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双向法制备微球探针及探针应用

双向法制备微球探针及探针应用

作者：冒钰程东华大学

学位级别：硕士

随着纳米摩擦学的深入发展,微球探针因其球形针尖具有稳定的成分、不易破坏样品表面、可精确分析接触面积等优势,弥补了普通AFM锥形探针在众多领域上的应用局限,切实推动了其在材料学、摩擦学、力学、物理学、生物医学等诸多领域的应用... 详细信息

随着纳米摩擦学的深入发展,微球探针因其球形针尖具有稳定的成分、不易破坏样品表面、可精确分析接触面积等优势,弥补了普通AFM锥形探针在众多领域上的应用局限,切实推动了其在材料学、摩擦学、力学、物理学、生物医学等诸多领域的应用及发展。本文提出一种简便易操作的物理粘附方法——双向法,通过将装有微球的载玻片倒置、悬臂与微球的双向移动等手段,解决了困扰微球探针制备技术多年的难题。搭建实际制备平台并根据制备缺陷进行优化升级,可实现微球在悬臂上的精确定位、悬臂上胶量及胶滴位置的准确把控,每5分钟便可以制备出一根微球探针。为了实现对微球探针制备质量的把控,本文使用多重表征检测:显微镜正侧面初步检测、扫描电子显微镜侧面检测及AFM反成像针尖表征。并针对针尖的污染程度进行详细分类。进一步降低因针尖表面瑕疵而引起的实验误差,有效提高了实验数据的可靠性。基于对AFM的应用,研究石墨烯表面上针尖尺寸对粘附力和摩擦力的影响。根据实验结果结合理论分析发现,粘附力、摩擦力会随着探针针尖尺寸的增大而增大,同时发现石墨烯层数对表面粘附力影响微弱。实验过程中发现,当针尖表面贴附上一层或少层石墨烯后,摩擦力及摩擦系数远远低于正常水平,摩擦系数可达到极低的0.003,属于超低摩擦。基于原有的双向法制备平台和PDMS膜,主动制备表面贴附石墨烯的超低摩擦探针。对超低摩擦现象的深入研究必将进一步推动微观摩擦理论发展,为了未来将其应用于宏观摩擦理论之中奠定坚实基础。

关键词：微球探针反成像法摩擦力粘附力超低摩擦石墨烯

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微球探针激光快速加工成形系统设计

传感器与微系统 2016年第7期35卷 62-63,66页

作者：唐海容许斌赵世平四川大学制造科学与工程学院四川成都610065

为了方便快捷地制备微球探针,设计了一种微球探针激光快速加工成形系统。该系统主要由激光光源、激光控制器、光束调整组件、机械定位组件四个部分构成。通过该系统对微球探针进行加工实验,得到了尖端无明显缺陷且具有较好球形质量的微... 详细信息

为了方便快捷地制备微球探针,设计了一种微球探针激光快速加工成形系统。该系统主要由激光光源、激光控制器、光束调整组件、机械定位组件四个部分构成。通过该系统对微球探针进行加工实验,得到了尖端无明显缺陷且具有较好球形质量的微球探针,实验表明:该激光快速加工成形系统能够满足微球探针快速成形的制备要求。

关键词：加工系统 CO2激光微加工微球探针

胶体微球探针的微球表面磨损表征和污染物无损去除研究

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胶体微球探针的微球表面磨损表征和污染物无损去除研究

超分子DNA/量子点纳米线功能化的聚苯乙烯微球探针在DNA可视化检测上的应用

中国化学会第26届学术年会胶体与界面化学分会场

作者：甘阳哈尔滨工业大学应用化学系

＜正＞在用原子力显微镜的胶体微球探针技术进行表面力测量和纳米摩擦研究时,微球会与样品表面发生接触和相对滑动,微球表面会发生磨损并有可能黏附表面污染物,这些问题对表面力-尤其是

关键词：原子力显微镜微球探针表面磨损污染物去除超尖光栅

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超分子DNA/量子点纳米线功能化的聚苯乙烯微球探针在DNA可视化检...

深度学习图像识别辅助原子力显微镜单细胞力学特性精准高效探测

第十一届全国电分析化学会议

作者：钟华张茹敏张书圣青岛科技大学化学与分子工程学院生态化工国家重点实验室培育基地

＜正＞本文介绍了一种新颖的信号放大型可视化荧光探针,并演示了这种探针在可视化DNA杂交检测以及癌细胞荧光染色成像中的应用。该探针的设计原理如示意图1所示,探针以聚苯乙烯纳米微球为载体核芯共价结合DNA连接链,并以该连接链为基础... 详细信息

＜正＞本文介绍了一种新颖的信号放大型可视化荧光探针,并演示了这种探针在可视化DNA杂交检测以及癌细胞荧光染色成像中的应用。该探针的设计原理如示意图1所示,探针以聚苯乙烯纳米微球为载体核芯共价结合DNA连接链,并以该连接链为基础和起始端进行线性DNA模块化自组装,线性生长一定时间后加入生长终止DNA链使反应终止,该终止链同时也是探针的识别部分依靠它来识

