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CRISPR/Cas9系统的光学调控研究进展

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化学学报 2024年第11期82卷 1180-1192页

作者：薛煜雯李磊李美星沈清明南京邮电大学省部共建有机电子与信息显示国家重点实验室化学与生命科学学院南京邮电大学省部共建有机电子与信息显示国家重点实验室材料科学与工程学院

CRISPR/Cas9基因编辑系统由规律成簇的间隔短回文重复(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)序列和CRISPR-associated protein 9 (Cas9蛋白)组成,具有结构简单、易于改造、基因编辑能力强等特点,在基因组编辑、转录干扰、表观遗传调控等领域具有广泛的应用潜力.尽管CRISPR/Cas9基因编辑系统在基因编辑方面具有明显优势,但仍无法实现对基因编辑过程的精确时空控制.另外,对肿瘤细胞及特定病理组织的特异性还有待提升.其潜在的脱靶现象所带来的基因毒性也会随着Cas9活性的增强而进一步加剧,从而极大地限制了其在复杂生物系统中的应用.因此,制备能够精确控制多种内源性基因表达的基因编辑系统成为当前CRISPR/Cas9研究的热点.光,作为一种具备高时空分辨率且非侵入性的媒介,其持续时间、位置、波长以及强度均易于调控.光学调控作为一种CRISPR/Cas9新型时空调控策略,因其具有毒副作用小、高时空分辨率以及实时可控等特点而备受人们关注.光学调控策略还可以配合荧光成像、光声成像等影像技术追踪其递送过程,能够极大降低体内基因编辑过程的控制难度和安全风险,从而实现CRISPR系统的可视化递送与精准时空控制.本文旨在综述近年来CRISPR/Cas9系统中采用的各种光学调控策略,评估这些策略的优缺点,并对CRISPR/Cas9系统中光学调控的挑战和发展前景进行展望.

关键词： CRISPR/Cas9 光学调控基因编辑肿瘤治疗特异性

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有机发光器件的光学调控研究进展

中国材料进展 2016年第8期35卷 606-612页

作者：欧清东唐建新苏州大学功能纳米与软物质研究院苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215123

有机发光器件已经在全彩显示屏、可穿戴设备以及环境友好的室内照明领域获得了越来越多的关注。近年来,材料设计、器件结构以及制备工艺的革新,推动OLED器件性能在大面积、高效率、长寿命和高显色指数方面取得了一系列突破性进展。光学... 详细信息

有机发光器件已经在全彩显示屏、可穿戴设备以及环境友好的室内照明领域获得了越来越多的关注。近年来,材料设计、器件结构以及制备工艺的革新,推动OLED器件性能在大面积、高效率、长寿命和高显色指数方面取得了一系列突破性进展。光学耦合效率是影响OLED器件中光电转换过程的关键因素之一,如何调控光学耦合、避免器件内部的光子流失、提高出光效率,对于发展高效率、高稳定的OLED技术具有重要意义。本文将围绕光学调控技术在波长依赖性、出光角度敏感性以及制备工艺兼容性方面,系统分析OLED器件中光学损耗机制,综述近年来国内外在OLED微纳结构光学调控的研究进展,并介绍最新发展的软纳米压印仿生微纳结构光学耦合调控方法。此光调控技术实现了绿光OLED器件效率达到366 cd·A^(-1)、白光OLED效率达到123.4 lm·W^(-1)、柔性白光OLED效率达到106 lm·W^(-1),为新型OLED的光学调控提供了新思路。

关键词：有机发光器件光学调控光损耗模型光取出软纳米压印

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稀土正铁氧体晶体的太赫兹光学调控研究

量子电子学报 2023年第3期40卷 293-300页

作者：武安华赵向阳尚加敏申慧苏良碧中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室上海201899 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 上海应用技术大学材料科学与工程学院上海201418

