝状的针孔阵列，通过光学计算和模拟仿真优化了有限像素数下的接受角Δφ、小眼间角ΔΦ，确定了对应针孔的最佳长度直径比，可以消除相邻小眼之间的盲区并减少光效率损失。研究者使用摩方精密面投影微立体（PμSL）光刻3D打印技术（nanoArch P140，精度：10 μm）制备了对应几何参数的针孔阵列，并与半球壳的凸面共形，原料为光敏树脂。由于高打印自由度和简化的结构，上述针孔阵列的参数可以很好地设计和协调，以满足对应图像传感器的需求。图2. 钙钛矿纳米线光电探测器的性能。(A)多孔氧化铝膜中不同钙钛矿纳米线的光致发光光谱。(B)不同组分钙钛矿纳米线的X射线衍射光谱。(C)单像素纳米线光电探测器各部分能级关系。(D)单像素探测器的时间依赖开/关光响应。(E)单像素光电探测器的光强依赖光电流密度和响应度。(F)未封装单像素光电探测器的工作稳定性。要点：钙钛矿纳米线是在氧化铝纳米通道内以铅纳米线作为前驱体之一生长的，未完全消耗的铅与钙钛矿形成接触，在除去基底后，通过热蒸镀的方式制备凹球面的铟电极，研究者使用PμSL 3D打印技术制备了与半球壳凹面共形的掩膜版。氧化铝多孔结构为钙钛矿材料提供了天然的封装，提高了器件的工作性能。通过调节钙钛矿中的卤素和金属元素，PNA光电探测器感测区域可以从可见拓展到近红外。在弱光下，探测器的响应度可达到2.9 A/W，随着光照强度的增加，光电流增加而响应度减小。此外，未封装的器件在常规环境中存放 10 个月后，仍保持超过80%的原始光电流数值。图3. PHCE系统的成像能力。(A)测量装置的示意图。(B)半球形成像系统的视场测量。(C)捕获的圆形图案图像。(D)捕获的十字和三角图案图像。要点：研究者集成了由121个小眼构成的单目复眼系统，半球形的几何结构赋予整个系统约140°的大视场角。PHCE系统能够在广阔的视场内成像。由聚光灯生成的圆形、十字和三角图案可以被PHCE系统准确捕获并成功识别。上述实验成像效果与模拟仿真结果高度吻合。图4. PHCE系统的目标定位和无人机运动跟踪。(A)包含两个 PHCE 的双目视觉系统照片。(B)双目视觉系统的工作原理。(C)在3D空间中移动点光源的空间位置和生成的移动路径。(D)无人机运动跟踪的工作原理。(E)安装在无人机上的PHCE照片。(F)-(H)光源和无人机移动期间的相对位置照片以及由无人机上的PHCE捕获的相应图像。要点：为了精确定位点光源在3D空间移动轨迹，研究者进一步构建了基于一对PHCE（分别具有37个小眼）的双目复眼系统，其中两个PHCE之间的角度固定为60°，整体视场增加到220°。双目系统可将整个区域可以分为三部分，即盲区、运动检测区和精确定位区。双目复眼捕获运动光源在不同位置的图像，研究者可以解析这些位置并重建其在3D空间中的运动轨迹。由于PHCE系统出色的角度选择性，研究者进一步将其安装在可编程的商业无人机上，实现了对载有点光源的四足机器人运动的实时定位和追踪。综上所述，受到昆虫复眼系统的启发，研究者设计并制造了一种独特的针孔复眼系统，具有广阔的视场、精确的目标定位和动态运动跟踪能力。通过进一步改进和技术升级，包括缩小设备尺寸、增加小眼数量、提高成像分辨率和响应速度，该复眼系统有望实现在智能光电传感和机器人技术领域的广泛应用。

作为一种新型的二维纳米材料，石墨烯以其独特的物理性质引起了极大的关注。和其它结构相比，石墨烯具有极高的电导率、热导率、及出色的机械强度 并且作为单原子平面二维晶体，石墨烯在高灵敏度检测领域具有独特的优势。然而目前人们对石墨烯与生物的界面却知之甚少，这一问题的研究对于石墨烯能否应用于生物电子学至关重要。　　国家纳米科学中心方英课题组和美国哈佛大学Lieber课题组合作首次成功制备了石墨烯与动物心肌细胞的人造突触。研究人员首先通过纳米加工技术得到高信噪比的石墨烯场效应晶体管集成芯片，进而在芯片表面培养鸡胚胎心脏细胞。研究发现，石墨烯和单个心肌细胞之间形成稳定接触，实现了对细胞电生理信号的高灵敏度、非侵入式检测。更重要的是，该研究第一次实现了通过门电势的偏置引起同一石墨烯器件n型和p型工作模式的转变，进而在细胞电生理过程中得到了相反极性的石墨烯电导信号，充分证明了测量生物信号的电学本质。另外，研究人员进一步比较了不同尺寸石墨烯生物传感器、石墨烯与硅纳米线集成传感体系对同一心肌细胞的检测，为发展高集成纳米生物传感阵列提供了理论指导和实验基础。　　该项工作建立了一维、二维纳米材料与细胞相结合的独特研究体系，将为生物电子学的研究带来新的机遇。相关结果已经发表在2010年3月的Nano Letters上(http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/nl1002608,)，上述研究工作得到中国科学院院长特别基金和国家自然基金委面上项目的支持。

Fig. 1: View of the SuperMaMa laboratory at the University of Vienna. The hanging gold-plated insert is the radiation shield behind which the superconducting nanowire detectors are installed. C: Quantennanophysik @ Universität Wien　　Fig. 2: Counting single proteins with a superconducting nanowire. The background and nanowire are altered in Photoshop with the Generative Fill AI. (Human Insulin PDB:3I40). C: CC BY-ND 4.0 Quantum Nanophysics University of Vienna.　　据奥地利维也纳大学(University of Vienna, Boltzmanngasse, Vienna, Austria.)2023年12月4日提供的消息，由维也纳大学量子物理学家马库斯阿恩特(Markus Arndt)领导的国际研究团队在蛋白质离子检测方面取得突破：超导纳米线探测器凭借其高能量灵敏度，实现了蛋白质离子检测的突破(Quantum physics: Superconducting Nanowires Detect Single Protein Ions)。几乎100%的量子效率，比传统离子探测器在低能量下的探测效率高出1000倍。与传统探测器相比，它们还可以通过冲击能量来区分大分子。这允许更灵敏地检测蛋白质，并提供质谱分析中的附加信息。这项研究的结果于2023年12月1日已经在在《科学进展》(Science Advances)杂志网站发表——Marcel Straus, Armin Shayeghi, Martin F. X. Mauser, Philipp Geyer, Tim Kostersitz, Julia Salapa, Olexandr Dobrovolskiy, Steven Daly, Jan Commandeur, Yong Hua, Valentin Köhler, Marcel Mayor, Jad Benserhir, Claudio Bruschini, Edoardo Charbon, Mario Castaneda, Monique Gevers, Ronan Gourgues, Nima Kalhor, Andreas Fognini, Markus Arndt. Highly sensitive single molecule detection of macromolecule ion beams. Science Advances, 1 Dec 2023, Vol 9, Issue 48. DOI: 10.1126/sciadv.adj2801. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj2801　　参与此项研究的除了来自维也纳大学的研究人员之外，还有来自奥地利科学院(Austrian Academy of Sciences, Boltzmanngasse, Vienna, Austria)、荷兰MSVision(MSVision, Televisieweg 40, 1322 AM Almere, The Netherlands)、荷兰单量子(Single Quantum, Rotterdamseweg 394, 2629 HH, Delft, The Netherlands) 瑞士巴塞尔大学(University of Basel, St. Johannsring 19, CH-4056 Basel, Switzerland)以及瑞士洛桑联邦理工学院(école Polytechnique Fédérale de Lausanne简称EPFL, Rue de la Maladière 71b, CH-2002 Neuchatel, Switzerland)的研究人员。　　大分子的检测、识别和分析在生命科学的许多领域都很有趣，包括蛋白质研究、诊断和分析。质谱法通常用作检测系统即一种通常根据带电粒子(离子)的质荷比分离带电粒子(离子)并测量检测器生成的信号强度的方法。这提供了有关不同类型离子的相对丰度的信息，从而提供了样品组成的信息。然而，传统探测器只能对具有高冲击能量的粒子实现高探测效率和空间分辨率——这一限制现已被使用超导纳米线探测器的国际研究团队克服。　　低能粒子的合力(Joined forces for low energy particles)　　在当前的研究中，由维也纳大学与代尔夫特的单量子、EPFL、MSVision和巴塞尔大学的合作伙伴协调的欧洲联盟首次展示了超导纳米线的使用所谓的四极杆质谱(quadrupole mass spectrometry)中蛋白质束的优秀检测器。待分析样品中的离子被送入四极杆质谱仪并进行过滤。“如果我们现在使用超导纳米线而不是传统探测器，我们甚至可以识别以低动能撞击探测器的粒子，”维也纳大学物理学院量子纳米物理小组(Quantum Nanophysics Group at the Faculty of Physics at the University of Vienna)的项目负责人马库斯阿恩特 (Markus Arndt) 解释道。这是通过纳米线探测器的特殊材料特性(超导性)实现的。　　借助超导技术实现这一目标(Getting there with superconductivity)　　这种检测方法的关键是纳米线在非常低的温度下进入超导状态，在这种状态下它们失去电阻并允许无损电流流动。进入离子对超导纳米线的激发导致返回到正常导电状态(量子跃迁)。在此转变期间纳米线电特性的变化被解释为检测信号。“通过我们使用的纳米线探测器，”第一作者马塞尔 施特劳斯(Marcel Strauß / Marcel Straus)说，“我们利用了从超导到正常导电状态的量子跃迁，因此可以比传统离子探测器性能高出三个数量级。” 事实上，纳米线探测器在极低的冲击能量下具有显著的量子产率-并重新定义了传统探测器的可能性：“此外，配备这种量子传感器的质谱仪不仅可以根据分子的质量到电荷状态来区分分子，还可以根据分子的动能对它们进行分类。这改善了检测并提供了更好的空间分辨率的可能性，”马塞尔施特劳斯说道。纳米线探测器可以在质谱、分子光谱、分子偏转或分子量子干涉测量中找到新的应用，这些领域需要高效率和良好的分辨率，特别是在低冲击能量下。图 2(Fig. 2)是用超导纳米线计数单个蛋白质。　　团队和资金(Team & Funding)　　单量子(Single Quantum)领导超导纳米线探测器的研究，洛桑联邦理工学院的专家提供超冷电子学，MSVISION 是质谱专家，巴塞尔大学的专家负责化学合成和蛋白质功能化。维也纳大学将所有组件与其在量子光学、分子束和超导性方面的专业知识结合在一起。　　本研究得到了戈登和贝蒂摩尔基金会 (Gordon and Betty Moore Foundation: 10771)、欧盟地平线2020框架计划(European Union’s Horizon 2020 Framework Programme: 860713 and 777222)的资助。　　上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。　　Abstract　　The analysis of proteins in the gas phase benefits from detectors that exhibit high efficiency and precise spatial resolution. Although modern secondary electron multipliers already address numerous analytical requirements, additional methods are desired for macromolecules at energies lower than currently used in post-acceleration detection. Previous studies have proven the sensitivity of superconducting detectors to high-energy particles in time-of-flight mass spectrometry. Here, we demonstrate that superconducting nanowire detectors are exceptionally well suited for quadrupole mass spectrometry and exhibit an outstanding quantum yield at low-impact energies. At energies as low as 100 eV, the sensitivity of these detectors surpasses conventional ion detectors by three orders of magnitude, and they offer the possibility to discriminate molecules by their impact energy and charge. We demonstrate three developments with these compact and sensitive devices, the recording of 2D ion beam profiles, photochemistry experiments in the gas phase, and advanced cryogenic electronics to pave the way toward highly integrated detectors.文章来源：科学网 诸平