关键词：超分子DNA 量子点纳米线聚苯乙烯微球探针 DNA可视化

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生物化学与生物物理进展 2024年第2期51卷 468-480页

作者：吕晓龙李密中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 沈阳工业大学人工智能学院沈阳110870

目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实... 详细信息

目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实验技术存在着依赖人工、效率低下等不足,严重制约了其在生命科学领域的实际应用。本文通过将光学显微成像自动目标识别技术与AFM压痕技术结合,建立了单个游离态细胞及聚团生长细胞的力学特性精准高效测量方法。方法利用YOLO深度学习算法识别出光学图像中细胞的中心部位,并通过嵌入视觉转换器(ViT)模块的双UNet神经网络模型对细胞边缘部位进行精确分割,同时采用模板匹配算法对光学图像中AFM微球探针进行定位,在此基础上自动确定AFM探针上的微球针尖与细胞不同部位之间的空间位置关系,进而对细胞中心部位和边缘部位的力学特性进行快速测量。选取HEK 293(人胚胎肾细胞)和HGC-27(人未分化胃癌细胞)两种细胞进行验证实验,并利用Hertz模型对获取的力曲线进行分析以得到细胞杨氏模量。结果在深度学习光学图像自动识别导引下可将AFM探针准确移动至细胞不同部位(中心和边缘)进行力学特性测量,同时实验结果表明,本文提出的方法不仅可对单个游离态细胞进行可靠测量,也适用于聚团生长的细胞。结论深度学习图像识别在辅助AFM单细胞力学特性精准高效探测方面具有巨大潜力,将深度学习图像识别与AFM结合有助于发展面向生物医学应用的高通量单细胞力学特性测量方法。

关键词：原子力显微镜细胞力学特性光学图像深度学习杨氏模量微球探针

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基于石墨烯的摩擦尺度效应研究

基于石墨烯的摩擦尺度效应研究

作者：詹磊东华大学

学位级别：硕士

石墨烯在微纳米尺度下的表面摩擦性能对于其在微/纳机电系统元器件中作为固体润滑剂的应用具有重要意义。本文利用原子力显微镜以及通过三维微加工平台自制的Si O微球探针研究石墨烯在尺度效应下形貌高度、摩擦、粘附等变化情况。实验... 详细信息

石墨烯在微纳米尺度下的表面摩擦性能对于其在微/纳机电系统元器件中作为固体润滑剂的应用具有重要意义。本文利用原子力显微镜以及通过三维微加工平台自制的Si O微球探针研究石墨烯在尺度效应下形貌高度、摩擦、粘附等变化情况。实验结果显示:在不同尺度下对石墨烯样品进行形貌扫描,针尖尺寸的增加会使得石墨烯的高度测量值增大。同时石墨烯样品形貌的变化对此规律影响较小。针尖尺寸的增加对测量石墨烯-基底-石墨烯样品的间隔宽度及其高度的影响较小。通过针样接触时的受力图解,不同尺度下石墨烯厚度测量值的差异是由于针尖半径的增加,针样间范德华力增大,针尖的法向位移增加。进一步研究尺度效应下的石墨烯表面摩擦特性。石墨烯表面摩擦力在相同定载荷作用下随着针尖曲率半径的增大而增大。在动载荷条件下,亚微米尺度和微米尺度下石墨烯表面均出现正负摩擦系数转折的现象。当针尖直径为400nm、720nm、5μm时,减载范围的变化对正负摩擦系数转折点对应的外加法向载荷影响甚小,但是增加石墨烯厚度会导致其增大,其表现出对厚度具有较强烈的依赖性。针尖直径增大至10μm,转折点对应的外加载荷会因减载范围的不同而不同,同时在不同石墨烯厚度上其规律性不明显。不同尺度下粘附力也是由于针尖曲率半径的增大而增大,通过建立针样接触模型分析,针尖半径增加使得针样间的范德华力和毛细力增加,导致粘附力增大。纳米尺度下,石墨烯表面的粘滑曲线保持平稳,而在亚微米和微米尺度下,粘滑曲线均出现倾斜现象,即摩擦增强,且石墨烯厚度增加摩擦增强效应减弱。通过改进的PT模型进行理论分析,也得出随着针尖尺寸的增大,最大侧向力增加,针样间作用势将增加。因此将负摩擦系数和正负摩擦系数转折点对应的外加载荷对石墨烯厚度的依赖性归因于球针-样品间较大的作用力以及石墨烯面外刚度与其厚度的关系。

关键词：微纳摩擦石墨烯微球探针尺度效应负摩擦系数

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基于微球透镜的超显微成像处理技术

基于微球透镜的超显微成像处理技术

作者：岳航宇东北石油大学

学位级别：硕士

由于光学衍射极限的存在,光学显微镜成像系统分辨率一直受限在半个波长的范围。发展超分辨显微成像技术以突破光学系统的衍射极限是光学成像领域中最主要的问题之一。近年来,各种超分辨显微成像技术应运而生,其中利用微型球体作为超分... 详细信息

