纳米光学特征

美国仁斯里尔工业学院12月8日宣布，研究人员成功地将直径为1纳米至10纳米的钴纳米结构团镶嵌于多层碳纳米管中，开发出了一种检测纳米材料磁性特征的新方法。　　在经过一系列实验之后，研究人员最终确定，他们获得的由钴纳米材料和碳纳米管组成的混合结构具有足够的导电性灵敏度，可用来探测钴纳米结构这样微小的磁性材料的磁行为。据悉，这是研究人员首次展示利用独立的碳纳米管实现探测微小磁性材料磁场的技术。相关报道刊登在新出版的《纳米快报》上。　　当人们常见的材料小到纳米级时，它们展示出了有趣和有用的新特征。纳米技术面临的一个重要的挑战就是要了解这些新特征，即特性的变化。磁性材料的磁性变化同材料本身的尺寸大小变化密切相关，过去纳米材料磁性变化的难以测量影响了人们对该课题的深入研究。　　“由于在我们的混合材料中，钴纳米结构团是镶嵌在碳纳米管中而不是在其表面上，因此它们不会引起电子散射，从而不会影响碳纳米管宿主的传导特性。”仁斯里尔工业学院物理、应用物理和天文系助理教授兼研究带头人斯瓦斯迪克卡尔表示，“从根本上讲，这种混合纳米结构属于一类新的磁性材料。”　　同系副教授萨偌吉纳亚克认为，这种新的混合纳米结构不仅为基础和应用物理研究开创了新方法，而且还有望帮助人们利用磁性自由度，为增加碳纳米管电学功能铺平道路。该混合结构的潜在应用包括新型纳米级导电传感器、新的电子存储器件、自旋电子器件和人体定向药物微型输送器组件等。

来自奥地利格拉茨大学的研究人员近日开发了一种新的测量和成像方法，可在不需要任何染料或标签的情况下解析小于光衍射极限的纳米结构。这种激光扫描显微镜新方法弥补了传统显微镜和超分辨率技术之间的差距，有朝一日或可被用来观察复杂样品的精细特征。　　在国际光学出版集团的高影响力期刊《光学》上描述的这种新方法，是对激光扫描显微镜的改进，它使用强聚焦激光束照射标本。研究人员扩展了这项技术，不仅可以测量光与被研究标本相互作用后的亮度或强度，还可以检测光场中编码的其他参数。　　“我们的方法可帮助扩展用于研究各种样品中纳米结构的显微工具箱。”研究小组组长彼得班泽说，“与基于类似扫描方法的超分辨率技术相比，我们的方法是完全非侵入性的，这意味着它不需要在成像前向标本中注入任何荧光分子。”　　研究表明，新方法可测量金纳米颗粒的位置和大小，精度为几纳米，即使在多个颗粒接触的情况下也可做到。　　在激光扫描显微镜中，光束在样品上扫描，并测量来自样品的透射光、反射光或散射光。大多数显微方法测量来自样品的光强度或亮度，但大量信息存储在光的其他特性中，例如它的相位、偏振和散射角。为了捕捉这些额外信息，研究人员检查了强度和偏振信息的空间分辨率。　　研究人员表示，光的相位、偏振和强度，在空间上都会发生变化，这种变化方式包含了与之相互作用的样品细节，然而，如果只在相互作用后测量总体光功率，那么大部分信息都会被忽略。　　研究人员研究了含有不同大小的金属纳米颗粒的简单样品，通过扫描感兴趣的区域，然后记录传输光的偏振和角度分辨图像展示了这种新方法。他们使用一种算法对测量数据进行评估，该算法创建了一个粒子模型，模型可自动调整，以尽可能精确地模拟测量数据。　　班泽说，尽管这些颗粒及其距离比许多显微镜的分辨率极限要小得多，但新方法能够解决这一问题。更重要的是，该算法能够提供有关标本的其他参数，如颗粒的精确大小和位置。

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。

获取材料甚至是器件整体的热学特性，是相关研究与开发当中非常有意义的课题。随着研究对象特征尺寸的不断减小，研究者们对具有高热学分辨率和高水平方向分辨率的表面温度表征方法以及与之相应的仪器的需求也日益显著。在诸多潜在的表征技术当中，扫描热学显微镜（Scanning Thermal Microscopy）是其中颇为有力的一种，它可以满足特征线度小于100 nm的研究需求。然而，这种表征方法，对纳米探针的结构及功能特性有比较高的要求，目前商用的几种纳米探针受限于各自的结构特点，均有一定的局限性而难以满足相应要求，也就限制了相应表征方法的发展与应用。着眼于上述问题，奥地利格拉茨技术大学的H. Plank团队提出了基于纳米热敏电阻的三维纳米探针，用于实现样品表面温度信息的超高分辨表征。相关成果于2019年六月发表在美国化学协会的期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 2522655-22667. Three-Dimensional Nanothermistors for Thermal Probing.）。 图1 三维热学纳米针的概念、结构、研究思路示意图 H. Plank等人提出的这种三维纳米探针的核心结构是一种多腿（multilegged）纳米桥（nanobridge）结构，它是利用聚焦离子束技术直接进行3D纳米打印而获得的，因而可以直接制作在（已经附有许多复杂微纳结构与微纳电路、电的）自感应悬臂梁上（self-sensing cantilever, SCL）。由于纳米桥的每一个分支的线度均小于100 nm，因而需要相应的表征策略与技术来系统分析其纳米力学、热学特性。为此，H. Plank研究团队次采用了有限元模拟与SEM辅助原位AFM（scanning electron microscopy-assisted in situ atomic force microscopy）测试相结合的策略来开展相应的研究工作，并由此推导出具有良好机械稳定性的三维纳米桥（垂直刚度达到50 N/m?1）的设计规则。此后，H. Plank引入了一种材料调控方法，可以有效提高悬臂梁微针的机械耐磨性，从而实现高扫描速度下的高质量AFM成像。后，H. Plank等人论证了这种新式三维纳米探针的电响应与温度之间的依赖关系呈现为负温度系数（?(0.75 ± 0.2) 10?3 K?1）关系，其探测率为30 ± 1 ms K?1，噪声水平在±0.5 K，从而证明了作者团队所提出概念和技术的应用潜力。 图2 三维热学纳米针的制备及基本电学特性 文中在进行三维纳米探针的力学特性及热学响应方面所进行的AFM实验中，采用了原位AFM技术，堪称一大亮点。研究所用的设备为奥地利GETec Microscopy公司生产的AFSEMTM系统，AFSEMTM系统基于自感应悬臂梁技术，因此不需要额外的激光器及四象限探测器，即可实现AFM的功能，从而能够方便地与市场上的各类光学显微镜、SEM、FIB设备集成，在各种狭小腔体中进行原位的AFM测试。此外，通过选择悬臂梁的不同功能型针，还可以在SEM或FIB系统的腔体中，原位对微纳结构进行磁学、力学、电学特性观测，大程度地满足研究者们对各类样品微区特性的表征需求。着眼于本文作者的研究需求来讲，比如探针纳米桥的分支在受力状态下的力学特性分析，只有利用原位的AFM表征技术，才可以同时获取定量化的力学信息以及形貌改变信息。当然，在真空环境下使用原位AFM系统表征微区的力、热、电、磁信息的意义远不止于操作方便或同时获取多种信息而已。以本文作者团队所关注的微区表面热学分析为例，当处于真空环境下时，由于没有减小热学信息成像分辨率的、基于对流的热量转移，因而可以充分发挥热学微纳针的潜能，探测到具有高水平分辨率的热学信息。 图3 利用AFSEM在SEM中原位观测nanobridge的力学特性 图4 将制备所得的新型纳米热学探针安装在AFSEM上，并在SEM中进行原位的形貌测量：a）SEM图像；b）AFM轮廓图像

物理世界的数字化时代正奔涌而来。2D、3D视觉技术将物体的颜色、形状、大小、尺寸、位置等信息转换为AI时代的大数据，但物质成分的数字化进程却停步不前。如今，可解码万物“指纹”的革命性视觉成像技术—高光谱成像正打破这一僵局。高光谱成像突破人眼限制，可实现万物成分检测，为机器视觉提供更真实、更准确的物理世界信息，为人类提供更高维度观察世界的方式。近日，《南方日报》等媒体持续聚焦海谱纳米光学(以下简称“海谱”)微型高光谱成像MEMS芯片及快速增长的高光谱成像市场。从专注研发到高光谱产品的工程化、市场化，海谱跨过创业公司“死亡之谷”的背后，折射的是国产MEMS芯片在全球高端芯片竞技场的突围。从深圳市海谱纳米光学科技有限公司(Hypernano，简称海谱)获悉，2022年初，该公司宣布正式全球率先量产了第一代微型高光谱成像MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)芯片，高光谱工业相机及高光谱相机模组即将推向市场。▲海谱纳米光学据悉，基于微型高光谱成像MEMS芯片技术，海谱推出的高光谱成像模组在波长精度、拍摄速度、空间分辨率、半峰宽、视场角等专业技术指标上达到全球领先水平，体积比传统光谱相机缩小了近1000倍，是业界尺寸最小的高光谱相机模组。半导体老兵深圳创业跨越“死亡之谷”海谱创始人兼CEO黄锦标介绍，公司于2019年1月创立，以“光谱芯视觉，感知超极限”为使命，专注于高光谱成像技术的设计与研发。▲黄锦标黄锦标毕业于南开大学微电子专业，有着20多年半导体技术和市场经验，曾担任多家半导体公司高管，有着很强的系统开发和市场开拓的经验。而海谱研发团队在MEMS领域拥有近20年的芯片设计与工艺制造经验，团队核心成员包括多名顶尖MEMS专家及深圳孔雀人才。2022年3月，海谱完成数千万元A轮融资，投资方包括昆仑资本、远方资本、湾信资本。业内人士介绍，MEMS芯片最常用的是承担传感功能，在整个大的信息系统里有点类似于人的感官系统。从行业而言，欧美是MEMS产业、技术与产品的发源地，处于全球领先地位，中国MEMS产业起步较晚，MEMS产业还处于发展的起步阶段，我国不仅在精度和敏感度等性能指标上与国外存在巨大差距，应用范围也多局限于中低端领域。因而有芯片创业难，MEMS芯片创业更难的说法。不过，尽管我国MEMS传感器厂商面临诸多挑战，但从上游设计、中游制造、下游封装等领域国产替代的空间巨大。▲海谱微型高光谱成像MEMS芯片正因为身处MEMS产业这一高精尖行业，海谱从成立初期的3年，经历了高科技创业公司所面临的“死亡之谷”考验，即从技术研发到产品量产的种种挑战。“创业公司的技术再领先，也要把它变成一个工程化且可市场化的产品，这个过程有很多坑，只有迈过去，技术才具有商业价值。”黄锦标称。黄锦标介绍，海谱走到去年年底时，最核心的技术芯片开始量产。同时，将芯片应用于相机的相关模组也已准备完毕，相当于公司在技术工程化产品这个初创公司最大的槛，已经迈了过去。填补国内微型高光谱MEMS芯片领域空白说起海谱的技术，首先还要科普一下光谱技术。光谱学始于英国科学家牛顿，是人类借助光认知世界的重要方式，地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为可以辨别物质的成分信息。光谱学的最大特色之一，是研究光与物质产生相互作用的学科，通过物理的方法可以获取物体的成分，在应用上可以非接触和非破坏地进行检测。典型的如天文对象、高温物体、放电气体… … 在分子和原子层次上物质作分析研究，主要是用光谱方法。比如人类用光谱相机拍摄遥远星球的表面物质。▲高光谱原理黄锦标介绍，高光谱成像技术则将成像技术与光谱技术相结合，可获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。其原理是将成像技术与光谱技术相结合，在探测目标二维空间信息的同时，获取其每一个空间位置上的光谱信息，从而实现对物质成分的直接检测。物质光谱信息具有指纹特性，即不同的物质拥有不同的光谱，因此高光谱成像为机器视觉的物质感知、识别和分析提供了新路径，是继2D、3D视觉技术之后的下一代革命性视觉成像技术。2019年，海谱在深圳成立后，开启第一款微型高光谱成像MEMS芯片的研发设计与流片。2020年初，海谱宣布正式量产第一代微型高光谱成像MEMS芯片，填补了国内在微型高光谱成像MEMS芯片领域的空白。传统光谱成像设备一般手工组装，存在体积大、价格昂贵、无法批量生产等问题，海谱微型高光谱成像MEMS芯片具备高空间分辨率、高透光率等性能优势，解决了光谱成像设备体积、成本等问题 芯片化量产还可有效降低高光谱成像设备的台间差，实现芯片至整机全自动组装。由此，海谱突破性地实现了MEMS特殊工艺的突破，解决了高光谱成像工业化、低成本和量产化的业界难题，研发能力覆盖芯片设计、光学模组、产品相机、算法研发、完整应用解决方案等高光谱全链条技术，可为全球多领域客户提供一站式高光谱成像解决方案。“传统的光谱成像设备是一个大仪器 海谱的相机模组才一片指甲大，而且更便宜，不管从体积还是价格、便利性都跨越民用的门槛，也是中国在这个细分芯片赛道上做到了世界领先的位置。”黄锦标这样比较。▲高光谱成像技术可检测物质成分芯片产品覆盖全光谱波段，万物皆可测目前，公司已推出几款芯片，形成全光谱覆盖，实现万物皆可测。黄锦标介绍，高光谱成像MEMS芯片及模组可以应用于工业检测、医疗健康、安防环保、食品检测、IOT等多场景。例如在工业检测领域，高光谱技术可在非接触的情况下实现食品检测分拣、质量等级筛选等功能，以往几分钟或数小时的检测结果如今可实时在线获取。在医疗健康，高光谱设备可赋予普通显微镜高光谱视觉能力，同时还可实现癌症筛查、手术辅助成像等功能。在安防环保领域，高光谱技术可对水质、环境进行实时监测，实现对水质的定性、定量观测，实现云图可视化效果。在食品检测领域，高光谱成像技术可对肉类、果蔬、粮油等进行材质分析，检测果蔬的糖度、水分、硬度、酸度等指标，智能分析肉类的新鲜程度。值得留意的是，海谱不仅有硬件团队，也有AI算法团队，这也保证了芯片获取数据后可以计算建模，得到一致性较高的结果。为何一个默默无名的初创科技公司，可以填补芯片产业空白，实现全球技术领先?黄锦标介绍，高光谱成像MEMS芯片是一个多学科的技术突破，不单单涉及微电子，还有化学、材料、机械、光学等。但是，公司一直聚焦于高光谱成像技术这一细分领域，而且公司核心研发团队此前20年专注于该细分技术的研发，有着世界领先的技术沉淀。“中国芯片暂时落后于国外，实际上差在积累不够，除了资本、政策和市场加持，需要很多科研人员、工程师长年累月地在实验室和芯片产线上辛勤付出，这样才有领先技术突破。”黄锦标称，作为一名90年代从大学毕业后进入半导体行业的老兵，见证了深圳20来年半导体行业的萌生、发展和蓬勃，希望通过自主科技创新，支持国产技术在半导体“无人区”技术实现更多突破。【深创者说@黄锦标】“我们一直强调，一个技术是否具有先进性、突破性，一定要有用，要为市场和消费者提供所认可的解决方案。海谱将微型高光谱成像MEMS芯片与人工智能算法结合，来为消费者转译物体的成分信息。比如我们人眼或者普通相机拍一块肉，就是一张普通照片，但是安装我们芯片的相机拍出的照片，经过算法读取，会转换出一个普通人可理解的结果，告诉你这块肉是否新鲜。我们坚持不会做终端产品。现在国内尤其深圳已经有很多全球知名的硬件终端产品公司，我们的定位是生产芯片以及解决方案，来服务这些硬件终端产品公司。在我们看来，现在中国卡脖子，是卡在缺少上游核心芯片或器件的技术和制造能力。海谱立志于去做这样的一个角色。