有电的地方就会产生热量，而这正是缩小电子设备的一个主要障碍。一个改变游戏规则的发现，可以通过传导更多的热量来加速计算机处理器的发展进程。TEM图像显示涂有二氧化硅（SiO2）的 28Si 纳米线。来源：Matthew R. Jones 和 Muhua Sun/莱斯大学科学家们已经验证了一种硅同位素（28Si）纳米线新材料，其热导率比先进芯片技术中使用的传统硅材料高出150%。这种超薄硅纳米线器件可以使更小、更快的微电子技术成为可能，其热传导效率超过了现有技术。由有效散热的微芯片驱动的电子器件反过来会消耗更少的能源——这一改进可以减轻燃烧富含碳的化石燃料产生的能源消耗，这种能源消耗导致了全球变暖。“通过克服硅导热能力的天然局限性，我们的发现解决了微芯片工程中的一个障碍，”报道此新研究成果的科学家 Junqiao Wu 说（课题组主页，https://wu.mse.berkeley.edu）。Wu 是加州大学伯克利分校材料科学系的一名教师科学家和材料科学与工程教授。01热量在硅中缓缓流动我们使用的电子产品相对便宜，因为硅 - 计算机芯片的首选材料 - 既便宜又丰富。可是，尽管硅是电的良导体，当它被缩小到非常小的尺寸时，它就不是热的良导体——而当涉及到快速计算时，这对微小的微芯片来说却是一个巨大问题。艺术家对微芯片的渲染。来源：dmitriy-orlovskiy/Shutterstock每个微芯片中都有数百亿个硅晶体管，它们引导电子进出存储单元，将数据比特编码为1和0，即计算机的二进制语言。电流在这些辛勤工作的晶体管之间流动，而这些电流不可避免地会产生热量。热量会自然地从热的物体流向冷的物体。但是热流在硅中变得很棘手。在自然形式中，硅由三种不同的同位素组成 - 化学元素的形式，其原子核中含有相同数量的质子，但中子数量不同（因此质量不同）。大约 92% 的硅由同位素 28Si 组成，它有14个质子和14个中子；大约 5% 是 29Si，有14个质子和15个中子；只有 3% 是 30Si，相对重量级为14个质子和16个中子，合作者 Joel Ager 解释道，他拥有 Berkelry Lab（伯克利实验室）材料科学部门的高级科学家头衔，也是 UC Berkeley（加州大学伯克利分校）材料科学与工程的兼职教授。左起：Wu Junqiao 和 Joel Ager。来源：Thor Swift/伯克利实验室 Joel Ager 的照片由加州大学伯克利分校提供作为声子，携带热量的原子振动波，在蜿蜒穿过硅的晶体结构时，当它们撞击 29Si 或 30Si 时方向会发生改变，它们不同的原子质量“混淆”声子，减慢它们的速度。“声子最终看到了这个表象，并找到了通往冷端以冷却硅材料的方法，”但这种间接的路径允许废热积聚，这反过来又会减慢您的计算机速度，Ager 说。02迈向更快、更密集的微电子学的一大步几十年来，研究人员推测，由纯 28Si 制成的芯片将克服硅的导热极限，从而提高更小、更密集的微电子器件的处理速度。但是，将硅提纯成单一同位素需要付出高昂的代价和能量水平，很少有设施可以满足 - 更没有哪家工厂能专门制造市场上可用的同位素材料，Ager 说。幸运的是，2000年代初的一个国际项目使 Ager 和杰出的半导体材料专家 Eugene Haller 能够从前苏联时代的同位素制造厂采购四氟化硅气体 - 同位素纯化硅的原料。（Haller 于1984年创立了伯克利实验室的美国能源部资助的电子材料项目，并曾是伯克利实验室材料科学部门的高级科学家和加州大学伯克利分校材料科学和矿物工程教授。）这直接导致了一系列开创性的实验研究，包括 2006 年发表在《自然》杂志上的一项成果，其中 Ager 和 Haller 将 28Si 塑造成单晶，他们用它来证明量子存储器将信息存储为量子比特或量子位，单位存储的数据同时作为 1 和 0 的电子自旋。99.92% 28Si 晶体的光学图像，伯克利实验室科学家 Junqiao Wu 和他的团队使用这种材料制备纳米线。来源：Junqiao Wu/伯克利实验室随后，用 Ager 和 Haller 提纯的硅同位素材料制成的半导体薄膜和单晶显示出比天然硅高 10%的热导率——这是一个进步，但从计算机工业的角度来看，可能不足以证明花一千多倍的钱用同位素纯硅制造一台计算机是合理的，Ager 说。但 Ager 知道，硅同位素材料在量子计算之外具有的科学重要性。因此，他把剩下的东西存放在伯克利实验室一个安全的地方，以备其他科学家可能的不时之需，因为他推断，很少有人有资源制造甚至购买到同位素纯硅。03用 28Si 实现更酷的技术之路大约三年前，Wu 和他的研究生 Ci Penghong 试图找到提高硅芯片传热速率的新方法。制造更高效晶体管的其中一项策略，涉及使用一种称为环栅场效应晶体管（Gate-All-Around Field Effect Transistor，GAAFET）的技术。在这些器件中，硅纳米线堆叠以导电，并同时产生热量，Wu 解释到。“如果产生的热量不能迅速排出，该器件将停止工作，这就像在没有疏散地图的高楼中发出火灾警报一样，”他说。FinFET（鳍式场效应晶体管）和环栅场效应晶体管（GAAFET）结构示意图。来源：Applied Materials但硅纳米线的热传递甚至更糟，因为它们粗糙的表面 - 化学处理的疤痕 - 更容易分散或“混淆”声子，他解释说。由硅纳米线桥接的两个悬浮垫组成的微器件的光学图像。来源：Junqiao Wu/伯克利实验室“然后有一天我们想知道，如果我们用同位素纯 28Si 制造纳米线会发生什么？”Wu 说。硅同位素不是人们可以在公开市场上能够轻松购买到的东西，有消息称，Ager 仍然在伯克利实验室储存了一些少量的硅同位素晶体，且仍然足以分享。“希望有人对如何使用它有一个很好的想法，” Ager 说，“如 Junqiao 的新研究就是一个很好的例证。”04纳米测试后的惊人大揭秘“我们真的很幸运，Joel 碰巧已经准备好了同位素富集的硅材料，正好可用于这项研究，”Wu 说。利用 Ager 提供的硅同位素材料，Wu 研究团队测试了 1 mm 尺寸的 28Si 晶体与天然硅的导热性 - 他们的实验再次证实了 Ager 和他的合作者几年前的发现 - 块状 28Si 的导热性仅比天然硅好 10%。尽管块状晶体硅具有相对较高的热导率（室温下 κ∼144 W/mK），但当其尺寸减小到亚微米范围时，由于声子显著的边界散射，κ 会受到强烈抑制。60 K 条件下，115 nm 尺寸的硅纳米线，κ~16 W/mK, DOI: 10.1063/1.1616981；300 K 条件下，31-50 nm 尺寸的硅纳米线，κ~8 W/mK，DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.105501。现在进行纳米级别测试。Ci 使用一种化学蚀刻技术制造了直径仅为 90 nm（十亿分之一米）的天然硅和 28Si 纳米线 - 大约比一根人类头发细1000倍。为了测量热导率，Ci 将单根纳米线悬浮于两个装有铂电极和温度计的微加热器垫之间，然后向电极施加电流以在一个垫上产生热量，然后通过纳米线流向另一个垫。“我们预计，使用同位素纯材料进行纳米线的热传导研究结果只会有 20% 的增量效益，” Wu 说。但 Ci 的测量结果让他们都感到惊讶。28Si 纳米线的热导率提高不是 10% 甚至 20%，而是比具有相同直径和表面粗糙度的天然硅纳米线好 150%。这大大的超出了他们的预期，Wu 说。纳米线粗糙的表面通常会减慢声子的速度，那这是怎么回事呢？莱斯大学（Rice University）的 Matthew R. Jones 和 Muhua Sun 捕获的材料高分辨率 TEM（透射电子显微镜）图像发现了第一条线索：28Si 纳米线表面上的玻璃状二氧化硅层（SiO2）。而纳米线导热性研究的知名专家 Zlatan Aksamija 领导的马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）研究团队计算模拟实验表明，同位素“缺陷”（29Si 和 30Si 的不存在）阻止了声子逃逸到表面，其中 SiO2 层会大大减慢声子的速度。这反过来又使声子沿着热流方向保持在轨道上 - 因此在 28Si 纳米线的“核心”内不那么“混淆”。（Aksamija 目前是犹他大学（theUniversity of Utah）材料科学与工程副教授。）“这真的出乎意料。发现了两个独立的声子阻断机制 - 表面和同位素，以前被认为彼此独立的 - 现在协同作用，这使我们在热传导研究中获得了非常令人惊讶的结果，却也非常令人满意，“Wu 说。“Junqiao 和团队发现了一种新的物理现象，”Ager 说，“对于好奇心驱动的科学研究来说，这是一个真正的胜利。这真的是太令人兴奋了。”研究小组接下来计划将他们的发现推进到下一个阶段：研究如何“控制，而不仅仅是测量这些材料的热传导性能”，Wu Junqiao 说。莱斯大学、马萨诸塞大学阿默斯特分校、深圳大学和清华大学的研究人员参与了研究工作。这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持。原文信息Giant Isotope Effect of Thermal Conductivity in Silicon Nanowires，Penghong Ci, Muhua Sun, Meenakshi Upadhyaya, Houfu Song, Lei Jin, Bo Sun, Matthew R. Jones, Joel W. Ager, Zlatan Aksamija, and Junqiao Wu，Phys. Rev. Lett. 128, 085901 (2022)https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.085901