由于光学衍射极限的存在,光学显微镜成像系统分辨率一直受限在半个波长的范围。发展超分辨显微成像技术以突破光学系统的衍射极限是光学成像领域中最主要的问题之一。近年来,各种超分辨显微成像技术应运而生,其中利用微型球体作为超分辨率透镜（微球超透镜）,将物体表面信息放大然后投射到传统显微镜的物镜中,能在白光照明下突破衍射极限,为纳米结构的超分辨成像提供了一种简单、直接的方式。为了加快微球透镜显微成像技术的发展,本文在现有的研究基础上提出了两种基于微球透镜的超显微成像处理技术,利用光纤光镊技术分别捕获微球透镜和生物细胞链透镜,构建新的微球探针在水溶液中进行超分辨成像。（1）首先,对微球透镜成像以及光纤光镊捕获微球的机理进行理论研究。由于光波可以看做是电磁波的一种,因此可以利用电磁场的理论来推导电磁场、球坐标方程以及光子纳米射流对微球透镜聚焦能力的影响,构建成像理论仿真模型。再从微球粒子受力的角度分析光镊技术捕获微球能力,掌握光纤光镊捕获微球机理,依据此构建光纤光镊捕获微球仿真模型,将超分辨成像与光镊技术结合,构建新的系统模型。（2）其次,针对微球透镜成像位置局限固定的问题,提出了一种基于光纤光镊技术的单微球探针的超显微成像处理技术。该技术将光纤捕获技术与近场微球成像系统相结合,构建了一个新型的光学成像系统。首先搭建仿真模型与实验平台,选择合适大小折射率与直径的微球透镜进行放大成像,在理论上分析光纤光镊单微球捕获能力,进而选择同时满足成像放大与具备被捕获能力的微球。最后将制备成功的单微球探针移动到待观测物体表面上方,调节微球位置实现任意区域成像。经实验验证,该技术解决了成像过程中观测区域局限的问题,增强了其成像区域的灵活性,实现样品的可选区、低损伤超分辨显微成像。（3）最后,为进一步扩大微球透镜超显微成像的视野并且更好的应用到生物系统中,本文提出利用生物酵母细胞代替无机材料透镜,更好的将微球透镜超显微成像技术应用在生物科学领域。首先进行生物细胞成像特性分析,在确定酵母细胞能够成像的前提下,进一步构建光纤光镊捕获多个酵母细胞的仿真模型,提出一种基于光纤光镊技术的生物透镜细胞链超显微成像处理技术。经实验验证,利用成功制备的微探针,可以实现DVD光盘、蓝光DVD光盘可选区无损伤成像,相较于之前的工作,该生物透镜细胞链扩大了成像视野和应用范围,这种基于生物的无创、实时、并行的成像设备实现了优越的性能。

关键词：微球透镜超显微成像光纤光镊生物细胞微球探针

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悬浮式生物芯片中微流场系统的研究

悬浮式生物芯片中微流场系统的研究

作者：张玺浙江大学

学位级别：硕士

生物芯片技术是生物信息技术领域中新兴发展并得到长足进步的一项高新技术，它实现了对生物信息的快速检测和分析。悬浮式生物芯片技术是对生物芯片技术的继承和发展，并且具有微球探针的反应面积大、通量大、灵敏度信噪比好、杂交反应... 详细信息

生物芯片技术是生物信息技术领域中新兴发展并得到长足进步的一项高新技术，它实现了对生物信息的快速检测和分析。悬浮式生物芯片技术是对生物芯片技术的继承和发展，并且具有微球探针的反应面积大、通量大、灵敏度信噪比好、杂交反应场所理想和操作简便等的优点。微流器件是悬浮式生物芯片信息检测收集的平台，流体流速的控制和待测试液的推射与微流器件共同组成微流场系统。微流场系统是悬浮式生物芯片检测技术中的重要组成部分。本论文主要提出了悬浮式生物芯片的两维多探针进样并行检测方法，用CCD对微球探针进行凝结成像，得到被检测悬浮式生物芯片所需要的全部信息;设计了实验装置，分析了其可行性，并且进行了实验验证;结合流体力学理论，分析了微流体的流动性质、微球探针在微流场中的运动状态，用Stokes方程求解微流场。并提出了用会切磁场约束微球探针;详细介绍了机械方法、激光烧蚀法和湿法蚀刻制备微流器件的方法和原理，并给出了这三种方法制备的微流器件，对它们的微槽表面粗糙度、微槽的形状对检测结果的影响进行了比较。本论文还对微流场系统进行了实验，给出了聚苯乙烯微球在微流器件中的形态。提出了一种减小背景噪声的方法并且进行了实验验证。用CCD对微通道中的微球进行了连续凝结成像，分析了实验结果，对后续的研究工作进行了展望。

关键词：悬浮式生物芯片并行检测 CCD 微流场微球探针微流器件