复旦大学材料科学系武利民课题组研究设计开发了一种新的纳米粒子组装方法——纳米固流体法，首次实现了将高折射率的二氧化钛纳米粒子组装成能工作于可见光波段的超材料光学器件。相关研究成果已发表于《科学进展》。　　目前，绝大多数超材料采用金属材料来制备，这些金属超材料可较好地工作于微波和太赫兹波段。但在更高频率的近红外，特别是可见光波段，金属会吸收过多的光线并造成显著的能量损耗，从而限制了金属超材料在近红外和可见光波段的应用。因此，低损耗的非金属超材料的制备与应用是国际超材料研究领域的热点之一。　　据悉，武利民课题组通过将15纳米的锐钛矿二氧化钛纳米粒子组装成半球形和超半球形固体浸没超透镜，在常规的光学显微镜下实现了45纳米的超分辨率显微成像，大大突破了光学显微镜的极限分辨率200纳米，并揭示了二氧化钛纳米粒子间的近场耦合效应在该可见光超材料中的重要作用。　　这项研究提供了一种在纳米尺度操纵可见光的途径，未来将该组装方法与纳米印迹、微纳流体等技术结合，有望制备出紧凑、低成本的超材料光学器件，应用于隐身、光子计算机、近场光学检测及太阳能利用等领域。

镧系发光纳米温度探针及光学测温技术胡倩1 朱幸俊11上海科技大学物质科学与技术学院生物体温度监测在医学诊断和治疗方面有着重要意义。传统的生物体测温方式依赖于侵入式探头或者局限于体表检测的热成像设备。对于体内深层组织的无损温度探测仍然是一项挑战。光学测温技术基于温度敏感的发光材料和器件，以光信号作为输出实现温度检测。在发光材料中，镧系发光纳米材料（LLNs）具有光稳定性好、发射谱带丰富、低自发荧光干扰等独特优点，在体内成像检测和疾病诊断方面具有广泛应用。目前已报道了一系列LLNs的发光信号的强度、寿命等光学性质与温度相关，因此可以作为温度检测探针。与此同时，LLNs本身的纳米级尺寸有别于传统温度检测的宏观设备，因此可以胜任亚细胞级别的微观热效应检测以及热传递过程研究，提升测温的空间精度，借助LLNs的近红外发光，能进一步提高光信号在组织中穿透深度，更好的实现深组织、非侵入性温度检测。（一）LLNs温度探针的测温策略温度可以改变LLNs的发光强度比、带宽、光谱偏移、寿命等方式影响LLNs的发光特性[1]-[3]。其中，发光强度比和发光寿命这两种策略受生理环境的干扰更小，从而具有更高的测温准确性[4]-[5]。基于发光强度比率构建温度探针电子在两个相邻激发能级（能级差一般小于1000 cm-1）中的分布与温度有关，满足Boltzmann分布，因此具有热依赖性的两个能级发光强度比与温度之间的关系可描述为, [6]-[7]，其中I2/I1为两个能级的发射强度比；ΔE是两个能级能量差，C是由发光基质材料确定的常数,T为温度,kB为玻耳兹曼常数。因此，通过在不同温度下检测两条发射峰的比值，可得到温度以发射强度比值的关系，作为温度检测的校正曲线。基于发光寿命构建温度探针在LLNs体系中，温度敏感的能量转移也会导致激发态寿命的变化，从而可以测量在脉冲激发下特定能级跃迁的寿命与温度的依赖关系，通过发光衰减曲线推断温度信息[8]-[9]。（二）LLNs测温技术与设备基于发光强度比率的测温技术较为直观，相关设备的设置与光谱检测系统类似，主要特点是恒温控制系统的附加。其装置如图1所示，由半导体激光器、样品台、控温器、滤光片、光谱检测器和计算机组成，其中激光器、样品台、滤光片、光谱检测器用于发光材料的光信号激发与收集，控温器件用于样品的恒温与变温进而得到不同温度的光谱。类似的基于发光强度比率的成像检测设备的光谱检测器被替换为CCD相机，通过滤光片系统采集不同波段的发射带，通过光强度成像图的计算得到温度分布结果。光强比率测温技术的设备较为简单，但这项测温方法易受生物环境引起的光散射或吸收的干扰[4]，需在组织或模拟组织的假体中对温度曲线进行校正来减小误差[10]；基于发光比率的温度检测其优点是检测速度较快，对于快速变化的温度具有更好的实时跟踪能力。发光寿命作为荧光团固有特性，受环境干扰较小，因此可以提高测量准确性[11]-[12]，而且LLNs的发光寿命相对小分子荧光探针更长，对于基于成像的寿命检测系统的构建相对短寿命检测难度较低。具体的设备构建如图2所示，将常规的荧光成像代替为时间门控荧光成像系统，配合波形发生器、斩波器等，对相机的分辨率要求高，并且由于寿命衰减曲线的测试需要借助时间门控单元，对光信号进行多次采集，因此获取完整衰减曲线的图像时间较长，不利于检测快速变化的温度信号[8]。两种发光温度检测技术各有优势，目前研究工作中所报道的比率型温度检测技术较为成熟，寿命检测的测温技术仍然处于优化阶段，主要难点是长波长近红外发射的寿命检测技术尚不成熟。图1. 基于发光强度比率温度计的实验设备图2. 基于发光寿命温度计的实验设备[8]（三）LLNs温度探针的生物应用LLNs体内无创温度监测的特性促使了一些新兴的生物医学领域应用，尤其在疾病诊断和指导治疗方面[4],[13]-[16]。我们最近总结了基于镧系发光纳米复合材料的温度检测技术及其生物学应用的研究工作，并梳理了不同测温技术在生物应用上的特点（Chem. Eur. J., 2022, 28, e202104237），希望和大家一起探讨光学测温技术的应用空间以及相关设备的研制。基于LLNs的生物体温度检测，近年来我们开展了一系列的应用。例如我们曾经报道了一种以上转换发光材料为核心（NaLuF4:Yb,Er@NaLuF4)，以光热材料（碳）作为外壳的LLNs，其中上转换发光材料的Er3+发光中心特征的525与545 nm发射强度的比值与温度呈现相关性，因此可作为光学温度探针。通过检测光热过程中的微观温度变化，进一步发现光热效应下纳米颗粒的升温幅度和速率大于常规的外部加热方式。利用这一特性，可以实现温和宏观温度下的微观高温，进而在保证光热治疗剂标记的恶性细胞被有效杀伤的同时，减少不必要的热扩散而损伤病灶周边的正常组织，提升治疗的精度（如图3a）[17]。寿命检测技术上，复旦大学李富友课题组利用PAA-PEG包裹的NaNdF4:Yb@CaF2纳米颗粒，此种材料的Yb3+离子能够发射980 nm光信号，由于Nd3+与Yb3+在不同温度下的能量传递效率不同，Yb3+的980 nm发光寿命随着温度发生线性变化。在活体动物光学成像仪上进行了时间门控系统的附加，利用脉冲激光器对材料进行照射，然后采集材料的发光衰减，最终获得温度-寿命曲线，进一步在活体动物的血管部位进行光信号的采集，考察血管内血液温度与血流相关性，为心血管疾病的诊断和疗效评估提供了重要途径（如图3b）[8]。图3. (a)基于强度比率的Er3+掺杂上转换光热LLNs用于光热治疗过程微观温度监测[17]。(b) 基于寿命的Yb3+-Nd3+共掺杂的LLNs温度计用于心血管疾病[8]。（四）LLNs温度探针的展望合成可调控的LLNs温度探针的发展加速了其作为体内潜在温度传感工具的应用，但为了使其具有更准确的读数结果，还需进一步优化。其中，减少外部干扰和校准通过组织的发光衰减是亟待解决的重要问题。同时进一步探索波长更长的光谱区域，可实现更深层次的组织传感，促进LLNs在体内疾病诊断和治疗方面的生物应用。参考文献1. C. D. S. Brites, S. Balabhadra, L. D. Carlos, Adv. Opt. Mater., 2019, 7, 1801239. 2. A. Bednarkiewicz, J. Drabik, K. Trejgis, D. Jaque, E. Ximendes, L. Marciniak, Appl. Phys. Rev., 2021, 8, 011317.3. H. Suo, X. Zhao, Z. Zhang, Y. Wang, J. Sun, M. Jin, C. Guo, Laser Photon. Rev. 2021, 15, 2000319.4. N. Kong, Q. Hu, Y. Wu and X. Zhu, Chem. Eur. J., 2022, 28, e202104237.5. M. Jia, Z. Sun, M. Zhang, H. Xu, Z. Fu, Nanoscale., 2020, 12, 20776-20785.6. J. Zhou, B. Del Rosal, D. Jaque, S. Uchiyama, D. Jin, Nat. Methods., 2020, 17, 967-980.7. A. Bednarkiewicz, L. Marciniak, L. D. Carlos, D. Jaque, Nanoscale., 2020, 12, 14405-14421.8. M. Kong, Y. Gu, Y. Chai, J. Ke, Y. Liu, X. Xu, Z. Li, W. Feng, F. Li, Sci. China Chem. 2021, 64, 974-984.9. L. Marciniak, K. Trejgis, J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 7092-7100. 10. L. Labrador-Páez, M. Pedroni, A. Speghini, J. Garcí a-Solé , P. Haro-Gonzá lez, D. Jaque, Nanoscale., 2018, 10, 22319-22328.11. M. Tan, F. Li, N. Cao, H. Li, X. Wang, C. Zhang, D. Jaque, G. Chen, Small., 2020, 16, 2004118. 12. K. Maciejewska, A. Bednarkiewicz, L. Marciniak, Nanoscale Adv., 2021, 3, 4918-4925.13. M. Quintanilla, M. Henriksen-Lacey, C. Renero-Lecuna and L. M. Liz-Marzán, Chem. Soc. Rev., 2022.14. Z. Yi, Z. Luo, X. Qin, Q. Chen, X. Liu, Acc. Chem. Res., 2020, 53, 2692-2704.15. B. del Rosal, E. Ximendes, U. Rocha, D. Jaque, Adv. Opt. Mater., 2017, 5, 1600508.16. M. Tan, F. Li, N. Cao, H. Li, X. Wang, C. Zhang, D. Jaque, G. Chen, Small., 2020, 16, 2004118.17. X. Zhu, W. Feng, J. Chang, Y. W. Tan, J. Li, M. Chen, Y. Sun, F. Li, Nat. Commun. 2016, 7, 10437.【作者简介】胡倩 博士研究生2020年毕业于湖南师范大学，获化学专业学士学位。目前是上海科技大学物质科学与技术学院博士研究生，师从朱幸俊教授，主要从事近红外发射镧系纳米复合材料的温度传感和生物成像应用的研究。朱幸俊 研究员上海科技大学物质科学与技术学院研究员、博士生导师。2017年博士毕业于复旦大学生物研究院（导师李富友教授），2017-2019年在美国斯坦福大学材料科学与工程系作为博士后学者从事生物医学成像以及神经调控材料与器件的研发工作。目前已在Nature Communications, Chemical Society Reviews, Nano Letters, ACS Nano, PNAS, Biomaterials等国际著名期刊上发表研究论文30余篇，他引3500余次（H因子26），并持有多项专利。多项研究成果入选科睿唯安ESI化学和材料领域前1%高被引论文(Highly Cited Paper)。研究项目获国家自然科学基金、上海市浦江人才计划资助。课题组致力于发展适用于生物医学的新型纳米材料和技术，通过构建纳米复合材料，利用其光、热、磁、声等性质，实现高选择性、低侵入性的生物成像、疾病治疗和生理功能调控。欢迎感兴趣的同学报考上海科技大学研究生，课题组长期招聘化学、材料学以及生物学相关专业博士后。具体可邮件沟通咨询，zhuxj1@shanghaitech.edu.cn（本文编辑：刘立东）专家约稿招募中若您有生命科学相关研究、技术、应用、经验等愿意以约稿形式共享，欢迎自荐或引荐投稿联系人：刘编辑邮箱：liuld@instrument.com.cn微信/电话：13683372576扫码关注【3i生仪社】，解锁生命科学行业资讯！

近日，中国科学技术大学微纳光学与技术课题组王沛教授和鲁拥华副教授在大量程纳米位移光学感测研究方面取得重要进展。课题组利用光学超表面(metasurface)设计了一种简捷的光场偏振态空间编码，结合精巧的光学系统设计，发展了一种大量程(百微米量级)、高灵敏(亚纳米)、简捷实用的位移感测技术。该研究成果10月12日以“Ultrasensitive and long-range transverse displacement metrology with polarization-encoded metasurface”为题发表在《科学进展》上。 　　纳米精度的高灵敏位移测量对于半导体制造、精密加工和先进成像等领域都具有关键性作用。以半导体制造为例，不同层光刻图案的叠对误差对提升产品良率具有重要的作用。一般要求叠对误差测量技术(overlay metrology)的精度优于光刻线条宽度的五分之一。因此，对于10纳米以下节点的半导体制造工艺必须发展纳米及亚纳米的位移感测技术。 　　以往的研究表明，利用纳米光学天线的定向散射光场可以实现亚纳米位移感测的技术指标。课题组在先前的研究中也分别提出了硅纳米天线对(OE, 26 : 1000-1011, 2018)、表面等离激元天线对(PRL, 124, 243901, 2020)的技术方案。但是基于光学天线散射的感测方法通常只有百纳米的量程，且存在信噪比低的问题，给叠对误差测量等位移感测的实际应用带来较为苛刻的限制。 　　在这项研究工作中，课题组利用光学超表面独特的位相和偏振调控能力，将空间位置信息编码在光场的偏振取向上，并通过精巧的光学系统设计让光场两次经过超表面结构，从而将超表面相对于光束的横向位移信息转化为读出光强信息。由于超表面结构可以在亚波长精度上调控光场的偏振和位相分布，从而可以极大提高偏振空间编码的梯度，进而提高位移感测的灵敏度。 　　实验测试证明，这一偏振编码超表面系统的位移感测精度可以达到100皮米(图1)。进一步，课题组通过移相方法实现了测量范围的周期性延拓，并消除了感测灵敏度的“死区”，偏振编码超表面系统的感测量程可以拓展到200微米以上。 　　与基于光学天线散射的纳米位移感测技术不同，这项研究工作在保持亚纳米的位移感测精度的同时，极大地拓展了感测的量程，而且，通过光强读出位移信息，具有可工程化、简单可靠且精度高的特点，为其在叠对误差测量等位移感测领域的实际应用带来便捷。 图1 偏振编码超表面位移感测系统示意图和实验测试结果 　　光电子科学与技术安徽省重点实验室的臧昊峰、席铮特任教授和张植宇为该论文的共同第一作者，鲁拥华副教授和王沛教授为共同通讯作者。该工作得到了科技部重点研发项目、国家自然科学基金区域创新发展联合基金和先进激光技术安徽省实验室主任基金的经费资助。