成果简报基于量子特性，电子自旋传感器具有高灵敏度，可以广泛应用于探测各种物理化学性质，如电场、磁场、分子或蛋白质动力学以及核或其他粒子等。这些独特的优势和潜在应用场景，使基于自旋的传感器成为当前热点的研究方向。Sc3C2@C80具有由碳笼保护的高度稳定的电子自旋，适用于多孔材料内的气体吸附检测。Py-COF是一种最近出现的具有独特吸附性能的多孔有机框架材料，它使用具有甲酰基和氨基的自缩合构建块制备，其理论孔径为1.38 nm。因此，一种金属富勒烯Sc3C2@C80单元（尺寸约0.8 nm）可以进入Py-COF的一个纳米孔。中国科学院化学研究所王太山研究员开发了一种基于金属富勒烯的纳米自旋传感器，用于探测多孔有机框架内的气体吸附情况。将顺磁性金属富勒烯，Sc3C2@C80嵌入基于芘基的共价有机框架(Py-COF)的纳米孔中。使用EPR技术(国仪量子EPR200-Plus)记录嵌入Sc3C2@C80自旋探针的Py-COF内吸附的N2、CO、CH4、CO2、C3H6和C3H8。研究表明，嵌入Sc3C2@C80的EPR信号有规律地随Py-COF的气体吸附性能有关。研究结果以“Embedded nano spin sensor for in situ probing of gas adsorption inside porous organic frameworks”为题，发表在Nature Communications上。利用 Sc3C2@C80 的分子自旋探测 Py-COF 的气体吸附性能在研究中，作者使用一种具有顺磁性金属富勒烯，Sc3C2@C80(尺寸约0.8 nm)作为自旋探针嵌入到基于芘基的COF(Py-COF)的一个纳米孔，检测Py-COF内的气体吸附。然后，通过记录嵌入的Sc3C2@C80 EPR信号，研究了Py-COF对N2、CO、CH4、CO2、C3H6和C3H8气体的吸附性能。研究表明，Sc3C2@C80的EPR信号有规律地随Py-COF的气体吸附性能有关。并且与传统的吸附等温线测量不同，这种可植入的纳米自旋传感器可以通过原位实时监测来探测气体的吸附和解吸。所提出的纳米自旋传感器还用于探测金属-有机框架(MOF-177)的气体吸附性能，证明了其多功能性。气体吸附性能与EPR信号的关系气压对EPR信号的影响EPR信号线宽分析用Sc3C2@C80的分子自旋法探讨MOF-177的气体吸附过程摘要Nature Communications：嵌入式纳米自旋传感器用于原位探测多孔有机框架内气体吸附Embedded nano spin sensor for in situ probing of gas adsorption inside porous organic frameworks. Nature Communications (2023)自旋传感器因其高灵敏度而备受关注。在此，我们开发了一种基于金属富勒烯的纳米自旋传感器，用于探测多孔有机框架内的气体吸附情况。为此，我们选择了顺磁性金属富勒烯Sc3C2@C80，并将其嵌入芘基共价有机框架（Py-COF）的纳米孔中。使用电子顺磁共振波谱（EPR）技术检测了Sc3C2@C80在Py-COF中吸附N2、CO、CH4、CO2、C3H6和C3H8后的信号。结果表明，嵌入Sc3C2@C80后EPR信号有规律变化，这与Py-COF的气体吸附性能有关。与传统的吸附等温线测量方法不同，这种植入式纳米自旋传感器可以对气体的吸附和解吸进行原位实时监测。所提出的纳米自旋传感器还被用于探测金属有机框架(MOF-177)的气体吸附性能、证明了它的多功能性。因此，该纳米自旋传感器适用于量子传感和精密测量。国仪量子EPR用户奖励政策细则1.IF 5.0（影响因子取最近的影响因子）的SCI、EI期刊，每篇奖励200元现金红包；2.5.0≤IF＜10的SCI期刊，每篇奖励500元现金红包；3.IF≥10的SCI期刊，每篇奖励1000元现金红包；4.如论文发表于Nature、Science或Cell期刊正刊，每篇奖励 5000元现金红包。提及国仪量子仪器型号的方法：要求在实验方法中提及仪器品牌型号：国仪量子EPR200-Plus，国仪量子EPR200M等，英文参考如下：Electron paramagnetic resonance spectroscopy spectra were measured on Chinainstru&Quantumtech (Hefei) EPR200-Plus with continues-wave X band frequency.奖励实施流程：1.用户申请：需为测试申请者及文章作者，直接联系CIQTEK应用中心应用专家、登录CIQTEK官方网址http://www.ciqtek.com、拨打CIQTEK官方服务热线400-0606-976；2.资格审核：身份审核、对相应文章发表情况、提及仪器情况及影响因子进行审核（提供相应证明：发表论文的接收函及论文原文，或已发表论文的网上版本链接）；3.审核通过后由公司统一发放奖励，发放形式协商确定。奖励申请说明：1.奖励后我司内部备注，每篇文章原则上只奖励一次；2.作品获得奖励后，即默认为作者授权主办方可以使用作者名及成果名称进行宣传推广活动，包括但不限于媒体宣传、现场展示、网络推广等；3.本政策有效期自2023年6月30日至2023年12月31日（如有变化会另行通知）；4.本奖励政策最终解释权归国仪量子（合肥）技术有限公司所有。国仪量子电子顺磁共振波谱仪近年来，国家大力支持国产高端科学仪器发展，推进高水平科技成果自立自强，国产高端科学仪器迎来了长足进步。国仪量子电子顺磁共振波谱仪为直接检测顺磁性物质提供了一种非破坏性的分析方法。可研究磁性分子、过渡金属离子、稀土离子、离子团簇、掺杂材料、缺陷材料、自由基、金属蛋白等含有未成对电子物质的组成、结构以及动力学等信息，能够提供原位和无损的电子自旋、轨道和原子核等微观尺度的信息。在物理、化学、生物、材料、工业等领域具有广泛的应用。国仪量子EPR系列