正交钙钛矿结构RFeO_(3)系列稀土正铁氧体材料是一类在近红外波段透明的铁磁材料,关于RFeO_(3)的超快自旋重取向及其相干控制的研究近年来成为相关领域的研究热点。由于固态材料的磁化振子和电子自旋共振能谱等基本性质的“元激发”能... 详细信息

正交钙钛矿结构RFeO_(3)系列稀土正铁氧体材料是一类在近红外波段透明的铁磁材料,关于RFeO_(3)的超快自旋重取向及其相干控制的研究近年来成为相关领域的研究热点。由于固态材料的磁化振子和电子自旋共振能谱等基本性质的“元激发”能量均在太赫兹能量范围内,得益于太赫兹技术的发展,近年来利用太赫兹超快光学调控RFeO_(3)晶体中不同离子间的交换相互作用、磁各向异性自旋-声子耦合等也取得了一系列突破,对磁学的基础研究具有重要意义。结合笔者近几年的研究进展,总结了国内外RFeO_(3)晶体太赫兹光学调控研究情况,并对该类晶体的超快光磁研究进行了展望。

关键词：激光物理太赫兹光学调控稀土正铁氧体

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界面修饰及光学调控协同增强半透明有机太阳电池性能研究

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界面修饰及光学调控协同增强半透明有机太阳电池性能研究

作者：时融康华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,半透明有机太阳电池（ST-OSCs）得益于成本低廉、可大面积加工及鲜艳可调谐的色彩等优点而在光伏建筑一体化（BIPVs）中极具应用前景。但是,由于光伏玻璃窗应用的基准指标之一是25%的平均可见光透射率（AVT）,即ST-OSCs必须在保... 详细信息

近年来,半透明有机太阳电池（ST-OSCs）得益于成本低廉、可大面积加工及鲜艳可调谐的色彩等优点而在光伏建筑一体化（BIPVs）中极具应用前景。但是,由于光伏玻璃窗应用的基准指标之一是25%的平均可见光透射率（AVT）,即ST-OSCs必须在保持优良的光电转换效率（PCE）的同时,还要保证合适的AVT;此外,ST-OSCs色彩的感官舒适度（显色指数）也是产业化需要考虑的重要因素。因此,如何在保证高效的同时,实现光学透射和显色性能的有效调控是半透明有机太阳电池亟需解决的核心科学问题。围绕这一问题,本论文通过界面修饰及光学调控的协同作用,系统对AVT、PCE及显色指数（CRI）之间进行了调控,最终制备出了高效ST-OSCs。主要取得如下创新性研究成果:1.高性能电子传输层（ETLs）对提升ST-OSCs的性能至关重要。氧化镓、氧化铟薄膜是优异的ECL材料,但目前它们的制备工艺繁琐或涉及高温处理工艺。在本研究中,我们以Ga（acac）3和In（acac）3为前驱体,通过温和的溶液旋涂法以及低温退火工艺得到了以In2O3和Ga2O3为ETLs的太阳电池器件。对比研究发现In2O3和Ga2O3薄膜在可见光范围内具有95%以上的透过率;In2O3薄膜的功函数4.58 eV,相比功函数为5.06 eV的Ga2O3更有利于形成欧姆接触,使器件拥有更高的开路电压;通过电化学阻抗（EIS）的分析,深入探讨了器件内部电荷转移过程及作用,研究表明In2O3具有较低的串联电阻损耗,但Ga2O3具有较高的复合电阻。最终,基于PM6:Y6体系的不透明器件的PCEs分别达到了 16.17%和16.01%,半透明器件的PCEs分别达到了 12.71%和12.60%,两种器件的AVT均超过了25%,同时,CRI也均高于95。2.传统的ST-OSCs颜色调控的方法是使用不同吸收光谱的活性材料,这会使器件的性能产生较大偏差,并使制备过程变的复杂。此外,有机活性层的厚度通常为100 nm左右,活性层过厚会导致载流子复合增加,使器件的填充因子降低。为了在不增加活性层厚度的情况下改善器件的光吸收,同时实现对同一活性层器件的色彩调控,我们引入了新型的电子传输层Hf（ACB1）4和Ag/MoO3/Ag微腔。研究发现,得益于半球形Hf（ACB1）4纳米粒子的光俘获特性,器件的光吸收性能得到了显著提升,以PM6:BTP-eC9为吸收层的器件PCE高达16.76%。在光学模拟的指导下,我们结合Ag/MoO3/Ag颜色调控功能,设计并制备出了以PM6:Y6为吸收层的多色（紫色、天蓝、青色、绿色和品红）ST-OSCs,所有器件的PCE均接近12%。其中,青色器件的PCE为1 1.91%,AVT为23.69%,CRI为92.5。该结果表明,界面修饰和光学微腔可协同增效ST-OSCs,使其具有更好的光伏和显色性能。