秤对人们来说并不陌生，然而，有一种秤，人们却从没有听过、见过，那就是上海交大物理系朱卡的教授团队发明的“光秤”。　　朱卡的教授和他所指导的李金金博士以量子光学和纳米材料为研究基础，在国际上首次发明了纳米光学质谱仪，也就是“光秤”，可以对生物DNA分子的质量、染色体的质量以及中性原子的质量进行无损高精度的光学测量。　　朱卡的教授说，他的研究团队将碳纳米管、量子点和表面等离激元的复合系统等系统地组合起来研究，发明了第一个全光控制的高灵敏纳米光学质谱仪。　　对这一研究成果，美国物理学会评价：“这项研究工作有望带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。”国际公认的物理学界顶尖综述期刊《Physics Reports》也刊登了朱卡的教授团队该成果的长篇综述性论文。这也是上海交通大学首次以唯一单位在该期刊上发表论文。　　据朱卡的教授介绍，目前测量原子和质子等微观粒子质量的方法或仪器包括经典质谱仪和电学纳米质谱仪。与这两种传统的方法相比，“光秤”的灵敏度和精确度都大幅提高。　　“旧的探测方法的不足之处是，被探测的粒子要使其强行带电，才能够被测量。”朱卡的教授表示，这就意味着，由于很多固有属性不能带电的粒子，其质量的测量将受到限制，比如DNA分子，如果强行使其带电，就可能造成其生物成分遭到破坏。　　朱卡的教授估算，通过全光控制的“光秤”，灵敏度和精确度比传统的电学质谱仪高出了将近3个数量级。他表示，这项研究工作在现有电学质谱仪上做了很大的提升和改进，用全光学的方法代替了传统的电学测量，放大了人们对微观世界的认识，并带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。

北京时间3月3日 近日英国曼彻斯特大学的研究学者研发出一种先进的仪器，它能够利用普通的白光将微小物体放大，这台“微球体纳米显微镜”能够检测小至50纳米宽的物体，比现存光学显微镜的极限还要小20倍。利用这台世上最强大的光学显微镜，也许在不久的将来，科学家可以首次直接观测病毒。图1 曼彻斯特大学的助理研究员郭伟博士正利用世上最强大的光学显微镜观察微小结构　　理论上来说，科学家利用显微镜可以观测到细胞内部的微小细节，甚至还能看到“活的”病毒。一个感冒病毒直径约20纳米(1000万纳米等于1厘米)。电子显微镜利用的是聚焦的电子束来代替光，它能看到极小的物体，但也有自身的局限性。它们或者用来观测表面细节，或者它对样本要求非常薄，导致观察精细的生物结构变得异常困难。图2 微小图片：a)显示了一张商业蓝光DVD光碟的微球体超级镜片反射图片。　　这个新仪器使用的是“超级镜片”而非微小的“微球体”(较小的球形颗粒)，来超越光学显微镜的技术限制。曼彻斯特大学机械、航空航天和土木工程学院的李林教授联合新加坡的同事开展了这个项目，他说道：“(新仪器)利用光谱范围内的光源直接成像，从光学显微镜能观测物体的微小程度上来讲，这项仪器已经破了世界纪录。它不仅能够观测50纳米大小的物体，而且我们相信，这仅仅是个开始，它能观测到的物体远不止这么小。理论上来说，无论多小的物体，我们都应该能够观测到。”图3 光学显微镜观测的虚拟图像(就在实际位置的背后，就像镜像原理)。　　现在观测微小物体一般是利用电子显微镜，但是你也只能够看到细胞的外面，细胞内部无法触及。然而光学荧光显微镜可以通过将细胞染色的方法间接的观测细胞内部，但是这种染色却无法渗透病毒。“无需染色而能直接观察细胞，以及能直接观看活的病毒，这将会使研究细胞的方式发生革命性的剧变。这使得我们首次能仔细的观察病毒和研究生物医学。”

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

近日，英国豪迈旗下的微型光谱仪的领导者海洋光学发布了一款全新纳米海绵状SERS芯片。该芯片具有更低背景噪音、更高激光功率承受力、更宽泛波长激光选择与更长货架存放期，实属拉曼增强的理想选择。同时，还提供各种不同波段范围的拉曼模块和ID Raman系列(包括638nm的拉曼系列)。　　纳米海绵状SERS芯片的优势　　更低的背景噪音：这对非常低浓度物质的拉曼分析非常有利 　　高激光功率承受能力：有别于之前发布的纸质基板的SERS芯片，这款金属/玻璃基底的SERS芯片能承受功率非常高的激光入射(为了提高拉曼信号强度)，而样品的性能不会发生改变 　　适用于不同波长激光：新的SERS芯片包括了金(Au)和银(Ag)基底，532拉曼系统推荐使用Ag基底的，785拉曼系统推荐使用Au基底。而处于这两者中间波长的632nm的拉曼系统对Au和Ag基底响应都很好 　　更长货架存放期：在长时间存放后，新版SERS芯片的纳米海绵结构相对于纸质基板的会更稳定，而且不会受室温环境的影响，从生产到货架存放6个月以后，还能保证纳米材料结构的稳定，甚至在存放1年或者更久之后，SERS芯片还能在拉曼测试中展示很好的性能。　Sers 芯片Sers芯片细节图　　适用于532,638和785拉曼，针对638nm的拉曼响应度最好 　　更长的存放期，相对于纸质基板的1--3个月的保存期，SP 纳米海绵SERS芯片可以在常温下存储6个月或更久 　　适用于高能量激光，而且可以确保SERS芯片的整个性能稳定，背景基线也非常低。　　典型应用　　爆炸物　　纳米海绵技术的开发就是为了检测爆炸物和化学武器，与其他生产技术相比，这款SERS芯片的性能明显优于同类产品。　　食品安全　　基于新版SERS芯片对大多数农残的测试 ，最低检出限能到1ppm，另外比如对违法食品添加剂三聚氰胺的检测，在痕量水平都能被检测到。　　反伪造　　通过在燃油中添加拉曼标记物，来判定燃油的真伪，便于政府部门监管。　　痕量污染物检测　　通过痕量污染物拉曼监测，可以对产品生产和化学反应进行反应、过程监控。　　该如何选择SERS芯片?　　海洋光学使用不同的激发波长和测量样品对三种SERS芯片进行了测试和研究，比如，使用785nm的激光配合SERS-Ag，发现三聚氰胺有最强的拉曼响应，但是SERS-Au和SERS-SP的表现也相当不错。　　下表对不同激发波长的拉曼测试情况作了总结，可供大家参考：Laser wavelengthRAM-SERS-AURAM-SERS-AGRAM-SERS-SP532nm-Rhodamine 6G-638nmMalachite green, crystal violetRhodamine BExplosives785nmBPE,E.coli,pesticidesMelamine-

厦大科学家最近制备出一种新型的纳米材料——蓝色的钯纳米材料，它不仅具有很高的催化活性，而且或可成为癌症光热疗的“希望之星”。　　日前，《自然-纳米技术》刊登了厦门大学化学化工学院郑南峰教授课题组的研究成果。该杂志被认为是英国《自然》杂志旗下报道纳米科学与技术相关研究最新成果的顶尖杂志。　　钯是一种稀贵金属，在化学中主要用做催化剂，但是，高比表面积的钯纳米材料多为黑色，被科学家们通俗地称为“钯黑”。郑南峰教授课题组的研究成果却发现，通过形貌的精细调控，纳米钯可以展示出绚丽的蓝色。“钯蓝”不仅拥有“漂亮的外表”，更重要的是，它拥有独特的光学、催化等性能。　　据介绍，厦大科学家制备的“钯蓝”的突出特点是“薄”——它由尺寸均一的六边形超薄钯纳米片组成，薄片的厚度仅为1.8纳米，边长可在20-200纳米间调控。郑南峰说，“这样超薄的结构特征不仅使‘钯蓝’具有高的比表面积，使催化性能更为优越，而且结合理论计算，我们还发现超薄结构是‘钯蓝’具有强近红外光吸收并呈现蓝色的主要原因。”　　这样的发现使得课题组成员将之与当前用于肿瘤治疗的光热疗联系起来。经过一年多的反复实验，课题组发现，“钯蓝”的超薄厚度使其无法散射近红外光，所吸收的光被完全转化为热，导致周围环境快速升温，可直接应用于肿瘤的近红外光热疗。“同时，作为近红外光敏剂，‘钯蓝’的最大特点在于它的超高光热稳定性，这一特性是其他现有贵金属纳米近红外光敏剂所无法媲美的。”

项目编号：CLF0123GZ00ZC63项目名称：华南理工大学纳米红外光谱及近场光学显微镜预算金额：620.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：620.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量（单位）简要技术需求或服务要求（具体详见采购需求）最高限价万元（人民币）1纳米红外光谱及近场光学显微镜一套纳米红外光谱及近场光学显微镜主要用于对样品表面形貌、纳米力学、纳米热学、以及微纳米尺度的化学成分分布进行表征，可获得微纳米材料的红外吸收光谱，并且可以得到微纳米尺度上的化学成分分布图。620经政府采购管理部门同意，本项目（纳米红外光谱及近场光学显微镜设备）允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品，具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为：工业合同履行期限：国内供货：在合同签订后（30）天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用；境外供货（可办理免税）：收到信用证后（300）天内。本项目( 不接受 )联合体投标。对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：华南理工大学地址：广州市天河区五山路381号联系方式：文老师 020-871129622.采购代理机构信息名称：采联国际招标采购集团有限公司地址：广州市环市东路472号粤海大厦7、23楼联系方式：陈女士 020-87651688转分机132或1303.项目联系方式项目联系人：陈女士电话：020-87651688转分机132或130

2023年8月25日，由北京卓立汉光仪器有限公司主办的第四届“逐梦光电”国产光电分析仪器研制与应用研讨会成功召开。来自全国各大知名高校及研究院的“政、用、产、学、研”不同领域的近百名专家学者出席了本次会议。会议期间，仪器信息网特别采访了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所教授级高级工程师刘争晖。据了解，刘争晖主要研究纳米测试分析表征技术，即如何对纳米材料在纳米尺度上的光学电学性质进行表征。这一领域是传统测试技术延伸，一般传统分析测试表征技术，尤其是光学表征技术，由于受到光学衍射极限的限制，表征极限在微米尺度，而很多纳米材料的缺陷、结构等都是在纳米尺度发挥作用。因此需要一定的分析测试手段和设备来表征纳米尺度上的光电转换等信息。纳米尺度测试分析表征技术当前重要的方向是如何将空间技术和时间技术相结合，以实现高时空分辨率的表征。为此，刘争晖将光学系统和扫描探针系统相结合，通过光学脉冲激发和光谱检测技术来达到高时间分辨率。以下为现场采访视频：

日前，中科院光电技术研究所微光刻技术与微光学实验室首次提出基于微结构边际的LSP超分辨光刻技术。该技术利用微纳结构边际作为掩模图形，对表面等离子体进行有效激发，其采用普通I-line、G-line光源获得了特征尺寸小于30纳米的超分辨光刻图形。　　据相关负责人介绍，传统的微光刻工艺采用尽可能短的曝光波长，期望获得百纳米甚至几十纳米级别的光刻分辨率。然而，随着曝光波长的缩短，整个光刻装备的成本也急剧上升。以目前主流的193光刻机为例，其售价为几千万美元。如此高昂的成本严重限制了短波长光源光刻技术的应用。　　近年来，表面等离子体光学的提出为微光刻技术的发展提供了新的选择。利用表面等离子体波的短波长，通过合理的设计掩模图形和工艺参数，超分辨的纳米光刻技术有望形成。　　在此背景下，该所研究员提出了基于微结构边际的LSP超分辨光刻技术。理论研究表明，该技术可获得特征尺寸小于1/10曝光波长的纳米结构，并利用365纳米光源从实验上获得了超越衍射极限的光刻分辨率。这将为我国正在迅猛发展的信息产业技术及纳米科技提供坚实的加工制备基础。