p style="text-indent: 2em "无论手机、笔记本电脑、还是电动车辆都离不开锂离子电池，它是“点燃”我们日常生活的重要能源。然而近些年，锂离子电池却因为实实在在的着火事件而引起了舆论的关注。怎样才能开发出更为安全的电池呢？据科学家在ACS期刊的纳米板块发表的文章介绍，在电池中加入纳米线不仅可以提升电池的耐火性，同时也能提升电池其他方面的性能。/pp style="text-indent: 2em "在锂离子电池中，锂离子通过电解质往返穿梭于两电极之间，传统锂离子电池的电解质是盐和有机溶剂构成的液体，很容易蒸发，是造成火灾的隐患。因此，学者们将研究的重心转向了固态电解质。被提议担起固态电解质的“人选”有很多，然而这些物质大多或稳定性不够，或不能满足大规模生产的需要，二者不可得兼。这其中，聚合物电解质因其良好的稳定性、低成本和灵活性而被认为是担当固态电解质的潜力股，但是它的导电性和力学性能却较差，因此，科学家们通过添加一系列化合物来设法提升聚合物电解质的性能。陶新永和他的研发团队制备出的硼酸镁纳米线恰好就具有良好的力学性能和导电性，如果把硼酸镁纳米线加入到固态电解质中，是否电池也会被赋予相应的良好特性呢？陶新永的团队对此十分好奇。/pp style="text-indent: 2em "他们在固体电解质中混合了5、10、15、20重量百分比的硼酸镁纳米线并进行实验观察，发现硼酸镁纳米线确实可以提升电解质的导电性，这种提升与离子通过电解质的速度和数量息息相关，离子通过电解质的速度越快，快速通过的数量越多，电解质的导电性能就越好。此外，硼酸镁纳米线的添加还使得电解质能够承受更大的压力。研究团队还测试了加入硼酸镁纳米线后电解质的可燃性，发现它几乎不可燃烧。而由硼酸镁纳米线强化的固态电解质与阴阳极配对所构成的电池，在速率性能和循环容量上都比电解质中不含硼酸镁纳米线的电池有所提升。/p

7月7日，记者从广东工业大学获悉，该校生物医药学院教授赵肃清团队与美国加州大学戴维斯分校合作，首次制备出高亲和力的可溶性环氧化物水解酶抑制剂（EC5026和TPPU）纳米抗体，并用于开发灵敏的间接竞争性免疫分析传感器。相关研究论文发表于《药物分析学报》（Journal of Pharmaceutical Analysis）。该论文第一作者为杨慧怡，通讯作者为赵肃清和Bruce D. Hammock。　　该研究以可溶性环氧化物水解酶抑制剂（EC5026和TPPU）为分析物，报道了一种基于纳米抗体的酶联免疫分析传感器的构建与应用，该传感器能够实现灵敏地、准确地对抑制剂给药后临床人体样品中抑制剂含量的监测。可溶性环氧化物水解酶抑制剂在各种动物模型中都是有效的神经性疼痛镇痛药，其中EC5026已成功通过美国FDA人体1a期试验，TPPU因其优异的药代动力学特征、靶效和体内生物活性被广泛应用于研究。　　该研究首次制备了高亲和力的EC5026和TPPU纳米抗体，并用于开发灵敏的间接竞争性免疫分析传感器。该传感器具备较高的精密度和准确度。研究表明，纳米抗体为小分子药物的临床开发和治疗过程中的监测提供了质谱法的替代和补充分析工具。

在国家自然科学基金纳米科技重大研究计划的重点项目等支持下，湖南大学教授邹炳锁领导的纳米光子学小组与美国亚利桑那州立大学教授宁存政领导的纳米光子学小组合作，成功演示了调谐范围从500到700纳米范围调谐的半导体激光芯片，创下了一个新的纳米线激光器调谐范围的世界纪录。相关文章发表在最近一期的《美国化学会杂志》上。　　宽调谐的半导体激光器拥有许多从光谱技术、光通讯，到芯片原位的生物或分子检测的用途。但实现这样的激光器一直很困难，主要是外延生长的半导体微结构的晶格失配有限，不能大幅度成分调节，因而对半导体带边影响有限，而发光受制于半导体的带边，因此无法实现大范围调谐。邹炳锁领导的纳米光子学小组成员潘安练采用一维纳米结构生长技术，可以将晶格失配大部分驰豫掉或全部消除，这样，可能得到大范围成分调节的半导体纳米线或带。　　纳米线沿一个方向布满整个基片，成分均匀变化，可以看到一个连续颜色可变的激光发射带。除了激射外，这样的合金半导体还可能在光伏太阳能电池、分子和生物检测等方面得到很大应用。　　邹炳锁领导的团队近年一直致力于一维半导体纳米结构光子学研究，并在国内率先开展纳米线光波导和纳米激光器等方面的研究，处于国内领先和国际先进水平，在多功能半导体纳米结构光子学的研究上取得了多项重要的研究成果。如潘安练、邹炳锁等教授首次合成发光颜色可以在可见光波段可调的半导体合金纳米带和纳米线，率先实现光在纳米线内长程(百微米量级)光波导，实现了硫化镉纳米线常温下的受激发射现象等。小组成员陈克求教授、王玲玲教授等对一维波导理论的研究也取得了重要成果。该小组已有多篇论文在国际著名学术期刊上发表。

p　　江汉大学曹元成教授团队与英国兰开斯特大学半导体中心首席研究员庄乾东博士团队合作研发新材料，可大幅提高红外探测灵敏度。4月10日，英国自然网站在线发表了他们撰写《基于柔性石墨基板铟砷纳米线红外光探测器》，该文将全文刊登在本月晚些时候出版的《自然》子刊《科学报道》。/pp　　曹元成介绍，铟砷纳米线作为高光电转换效率材料，是科学家们研究的主要对象，尤其是基于碳的铟砷一维纳米线，是高集成度光电子集成电路的研究热点。然而，上述材料在制备过程中，晶体结构容易产生缺陷，导致这类材料对光的响应效率低下或者无响应，特别是在中长红外波段方面尤其明显。/pp　　曹元成团队在砷化铟中掺入锑元素，合成一种新的锑掺杂砷化铟纳米线，大幅降低了铟砷纳米线的结构缺陷，同时通过锑元素的自我催化功能，显著提升新物质对红外光子的响应性。曹元成说，这种纳米线对光的响应波长，达到了5.1微米，从而涵盖整个中红外光谱，是目前最长的红外波响应纳米线，可应用于室温下高效工作的中波红外、长波红外光电探测器、红外发射器、高灵敏度光电晶体管等等，是制造各种光电子设备的理想材料。/pp　　据了解，上述研究应用于实践，比如导弹红外探测和夜视仪，可以在目前的基础上，提高50%探测灵敏度，让现有的大部分防红外伪装失效，民用方面则更加广泛。/p