关键词：半透明有机太阳电池界面修饰光学调控光电转换效率平均可见光透射率显色指数

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基于光学调控的半透明有机太阳能电池的研究

基于光学调控的半透明有机太阳能电池的研究

作者：韩硕吉林大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池因其质量轻、制备方法简单、柔韧性好以及透明度高等优点受到了广泛关注。作为有机太阳能电池的重要的研究方向,半透明有机太阳能电池(Semitransparent organic solar cells,STOSCs)的最大的优势在于可以集成于建筑中。... 详细信息

有机太阳能电池因其质量轻、制备方法简单、柔韧性好以及透明度高等优点受到了广泛关注。作为有机太阳能电池的重要的研究方向,半透明有机太阳能电池(Semitransparent organic solar cells,STOSCs)的最大的优势在于可以集成于建筑中。近些年由于新型受体材料Y6的出现,STOSCs的能量转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最高值为14%,而且平均可见光透过率(Average Visible Transmittance,AVT)高达20%。除了PCE与AVT以外,显色性能也是STOSCs的重要参数。一般来说,为了满足建筑集成光伏(Building Integrated Photovoltaics,BIPV)的对透射光颜色的需求,需要STOSCs透过中性色或者彩色的光。目前的研究中,光学调控层、光子晶体、Fabry–Pérot谐振腔等光学调控的方式可以实现STOSCs透过中性色或者多彩的光。本论文采用Mo O为光学调控层来实现了高性能中性色的STOSCs,以WO为Fabry–Pérot谐振腔的中间介质层实现了高性能的彩色STOSCs,具体的研究内容如下:1.我们以D18-Cl:Y6:PCBM三元体系为电池的活性层。通过调整活性层的厚度,实现了不透明有机太阳能电池16.40%的PCE。在此基础上,我们以20 nm Ag为STOSCs的透明电极,该器件实现了12.08%的PCE和16.90%的AVT。然而,AVT值仍然低于25%,且CIE 1931色度图上的器件的颜色坐标(0.2768,0.2545)位于蓝色区域,这将阻碍半透明器件的实际应用。为了获得中性色的STOSCs,我们以Mo O为光学调控层。制备了20 nm厚的Mo O半透明器件,AVT值以及颜色坐标分别显著提高到25.45%和(0.2953,0.2822),而PCE则略微降低到11.58%。最后,我们使用转移矩阵法对半透明器件的光场进行了模拟,结果表明Mo O降低了活性层内的光场强度,从而使STOSCs的AVT以及显色性能有显著提高。2.设计并测试了一种由Ag/WO/Ag组成的Fabry–Pérot谐振腔电极。该电极以30 nm银薄膜充当反射层,以WO充当两层银薄膜之间的间隔层,通过调整WO厚度,可以有选择地传输某波长的光子。我们对60,80,100 nm厚度的WO进行透射光谱计算,发现其可以选择性地透过蓝绿红光,而对其他波段的光子有抑制作用。随后,我们制备了Ag/WO(60,80以及100 nm)/Ag电极,该电极对蓝绿红光的峰值透过率高达25.0,38.3,41.3%。我们以该彩色电极为D18-Cl:Y6:PCBM三元体系的器件的透明顶部电极,实现了蓝绿红色器件的PCE分别为13.78,13.65以及13.54%,峰值透过率均大于15%。最后,我们对彩色半透明器件的光场进行了模拟,结果表明Ag/WO/Ag的光学干涉作用导致了调制波长范围内活性层内的光场强度比电极内低,而且随着WO厚度的变化,电极内部表现出的共振区的波长范围可以很好的与器件峰值透过率波长范围相对应。本论文报道了两种光学调控方法,实现了高效率的中性色以及彩色STOSCs,能够满足BIPV的不同场合的需求,对今后中性色以及彩色STOSCs的研究以及发展具有一定的借鉴意义。