据麦姆斯咨询报道，近日，青岛天仁微纳科技有限责任公司（以下简称“天仁微纳“）宣布完成由中芯聚源独家战略投资的数千万元A轮融资。本轮融资将用于加快公司用于微纳光学等领域纳米压印设备和解决方案的研发和布局，完善售后服务，进一步扩大市场领先优势。从2015年成立至今，天仁微纳已经成为国际领先的纳米压印设备与解决方案供应商，应用包括3D传感（DOE、Diffuser等）、增强现实与虚拟现实（AR/VR）、生物芯片、集成电路、平板显示、太阳能电池、LED等领域。依靠着全球领先的创新技术和设备性能，完善的售后服务，快速的产品迭代，凭借2018年以来微纳光学晶圆级加工生产的市场契机，天仁微纳厚积薄发，打败诸多国际竞争对手，迅速占领了国内超过90%的市场份额，成为该领域市场的领头羊。晶圆级光学加工（WLO）2017年苹果公司发布的结构光人脸识别技术第一次将微纳光学元器件引入了消费类电子领域，晶圆级光学器件加工的概念也逐渐映入人们的眼帘。随着纳米压印光刻技术被应用在结构光人脸识别的DOE元件生产，业界逐渐认识到，与传统光学透镜加工不同的是，基于纳米压印光刻技术的晶圆级光学加工（WLO工艺）更加适合移动端消费电子设备。特别是在3D视觉发射端结构复杂的情况下，光学器件采用WLO工艺，可以有效缩减体积空间，同时器件的一致性好，光束质量高，采用半导体工艺在大规模量产之后具有成本优势。2019年高端智能手机3D传感iToF（间接飞行时间）模组中的匀光片（diffuser）再次引入了纳米压印作为量产手段，2020年AR衍射光波导光栅加工将纳米压印技术的应用推向面积更大的12英寸，纳米压印终于完成了从科研到大规模量产的华丽转身。纳米压印结果厚积薄发，从跟随到超越晶圆级光学加工量产对纳米压印设备精度、稳定性与一致性要求极高，过去一直被德国、奥地利两家光刻设备公司的进口设备所垄断。天仁微纳创始人冀然博士，从事纳米压印技术研发与推广20年。冀然博士2000年赴德留学，师从欧洲纳米压印之父Kurz教授研究纳米压印设备与材料，先后获得德国亚琛工业大学硕士学位与马普所博士学位。博士毕业后加入德国半导体设备上市公司负责纳米压印设备开发与市场推广。2015年，看到纳米压印在微纳光学晶圆级加工领域的市场前景，冀然博士辞去德国上市公司纳米压印首席科学家职位归国创业，成立天仁微纳，专注于纳米压印设备与全套解决方案的研发与产业化。纳米压印应用领域经过几年的研发与积累，实现了面向微纳光学晶圆级加工的完整设备与工艺材料的解决方案。2019年，在中国高科技企业受到国外技术封锁与制裁的背景下，国产高端智能手机着眼于使用国产设备加工3D传感所需的衍射光学器件。作为国内该领域唯一一家能与欧洲设备公司"掰手腕"的天仁微纳，凭借领先的技术、完善的售后服务和快速的市场应对能力抓住了这个机会，设备打入衍射光学器件量产生产线，经过不断的打磨与迭代，占领了大部分市场份额，打败国际竞争对手，实现了国产替代。2020年初，AR衍射光栅波导市场迅速展开，天仁微纳凭借多年研发，积累了完整的AR衍射光波导生产解决方案，包括步进式压印制造12英寸大面积衍射光栅模具、高精度工作模具复制与大面积高保型性光栅压印的全套设备与工艺解决方案，通过给客户提供AR衍射光栅波导生产“设备+工艺”的一站式解决方案的模式，一举垄断了国内市场，从技术到市场全面超越进口设备。不改初心，剑指纳米压印全球第一对于公司未来的发展，冀然博士充满信心：“无论从技术领先性，还是产业化市场份额，我们在国内微纳光学市场已经具有绝对领先优势，对比国际竞争对手，我们有两大竞争优势：一是贴近市场，二是响应速度快。市场需求是驱动技术创新和发展的源头，而未来纳米压印生产最大的市场一定在中国。我们立足于中国市场，贴近客户需求，以最低的沟通成本得到市场反馈。纳米压印是一个不断发展中的、动态变换的技术和市场，基于对市场需求的理解，我们要发挥我们的快速技术迭代能力，不断推出适应客户需求的设备和工艺，来推动市场的发展。这些优势都是国外竞争对手所不具备的，我们要将这些优势发挥到极致，转换为胜势，在快速发展的同时，发挥精雕细琢的工匠精神，相信我们一定能在纳米压印这个细分领域做到全球第一！“天仁微纳将继续致力于纳米压印光刻在晶圆级光学加工领域的拓展，加快设备与工艺的研发迭代，扩大领先优势，同时还将拓展纳米压印在半导体集成电路、平板显示、生物芯片等其它领域的产业化应用，为客户提供更多、更完善的研发和生产解决方案。中芯聚源创始合伙人暨总裁孙玉望表示：“纳米压印是微纳光学器件量产的理想方式，随着3D传感、AR等应用的持续发展，纳米压印将迎来快速发展的黄金期。中芯聚源看好天仁微纳团队在纳米压印行业的多年积累，天仁微纳已推出多款适用于不同场景的纳米压印设备，形成纳米压印设备和材料的一体化平台，将助力国产纳米压印设备打破进口垄断。”冀然博士表示：”深耕纳米压印这个技术20年了，无论市场对这个技术是冷是热，一直坚持下来，就是因为坚信这个技术会有很好的应用前景。守住这份初心，不贪大而全，先做好小而美，做隐形行业冠军，认真打磨产品，真诚服务每一个客户，在一个技术领域深挖到极致，为中国的微纳加工设备产业发展踏踏实实地做出我们的贡献，未来天仁微纳才能成长为有国际竞争力的公司。”关于天仁微纳青岛天仁微纳科技有限责任公司成立于2015年，是世界领先的纳米压印设备和解决方案提供商，产品与服务涵盖纳米压印相关的设备、模具、材料、工艺以及生产咨询服务。天仁微纳致力于拓展纳米压印技术在创新产品领域的应用，例如3D传感（DOE、Diffuser等）、AR/VR、生物芯片、集成电路、显示、太阳能电池、LED等。天仁微纳的使命是成为世界领先的创新公司，并利用卓越的创新力为客户解决高附加值生产难题，帮助客户实现创新技术到产品的转化。

一、项目基本情况1.项目编号：CLF0123GZ07ZC91项目名称：华南理工大学纳米红外光谱及近场光学显微镜预算金额：620.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：620.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量（单位）简要技术需求或服务要求（具体详见采购需求）最高限价万元（人民币）1纳米红外光谱及近场光学显微镜一套纳米红外光谱及近场光学显微镜主要用于对样品表面形貌、纳米力学、纳米热学、以及微纳米尺度的化学成分分布进行表征，可获得微纳米材料的红外吸收光谱，并且可以得到微纳米尺度上的化学成分分布图。620经政府采购管理部门同意，本项目（纳米红外光谱及近场光学显微镜设备）允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品，具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为：工业合同履行期限：国内供货：在合同签订后（30）天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用；境外供货（可办理免税）：收到信用证后（300）天内。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：0809-2341HGG14055项目名称：华南理工大学大型结构疲劳试验机采购项目预算金额：205.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：205.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量（单位）简要技术需求或服务要求（具体详见采购需求）最高限价万元（人民币）1大型结构疲劳试验机1套具体详见采购需求205.00本项目（大型结构疲劳试验机）只允许采购本国产品，具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为： 工业 交付地点：华南理工大学五山校区。合同履行期限：在合同签订后（210）天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用本项目( 不接受 )联合体投标。3.项目编号：GZZJ-ZFG-2023606项目名称：华南理工大学植物活性组分高效制备系统采购项目预算金额：118.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：118.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量（单位）简要技术需求或服务要求（具体详见采购需求）最高限价万元（人民币）1植物活性组分高效制备系统1套植物活性组分高效制备系统，可实现对细胞、酵母、细菌、藻类等内溶物进行高效提取，并实时监测内溶物的电导率、溶解氧、pH、温度等多项指标。设备操作便捷，稳定，能够满足食品，生物，医药等多领域研究需求。主要应用于果酒果醋果汁等食品加工；化妆品功能活性提取、活性改性；中药组分预处理等研究。人民币118万元本项目只允许采购本国产品。本项目采购标的所属行业为：工业合同履行期限：在合同签订后（90）天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用；本项目( 不接受 )联合体投标。4.项目编号：0809-2341HGG14046项目名称：华南理工大学超快瞬态荧光光谱仪（条纹相机）采购项目预算金额：375.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：375.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量（台/套）简要技术需求或服务要求最高限价万元（人民币）1超快瞬态荧光光谱仪（条纹相机）1具体详见采购需求375.00 经政府采购管理部门同意，本项目允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品，具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为： 工业 合同履行期限：关境内货物：在合同签订后（40）天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用；关境外货物：办理免税证明后360天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用；质保期：不少于1年。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年09月12日 至 2023年09月19日，每天上午9:00至12:00，下午14:00至17:30。（北京时间，法定节假日除外）地点：采联国际招标采购集团有限公司官网（http://www.chinapsp.cn/）方式：详见本招标公告“六、其他补充事宜”。售价：￥0.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：华南理工大学　　　　　地址：广州市天河区五山路381号　　　　　　　　联系方式：文老师 020-87112962　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：采联国际招标采购集团有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：广州市环市东路472号粤海大厦7、23楼　　　　　　　　　　　　联系方式：陈女士 020-87651688转分机132或130　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：陈女士/张芷华电　话：　　020-87651688转分机132或1304.采购代理机构信息名 称：广东华伦招标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：广州市广仁路1号广仁大厦7楼　　　　　　　　　　　　联系方式：何工 020-83172166转823（hualunsibu@163.com）　　　　　　　　　　　　5.项目联系方式项目联系人：何工电　话：　　020-83172166-823

p style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/2e585610-8fe0-4d17-b2fd-802522963a42.jpg" title="3816F60D3BA443E21D2C6E4AF4D07930.jpg"//pp style="text-align: center "香港科技大学唐本忠教授/pp　　去年3月2日，《自然》杂志发表一篇新闻深度分析文章，预测“纳米光学革命”的来临(“The nanolight revolution is coming” Nature, 2016, 531, 26.)。量子点(quantum dots)和聚合物点(polymer dots)是一直备受关注的纳米发光材料，而具有聚集诱导发光(aggregation-induced emission, AIE)特性的纳米粒子(AIE dots)则是发光材料研究领域的一支新秀。/pp　　量子点是一种重要的零维纳米半导体，能够用于许多重要的领域，如光电、光伏、生物、医疗等。但它存在两个问题：第一，量子点的种类有限、合成复杂、稳定性差。第二，量子点存在聚集导致发光淬灭(aggregation-caused quenching, ACQ)效应。比如悬浮在水中的纳米粒子，一旦失去包覆的表面活性剂，纳米粒子就会形成不发光的聚集体。聚合物点是高分子聚集体，也存在ACQ问题。当高分子链在水介质中紧密聚集时，分子链间相互作用增强，导致其发光减弱甚或完全消失。/pp　　我们常用的有机发光材料多为小分子，其ACQ问题也很严重。举个例子，荧光素是一种合成染料，当其浓度很稀的时候，荧光素的发光效率为100% 但当浓度增加至10%左右时，其分子发生聚集，发光量子产率降至0%，也就是完全不发光了。生物体系的介质为水，而很多有机染料都会在水中自然聚集。显然，ACQ效应是一个令人烦恼的问题。/pp　　我们课题组研究的聚集诱导发光体系与上述传统体系完全相反。2001年，我们观察到一些噻咯分子在溶液中几乎不发光，而在聚集状态发光大大增强。因为发光增强是由聚集所引起的，故我们将此现象定义为AIE。/pp　　我们研究了典型的AIE分子六苯基噻咯(hexaphenylsilole, HPS)。在溶液中，HPS分子外围的苯环可以通过单键绕中心的噻咯环自由旋转。这种运动消耗激发态的能量，因而猝灭HPS分子的荧光。在聚集态，HPS分子的螺旋桨式构型可以防止π-π堆积和荧光猝灭 同时由于空间限制，分子内旋转受到很大阻碍。这种分子内旋转受限(restriction of intramolecular rotation, RIR)抑制激发态的非辐射衰变过程，打开辐射跃迁渠道，从而使HPS聚集体高效发光。/pp　　为了验证RIR工作机制，我们通过改变外部环境(降低温度、增大黏度和施加压力等)，或者对分子结构本身进行修饰(利用共价键等锁住外围的转子)，使分子内旋转不容易进行。在这些条件下，AIE分子发光增强，从而证实分子内旋转受限的确是导致荧光增强的原因，即RIR过程是AIE效应的主因。/pp　　除了旋转，分子也可震动。震动也可消耗能量，导致发光减弱。但一旦分子聚集之后，分子内震动受限也可使聚集体发光增强，从而产生AIE效应。旋转和震动都属于分子内运动，我们因此将AIE机理从RIR扩展至更通用的分子内运动受限(restriction of intramolecular motion, RIM)模型。/pp　　我们经常说一个正确的机理或者模型应有双重作用：一个是可以帮助理解以前观察到的现象，另一个更重要的是也可指导将来的分子结构设计。我们猜想：如果RIM机理正确的话，任何一个分子只要在单分子态易于旋转或震动，就有可能显示AIE效应。我们因此设计并合成了一系列易于旋转或震动的分子，并高兴地发现它们都有AIE活性。这一方面确认了我们提出的RIM机制的正确性，另一方面使得我们可以容易地开发覆盖整个可见波光范围的AIE材料体系。/pp　　上面讨论的AIE体系的发光皆为荧光，还有一种发光为磷光。虽然磷光比荧光更重要，但教科书告诉我们，有机分子溶液在室温下不可能发出长寿命磷光。溶液态如此，那聚集态情况如何呢?我们惊喜地发现一些简单有机分子的结晶可发出长寿命磷光。这种奇特的结晶诱导AIE现象使我们实现了纯有机聚集体的高效室温磷光。/pp　　有机分子发光，一般需要共轭电子结构，因此传统的发光材料都是芳香族或富含苯环的化合物。没有苯环的分子会发光吗?这个问题非常重要，因为自然界很多分子都不含苯环。我们发现很多不含芳香环的合成高分子和天然产物都可发荧光和磷光。这些分子的结构特点是富含杂原子。这些杂原子电负性很强，且有孤对电子，它们之间的空间电子相互作用导致刚硬的簇结构的生成。这些簇作为生色团发光，因此我们将其命名为“簇发光”。/pp　　氧、氮、磷、硫等杂原子都可形成簇结构，因此理论上都可发光。自然界的很多东西都富含杂原子，都存在簇发光现象，比如，大米、淀粉、纤维素、蛋白、DNA等在紫外光照射下都可发光。簇发光为我们寻找天然发光材料开辟了一条新路。通过AIE途径，我们有望从自然界寻找廉价、无毒、环保、益生的非凡发光材料。/p

显微镜是重要的科学仪器，显微镜的诞生，拓宽了人类的眼界，带领人类进入微观世界。利用显微镜，人类可以看到细胞机构、微生物、材料的微观机构等，在此基础上进行研究和分析，从而产生大量发明和发现，推动了科学的发展。自显微镜发明以来，科学家们不断提升显微镜的性能，新技术层出不穷，更强大的显微镜能够进一步提升科技水平。由于显微镜对科学有着重大贡献，显微镜领域的多项重大发明都获得了诺贝尔奖。1953年，荷兰人弗里茨塞尔尼克因因相衬显微技术而获得了诺贝尔物理学奖。1986年，德国人恩斯特鲁斯卡作为透视电子显微镜的发明人，获得了诺贝尔物理学奖。1986年，德国人格尔德宾宁和荷兰人海因里希罗雷尔研制出扫描隧道显微镜，获得了诺贝尔物理学奖。2014年，美国人艾力克贝齐格、美国人莫尔纳尔和德国人斯特凡赫尔凭借超分辨荧光显微镜，获得了诺贝尔化学奖。2017年，瑞士雅克杜博歇、德国人约阿希姆弗兰克、英国理查德亨德森研发出低温电子显微镜，获得了诺贝尔化学奖。其中超分辨荧光显微镜的出现，使得光学显微镜进入纳米级尺度。现在，中国研究团队进一步提升光学显微镜的性能，在光学超分辨显微成像技术领域取得突破性进展。哈尔滨工业大学仪器学院和北京大学未来技术学院合作，在低光毒性条件下，把结构光显微镜的分辨率从110纳米提高到60纳米，该显微镜是目前活细胞光学显微成像中分辨率最高的超分辨显微镜，并实现564帧/秒、成像时间达到1小时以上。中国团队提出了一种计算显微成像算法，可以突破光学衍射极限，加上荧光成像的前向物理模型以及压缩感知理论，同时结合稀疏性与时空连续性的双约束条件，开发出稀疏解卷积技术，提高了时空分辨率和频谱，从而研发出超快结构光超分辨荧光显微镜系统。这项技术适用于大多数荧光显微镜成像系统模态，能够实现近两倍的稳定空间分辨率提升，将在生物科学领域发挥重大作用。麦克奥迪、舜宇光学科技、永新光学和广州晶华光学是目前国内光学显微镜市场份额排名靠前的企业，均为中国企业。但国内高端光学显微镜市场主要被徕卡、蔡司、尼康、奥林巴斯等国外企业占据。随着中国光学显微镜实力不断提升，中国企业有望改变高端光学显微镜市场竞争格局。结语中国通过引进和吸收国外技术，取得了巨大进步，想要进一步提升国家竞争力，就必须自主创新，自主创新需要从基础研究做起，而基础研究离不开科学仪器，研制科学仪器就是打好发展基础。