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”。

随着科技的进步，传感器和光学元件都将趋于小型化和集成化。有机低维纳米材料由于其独特的结构和新颖的物理、化学性质，在生物传感、纳米光子学领域中展现出广阔的应用前景。近日，据国际知名期刊《Advanced Materials》报道，中国科学院化学研究所光化学院重点实验室利用高比表面积的一维纳米材料，制备出一种更加灵敏的电化学发光纳米生物传感器。该项研究也为低维纳米材料制备生物传感器提供了重要的理论和实验依据。　　从细菌到人，所有生物都在使用&ldquo 生物分子开关&rdquo 来监测环境。此类&ldquo 开关&rdquo ，即由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子。这些&ldquo 分子开关&rdquo 的诱人之处在于：它们很小，足以在细胞内&ldquo 办公&rdquo ，而且非常有针对性，足以应付非常复杂的环境。受到这些天然&ldquo 开关&rdquo 的启发，纳米生物传感器应运而生。　　据中科院相关人员介绍，生物传感器是用固定化的生物体成分，如酶、抗原、抗体、激素等，或者是生物体本身的细胞、细胞器、组织等作为传感元件制成的传感器。按所用分子识别元件的不同，生物传感器可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等 按信号转换元件的不同可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等。其中，电化学生物传感器由于具有体积小、分辨率高、响应时间短、所需样品少、对活细胞损伤小等特点，广泛应用于医药工业、食品检测和环境保护等领域。　　如今，纳米技术的介入更是为电化学生物传感器的发展提供了新的活力。纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等，使得其表现出奇异的化学、物理性质。例如常见的碳纳米材料，特别是碳纳米管、石墨烯等，就表现出优良的力学性能、导电性能、表面性能及独特的电化学性质。此前，研究人员就曾用琼脂糖将葡萄糖氧化酶和连接了二茂铁的单壁碳纳米管固定在玻碳电极表面，实现了对葡萄糖的快速灵敏检测。碳纳米管的引入还能够显著提高电化学敏感膜中电活性物质的氧化还原可逆性，同时消除了溶解氧对测定的干扰。纳米材料应用于电化学生物传感器领域后，不仅提高了传感器的检测性能，而且提升了传感器的化学和物理性质以及它对生物分子或细胞的检测灵敏度，检测时间也得以缩短，与此同时还实现了高通量的实时分析检测。　　随着纳米技术和生物传感器交叉融合的发展，越来越多的新型纳米生物传感器涌现出来，如量子点、DNA、寡核苷配体等纳米生物传感器。未来纳米生物传感器的发展方向应该是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分析机器，它可以广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测。例如，食品和饮料中病原体或者农药残留成分的快速灵敏检测 环境中污染气体或者污染金属离子等远程检测和控制 人体血液成分和病原体的快速实时检测，以及战场生化武器和爆炸物的快速检测。　　但是与此同时，新一代纳米生物传感器同样面临诸多挑战，如更高灵敏度、特异性、生物相容性、集成多种技术、检测方法简化、制备工艺、批量化生产、成本效益等。对此，这一生物传感器的研发课题组专家表示，分子自组装加工工艺简单可控，可以实现快速复制，而且成本较低，对生物传感器的发展有很重要的促进作用，有利于高灵敏度、低成本、一次性纳米生物传感器的发展。而生物分子自组装技术更值得关注，它具有天然的生物兼容性、优异的结合性能，或将成为生物传感器发展的另一个全新领域。

据每日科学网报道，美国斯坦福大学的研究人员开发出一种新型的传感器芯片，可以大大加快药物开发过程。这种由高度敏感的纳米传感器构成的微芯片，可以分析蛋白质如何相互结合，在评估药物的有效性及可能带来的副作用方面迈出了关键一步。　　这种新型生物传感器只需要一厘米大小的纳米传感器阵列，就能以高于现有任何传感器数千倍的能力持续不断地监测蛋白质的结合活动。新的传感器可以同时监测成千上万种反应，而且比目前的“金标准”方法敏感性更强，并能更快地提供检测结果。　　该纳米传感器阵列有两大重大进步。首先是将磁性纳米标记附着在被研究的蛋白质上，大大地提高了监测的灵敏度。其次，研究人员开发了一种新的分析模型，以监测数据为依据，只要几分钟就能准确地预测结果。而目前其他的技术只能同时监测四种反应，需要长达数小时的时间才能获得结果。　　研究人员在数年前就开发出了磁性纳米传感器技术，在检测小鼠血液中癌症相关蛋白的生物标志物时发现，其敏感性远高于其他技术，检测浓度为其他技术检测浓度的千分之一。　　研究人员将磁性纳米标记附着在特定的蛋白质上，当其与另一个连接到纳米传感器的蛋白相结合时，磁性纳米标记改变纳米传感器周围的磁场。为了确定蛋白与药物之间的结合强度，研究人员将乳腺癌的蛋白放入纳米传感器阵列，同时将从肝脏、肺、肾脏及其他组织获得的蛋白也放入纳米传感器阵列，然后测量附着了磁性纳米标记的药物与各种蛋白的结合强度。这样可以不通过临床实验，就可以初步断定该药物的副作用。虽然目前的芯片每平方厘米只有1000个传感器，但研究人员表示，同样大小的芯片传感器可以增加到数万个之多。　　下一步研究人员将利用这种新型生物传感器微芯片来研究正在开发的药物，研究人员确信这将极大地加快药物开发的进程。

研究背景单分子分析技术在生物传感和生物医学中具有广泛应用前景。纳米孔作为最有前途的单分子传感技术之一，在超灵敏、易操作和无标记分析方面具有独特的优势。近年来，纳米孔技术在DNA测序、生物分子相互作用探索和生物分子检测方面得到了广泛应用。固态纳米孔是纳米孔技术中常用的一种的，其具备优异的机械稳定性和孔径灵活性。然而，由于其相对蛋白质纳米孔而言分辨率和选择性较低，在开发生物传感器进行单分子分析时，存在两个重大挑战：（1）尺寸较小（1~10nm）的化学或生物靶标物由于其与纳米孔的较弱相互作用而难以产生可识别的过孔信号；（2） 广泛存在于生物样品或缓冲液中的蛋白质干扰物会显著提升纳米孔的噪声水平，甚至淹没过孔信号。为解决这两大挑战，王家海教授带领团队中陈达奇老师共同设计了新型传感策略：1、以核酸立方体结构作为信号分子提升小目标的信噪比，实现了超高信噪比的过孔信号；2、利用CRISPR–Cas12a技术，将小片段核酸被测物的浓度成功转化为核酸立方体的数量，并耦合了PCR扩增技术进一步提升检测灵敏度，实现了对核酸片段超高灵敏度与选择性的检测，突破了上述两点技术瓶颈，并应用在HBV的检测中。图1 技术原理图：利用DNA立方体为信号分子，并应用CRISPR–Cas12a技术将目标核酸片段浓度转化为DNA立方体的数量，产生高信噪比、高选择性的过孔信号。王家海教授为第一作者、团队成员陈达奇老师为通讯作者，在国际知名期刊Analyst上发表题为“A signal on-off strategy based on the digestion of DNA cubes assisted by the CRISPR–Cas12a system for ultrasensitive HBV detection in solid-state nanopores”的研究工作，广州大学第一单位。工作亮点在本工作中，我们开发了克服固态纳米孔两大挑战的有效方法：1、将DNA立方体用作信号转换器，可以实现超高（50:1）信噪比（SNR）过孔信号，即使在富含蛋白质干扰物的缓冲液中，这种信号也依然能保持。为了探索信号最优的纳米结构，我们尝试了以下4种结构，分别为环形M13mp18 DNA、Lambda DNA、DNA四面体和DNA立方体。四种结构都可以在不含稳定蛋白的缓冲液中产生可见易位信号，但是DNA立方体是其中信噪比最高的。而当稳定蛋白在缓冲液中时，仅DNA立方体能维持稳定的过孔信号，其他三种核酸纳米结构作为信号分子的过孔信号都不同程度地淹没在玻璃纳米孔传感器的增强噪声中。因此，最终选择了DNA立方体来开发我们的传感策略，因为它具有极高的信噪比和强大的抗干扰能力。图2 在不同缓冲条件下，DNA立方体作为信号转换器的性能。（a） 环形M13mp18 ssDNA、Lambda DNA、DNA四面体和DNA立方体在含有或不含BSA的缓冲液中的过孔信号。（b） DNA立方体在含有不同浓度BSA的缓冲液中的事件率。DNA立方体的浓度均为30nM。2、在CRISPR-Cas12a技术的帮助下，实现了乙型肝炎病毒（HBV）靶点引发的DNA立方体裂解，从而构建出了一种传感策略。当HBV阴性时，过孔信号正常；当HBV阳性时，过孔信号消失；从而实现了HBV阳性或阴性分类，其检测限达到3aM。并且，这个方法选择性非常高，对其他病毒序列如HPV、HIV等均无假阳性现象。此外，利用我们的方法，本工作中的所有反应缓冲液都可以购买后直接使用，其成分无需为了纳米孔应用做进一步优化，这对固态纳米孔的商业化应用有很大帮助。图3 传感器在实际样本中的性能。对其他类型的病毒如HPV和HIV样本，均显示阴性。对于HBV样本，当浓度超过3aM，便可以识别出阳性结果。文章链接： https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/an/d2an01402e