关键词：半透明有机太阳能电池光学调控显色性能可见光透过率峰值透过率

宽带发射金属卤化物钙钛矿的制备、光学调控及机理研究

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宽带发射金属卤化物钙钛矿的制备、光学调控及机理研究

作者：李丹西南大学

学位级别：硕士

近年来,卤化物钙钛矿因具有可调的发射光谱、高效的荧光量子产率、简单的溶液制备等特点,被广泛应用于发光二极管等光电领域。特别地,宽带发射材料的发现不仅拓展了材料的选择范围,还有望在多色宽带发光器件、连续光谱可调谐激光器、闪... 详细信息

近年来,卤化物钙钛矿因具有可调的发射光谱、高效的荧光量子产率、简单的溶液制备等特点,被广泛应用于发光二极管等光电领域。特别地,宽带发射材料的发现不仅拓展了材料的选择范围,还有望在多色宽带发光器件、连续光谱可调谐激光器、闪烁体、光电探测器、荧光传感器和波导等方面得到应用。然而目前还缺乏对宽带发射的发光机制和性能调控的系统研究,结构物性关系尚不清楚,高效发光的宽带发射材料的设计仍然面临挑战。此外铅基材料存在的毒性和稳定性差等问题还待解决。金属卤化钙钛矿具有多样的晶体结构、化学组成和形态,为调控光学性能提供了一个通用的平台。基于此,本论文的研究内容主要分为两个方面:一是采取不同方式调控材料的宽带发射并探究其发光机制,另一个是合成少铅或者无铅的卤化物钙钛矿材料。具体研究工作如下:(1)高锰含量CsPbMnCl NCs的合成及光学性能的研究本工作采用前驱体无卤素的实验设计成功合成了具有高锰含量的CsPbMnCl纳米晶(NCs),实现了宽的橙红光发射(600 nm～653 nm)调谐,其中CsPbMnCl NCs实现了该材料的最红发射和最高锰含量。我们发现高锰含量的掺杂归因于表面掺杂Mn和晶核内部掺杂Mn以及核内聚集态的Mn三个部分,此时Mn的局部不均匀分布造成的较大程度的晶格无序性是发光效率低下的主要原因,CsPbMnCl NCs光致发光量子产率(PL QYs)约5.6%。此外,NCs中Mn局部不均匀分布导致局部Mn发生晶格局部重排,晶格无序性得到一定程度的缓解,深能级的缺陷态被钝化,因此Mn相关的PL QYs反而成倍升高。NCs在放置30天后经过局部晶格重排,实现了最高PL QYs 67.86%,同时表现出优越的稳定性,在空气中放置160天后PL QYs仍能保持最高值的95%以上。本工作对Mn的掺杂机理以及缺陷有了进一步的认识。(2)有机无机杂化(CHNH)MnCl单晶的水诱导原位可逆发光研究通过简易的降温结晶法合成了新型的一维锰基(CHNH)MnCl单晶,利用瞬态、稳态以及变激发功率荧光光谱等表征,确定了红色宽带发射来自[MnCl]八面体的d→d*跃迁,PL QYs为9.6%。此外,红光发射的(CHNH)MnCl原位吸水发生结构转化,最终转变为新的绿光发射材料,利用荧光光谱、XRD衍射和形貌研究等研究了(CHNH)MnCl的吸水脱水的可逆变化过程,推测该物质为(CHNH)***。我们通过溶剂挥发法直接合成了(CHNH)***,发现引入的HO改变了Mn的配位环境,PL QYs提高到15.7%,成功实现了光学性能的调控。本工作拓宽了对锰基卤化物发光机理的理解,对今后的无铅锰基发光材料的设计合成有一定的借鉴意义。(3)深红光发射的锡掺杂CsCdCl的合成及发光机理研究本工作首次使用简单的水热法合成了具有六方相的CsCdCl,在室温表现出十分微弱的两种的自陷态激子(STEs)发射,分别位于绿色发射(STEs 1)和近红外发射(STEs 2)。通过微量掺杂不发光金属锡离子(Sn),得到了具有深红光发射的CsCdCl:x Sn,PL QYs最高为28.22%。通过瞬态、稳态和低温变温荧光光谱研究其发光机理,发现材料在低温区也仅表现出单独的STEs 2发光,其发射光谱的展宽和强度的增强也归因于杂质Sn的引入。我们认为杂质Sn的引入增强了激子积累和强激子声子耦合的相互作用,钝化了材料的缺陷,提供了额外的有效激子弛豫途径来促进STEs 2的辐射跃迁,成功实现了对材料多种STEs的发射调控。此外,合成的材料展现了良好的稳定性热稳定性和空气稳定性。本工作证明了CsCdCl作为卤化物钙钛矿发光材料的开发潜力,同时也为多重STEs发光的机理研究和调控提供了样本。