近日，国家标准计划《纳米技术 拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数》进入公开征求意见阶段，反馈日期截止到2023年12月5日，如有任何建议或意见，请有关单位和专家填写征求意见表（详见附件）并反馈至邮箱：shaoyue @graphene-center.org 。本文件由TC279（全国纳米技术标准化技术委员会）归口，主管部门为中国科学院，起草单位为中国科学院半导体研究所、河北大学和泰州巨纳新能源有限公司。本文件规定了使用拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数的方法。本文件适用于利用机械剥离法制备的、横向尺寸不小于 2 µm的 2H堆垛的二硫化钼薄片的层数测量。化学气相沉积法制备的 2H堆垛的二硫化钼薄片可参照本方法执行。二硫化钼薄片具有优异的电学、光学、力学、热学等性能，在学术届和工业届都引起了广泛的关注，已成为新一代高性能纳米光电子器件国际前沿研究的核心材料之一。二硫化钼薄片作为二维层状材料的代表，其层数或者厚度显著影响其光学和电学等性能。例如，单层二硫化钼薄片为直接带隙半导体，多层二硫化钼薄片为间接带隙半导体，且带隙随层数增加而逐渐降低，但场效应迁移率和电流密度会随之提高，进而通过调控二硫化钼薄片的层数实现与其相关的光电探测器、光电二极管、太阳能电池和电致发光器件的可控性能。所以，快速准确地表征二硫化钼薄片的层数对于其生产制备和相关产品开发具有重要的指导意义，也是深入研究二硫化钼薄片的物理和化学性质的基础和其开发应用的核心。拉曼光谱作为一种快速、无损和高灵敏度的光谱表征方法，已被广泛地应用于二硫化钼薄片的层数测量。比如，单层和多层二硫化钼薄片的拉曼光谱中，高频拉曼振动模——E12g 和A1g的峰位差值随二硫化钼薄片的层数而递增，两层及以上的二硫化钼薄片中低频拉曼振动模——呼吸（LB）模和剪切（S）模的峰位与二硫化钼薄片的层数具有确定的对应关系。同时，对于制备在氧化硅衬底上的二硫化钼薄片，二硫化钼下方硅衬底的拉曼峰的强度也与其上二硫化钼薄片的层数呈现单调变化的关系。因此，利用上述拉曼光谱参数特征，就可以准确地测量二硫化钼薄片的层数。由于不同方法制备的二硫化钼薄片在结晶性和微观结构上存在较大差异，现有任何一种表征方法均不是具有确定意义的通用手段。在实际应用中需要根据二硫化钼薄片的结晶性和微观结构特点来选择一种或多种合适的表征方法对其层数进行综合分析。附件：纳米技术 拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数（征求意见稿） -- 征求意见表.doc纳米技术 拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数（征求意见稿）.pdf

秤对人们来说并不陌生，而上海交大物理系朱卡的教授团队发明的“光秤”，有望通过对生物DNA分子的质量、染色体的质量等高精度光学测量，来检测人体内的癌细胞。　　在量子信息和量子测量技术迅猛发展的今天，对量子奇异世界的探索已成为各国研究学者的不懈追求。朱卡的教授和李金金博士以量子光学和纳米材料为研究基础，在国际上首次提出了纳米光学质谱仪，也就是“光秤”，“这将为量子测量技术、纳米技术、生物医学技术的发展提供崭新的平台和新颖的思维方式。”　　对这一研究成果，美国物理学会评价：“这项研究工作有望带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。”国际公认的物理学界顶尖综述期刊《Physics Reports》也刊登了朱卡的教授团队该成果的长篇综述性论文。自1971年创刊以来，该期刊一共只发表了以中国大陆科研机构为唯一单位的综述性论文9篇，其中2000年以来共4篇，这也是上海交通大学首次以唯一单位在该期刊上发表论文。　　朱卡的教授团队利用表面等离激元和纳米材料的耦合系统首次提出了用全光控制的方法测量微观粒子的质量。目前预测能精确地测出单个原子的质量。　　怎样用光学的方法来测出一个原子的质量，据朱卡的教授介绍，把待测原子放在一个碳纳米管表面，然后用两束强弱不同的光同时照在碳纳米管上，此时探测弱光的吸收谱，就可以精确得到碳纳米管的振动频率。先后两次测量碳纳米管的振动频率，得到放入原子前后碳纳米管的振动频率的变化量，通过计算就能得到落入碳纳米管表面的单个原子的质量。　　“其实这里并没有包含物理学上的什么新方面或新原理，但以前却从来没有人考虑过这样一个方案，”朱卡的教授说，“我们将碳纳米管、量子点和表面等离激元的复合系统等系统地组合起来研究，发明了第一个全光控制的高灵敏纳米光学质谱仪。”　　朱卡的教授估算，通过全光控制的“光秤”，其灵敏度和精确度比传统的电学质谱仪高出了将近三个数量级。他表示，这项研究工作在现有电学质谱仪上做了很大的提升和改进，用全光学的方法代替了传统的电学测量。据介绍，目前正在进行的是通过“光秤”来对单个质子或中子进行测量的研究。朱卡的教授团队还希望把“光秤”应用到生物DNA分子的研究中，提出了一种癌细胞DNA分子的检测方法。据介绍，传统的癌变DNA分子的质量应与正常的DNA分子是不完全一样的。利用这一“光秤”同样可以检测到癌细胞的存在。因此，朱卡的教授预测其还可以用于临床医学。

—保持高分辨率，同时提供更宽的光谱测量范围，以低成本满足项目需求— 微型光谱仪行业领导者海洋光学（Ocean Optics）的畅销微型光纤光谱仪目前能测量更宽的波长范围。把XR系列光栅用于USB2000+、 JAZ-EL2000及USB4000后，仅需一台光谱仪就可轻松覆盖~200-1050纳米之间的所有波长。 海洋光学（Ocean Optics）研发的新型XR-1光栅选项克服了在单个微型光谱仪中提供UV-NIR（紫外-近红外）宽测量范围的难题。光栅密度为500条/毫米，性能表现优异，可减少预算开支，无需对原由系统作改动。XR-1光栅现可预置在USB2000+、JAZ-EL2000及USB4000内，也可作为客户定制系统的附加选项。 XR系列光谱仪的光学分辨率为~2.0纳米（FWHM）。海洋光学（Ocean Optics）特有的阶次滤波器被直接用于探测器上，以免产生二阶和三阶影响。预配置装置上25µ m开口可为大部分应用装置提供绝佳的光学分辨率。对于同时需要测量UV-VIS及VIS-NIR的安装来说，XR系列光谱仪是单仪器方案的最佳选项，它非常适合于测量那些能够对整个波长范围做出反应的样品，例如太阳辐照度、原子发射谱线测量以及一些等离子应用。 关于海洋光学: 总部位于达尼丁，佛罗里达的海洋光学是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过120,000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学是致力于安全检测领域的英国豪迈集团的子公司。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团 (www.halma.cn)。 创立于1894年的豪迈是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有 4000 多名员工，近40 家子公司，2008/09财年营业额超过 4.5亿英镑。豪迈旗下子公司的产品主要用于保护人们的生命安全和改善生活质量。通过持续不断的创新，这些产品在国际市场上始终处于领先地位。这些产品使我们的客户更安全、更富竞争力和盈利能力。豪迈的子公司正在多个领域为中国的经济做出贡献，主要包括制造、能源、水及废物处理、环境、建筑、交通运输及健康行业等。豪迈目前在上海和北京设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。 欲了解最新豪迈中国新闻并订阅RSS，请访问豪迈中国新闻博客: http://halmapr.com/news/halmacn/ 如果需要更多的信息请联系: 孙玲博士，总经理 海洋光学亚洲分公司 中国上海长宁区古北路 ６６６ 弄嘉麒大厦 ６０１ 邮编：２００３３６ 电话：(86) 21 6295 6600 传真：(86) 21 6295 6708 电子邮箱： Distributorsupportasia@oceanoptics.com 网址：www.oceanopticschina.cn / www.oceanoptics.com 中文媒体联络： 刘兵斌 (Bryan Liu) 中国区市场经理 英国豪迈国际有限公司上海代表处 中国上海市长宁区仙霞路 137 号 盛高国际大厦 1801 室 邮编：200051 电话：(21) 5206 8686-111 ，传真：(21) 5206 8191 电子信箱：bryan.liu@halma.cn 网址：www.halma.cn

p style="text-align: justify text-indent: 2em "北京大学物理学院介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心龚旗煌院士团队在国家重大科研仪器研制项目的支持下，研制成功“飞秒-纳米超高时空分辨光学实验系统”。该实验系统能够同时实现几个飞秒的超高时间分辨率和四纳米的超高空间分辨率，成为介观光学与微纳光子学研究的强大实验测量手段。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "最近，研究团队利用超高时空分辨光发射电子显微镜（PEEM），首次从近场微观角度揭示了局域表面等离激元近场增强与退相干时间的内在关联，相关研究成果以标题“Correlation between near-field enhancement and dephasing time in plasmonic dimers”于4月24日发表在物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters, DOI:10.1103/PhysRevLett. 124.163901）上。研究团队还首次从时间和能量布居演化两个维度全面揭示了单层WS2超快电子冷却和弛豫动力学过程，相关成果以标题“Ultrafast Electron Cooling and Decay in Monolayer WS2 Revealed by Time- and Energy-Resolved Photoemission Electron Microscopy”于4月3日发表在纳米领域重要期刊《纳米快报》（Nano Letters, DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00742）上。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在表面等离激元光子学实验中，团队利用PEEM高空间分辨率的优势直接观测到金纳米结构二聚体阵列体系中局域表面等离激元模式的近场分布（图1），通过激发光波长依赖的光发射强度测量和基于超短脉冲的光发射自相关测量，分别获得同一结构的表面等离激元的近场增强和退相干时间，发现两者之间的关联依赖于金纳米结构二聚体间隙和激发光的偏振方向（图2和图3），首次揭示出这种关联性由近场远场耦合和纳米结构局域作用共同决定。研究成果对于理解表面等离激元光子学中的基本物理问题以及拓展表面等离激元在高灵敏检测与传感、太阳能电池等微纳光子器件应用研究具有重要意义。/pp style="text-align: center"img style="" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/a9a3c0d1-724b-48e3-9835-ef3b9b0a8257.jpg" title="1.png"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "图1.金纳米盘二聚体结构示意图，SEM和PEEM图像（图片来源于网络）/pp style="text-align: center text-indent: 0em " img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/0364c343-9c77-4a7a-bbe0-f3fbaabbf45f.jpg" title="2.png"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "图2.纵向偏振下PEEM测量的金纳米棒二聚体结构近场特性、以及局域表面等离激元超快动力学（图片来源于网络）/pp style="text-align: center text-indent: 0em " img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/09389613-d1fd-497c-aae9-b9d6dcb7f225.jpg" title="3.png"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "图3.横向偏振下PEEM测量的金纳米盘二聚体结构近场特性、以及局域表面等离激元超快动力学（图片来源于网络）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在单层WS2超快电子冷却和弛豫动力学过程研究中，团队发现衬底上的和悬空的单层WS2都存在的两个时间尺度的超快动力学过程（图4），分别归于导带的电子冷却和缺陷捕获过程，从衰减曲线可以观察到两个时间尺度的过程，分别为0.3 ps和3ps左右。通过能量分辨的PEEM测量（图5），团队发现第一个过程与电子在导带的冷却相对应，第二个过程反映了电子在导带底的弛豫。通过对比悬空的单层WS2样品的PEEM测量（图6），并结合荧光光谱和拉曼光谱表征，发现该弛豫过程主要与缺陷态有关。此项研究借助于PEEM在空间、时间与能量等多维度的分辨能力，揭示了典型TMDs材料单层WS2超快的电子冷却和缺陷捕获的动力学过程。研究还发现缺陷态的产生与真空下光照有关，这种缺陷的产生方式及其对动力学过程的显著影响，在一般的光发射实验和光谱测量中值得注意。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em " /pp style="text-align: center"img style="" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/3c51a77b-88a1-452d-b69f-12e2bf8de95b.jpg" title="4.png"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "图4.WS2/hBN/p-Si样品结构和时间分辨PEEM测量（图片来源于网络）/pp style="text-align: center text-indent: 0em " img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/00e81eb6-4218-477c-a2c6-274d9ec6cc7c.jpg" title="5.png"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "图5.WS2/hBN/p-Si样品时间和能量分辨PEEM测量，电子能量分布曲线可以由费米-狄拉克分布拟合（图片来源于网络）/pp style="text-align: center text-indent: 0em " img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/e5ce24c3-5475-4725-bbc2-f705b3ee4021.jpg" title="6.png"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "图6.悬空的单层WS2样品的时间分辨PEEM测量（图片来源于网络）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "相关研究工作由北京大学团队、日本北海道大学电子科学研究所Hiroaki Misawa教授团队和中国科学院半导体研究所谭平恒研究员课题组合作完成。北京大学博士生李耀龙是两篇文章的第一作者。研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心、极端光学协同创新中心和纳光电子前沿科学中心、日本文部科学省及日本学术振兴会等的支持。/p