p　　想象一下，有一天也许可以在你自己的厨房快速检测你的食物是否携带任何致命的微生物。该项研究在劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley实验室)进行，现在正在被Optokey公司商业化。/pp　　Optokey是位于California 州Hayward的一家新公司，已经开发出一种基于a title="" href="http://www.instrument.com.cn/zc/34.html" target="_self"strong拉曼光谱/strong/a的微型传感器，可以实现分子水平上的快速、准确地检测或诊断。“我们的系统可以做化学、生物学、生物化学、分子生物学、临床诊断、和化学分析等工作”，公司总裁和创始人Fanqing Frank Chen说。“我们的系统应用起来非常便宜，而且人为干预很少。”/pp　　这项技术基于表面增强a title="" href="http://www.instrument.com.cn/zc/34.html" target="_self"strong拉曼/strong/a光谱(SERS)，虽然SERS是一个高灵敏的分析方法，但结果不容易重现。Berkeley实验室的科学家Chen和他的同事们开发了一种解决这个问题的方法，他们称为“纳米等离子体谐振”的技术，利用这种技术测量纳米结构活性表面光子间的相互作用进行化学和生物传感，使测量方法更加可靠。/pp　　“在Optokey，我们能够大规模生产这种纳米等离子体谐振器晶片,” Chen说。“我们从研发领域转变为工业生产。”/pp　　这种微型传感器使用微流体控制系统实现“芯片上的实验室”自动化液体取样。“我们利用从高科技半导体制造方法中获得的知识控制芯片的成本、体积和准确性”，制造副总裁Robert Chebi说, Robert Chebi在微电子行业具有丰富的经验，曾在Lam Research and Applied Materials工作。“我们也利用激光和光学领域的所有知识开发这项专业的基于拉曼的检测方法。”/pp　　Chebi将Optokey的产品称为“生化的鼻子”，或先进的纳米光子自动化系统，检测灵敏度为单分子水平，远优于当今市场上的传感器。“今天的检测和诊断方法还远不够完美——检测限在PPM(百万分之)和PPB(十亿分之几),”他说。“此外,我们的系统可以在几分钟内提供信息，甚至连续同步，而其他方法，如果样品必须被送到另一个实验室可能需要几小时甚至几天。”/pp　　对于应用，他说，潜在的应用非常广阔，包括食品安全、环境监测(液体和气体)、医疗诊断和化学分析等。Optokey的客户包括一个欧洲公司(食品安全),中国石化公司(杂质的检测)和一家德国公司(即时诊断等)。/pp　　“我想我们处在一个重大转变期间,” Chen说。“我们预计产品是紧凑型的，自动化的，还可以相互关联，它可以进入学校、餐厅、工厂、医院、救护车、机场、甚至战场。”/pp　　Chen关注的下一个目标市场是智能家居，在这个领域纳米光子传感器不仅可以用来检测食物，还可以扫描空气和水中的污染物。经过Los Alamos国家实验室和纽约大学西奈山医院的培训, Chen开始作为一个生物化学家致力于生物医学设备的研究工作。他加入Berkeley之后，学习了量子点有关知识(一种具有独特属性的纳米晶体)，并开始探索它们在生物学中的应用。这些导致了他对纳米材料的进一步调查和研究。/pp　　最终，Chen和他的团队开发了约20项专利，包括混合生物纳米材料。导致Optokey成立的最关键的发现就是纳米等离子体谐振器,它极大地改善了拉曼光谱信号及可靠性。这项技术最初在实验室中用于前列腺癌生物标志物的快速、准确地检测,此项检测使用传统的方法具有较高的假阳性。/pp　　Optokey是一家私人公司，约10人。除了Chen,另一个联合创始人Richard Mathies,(加州大学伯克利分校的化学教授、世界知名的拉曼光谱专家)。公司成立于2010年, 2013年正式运营。/p

表面声子极化激元(SPhPs)是由红外光和光学声子之间的耦合产生的，被预测有助于沿极性薄膜和纳米线的热传导。然而，迄今为止的实验工作表明SPhPs的贡献非常有限。近日，美国范德比尔特大学Deyu Li教授研究团队通过测量没有覆盖Au金属层和覆盖了Au金属层的3C-SiC纳米线的样品的热导率，成功证实了SPhPs对其热导率大小的影响。由SPhPs的预衰减所引起的热传导增加甚至超过了兰道尔基于玻色-爱因斯坦分布所预测极限的两个数量级。这进一步揭示了SPhPs对材料热导率的显著影响，也打开了通过SPhPs调节固体中的能量传输的大门。文章以《Remarkable heat conduction mediated by non-equilibrium phonon polaritons 》为题，发表于Nature 期刊上。 本文中，研究者通过分辨率优于10 nm的近场光学显微镜对其手中的两类纳米线进行了表征。其中S1为缺陷较小的纳米线，而S2则为层错较多的纳米线。通过对纳米线进行865 cm-1中红外激光的赝外差成像（SNOM），研究者成功获得了两类纳米线的纳米级相位成像。如下图所示，在层错较多的Sample S2中，SPhPs的传播衰减非常迅速。而在结构缺陷较少的S1， 这种衰减则要小得多。Sample S1： Sample S2： 随后，作者通过将德国Neaspec公司的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联用，沿下图图a中的箭头方向对S1采集了610 - 1400 cm-1波数范围内的光谱。这一范围已经包括了3C-SiC纳米线全部的剩余射线谱带。其中对TO 和 LO 频率的较强振幅反馈和这种反馈沿箭头方向的衰减进一步证明了SPhPs在S1中的存在。以上结果表明层错的存在是使其成为SPhPs散射的决定性因素，而这种因素与温度的变化并不相关，进一步证明了在S1中，SPhPs是导致热导率变化的决定性因素。 值得注意的是，为了测量SNOM和Nano-FTIR，两类纳米线都被放置在了300 nm厚的SiO2薄膜基底上，相比单独存在的纳米线，放在SiO2薄膜基底上的两类样品的SPhPs的传播距离都大大减小，而信号衰减速度大幅增加，这对设备采集信号的信噪比和光学成像的空间分辨率都提出了更高的要求。 文中使用的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，且得到的光谱能与传统FTIR，ATR-IR的红外光谱一一对应。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，为本实验的红外及光学成像等研究起到了关键性作用。 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 综上所述，通过使用Neaspec近场光学显微镜，研究者建立并证明了SPhPs传播和材料热导率变化的关联性。也为将来通过SPhPs调节固体材料的热传导提供了可能性。这种调节可以在很多薄膜材料中抵消尺寸效应并改进固态器件的设计。参考文献：[1]. Pan, Z., Lu, G., Li, X. et al. Remarkable heat conduction mediated by non-equilibrium phonon polaritons. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06598-0

华东师范大学专家成功研制出了一种新型纳米巨磁阻抗效应(简称GMI)速度传感器，并通过了上海市科委验收SooQ.cn，成为拥有独立自主知识产权的新一代汽车速度传感器。目前造车网版权所有，该项科研成果正在转化为产品搜企网版权所有，将安装在中国自制的混合动力汽车和“荣威”燃料电池汽车上。　　据介绍造车网，作为当今国际上最具竞争力的新一代磁敏传感器工业自动化网，纳米GMI磁敏传感器在汽车测速上的应用尚属国际首次。华东师大物理系和软件学院专家杨燮龙、王江涛、赵振杰等教授组成的课题组鬼知道，在材料组分、纳米晶生长等方面都进行了重大改进moc.swenaii.www，传感器已能经受-40℃到+150℃的冷热苛刻环境的考验。他们还结合“荣威750”ABS传感器的特殊要求和外形IPIonline.com.cn版权所有，成功设计了与该车型防抱死系统相适用的传感器鬼知道，试装后在进行了1000余公里的初步道路试验www.IPIonline.com.cn，未出现一次故障。