关键词：氯化物钙钛矿光学调控发光机制宽带发射

基于界面工程及光学调控的高效半透明有机太阳能电池

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基于界面工程及光学调控的高效半透明有机太阳能电池

金属卤化物光学性能调控及其在荧光太阳能聚光器的应用研究

第四届新型太阳能电池学术研讨会

作者：石慧夏若曦孙辰肖经洋吴志鸿黄飞叶轩立曹镛华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室

半透明有机太阳能电池由于其在发电玻璃窗及美学建筑等领域的应用,在光伏建筑一体化方面表现出巨大的商业化潜能。目前,制备同时具有较高的能量转换效率、较高的平均可见光透过率以及较好的显色性能的半透明有机太阳能电池仍然面临着巨... 详细信息

半透明有机太阳能电池由于其在发电玻璃窗及美学建筑等领域的应用,在光伏建筑一体化方面表现出巨大的商业化潜能。目前,制备同时具有较高的能量转换效率、较高的平均可见光透过率以及较好的显色性能的半透明有机太阳能电池仍然面临着巨大的挑战。在本工作中,我们将聚合物PF3N-2TNDI作为PTB7-Th:PCBM太阳能电池的电子传输层,通过电子传输层PF3N-2TNDI的光学调控作用,可有效调节活性层中的光场分布,因此,我们在活性层厚度仅为50 nm的条件下,制备得到了能量转换效率超过9%的器件。基于这种超薄活性层的高效有机太阳能电池,我们进一步构建了半透明PTB7-Th:PCBM太阳能电池,并通过改变超薄银透明电极的厚度(100nm)来调控半透明器件的整体性能,从而成功制备了平均可见光透过率为30%时,能量转换效率为6%的半透明器件(如图1),这是目前报道的半透明有机太阳能电池的最高值。其中,PF3N-2TNDI作为一种有效的电子传输层,在构建高性能半透明PTB7-Th:PCBM太阳能电池中起着至关重要的作用,除了之前提及的光学调控作用,还能促使在活性层和电子传输层的界面处产生额外的光电流,从而提高短路电流,此外,PF3N-2TNDI还能促进高质量的超薄银透明电极的形成,因此,半透明有机太阳能电池的性能得到了有效提高。另外,我们也研究了制备得到的半透明器件的显色性能,其显色指数接近100%。这种同时具有较高的能量转换效率、平均可见光透过率以及良好的显色性能的半透明有机太阳能电池将有效推动其在光伏建筑一体化方面的应用。