在过去的十年中，开发“简单”的血液测试并为个性化治疗提供设计，且无需侵入性肿瘤活检取样，使癌症筛查、诊断或监测成为可能，一直是癌症研究的核心目标。来自正在进行的生物标志物开发工作的数据表明，提高早期癌症检测分析的灵敏度和特异性需要多个标志物单独使用或作为多种方式的一部分。在血液中多个维度(基因组、表观基因组、转录组、蛋白质组和代谢组)的癌症相关分子改变以及整合所得的多组学数据有可能发现新的生物标志物并进一步阐明潜在的分子途径。在此，我们回顾了多组学液体活检方法的关键进展，并介绍了“纳米组学”标准模式：开发和利用纳米技术工具来富集并对血液循环癌组进行组学分析。　　论文：Nano-omics: nanotechnology-based multidimensional harvesting of the blood-circulating cancerome译名：纳米组学：基于纳米技术的血液循环癌组的多维采集　　尽管癌症的治疗手段取得了日新月异的成果，但全球人口仍有六分之一的死亡是由癌症导致的。缺乏早期癌症检测工具是造成这种高死亡率的主要原因之一。能够在疾病早期检测血液中肿瘤特征的测试为癌症患者提供了巨大的、尚未开发的潜力，即在肿瘤变得无法治愈之前接受有效治疗。因此，液体活检技术正在迅速发展，不仅可以进行非侵入性肿瘤分析，还可以检测无症状个体的癌症发作。　　基于使用组合治疗方式治疗癌症相似的基本原理(例如，手术、放疗和化疗)，多种血液循环分析物作为“癌症指纹”的协同作用导致了在早期癌症检测中的范式转变。液体活检样本包含一系列蛋白质、核酸、循环肿瘤细胞(CTC)和细胞外囊泡(EV)，它们从多个肿瘤部位进入血液循环，共同反映肿瘤生物学的空间和时间异质性。尽管关于分泌和循环肿瘤材料的动力学仍有待了解，但连续液体活检提供了纵向捕获系统性生物分子变化的可能性，因为它们在肿瘤进展的进化轨迹中动态发展。　　检查各种血液成分中的多维分子变化(基因组、表观基因组、蛋白质组和其他)并整合由此产生的多组学数据集，不仅有可能阐明癌症特异性分子机制和潜在的治疗靶点，而且还可以发现新的用于早期癌症检测的生物标志物组合(图1)。迄今为止，由于液体活检分析物的浓度极低，尤其是在非转移性疾病患者中，对癌症组的综合分析范围上收到了限制，。事实上，基于血液的多组学生物标志物发现的主要瓶颈之一是单独富集和提取不同类型的液体活检分析物所需的大样本量(通常10-15 ml)。此外，多种分析物提取方案影响了所得组学数据集的分析重现性和可比性。　　在此，我们评估了过去十年在早期癌症检测的多组学方法方面取得的进展。我们还介绍了“纳米组学”的概念，这是一种使用纳米技术来解决当前与血液循环癌组的富集和分析相关的技术限制的新兴范式。具体来说，纳米组学利用生物流体培养的纳米材料作为清除平台，在组学分析之前富集和分离癌症衍生的分析物，最终目标是识别用于早期癌症检测的新型多组学生物标志物组。　　图1 多组学液体活检的转化潜力可以通过基于血液的液体活检捕获的肿瘤特异性信息的多个生物分子层的示意图。血液中存在的复杂生物分子特征突出了开发能够从单个血液样本中检测肿瘤特异性多组学特征的方法的机会。确定的多组学特征在癌症生物标志物和药物开发中具有潜在应用。　　1.多组学生物标志物　　目前，大多数液体活检测试基于蛋白质或游离DNA (cfDNA)分析物，临床上用于检测预后和预测性生物标志物主要是帮助选择最佳治疗策略。例如，血清癌抗原15-3常用于监测晚期乳腺癌患者的治疗反应，血浆cfDNA的EGFR突变检测可用于预测非小细胞肺癌患者对EGFR酪氨酸激酶抑制剂的反应性。随着此类检测在临床上的普及，正在进行的生物标志物发现工作正逐渐朝着开发用于癌症筛查和早期检测的多分析物检测方向发展。尽管评估单一蛋白质(例如，用于前列腺癌筛查的前列腺特异性抗原)或多种蛋白质(例如在已知盆腔肿块的女性的术前检查中用于卵巢癌检测的OVA1组)的分析已经成功应用于临床，(表观)基因组学方法目前仍在早期癌症检测领域占据主导地位。　　循环肿瘤DNA (ctDNA)由封闭在CTC内或由于肿瘤细胞凋亡或坏死而释放到血流中，正在成为早期癌症检测的最有希望的生物标志物之一。尽管ctDNA仅占总cfDNA的一小部分，但下一代测序(NGS)方法能够放大ctDNA信号，因此优于基于质谱(MS)的蛋白质生物标志物发现方法。目前，超过30项正在进行的大型队列临床试验正在评估血液中基于ctDNA的生物标志物。单基因分析已逐渐演变为多基因NGS分析，最近又演变为多模式液体活检方法。不同类别的生物标志物分子的整合不仅有可能提高癌症检测的灵敏度和特异性，还可以将肿瘤定位在特定的解剖部位。　　作为多癌症早期检测液体活检发展的领军技术，两种不同的多重生物标志物特征平台目前正在前瞻性临床研究中进行测试：CancerSEEK和GRAIL测试。 CancerSEEK测试使用蛋白质基因组生物标志物组，并在一项回顾性研究中进行了初步临床评估后，首次在通过基于选择性突变的血液采集和测试(DETECT-A)早期检测癌症研究中对没有癌症病史的患者进行了前瞻性评估。1005名临床检测到8种不同类型的非转移性癌症患者。最初的概念验证回顾性研究评估了一个包含16个基因和8种蛋白质的多分析物组，并证明了70%的中位测试灵敏度(在8种不同癌症类型之间以及疾病阶段之间存在相当大的差异)和超过99%的特异性。此外，监督机器学习算法的应用正确识别了63%的CancerSEEK测试呈阳性的患者的起源器官。随后的DETECT-A研究是第一个评估多分析物(16种基因和9种蛋白质)和多癌症血液检测的前瞻性和介入性试验，涉及10006名无已知癌症的女性(年龄65-75岁)报名时。研究期间共进行了96例癌症诊断，其中26例仅使用CancerSEEK血液检测，24例通过标准护理筛查检测，其余46例根据症状或其他方式检测。据报道，单独使用CancerSEEK测试对所有癌症类型的敏感性为27.1%，与标准护理测试结合使用时为52.1%。然而，应该注意的是，CancerSEEK测试依赖于诊断性PET-CT扫描来确认所有阳性病例并将癌症定位到特定的解剖部位。尽管如此，该试验表明，多分析物血液检测与PET-CT和标准癌症筛查方案相结合，不仅可以有效地纳入常规临床护理，还可以促进旨在治愈的手术。最新版本CancerSEEK的验证目前正在一项前瞻性观察研究中进行，该研究对1000名已知或疑似癌症患者和2000名未患癌症的人进行，命名为ASCEND(Detecting Cancers Earlier Through Elective Plasma-based CancerSEEK Testing–Ascertaining Serial Cancer Patients to Enable New Diagnostic)。　　GRAIL测试使用基于血浆cfDNA中DNA甲基化模式的替代检测方法，该模式通过对超过100000个信息甲基化区域进行亚硫酸氢盐测序确定。该平台目前正在一项雄心勃勃的临床计划中进行多癌症筛查测试，其中包括五项前瞻性试验：循环无细胞基因组图谱(CCGA)研究(NCT02889978)、STRIVE (NCT03085888)、SUMMIT(NCT03934866)、PATHFINDER(NCT04241796)和PATHFINDER2 (NCT05155605)。基础CCGA研究表明，这种靶向DNA甲基化检测可以检测50多种癌症类型，同时还能以93%的准确度预测癌症信号起源的组织。在所有疾病阶段都检测到癌症(I-III期敏感性：43.9% I-IV期敏感性：54.9%)，特异性超过99%。通过与英国国家卫生服务局的合作，最新版的GRAIL测试(Galleri)的临床和经济性能将在一项包括140000名50-77岁参与者的试点筛选研究中进行前瞻性评估。值得注意的是，CancerSEEK和GRAIL测试都被授予FDA突破性设备状态，突出了多分析物测试在早期检测多种癌症类型方面的巨大潜力。　　除了无细胞基因组和蛋白质组癌症生物标志物之外，研究人员还尝试从血液中纯化和表征CTC和肿瘤衍生的EV用于实时监测治疗反应。CELLSEARCH系统是第一个获得FDA批准的平台，旨在捕获、纯化和枚举上皮来源的CTC，以预测转移性乳腺癌、结直肠癌或前列腺癌患者的预后。目前，计数极少的CTC(转移性疾病患者每毫升血液中通常为1-10个)是基于上皮标志物的表达，例如上皮细胞粘附分子(EpCAM)和细胞角蛋白8、18或19，并依赖于无法维持CTC活力的基于抗体的细胞捕获和染色方法。目前，CTC的临床效用仅基于计数，并且仅限于预测临床结果而不是实现癌症检测。然而，大量的CTC富集技术正在开发中，以实现异质CTC种群的顺序采样和分子谱分析。从散装细胞策略到对可行和完整的患者衍生CTC进行单细胞分析的转变推动了具有集成下游分子分析功能的微流体技术的发展，包括ClearCell FX1系统。　　肿瘤分泌的EV不仅与肿瘤生长和转移有关，而且还可能稳定地封存癌症相关蛋白质、核酸和脂质的宝库。与CTCs相比，EVs在生物体液中的含量更高，尽管从生物体液的背景分子成分中重复分离和富集EVs仍然是众所周知的困难。 DNA条形码标记、3D纳米图案微流控芯片和无标记纯化平台(例如，通过超快分离系统(EXODUS)检测外泌体)只是目前正在开发的克服与传统超速离心相关在纯化效率、产量、速度和稳定性方面限制的基于抗体的EV纯化方案的几个例子。将生物分子或生物物理富集与在单个微流控平台(例如，外泌体模板等离子体技术TPEX)内对EV封存的生物标志物(例如蛋白质和microRNA)的多重检测相结合，在分离EV方面显示出来自非囊泡生物流体成分巨大的前景。　　还尝试使用基于免疫亲和的微流体接口从单个样品中对CTC和EV进行双重隔离和分析。例如，双重用途的OncoBean (DUO)微流体装置已被证明能够从黑色素瘤患者的血液样本中同时分离CTC和EV，并使用多重实时定量逆转录 PCR (RT-qPCR) 测试对这些分析物进行分子分析，检测一组96个黑色素瘤相关基因的表达模式。使用单个设备或平台富集多种癌症分析物被认为是多组学液体活检领域的下一个前沿。　　2.数据分析与整合　　尽管组学数据集的可用性越来越高，但由于需要对多组学数据集进行计算操作和解释，所以将生物标志物发现转化为临床试验仍然具有挑战性。大规模的国际研究网络开始意识到在癌组整合层上捕获数据的巨大潜力。癌症基因组图谱 (TCGA)是2005年发起的泛癌基因组学联盟，现已扩展到多组学，包括超过2.5 PB的基因组、表观基因组、转录组和蛋白质组数据。美国国家癌症研究所的临床蛋白质组肿瘤分析联盟(CPTAC)是多机构倡议的另一个例子，旨在利用蛋白质组数据集的互补性，为不同癌症类型提供新的分子见解。　　从单个患者样本中生成的多组学数据集的集成为发现血液中疾病特异性分子特征提供了巨大的潜力。然而，多组学数据分析比“单组学”分析更具挑战性，以下六个关键问题仍有待解决：(1)命名差异(例如，以基因为中心的与以蛋白质为中心的)和标识符弃用可能会无意中合并不同的分子种类 (2)每种数据模式都受制于其自身特定的噪声和分布特征，这需要在分析工作流程中使用大量相互依赖的软件工具 (3)开发和执行多组学工作流程需要广泛的领域知识 (4)工作流程复杂，难以优化，容易出错 (5)结果可能高度依赖于分析工作流程的设计 (6)复制和比较结果可能会因工作流程的细微变化而变得复杂。　　目前已经开发了许多工作流程解决方案以实现多组学数据的关联，例如 GalaxyP和WINGS。但目前对于从此类数据集中选择关键生物标志物尚无共识。用于多组学数据分析和整合的可用工具和方法已在其他地方进行了彻底审查。　　3.癌组的纳米富集　　MS和NGS的技术进步极大地推进了血液中蛋白质组学特征的分析，但只有少数基于血液的癌症生物标志物测定已获得FDA批准。从血液中提取和纯化癌症相关分析物仍然是限制液体活检进入常规临床实践的主要瓶颈。　　对新型早期检测生物标志物的探索引起了基于纳米技术平台的开发，这些平台旨在丰富血液癌组的不同成分(包括蛋白质、ctDNA、CTC和EV)。这些“纳米富集”策略中的大多数依赖于纳米粒子的高表面体积比以及它们的表面工程和功能化能力。所有这些利用纳米级技术或材料特性的策略都包含在纳米组学范式中。在这里，我们讨论了当前阻碍液体活检临床转化的技术挑战，并重点介绍了已用于克服这些挑战的纳米组学平台示例(表1)。　　靶向纳米组学基于纳米颗粒表面的功能化，靶向部分作为特定癌症相关分析物的识别元素。相比之下，“非靶向纳米组学”方法依赖于癌症相关分析物在与生物流体孵育后非特异性吸附到纳米颗粒表面(图2)。已经开发了许多靶向纳米组学方法，主要用于富集EV和CTC(图2和3)，而癌症分析物在生物流体孵育的纳米粒子表面的自发吸附仅在过去5年有使用，主要用于蛋白质和cfDNA的富集和分析(表1)。我们强调，尽管在免疫测定和生物传感器中加入基于纳米颗粒的探针经过广泛研究，但其不属于纳米组学方法的范围。这种生物传感器的输出信号是基于纳米颗粒-分析物复合物独特的光学和电化学特性，而不是基于纳米颗粒富集分析物的下游组学分析。　　图2 纳米组学范式概述“纳米组学”方法的示意图，其中纳米材料被用作清除平台，以从生物体液中捕获、富集和分离癌症相关分析物以进行下游组学分析。“靶向纳米组学”需要使用靶向部分对纳米材料表面进行功能化捕获特定的癌症分析物，而“非靶向纳米组学”依赖于癌症分析物非特异性、自发吸附到纳米颗粒表面(称为生物分子电晕形成)。基于纳米材料的采集平台可以同时从单个外周血样本(以及可能的其他生物体液)中丰富癌症特异性基因组、转录组、蛋白质组和脂质组特征。纳米组学方法旨在应用生物-纳米界面获得的知识，以实现复杂生物流体的多组学分析，最终目标是推出用于早期癌症检测的新型多分析物生物标志物。cfDNA，循环游离DNA CTC，循环肿瘤细胞 EV，细胞外囊泡。　　表1 使用纳米组学方法分析液体活检分析物的示例研究　　ASGPR1，去唾液酸糖蛋白受体1 cfDNA，循环游离DNA CTC，循环肿瘤细胞 ddPCR，微滴数字PCR ELISA，酶联免疫吸附试验 EpCAM，上皮细胞粘附分子 EV，细胞外囊泡 ICC，免疫细胞化学 IHC，免疫组化 LC-MS/MS，液相色谱和串联质谱 nano-HB，纳米人字形结构 NP-HBCTC-chip，纳米颗粒人字形循环肿瘤细胞芯片 NSCLC，非小细胞肺癌 PEDOT，聚(3,4-乙撑二氧噻吩) PEG，聚乙二醇 PEI，聚乙烯亚胺 PIPAAm，聚N-异丙基丙烯酰胺 PLGA，聚乳酸共乙醇酸 PL，磷脂 qPCR，定量PCR RT-ddPCR，逆转录微滴数字PCR RT-qPCR，实时定量逆转录PCR SWATH-MS，连续窗口全理论碎片采集质谱 TROP2，肿瘤相关钙信号传感器2。　　3.1 蛋白和ctDNA采集　　在血液循环的生物分子中，蛋白质是细胞过程的生物学终点。因此，蛋白质在历史上作为最受关注的分子生物标志物。然而，直接从血液中发现新的蛋白质生物标志物由于高丰度蛋白(例如，白蛋白约占总蛋白质含量的50%)的压倒性掩蔽效应而变得错综复杂。尽管基于无标记MS的蛋白质组学取得了相当大的进步，但这种信噪比问题极大地阻碍了血液中疾病特异性蛋白质特征的识别。血浆免疫亲和消耗柱被广泛用于克服白蛋白掩蔽的问题，但会导致低分子量(LMW)蛋白质组(例如，60 kDa的蛋白质)以及高丰度载体蛋白的大量损失。　　2003年首次提出使用富集纳米粒子来增强血液中LMW癌症蛋白质组的蛋白质组学分析，但这一概念仅在过去十年中才引起纳米科学界的兴趣(表1)。由 Liotta、Petricoin及其团队开发的Nanotrap技术使用核壳亲和诱饵水凝胶纳米粒子作为蛋白质收集器。与上述免疫亲和柱类似，Nanotrap技术能够将高丰度的高分子量(HMW)蛋白与LMW蛋白分离。具体来说，纳米颗粒的多孔外壳阻止HMW但不阻止LMW蛋白的进入，而内核包含共价连接的化学亲和诱饵，可捕获LMW蛋白以进行收获和后续分析。值得注意的是，虽然初步可行性研究证明了Nanotrap颗粒作为蛋白质生物标志物发现平台的潜在用途，但该技术主要用于捕获和富集已知的生物标志物蛋白质。　　蛋白质在与生物体液一起孵育后自发且非靶向吸附到纳米颗粒表面，称为“蛋白冠”(框1)，也已被用于蛋白质生物标志物的发现。在过去的十年中，我们了解到复杂的蛋白质电晕会在所有纳米级材料的表面上以不同程度迅速形成，这取决于它们的物理化学性质和表面特性。事实上，纳米粒子对血液蛋白的结合亲和力已被证明是由许多不同的因素决定的，包括它们的大小、表面电荷和功能化以及纳米粒子-生物流体的孵育条件(框1)。　　对低丰度蛋白质的纳米颗粒电晕富集和分析进行体内研究，首先需要通过将脂质纳米颗粒静脉注射到荷瘤小鼠和卵巢癌患者体内。随后通过尺寸排阻色谱法从血液中回收电晕包被的纳米颗粒并从高丰度背景分子(没有诊断价值)中纯化纳米颗粒结合的蛋白，从而能够对血浆蛋白质组的LMW部分进行高分辨率分析。这项最初的范式转变工作引发了人们对体外形成的蛋白质电晕指纹作为一种新工具的临床开发的兴趣，该工具用于对从癌症患者队列中获得的血浆样本进行蛋白质组学分析。通过无标记蛋白质组学技术对“健康”和“患病”纳米颗粒电晕样本进行全面比较，可以识别多种以前未被识别的候选生物标志物蛋白(表1)。　　在这些原理的基础上，Proteograph平台已被开发用于深度分析等离子体蛋白质组，该平台使用具有不同表面特性的有不同的电晕轮廓的磁性纳米粒子组合。由于2D和3D纳米材料是过量的，因此需要做更多的工作来研究各种类型的纳米颗粒的组合是否能在MS分析中显著“扩大”血液蛋白质组的覆盖范围。还存在从血浆样品中纯化和回收电晕涂层纳米颗粒、纳米颗粒制剂的合成和稳定性以及所需的样品量是可能阻碍此类生物流体预处理方案开发的一些亟需解决的技术挑战。　　最近，纳米颗粒蛋白冠的形成在概念上已经转变为由蛋白质、脂质、多糖和核酸组成的多层分子自组装，称为“生物分子冠”(框1)。例如，我们展示了cfDNA与基于脂质的纳米颗粒在与人类血浆样本孵育时的相互作用。这一额外组学维度的发现以及在患有晚期卵巢癌的女性(与年龄匹配的未患癌症的女性相比)样本中发现的显著更高丰度的纳米粒子冠状cfDNA为进一步研究卵巢癌铺平了道路。有趣的是，对相同纳米颗粒电晕样本的蛋白质组学分析揭示了组蛋白中的癌症特异性升高，表明核小体介导的纳米颗粒cfDNA相互作用。虽然 microRNA(在蛋白质复合物中或封存在EV中)的纳米颗粒表面吸附仍有待研究，但这些发现突出了开发能够同时富集和纯化血浆蛋白和无细胞游离核酸的纳米蛋白质组收获平台技术的机会。　　使用纳米粒子从血液中纯化cfDNA的替代方法只有少数正在探索中，包括阳离子磁性纳米线系统的开发。在一项原理验证研究中，这种纳米纯化方法在收集cfDNA以通过液滴数字PCR检测EGFR突变方面优于金标准QIAamp循环核酸试剂盒。此外，从非小细胞肺癌患者的血液中共同分离CTC和cfDNA证明使用单个纳米颗粒平台有富集多种分析物的潜力。其他证明金纳米粒子与甲基化DNA相互作用的研究也为利用生物纳米界面检测cfDNA中癌症特异性甲基化模式奠定了基础。　　3.2 CTC和EV分离　　将CTC和EV从癌症患者的血液中高效提取和纯化是液体活检分析物进行临床转化的关键，这给纳米技术人员带来了工程创新挑战。基于金标准CTC免疫捕获的方法无法收获功能上可行的CTC的异质群体。因此，目前CTC的临床应用只是基于它们在大量造血细胞中的检测和计数，并且仅在高负担、转移性疾病患者中进行。尽管血液中的EV数量更多，但它们的小尺寸和低密度带来了一系列独特的技术挑战。传统的台式EV纯化技术(如超速离心、聚合物诱导沉淀等)主要依赖于它们的物理特性，需要几个小时并无法区分癌症衍生的EV和非恶性细胞释放的EV。　　已经进行了许多利用CTC和某些EV子集的癌症特异性的尝试，以使用纳米组学方法增强血液CTC和EV及其基因组、转录组和蛋白质组的捕获和分离。这些收获策略中的大多数需要用针对众所周知的CTC和EV表面抗原(如 EpCAM、HER2、CD9、CD81和CD63)的抗体涂覆纳米颗粒表面。已经开发了广泛的纳米技术来捕获血液CTC和EV(表1和图3)，包括磁性、金、硅、二氧化钛(TiO2)和碳纳米材料平台，具有不同程度的设计复杂性和成功率。为了解决与CTC固有异质性相关的问题并提高捕获效率，还使用了不同抗体的混合物对相同的纳米颗粒平台进行功能化。例如，用抗体混合物标记的磁性纳米线已被证明能以100%的效率(29名患者中的29名)从250 µl血液样本中有效分离早期非转移性乳腺癌衍生的CTC。　　抗体靶向纳米颗粒也已集成到微流体装置中，与标准的CTC或EV分离方法相比，该装置需要更少的样品量并具有更高的检测灵敏度，并且可以设计成多步功能(例如，分析物分离、鉴定和检测)。这种基于纳米颗粒的平台的例子包括Poudineh等人设计的基于磁性排序流式细胞仪的微流控芯片，以根据其表面蛋白表达表型分析CTC，以及Zhang等人开发的具有自组装3D人字形纳米图案的Nano-HB微流控芯片，用于检测卵巢癌患者血浆中低水平的肿瘤相关外泌体。结合纳米颗粒分离CTC或EV以及下游细胞内或囊泡组学分析的微流控芯片也在开发中，并逐渐演变为综合多物种分析平台。　　纳米材料提供的多模态工程能力使其能够从复杂的生物流体中同时捕获和可视化癌症分析物，以及对捕获的分析物进行刺激响应分离和取样以进行进一步分析。多功能纳米颗粒平台的一个例子是由Zhou等人开发的发光聚乙二醇功能化免疫磁性纳米球，用于对从EpCAM+上皮癌患者的外周血样本中分离的CTC进行高分辨率可视化。量子点沉积在这些磁响应Fe3O4纳米颗粒上，除了与血液进行磁分离外，还可以实时监测CTC的回收过程。最后，使用含二硫键的接头将抗EpCAM抗体连接到这些纳米颗粒构建体的表面，使谷胱甘肽介导释放活化的CTC。　　除了这些上皮标记依赖技术之外，还有研究利用CTC对裸碳基纳米颗粒表面的高亲和力的不依赖标记的方法，并有望捕获更广泛的CTC亚型，从而能够表征其独特的转移潜力。例如，在概念验证研究中，Loeian等人开发了一种碳纳米管CTC芯片，能够从4毫升或8.5毫升血液样本中根据细胞角蛋白8或 18、EGFR和HER2成功捕获具有各种表型的异质CTC，血液样本来自7名I-IV期乳腺癌患者获得的每毫升血液中0.5-28个CTC。从污染的白细胞中纯化并将粘附的CTC从纳米管CTC芯片中释放出来需要进行更多的优化工作，用于后续的组学分析。　　因此，大量证据表明纳米技术解决方案可以增强血液循环癌组的采样。尽管如此，还需要对收获的CTC和EV进行下游蛋白质组学分析，以便在早期癌症检测的背景下充分实现纳米组学方法的承诺。　　4.纳米组学的愿景和挑战　　多组学液体活检分析的兴起正在逐渐改变我们捕获癌组复杂的方式。基于血液的癌症多组学分析有可能最终涵盖基因组学、表观基因组学、蛋白质组学、脂质组学和代谢组学特征，从而更深入地了解肿瘤发生并提高早期检测的敏感性(图1)。血液中液体活检分析物的含量极低，这要求开发新技术以使癌组富集，同时最大限度地减少所需的样本量。　　本文介绍了纳米组学方法并将其定义为利用纳米技术从生物体液中分离分析物以进行后续(多)组学分析(图2)。纳米组学寻求应用在生物与纳米界面获得的知识，对血液和其他生物体液中存在的疾病特异性分析物或分析物特征进行全面分析。纳米组学的最终目标是产生具有高信息能力的综合多组学知识，并揭示新的分子生物标志物组。　　基于纳米技术的平台在从血液中富集CTC和EV方面以及揭示过去隐藏的血液蛋白质组方面显示出了巨大的潜力。虽然靶向纳米组学方法(通过具有靶向部分的纳米颗粒的功能化)主要用于捕获血液CTC和EV，但最近利用纳米颗粒进行血液蛋白质组学分析的努力是基于蛋白质电晕形成的非靶向自发现象(框1)。根据这一策略，纳米颗粒充当捕获LMW血液蛋白质组的“纳米网”，从而解决了迄今为止困扰无标记蛋白质组学分析的信噪比挑战。　　纳米技术界已经开始将目光投向明确表征的蛋白质冠之外，现在正在研究纳米粒子与共同构成所谓的生物分子冠的其他生物分子种类的自发相互作用，包括脂质、代谢物和cfDNA。生物分子电晕提供的复杂分子指纹为纳米技术人员提供了一个令人兴奋的机会，可以开发用于血液多组学分析的纳米级平台。尽管还有很多工作要做，但我们设想未来基于纳米颗粒的清除平台将同时从单个生物流体样本中捕获癌症特异性基因组、转录组、蛋白质组和脂质组信息(图2)。　　纳米颗粒生物分子电晕作为在多个组学层发现生物标志物的有效工具可以部署在一系列生物标志物应用和紧迫的临床中。特别是对于早期疾病检测，纳米组学提供了一种综合解决方案：通过单次抽血分析整个循环癌组，同时还探索了在癌症中知之甚少的替代循环生物分子(如脂质和代谢物)的作用。与其他旨在捕获和量化已知癌症相关分析物的基于纳米颗粒的生物传感技术不同，纳米组学“采血”方法有可能加速生物标志物开发程序的发现阶段。为了推动这种基于血液的纳米级清除平台的发展，纳米科学界需要关注可供他们使用的大量纳米材料的转化潜力。　　虽然纳米组学可以解决与液体活检分析相关的一些技术障碍，但其他方面的挑战正在成为阻碍癌症生物标志物临床转化的限制因素。这些障碍包括需要基于高维机器学习的生物信息学方法来整合从单个样本的多组学分析中获得的大型且不同的数据集，以及开发适用于临床使用的多分析物设备。事实上，英国癌症研究中心早期癌症检测路线图强调了在基础和分子生物学、分析技术和机器学习的交叉研究领域需要一种整体方法。从实验室过渡到临床需要合并包括学术研究、工业、研究资助者、监管机构和医疗保健专业人员在内的多部门网络。生物标志物开发的发现阶段通常在学术实验室中启动，并引导多个候选生物标志物的识别。将这些发现转化为具有多路复用能力的临床试验需要在大量患者中进行的分析和临床验证研究中投入大量资源。　　最后但并非最不重要的一点是，生物标志物程序的验证阶段在很大程度上取决于样本的可用性，由于血液样本不是从患有此类癌症的患者身上常规收集，因而可能对早期癌症的研究提出特别的挑战。样本收集、处理和储存过程对验证阶段的分析重现性提出了额外的挑战。最后，癌症筛查方法的一个重要考虑因素是将液体活检分析与标准的基于成像的筛查实践相结合的价值。这种多模式早期检测方法最有可能提供有关肿瘤定位和大小的精确信息，并解决过度诊断的问题。　　框1 纳米颗粒生物分子电晕“生物分子电晕”是指各种生物分子在与生物液体一起孵育时，在纳米颗粒表面上的自发吸附和自组装分层。蛋白质在纳米颗粒上的吸附被称为“蛋白质电晕”。生物分子电晕的组成受多种因素影响。具体而言，组成由纳米颗粒的各种物理化学性质以及纳米颗粒在生物流体中的孵育条件定义(图)。cfDNA，无细胞DNA。　　　　图3 基于纳米材料的血液EV和CTC分离为促进血液样本中细胞外囊泡(EV)和循环肿瘤细胞(CTC)富集而开发的几种纳米技术的示意图摘要。大多数EV和CTC富集策略是基于具有特定靶向部分(通常是抗体)的纳米颗粒或纳米线的表面功能化 然而，也有人提出了无标记富集方法。针对CTC和EV的特定表面配体包括上皮细胞粘附分子(EpCAM)、HER2、CD9、CD63和CD81。PLGA，聚乳酸-羟基乙酸共聚物。　　结论　　我们可以清晰地看到来自液体活检样本的综合多组学特征是精准医学和早期癌症检测的未来。由于组学分析工具和基于机器学习的生物信息学方法的重大进步，液体活检有可能克服与组织活检取样相关的许多限制，包括更好地捕获和反映肿瘤异质性。使用纳米技术发现癌症生物标志物仍处于起步阶段，但使用纳米粒子作为血液循环癌组(蛋白质、ctDNA、CTC、EV等)的收获剂提供了巨大的潜力，并可能重新定义早期癌症检测的未来。我们在此定义的纳米组学方法利用生物-纳米界面处的靶向和非靶向相互作用来揭示潜在的新型多组学生物标志物组并破译嵌入组学数据中的多维信息。综合生物信息学数据分析工具的开发以及生物标志物程序验证阶段所需的人体生物样本和多分析物测试的可用性将是这种纳米组学范式临床转化的关键。　　原文链接：　　https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35739399/