纳米生物传感器，听起来是一个非常陌生的名词，但验孕棒等试纸产品，你肯定不会陌生，它们就是此类传感器的“化身”。　　中科院宁波材料技术与工程研究所研究员黄又举精耕于纳米材料领域，构建出纳米生物传感器新材料，旨在推动更多的检测产品进入寻常百姓家。　　可以设想，将来如果你对蔬果农残担忧，用这种试纸测一测，有无农残，指标多少，便一目了然 甚至一些人体健康指标也可以利用生物传感器，转化为看得见、摸得着的直观呈现。　 人物名片　　姓名：黄又举　　职务：中科院宁波材料技术与工程研究所研究员　　荣誉：2015年第六批宁波市“3315计划”创新人才　　课题研究收获“意外之喜”　　黄又举大学学的是高分子材料科学与工程专业，后进入中国科技大学攻读博士学位。他坚信，材料若能结合生物领域，将拥有非常广阔的发展前景。博士毕业后，他远赴新加坡南洋理工大学从事博士后研究，主要研究方向是化学与生物医学工程领域。　　“我在攻读博士后之前从未涉及过纳米粒子方面的研究，后来因为研究需要相关的材料，才学习合成纳米粒子材料，没想到展现了这方面的天赋。”4年在新加坡深造研究让他收获了“意外之喜”。　　2013年10月，黄又举通过“春蕾人才”计划，进入中科院宁波材料技术与工程研究所工作。去年12月，由于他出色的科研表现，被破格提升为项目研究员。　　在攻关纳米生物传感器核心材料等关键问题上，黄又举潜心研究了五六年。　　纳米金材料是他的研究重点。纳米金材料是纳米传感器的核心材料，被广泛应用于试纸条、试纸盒中，其大小、形状以及自组装行为直接影响到可视化的性能。　　传统纳米金合成主要是通过调控反应动力学和热力学，进而调控形貌和大小，但众多实验参数常常会影响纳米金的大量高质量制备。黄又举则突破了传统的方法，提出了纳米金的两种新生长模式———智能化合成与非连续性生长模式。　　他研发出超过20种单分散的不同形貌的金纳米粒子，包括球形、方形、棒状、片状、星形、线形以及一些复杂的多级纳米结构。与现有的其他产品相比，这种合成方法确保纳米粒子在大规模制备条件下，仍能保持粒子的高度均匀性。　　“市场上纳米金粒子产品存在纯度不足、形貌种类有限等缺陷。”黄又举说，“我们团队研发出来的产品纯度和品质都非常高，且在相同的单位价格之下，能够生产出更大体量的产品。”　　生物传感器应用非常广阔　　“此类传感器的应用空间非常广阔，主要集中在一些可视化的试剂盒、试纸条上。”他介绍说，“目前市面上较为常见的就是验孕试纸，以后的应用方向还可以针对男性、小孩等受众，同时在食品安全领域也可大做文章。”　　如在食品安全领域，普遍的家庭要检测蔬果是否含有毒素，不可能购置大型的仪器，只能通过一些简单的工具去鉴别，因此可以通过裸眼观察到颜色变化的试剂、试纸成为较为理想的工具、方法。　　“在目前推崇‘精准医疗’的大环境下，需要更多的生物传感器去检测各类人体指标以达到预防的目的。”黄又举对研究领域的前景充满了信心。　　据了解，他和团队合成的纳米金样品已经受到国内外多家高校、院所和公司的青睐与好评，样品已经免费试用于美国斯坦福大学、新加坡南洋理工大学、新加坡国立大学、韩国成均馆大学和各类生物公司等30余家机构。　　同时，他与众多企业合作展开一些专利布局。浙江星博生物科技有限公司就与其合作，研发了可商业化的男性生殖健康体外检测产品。　　今年，黄又举还与宁波美成生物科技有限公司合作在中科院材料所筹建了“食品安全快速检测材料与技术联合实验室”，引入了20余个快检便携式仪器，主要进行食品检测技术方面的研究和应用，争取向提供第三方检测服务方面发展。　　黄又举表示，目前他们正在研究定量检测的问题，主要面向一种能随目标物浓度变化产生颜色变化的试纸条和试剂盒。“例如，你拿一张检测毒素的试纸去检测某个东西，试纸可以直接通过不同的颜色来显示毒素含量，就像pH试纸随着酸碱性浓度的不同显示不同的颜色”他说。　　他表示，在互联网高速发展时代，可以将可视化生物传感器与移动医疗结合，通过相关生物传感器芯片、手机APP以及医疗大数据处理平台的构建，实现可视化生物传感器的商业化。

近日，北京科技大学材料科学与工程学院张跃教授研究团队指导的博士生李培峰在一维纳米材料在各种场下的服役方面的研究取得新进展，并以第一作者身份在《Nano Letters》(影响因子12.94)和《ACS Applied Materials and Interfaces》(影响因子5.90)分别发表论文一篇。　　在张跃教授的指导下，李培峰与中科院物理所的合作者利用原位TEM机械共振，研究了ZnO微/纳米线在高周应变下的疲劳行为。系统研了ZnO微/纳米线的弹性模量随直径的变化以及ZnO微/纳米线共振振幅在阻尼效应作用下随共振时间及周次衰减的区别。ZnO微/纳米线经过108&minus 109周次共振都显示了良好的疲劳性能，而遭受电子束辐照10 min后的ZnO纳米线共振几秒后即发生断裂，这在国际上尚属首次发现。　　研究结果为我们设计、构建、优化及应用基于ZnO纳米材料的力电纳米器件提供了有益的指导，也为工作在紫外光、X射线下的纳米材料及器件的安全服役提供了参考。　　另外，李培峰还利用自己实验室搭建的纳米操控系统研究了ZnO纳米线在电场中的服役行为。研究发现ZnO纳米线电致损伤的阈值电压随直径的增大呈线性增大，而电流密度随直径的增大呈指数减小。并提出了热核-壳模型对ZnO纳米线的电致损伤机制进行解释。纳米材料电致损伤研究对指导光电、力电和压电纳米器件的实际应用是非常有必要的。　　此外一系列利用AFM研究ZnO纳米线在力场及力电耦合场中的服役行为的研究结果尚未公开发表。

石墨烯(Graphene)是由单层碳原子构成蜜蜂窝形式的二维纳米结构，具有大的比表面积和良好的载流子传导性能，预期在高灵敏、低功耗室温生物化学传感器方面将得到广泛应用。然而，由于传感物质与石墨烯之间的吸附、电荷转移和脱附等相互作用，器件的有效制作方法和性能优化等方面还有大量工作需要探索。　　一氧化氮(NO)气体一方面是有害气体，另一方面却是重要的生物功能信息传递分子。及时监测呼出气体的NO浓度变化，可对哮喘等肺部疾病的发作提前预警。然而，目前NO呼吸气体测试仪器体积偏大、价格昂贵，而且大都集中在大型医疗机构，无法在更大范围内推广使用。　　近期，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所器件部刘立伟课题组李伟伟等与中科院物理所科研人员合作，在制作基于石墨烯的高灵敏一氧化氮气体传感器方面取得进展。研究人员以微纳加工图形化的石墨烯为电极，利用交流电泳技术制作金属纳米颗粒修饰还原的氧化石墨烯传感通道。气体分子的作用降低了石墨烯与金属颗粒之间Schottky势垒的厚度，实现了1 ppb(10亿分之一)至1 ppm(100万分之一)的高灵敏探测性能，对于低功耗、室温NO高灵敏呼吸和环境探测具有潜在应用价值。器件制作示意图和性能测试如图所示。　　该项工作成果已经发表在ACS Nano(2011, 5 (9), pp 6955–6961)上。　　该项研究得到了国家基金委、科技部、苏州市科技发展计划的资助，并得到苏州纳米所加工和测试平台的技术支持。　　基于石墨烯的高灵敏传感器件结构和性能

p　　人体汗液中富含大量潜在的与健康和疾病相关的标志物，相比较常规的血液和尿液检测，其具有非侵入(Non-invasive)和实时连续监测等优势，因此可穿戴汗液传感器的研究成为可穿戴健康电子设备领域发展的重点之一。微型化、集成化的全固态离子选择性电极和全固态参比电极，是检测汗液中电解质离子浓度的核心传感技术。然而，现有的大部分固态离子传感器多采用导电聚合物作为离子/电子的传导层材料，存在稳定性差、干扰因素多、使用寿命短等缺点，限制了其在可穿戴汗液检测领域的应用。/pp　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽研究团队前期研发了可用于皮肤水分检测的柔性可穿戴离子型湿度传感器(Advanced Science, 2017, 1600404,1-7, Back Cover)。进而，针对微型化全固态离子传感器和全固态参比电极稳定性等关键科学技术问题，研究团队结合MEMS微纳加工技术设计制备了具有微孔阵列为模板的电极芯片，采用一步电沉积法制备了大比表面积且可调控的三维金纳米结构离子/电子传导阵列电极，相比较基于碳纳米管、石墨烯、多孔碳等材料的离子/电子传导层，其具有制备简单，重复性好等优势。通过该电极芯片构建的全固态离子选择性电极具有稳定的电位响应灵敏度(56.58 ± 1.02mV/decade)、快速的响应时间( 10s)和宽线性范围(10-6～10-1mol/L)，传感器的电位漂移和水层干扰影响减小。通过优化参比电极聚合物膜和盐的组分，在传感器芯片上集成了基于聚合物/氯化钾的全固态参比电极，获得的微型化参比电极芯片具有平衡时间短，对不同种类和不同离子强度电解质干扰响应小，对光不敏感，在pH3～10范围内响应稳定，具有长期稳定性等优势。同时，研究团队创新性地设计了具有汗液采集、转运和排出结构的可穿戴“导汗带”汗液传感设备，将传感器芯片与汗液导汗带集成封装，可舒适便捷地佩戴与人体额头区域，可对人体运动过程中电解质离子进行实时连续地分析监测，对人们健身运动过程中脱水情况的监测，尤其是对运动员、抢险急救人员、军人在执行高强度任务过程中的生理健康状况具有预警和指导意义。相关研究成果发表在Analytical Chemistry上。/pp　　该工作得到了国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金和中国博士后科学基金资助项目等的资助。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/a3540c68-c53b-4d5a-adbc-c9bcb6f769d5.jpg" title="W020170927538680564180.jpg"//pp　　图1.(A)电沉积制备不同比表面积的三维金纳米结构固体接触传导阵列电极 (B)全固态离子选择性阵列电极构建的结构示意图。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/ddaec8b7-2e9f-437b-a335-33e17dfa67e2.jpg" title="W020170927538758629536.jpg"//pp　　图2.(A)、(B)和(C)为可穿戴“导汗带”汗液传感器设备的照片和示意图 (D)汗液传感器芯片在穿戴前和穿戴后对不同浓度标准Na+溶液的校准曲线 (E)为汗液传感器在人体上运动过程中实时连续监测汗液中Na+浓度变化的曲线图。/p