关键词：半透明有机太阳能电池界面工程光学调控

来源： cnki会议评论

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金属卤化物光学性能调控及其在荧光太阳能聚光器的应用研究

作者：廖莲杏广西大学

学位级别：硕士

荧光太阳能聚光器(LSC)是一种波导装置,用于集中太阳辐射以进行能量交换。荧光材料吸收太阳光并将其转化为荧光。荧光在波导介质中全反射,可以被引导到LSC的边缘。太阳能电池耦合在LSC的边缘,它将集中的荧光转化为电能。由于LSC的横向... 详细信息

荧光太阳能聚光器(LSC)是一种波导装置,用于集中太阳辐射以进行能量交换。荧光材料吸收太阳光并将其转化为荧光。荧光在波导介质中全反射,可以被引导到LSC的边缘。太阳能电池耦合在LSC的边缘,它将集中的荧光转化为电能。由于LSC的横向面积大于边缘,因此减少了昂贵PV材料的使用。基于胶体纳米晶体(NCs)的荧光太阳能聚光器是构建集成光伏(BIPVs)的关键部件。但NC中包含的强重吸收效应或昂贵的成分阻碍了它们的应用。同时,纳米晶体在LSC中的散射对器件性能的影响一直被大家忽视。在这项研究中,我们用热注入法制备了CsPbBr钙钛矿纳米颗粒和CsCuX(X=I,Cl)金属卤化物,通过调节反应温度和金属卤化物元素来分别对两种金属卤化物进行光学调控。以这两种材料做为荧光材料,分别旋涂在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上,或与聚二甲基硅氧烷均匀混合制备出LSC。两种材料通过透射电子显微镜和X射线衍射进行表征。利用紫外可见吸收光谱、光致荧光光谱、光致荧光发射光谱、时间分辨荧光光谱等光谱测试方法来进行光学性能分析。利用透射光谱测试LSC的透过率,通过紫外光电响应系统和AM 1.5G(100 m Wcm)模拟太阳光源测试系统进行光电性能测试。在这项工作中深入研究散射对LSC性能的影响,对其他NC荧光材料LSC系统中散射对其光电性能的影响有着重要的指导意义。本论文的研究内容主要由以下几个方面:(1)通过改变反应温度对CsPbBr金属卤化物材料进行光学带隙的调控。通过测试发现量子限制效应是使其随着反应温度降低发光蓝移的重要原因。将获得的CsPbBr NCs被封装在PDMS基质中,通过测试其样品发现仍然保持其光学特性,且显示出长期的空气和水稳定性。通过以CsPbBr纳米颗粒为荧光材料,将样品均匀旋涂在PDMS制备成LSC。通过光电性能测试得到CsPbBrNCs LSC的PCE为2.5%,且在CsPbBrNCs的吸收范围内LSC都相应表现出光电响应。(2)通过改变CsCuX(X=I,Cl)中的卤素原子来进行光学性能调控。通过测试发现其具有优异的光学性能,同时具有高效的自陷激子发射和大的斯托克斯位移。基于CsCuX(X=I,Cl)NCs制备了低成本、无毒的LSC,且表现出明显的无重吸收特征。通过对CsCuX(X=I,Cl)NCs LSC进行变温荧光光谱和时间分辨荧光谱测试,发现两种荧光材料在PDMS中的荧光性能仍然保持。在不同的LSC器件尺寸中,边缘效率都接近理论极限(～70%)。而存在重吸收的对比样品CsPbBr的边缘效率中,短波长处存在重吸收明显的现象,且样品浓度越高重吸收现象越明显。由上述LSC(8×8×0.5 cm)和商用多晶硅PV电池组成的波导PV器件表现出高达1.8%的功率转换效率(PCE)。本实验研究发现LSC除了对发光光子的波导效应外,这些优异的PCE还被证实是由NC对可见太阳光的散射引起的。这些结果清楚地说明了基于CsCuX NC或类似胶体NC的LSC中光子传播的机制。

关键词：纳米晶体金属卤化物光学调控荧光太阳能聚光器

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线粒体光学检测与调控

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