随着激光技术的发展，非线性光学材料在光限幅、全光开关、光通信等领域展现出广阔的应用前景。其中，有机π-共轭材料因具有高的非线性光学系数、低的非线性响应阈值、易于结构调控的非线性光学性能等优势而备受关注。线性并苯类稠环是一类经典的有机π-共轭材料，被广泛应用于有机光电器件中。而该类材料随着共轭长度的增加，化学稳定性变差，极易被氧化或发生Diels-Alder反应。同时，随着共轭体系的增大，分子间聚集程度增强，溶解性及其合成难度提高，因而限制了这类材料的开发及应用。 　　近日，中国科学院理化技术研究所特种影像材料与技术研究中心副研究员孙继斌、湘潭大学教授陈华杰课题组、英国剑桥大学博士曾维轩等合作，采用酮胺缩合策略，构建了一类化学性能稳定、溶解性好的氮掺杂非交替纳米带分子(图1)，并将该类材料应用于非线性光学领域，揭示了氮掺杂非交替纳米带分子优异的反饱和吸收性能(图2)。其中，研究引入末端三蝶烯和侧基三异丙基硅乙炔，有效抑制了分子间的聚集，显著提升了材料的溶解性，是目前已报道的分子长度最长的可溶解氮杂非交替纳米带——含13元稠环分子。此外，多重五元环的植入有效阻断了线性并苯类稠环的全局芳香性，实现了基态与激发态兼具的局域芳香性，因而提高了π-共轭系统的稳定性，使得材料(NNNR-2)的三阶非线性吸收系数达到374cmGW–1，且在同等测试条件下，显著高于经典非线性光学材料C60(153cmGW–1)。 　　相关研究成果以N-Doped Nonalternant Nanoribbons with Excellent Nonlinear Optical Performance为题，发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、湖南省教育基金会和玛丽居里研究计划的支持。图1. 氮杂非交替纳米带分子NNNR-1和NNNR-2的(a)化学结构和(b)理论结构模拟图2. 氮杂非交替纳米带分子NNNR-1和NNNR-2的非线性光学性能