美国麻省理工学院工程师使用专门的碳纳米管设计了一种新型传感器，可在没有任何抗体的情况下检测新冠病毒，并在几分钟内给出结果。新传感器基于可快速准确诊断的技术，不仅适用于新冠疫情，还适用于未来的流行病。麻省理工学院化学工程教授、研究资深作者迈克尔斯特拉诺说，“快速测试意味着可以在未来的大疫情中更早地开放旅行。可以对下飞机的人进行筛查，并确定他们是否应该隔离，也可对进入工作场所的人员进行筛查。”在该项目开始后大约10天，研究人员就为新冠病毒的核衣壳和刺突蛋白确定了准确的传感器。在此期间，他们还能够将传感器集成到带有光纤尖端的原型设备中，该设备可实时检测生物流体样本的荧光变化。这消除了将样本送到实验室的需要，而这是新冠PCR诊断测试所必需的。研究人员将传感器整合到一个带有光纤尖端的原型中，该光纤尖端可以检测测试样品中荧光的变化。图片来源：美国麻省理工学院该设备在大约5分钟内产生结果，并且可检测低至每毫升样品2.4皮克病毒蛋白的浓度。在这篇论文提交后最新进行的实验中，研究人员实现了比现在商业上可用的快速测试更低的检测限值。该设备还可检测溶解在唾液中的新冠病毒核衣壳蛋白（但不能检测到刺突蛋白）。检测唾液中的病毒蛋白通常很困难，因为唾液中含有黏性碳水化合物和消化酶分子，会干扰蛋白质检测，这就是为什么大多数新冠诊断需要鼻拭子的原因。研究人员表示，即使没有任何抗体和受体设计，该传感器也显示出最高范围的检测限值、响应时间和唾液兼容性。这种分子识别方案的一个独特之处在于，可进行快速设计和测试，而不受传统抗体或酶受体的开发时间和供应链要求的阻碍。斯特拉诺说，研究人员开发工作原型的速度表明，这种方法可证明对在未来疫情大流行期间更快地开发诊断方法是有用的。

受科技部国际合作司委托，湖北省科技厅于6月27日组织专家组在武汉召开了由武汉理工大学承担的国家国际科技合作重点专项“高性能纳米线钒系锂离子动力电池联合研发”项目验收会。验收会技术验收由复旦大学赵东元院士主持，来自全国各地7位专家参加了验收。　　该项目面向清洁高效能源的可持续发展，通过与哈佛大学开展合作，建成了单次百公斤级纳米线钒系正极材料中试线和自动化电子生产线，完成了纳米线钒系动力电池的装配和装车实验，进行了电动汽车示范运行，该项目依托武汉理工-哈佛大学纳米联合重点实验室和材料复合新技术国际联合研究中心，实现强强合作，发表高水平学术论文60余篇，申请国外发明专利2项、国内发明专利50余项，授权专利18项，培养人才30多人，对我国发展清洁高效能源系统产生了积极影响。

style type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylestyle type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylep　　超导纳米线单光子探测器（SNSPD：Superconducting nanowire single-photon detector）作为一种高性能的单光子探测器，已广泛应用于量子信息、激光雷达、深空通信等领域，有力推动了相关领域的科技发展。/pp　　SNSPD器件主要有两种光耦合方式，一种是垂直光耦合方式，光纤端面平行于SNSPD光敏面，光子垂直入射到纳米线上，采用光学腔体或反射镜结构实现高效光耦合。利用该类耦合结构，中国科学院上海微系统与信息技术研究所已实现NbN基SNSPD系统探测效率超过90%，相关结果发表后受到国内外广泛关注。该光耦合结构的特点是，可以实现高光耦合效率，但受限于光耦合结构，工作波长范围受限。另一种光耦合方式是波导光耦合方式，将纳米线制备在光波导上，可实现高效的本征吸收。但光纤到波导的耦合效率较低，使这类器件仅能作为片上光子学的解决方案，无法作为独立单光子探测器使用。/pp　　上海微系统所/中国科学院超导电子学卓越创新中心尤立星研究员团队和浙江大学教授方伟、童利民团队合作，首次提出微纳光纤耦合的SNSPD器件结构。该结构将SNSPD器件置于微纳光纤的倏逝场内，实现纳米线对微纳光纤中传输的光子吸收。光学计算显示，该类结构有望实现高吸收效率的同时，保持很好地宽谱特性。经过上海微系统所巫博士君杰和浙江大学博士徐颖鑫等近3年实验探索，科研团队研制出微纳光纤耦合SNSPD器件。在1550nm/1064nm工作波长，系统探测效率分别达到20%/50%。相关成果近日发表在emOptics Express/em上，该结果有望在新型SNSPD器件及微纳光纤领域开辟新的研究方向。/pp　　研究工作得到了国家重点研发计划项目“高性能单光子探测技术”、中科院战略性先导科技专项（B）“超导电子器件应用基础研究”、自然科学基金以及上海市科委等的资助。/ppbr//pp style="text-align:center "img alt="" oldsrc="W020171213665024470514.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/uepic/bc478657-1ca0-4a06-a7b0-fc3659b0aeca.jpg"//pp style="text-align: center "微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器原理示意图/p

新华网洛杉矶12月13日电 美国科研人员日前研发出一种可快速检测癌症的纳米传感器，这种仪器能在更短时间内发现癌症的早期迹象，从而为治疗争取更多时间。　　美国耶鲁大学的科研人员13日发表公报说，他们研发的这种仪器可以从病人的血液中找到前列腺癌、乳腺癌和其他癌症的生物标记，与传统检测方法相比，其检测结果更加准确，而且成本不高。生物标记是监测及追踪癌症发展的重要工具。　　研究报告的撰稿人、参与研究的马克里德介绍说，这种仪器操作方便，医生只需从病人手指上取一点血，便可很快完成检测，整个过程只需20分钟。　　他说，由于血液的成分复杂，为找到能监测癌症的生物标记，研究人员使用了一个类似过滤器的装置，使这种纳米传感器能直接从血液中过滤出所需检测的物质，其精度相当于从一个巨大的游泳池中找到一颗盐粒。　　研究人员认为，虽然这种仪器目前还不能马上投入实际应用，但在进一步对其完善的基础上可以制造出更简便快捷的癌症诊断仪器。　　这份研究报告已刊登在英国《自然纳米技术》杂志网络版上。

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

【2013年1月10日，上海】Elektron Technology公司旗下品牌Queensgate近日宣布推出其革命性新款双传感器技术(Dual Sensor Technology)。这一尖端的控制技术与以往相比，可实现更快、更准确以及更稳定的显微镜物镜聚焦。 全新双传感器技术克服了传统纳米定位系统的限制，可提供更快的阶跃响应，提高有效载荷出现变化时的稳定性，并且显著增加自动显微术应用时的机械带宽。　　 　　NPC-A-1110DS 独立式模拟单轴闭合环路传动装置　　Queensgate推出的双传感器技术彰显了纳米定位技术领域的阶跃性变化是目前业内最尖端的控制技术之一。目前Queensgate的OSM-Z- 100B 100μm目标扫描机构以及NPC-A -1110DS独立式模拟单轴闭合环路传动装置已率先采用这一革命性创新技术系统。其中最新的OSM-Z-100B 100μm目标扫描机构，它将双传感器技术与Queensgate著名的电容纳米传感器(NanoSensors?)的卓越性能结合在一起，以非凡的聚焦稳定性实现亚纳米级分辨率。这项突破性的技术能够应用于各种袖珍模拟和数字控制器，其操作简便，为用户提供顶尖性能。 OSM-Z-100B 100 μm 目标扫描机构　　Queensgate 是Electron Technology公司的下属品牌，成立于1979年的英国伦敦，是一家为高科技为工业领域提供纳米定位和感应技术的解决方案商。公司服务于全球客户并为其提供技术领先且质量卓越的纳米定位技术已超过30年。公司设计团队将领先的研究成果运用到具有革命性意义的全新纳米定位系统中。 即使在当今这个全球新技术瞬息万变的环境下，Queensgate 依然处于该领域的前沿地位。凭借着卓越的技术，出色的品质为诸多领域，例如微系统、通信、半导体技术、生物技术以及航空航天技术等领域提供相关支持，并与扫描电子显微镜完美结合，实现微纳米尺度的操纵。