Introduction苯并咪唑类杀菌剂（BZD）是一类含有苯并咪唑环的内吸性杀菌剂。最常用的BZDs有苯菌灵、多菌灵（CBZ）、甲基硫菌灵（TPM）、噻菌灵（TBZ）、麦穗宁（FBZ）等。在现代农学中，BZDs广泛用于预防水果、蔬菜和其他作物的真菌病害，用于采前和采后处理；此外，它们还被用作广谱的驱虫药物，用于预防和治疗食源性动物体内寄生虫。因此，许多国家和国际权威机构都实施了严格的监管。 最近，基于纳米材料的光学技术，如比色、荧光和SERS技术，通过开发分析纳米技术在农药检测中的潜力，已经成为基于色谱技术一种替代方法。本文综述了近六年来基于纳米技术的光学传感器在水、食品和农产品中BDZ残留检测方面的研究进展。本研究特别强调了比色、荧光、SERS及其集成系统，为当前BZDs的检测现状提供了广泛的覆盖面。基于纳米材料的光学方法用于检测BDZ杀菌剂的示意图如图1所示。 图1 用各种光学方法检测BDZ的不同纳米材料及其综合方法的示意图 基于纳米材料的信号增强策略纳米材料在研究领域被广泛用于促进传感器的修饰。纳米材料由于其独特的性质，如表面修饰，生物相容性，表面等离子体共振，消光系数，催化活性等，可以提高不同传感器的检测效率。一般来说，信号增强的效果主要是因为来自大表面积的强吸附显示出优异的特异性，以及纳米材料的高电子转移速率，从而提高了不同传感器的传感效率。 基于纳米材料的光学传感器迄今为止，已经利用基于纳米材料的光学传感器构建了不同的BDZ传感技术。光学传感器在BDZ的现场检测方面具有很大的潜力和广泛的用途。图2是BDZ在基于纳米材料的光学传感器，特别是比色荧光和SERS及其集成系统的所有已发表论文的总结。图2 柱状图为基于纳米材料的比色（A）、荧光（B）和SERS（C）传感器检测BDZ杀菌剂的发展和发表论文情况比色传感器基于纳米材料的比色传感器因其对包括重金属、农药、真菌毒素、有毒细菌、生物标志物等在内的许多分析物的灵敏和选择性响应而受到了极大的关注。表面等离子体共振（SPR）是纳米材料的一个重要特征，由于纳米材料的聚集或分散，与分析物相互作用后，在可见光区域显示出明亮的颜色变化，并与分析物产生明显的线性或非线性关系。通常，有两种策略可用于制备基于比色的传感器：I）催化或结构变化引起的颜色变化；II）纳米粒子的形态转变或聚集。比色传感器中比色响应的方案如图3所示。表1是基于纳米材料的比色传感器检测食品中BDZ的研究结果。图3 比色传感器的比色响应表1 基于纳米材料的BDZ比色传感器荧光传感器荧光传感器的基本原理是荧光团或纳米粒子产生的光的发射，从激发态返回到基态。表2是基于纳米材料的荧光传感器检测食品中BDZ的研究结果。表2 基于纳米材料的BDZ荧光传感器基于非辐射能量转移的荧光传感器在检测食品和农产品中的有毒化学物质和致病菌方面引起了人们极大的研究兴趣。FRET是一种非辐射距离依赖的能量转移现象，作为一种独特、可靠、灵敏的分析技术被广泛应用于检测各种分析物。碳量子点或碳点是一种新型的发光碳纳米材料，可用于荧光分析法中的定量分析。如图4A所示，Wang课题组基于氮掺杂碳量子点和金纳米簇之间的FRET，通过两个线性响应开发了CBZ的"turnon"比率型荧光传感器，LOD分别为0.83和37.25 μmol/L。相反，考虑到上转换纳米颗粒的优势，有研究开发了一种上转换-二氧化锰发光共振能量转移生物传感器用于UCNPs对CBZ的灵敏检测，如图4B所示。图4 N-GQDs/AuNCs作为CBZ比率荧光开启传感器的示意图（A） CBZ荧光纳米传感器示意图（B） SERS传感器近年来，随着纳米技术的发展，获得了不同形态的纳米结构，它们被用作SERS活性基底，用于无标记和/或靶敏感检测各种分析物，包括农药残留水平。为了提高基于SERS的农药检测的准确度和精密度，研究人员不断致力于开发新型SERS基底、新型检测策略、原位检测系统等。表3总结了SERS技术在BDZ类杀菌剂检测和定量方面的研究进展。表3 BDZ用纳米材料SERS传感器 SERS活性基底的选择SERS活性基底的选择对SERS检测至关重要。为了制备用于BDZ的最佳SERS传感器，需要考虑三个关键点：i）SERS活性底物的拉曼信号增强能力，ii）SERS有源底物的均匀性和稳定性，iii）BDZ对SERS活性基质的亲和力。 SERS光谱的密度泛函理论（DFT）模拟在SERS信号中可以得到分子固有的拉曼信号，这可以通过DFT得到潜在的证实。理论拉曼信号借助高斯程序进行DFT分析，并给出合理的解释。然而，实验测得的拉曼和SERS信号与理论信号存在一定的差异，这可能与农药或基底的分子结构及其相互作用有关。因此，需要更多的研究来了解它们在实验上存在差异的确切原因。化学计量学对SERS传感器的影响化学计量学的关键优势在于能够从低质量的仪器数据中获得合理的检测结果，所得数据具有信号重叠性强、噪声水平高、分辨率低等特点。这种方法常应用于从光学（即比色、荧光、SERS等）、色谱、电化学和其他各种技术中获得的信号的定性和定量处理。有研究将竞争性自适应重加权采样-极限学习机（CARS-ELM）作为非线性化学计量学方法与SERS相结合，实现了苹果中TBZ浓度的快速测定；该方法在TBZ浓度为1、5、10 mg/L的蓄意污染苹果样品中的回收率为83.02%～93.54%；此外，通过PCA在P＝0.05水平上的判别图确定了LOD（0.001 mg/L），如图5A所示。图5 利用SERS耦合CARS-ELM确定TBZ的方法示意图（A）；SERS传感双杀菌剂界面自组装核壳二维Au@Ag纳米点阵列的制备示意图（B）；便携式拉曼分析仪微滴捕获带（C）；Ag-Au-IP6-Mil-101 (Fe)的制备示意图及TBZ的SERS测定（D）磁性纳米粒子（MNPs）对SERS传感器的影响磁性纳米粒子与贵金属纳米材料的结合在农药的SERS检测中开辟了新的途径，这归因于以下几个优点：MNPs的有序排列和良好调节的热点提供了完美的增强因子；磁性纳米粒子的磁性允许目标化合物从复杂基质中有效分离和富集；磁性纳米粒子的磁性赋予了SERS纳米复合基底可重复使用性；最后，磁性纳米粒子的生物相容性允许生物识别分子固定在其表面，提高了其对目标分子的特异性生物识别能力和与基质的分离能力。利用贵金属单、双金属SERS基底对BDZ进行无标记检测近年来，利用SERS技术实现痕量分子的无标记检测已成为原位应用的研究热点。如图5B所示，利用金核银壳纳米颗粒设计了一种二维纳米点阵列SERS基底，用于梨、苹果和橙汁中TBZ的可靠和可重复性测定，LOD为0.051 × 10-6。 基于氧化石墨烯（GO）的SERS传感器GO是一种单层碳材料，通过π-π堆积作用或静电作用对芳香分子具有突出的吸附能力；此外，由于电荷转移效应，它提高了拉曼信号，从而支持SERS检测。 硅基SERS传感器根据已发表的多篇文献，金属化硅由于具有大的表面积体积比可用于表面修饰、减少纳米材料之间的相互作用、独特的光学性质和易于制备等优点，已成为制备SERS基底的重要元素。基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的SERS传感器PDMS是柔性基底中备受研究者关注的一种聚合物凝胶，因其具有透明性、良好的拉伸强度、黏结性、无毒性和化学稳定性等优点。此外，它具有较低的拉曼截面，对拉曼信号的影响较小。 基于纸张和胶带的SERS传感器纤维素基纸模板具有三维结构、便携性、柔韧性、多孔性、非均相形貌、极小的SERS信号干扰等优点，是硅或玻璃晶片和多孔氧化铝模板的实际替代品。特别是，它可以通过毛细管作用吸收液体，使目标分析物在传感器纳米材料表面黏附和富集基于金属有机框架的SERS传感器。如图5C所示，通过在导电碳带上沉积Au纳米枝晶，生成了用于TBZSERS检测的创新型POCT装置"微液滴捕获带"；作为一个自主的"微容器"用于吸附分析物。基于金属有机框架（MOFs）的SERS传感器MOFs的多孔结构是通过π-π相互作用、氢键或静电作用形成的，它们提供了一个大的比表面积来支持和稳定金属纳米结构，从而获得一种新型的SERS基底。将Au/Ag纳米结构固定到MOFs中作为一种高效的SERS基底近年来受到了广泛的关注。如图5D所示，开发了一种基于MOFs的SERS传感器（Ag-Au-IP6-Mil-101(Fe)）检测果汁样品中的TBZ。 基于分子印迹聚合物（MIPs）的SERS传感器考虑到生物识别元件的局限性，MIP作为一种人工识别元件，具有与目标分子亲和力高、化学和机械稳定性好、价格低廉等优点，在检测、催化和固相萃取等领域具有广阔的应用前景；它通过具有酸性或碱性基团的单体聚合，在目标分子存在的情况下形成三维空腔，可以通过互补的形状、大小和官能团选择性地与目标分子结合。基于其他材料的SERS传感器受仿生材料的启发，将植物叶片组装到AuNPs上，产生电磁辐射热点，用于水中CBZ和TBZ的检测。有研究报道了一种用于检测水果样品中TBZ的模板生长磷烯基Au/Ag纳米复合材料SERS基底。另有研究报道了合成的聚氨酯胶束/纳米银簇用于不同果蔬表面TBZ的原位检测。集成传感器近年来，集成不同的技术来提高检测的选择性、准确性和精密度受到了广泛的关注。利用碳化钛MXene/Au-Ag纳米壳开发了一种双功能智能CBZ检测方法，如图6所示。通过电化学和SERS方法，该传感器在茶叶和大米中分别可以检测到低至0.002和0.01 μmol/L的CBZ（表4）。图6 Ti2C MXene/Au-Ag纳米杂化物用于CBZ的电化学和SERS检测表4 基于纳米材料的BDZ集成传感器Conclusion and Perspectives本文综述了基于纳米材料的检测策略，以实现对实际样品中BDZ的高效溯源。尽管这些基于纳米材料的光学及其集成传感器与传统方法相比具有一定的便利性，但在实际样品的检测中仍然存在一些挑战。在本研究中提到的BDZ中，苯菌灵和FBZ还没有被检测到。由于纳米材料与目标分析物结合的活性位点是有限的，因此关注简便和低成本的样品前处理过程是很重要的。也可以集中在芯片、纸张或带状传感器上，用于BDZ的现场检测，这将更有效地用于工业应用。——————————————————————————————————————— 陈全胜：集美大学海洋食品与生物工程学院教授，博士生导师，主要从事食品质量安全快速无损检测与智能化加工装备研发。近年来先后主持国家部省级项目20余项，出版学术英文学术著作1部，中文学术著作3部，以第一/通讯作者发表SCI论文150余篇（其中，IF10论文10余篇，ESI高被引论文15篇，ESI热点论文4篇），论文累计SCI他引6000余次，个人H指数43；累计授权发明专利50余件（含国际专利4件），成果先后获国家技术发明奖二等奖、江苏省科学技术奖一等奖和教育部自然科学奖二等奖等；先后获国家高层次人才、科技部中青年科技创新领军人才、中国高被引学者、ProSPER.Net-Scopus Young Scientist Award、中国青年科学之星和江苏省333中青年科技创新领军人才等国内外奖励和荣誉。为进一步促进动物源食品质量安全的发展，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，仪器信息网于2023年11月15-17日举办“动物源性食品质量安全检测技术”主题网络研讨会。陈全胜老师也将在此次网络会中带来精彩报告！点击图片，免费参会

据美国物理学家组织网近日报道，美国加利福尼亚大学伯克利分校科学家利用新技术直接在硅表面生长出了极微小的纳米柱，形成一种亚波长激光器，这一成果将为制造纳米光学设备如激光器、光源检测仪、调制器、太阳能电池等带来新的突破。　　硅材料奠定了现代电子学的基础，但它在发光领域还有很多不足之处。工程人员转向了另外一族名为III-V半导体的新材料，以此来制造光基元件，如发光二极管和激光器。　　加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员通过金属—有机化学蒸发沉积的方法，在400摄氏度条件下，用一种III-V族材料铟镓砷在硅表面生长出纳米柱。这种纳米柱有着独特的六角形晶体结构，能将光线控制在它微小的管中，形成一种高效导控光腔。它能在室温下产生波长约950纳米的近红外激光，光线在其中以螺旋形式上下传播，经过光学上的相互作用而得以放大。　　研究人员指出，将III-V和硅结合制成单一的光电子芯片面临的最大障碍是，目前制造硅基材料的工业生产设备无法与制造III-V设备兼容。“要让III-V半导体在硅表面上生长，与硅制造设备兼容是关键，但由于经济和技术方面的原因，目前的硅电子生产设施很难改变。我们选用了一种能和CMOS(互补金属氧化半导体，用于制造集成线路)兼容的生长工艺，在硅芯片上成功整合了III-V纳米激光器。传统方法生长III-V半导体，要在700摄氏度或更高温度下进行，这会毁坏硅基电子元件。而新工艺在400摄氏度下就能生长出高质量III-V材料，保证了硅基电子元件正常发挥功能。”主要研究人员、加州大学伯克利分校电学工程与计算机科学教授康妮张-哈斯南说。　　张-哈斯南还指出，这种亚波长激光器技术将对多科学领域产生广泛影响，包括材料科学、晶体管技术、激光科学、光电子学和光物理学，促进计算机、通讯、展示和光信号处理等领域光电子学的革命。“最终，我们希望加强这些激光的特征性能，以实现光子和电子设备的结合。”

项目编号：SDDX-SDLC-GK-2022025项目名称：山东大学高分辨多模态近场纳米光学原子力成像系统项目预算金额：330.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：330.0000000 万元（人民币）采购需求：高分辨多模态近场纳米光学原子力成像系统，亟需购置。具体内容详见招标文件。标段划分：划分为1包。合同履行期限：质保期国产设备3年，进口设备1年。本项目( 不接受 )联合体投标。5、（进口）20221226-025-山东大学高分辨多模态近场纳米光学原子力成像系统（发售稿）.pdf

项目编号：SDDX-SDLC-GK-2022025项目名称：山东大学高分辨多模态近场纳米光学原子力成像系统项目预算金额：330.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：330.0000000 万元（人民币）采购需求：高分辨多模态近场纳米光学原子力成像系统，亟需购置。具体内容详见招标文件。标段划分：划分为1包。合同履行期限：质保期国产设备3年，进口设备1年。本项目( 不接受 )联合体投标。5、（进口）20221226-025-山东大学高分辨多模态近场纳米光学原子力成像系统（发售稿）.pdf