8月14日,记者从中国科学技术大学获悉,该校工程科学学院微纳米工程实验室利用飞秒激光引导毛细力自组装复合加工方法,实现了手性可控三维微结构和三维金属纳米间隙结构的灵活制备,并实现了在涡旋光手性检测和高灵敏度生化检测方面的应用,相关研究成果日前分别发表在《先进材料》和《先进功能材料》上。

中国科大飞秒激光结合自组装复合加工技术研究取得新进展中国科大飞秒激光结合自组装复合加工技术研究取得新进展

手性微结构在光学和力学等领域具有重要的应用潜力,可以用于构筑多种多样的光学和力学超材料。目前三维手性微结构的灵活、可控制备仍存在诸多困难。中国科学技术大学微纳米工程实验室在飞秒激光复合加工方面开展了长期的系统性研究。在前期工作中,他们通过将飞秒激光直写与毛细力自组装技术结合,开发了新型的飞秒激光复合加工方法,实现了复杂多层级聚合物结构的制备,并在微物体操纵、微粒制备、微光学、仿毛细血管微通道制备等多个领域开展了应用研究。


在前期工作的基础上,研究团队将飞秒激光直写与毛细力驱动自组装技术相结合,通过调控微结构的空间排布、结构尺寸等参数,引导毛细力的方向和大小,成功制备了多层级手性微结构,并展示了该方法高度的灵活性和可扩展性。


飞秒激光有什么用途


物质是由分子和原子组成的,但是它们不是静止的,都在快速地运动着,这是微观物质的一个非常重要的基本属性。飞秒激光的出现使人类第 一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程。基于这些科学上的发现,由于飞秒激光具有快速和高分辨率特性,它在病变早期诊断、医学成象和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。


飞秒激光同领域的运用


也叫毫微微秒,简称fs,是标衡时间长短的一种计量单位,飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得短脉冲的技术手段。飞秒激光在瞬间发出的巨大功率比全世界发电总功率还大,飞秒激光技术随着科技的进步,不断的发展,其脉宽越来越短,脉冲的峰值功率越来越大。飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用。科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的产生发挥重要作用。


在微加工领域,由于其对材料周围影响极小,能安全地切割,打孔、雕刻,甚至应用于集成电路的光刻工艺中。在国防领域,飞秒激光应用在安全切割高爆 炸 药,拆除废旧退役的火箭,炮弹等。在医学领域,飞秒激光用于治疗近视,美容等方面。在生物学领域,飞秒激光轰击细胞 DNA,使其发生突变,用于研究基因变化的各种影响。 在环境领域,飞秒激光 LIBS 技术测量大气污染成分,检测环境污染水平。


微流体技术


是在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术,是在微电子、微机械、生物工程和纳米技术基础上发展起来的一门全新交叉学科。与微电子技术不同,微流体技术不强调减小器件的尺寸,它着重于构建微流体通道系统来实现各种复杂的微流体操纵功能。与宏观流体系统类似,微流体系统所需的器件也包括泵、阀、混合器、过滤器、分离器等。尽管与微电子器件相比,微通道的尺寸显得相当大,但实际上这个尺寸对于流体而言已经是非常小。微通道中的流体流动行为与人们在日常生活中所见的宏观流体流动行为有着本质的差别,因此微泵、微阀、微混合器、微过滤器、微分离器等微型器件往往都与相应的宏观器件差别甚大。


表面增强拉曼光谱检测技术


拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱,可以反映分子的特征结构。但是拉曼散射效应是个非常弱的过程,一般其光强仅约为入射光强的 10^-10。所以拉曼信号都很弱,要对表面吸附物种进行拉曼光谱研究几乎都要利用某种增强效应。拉曼光谱分析包括定性分析和定量分析,SERS光谱处理与识别包含光谱预处理、特征提取、特征分类(定性分析)、数学建模(定量分析)。由于痕量检测中拉曼光谱信噪比低、微弱信号被荧光背景淹没、复杂体系中其它未知组分的干扰等因素的影响,SERS信号自动识别存在很大的挑战。另外,由于拉曼增强效应的稳定性影响,利用SERS进行定量分析具有很大的挑战性。


光谱仪所采集的拉曼光谱包含荧光背景、检测器噪声、激光器功率波动等干扰信息,这些干扰信息不能完全依赖设备的改进而消除,因此在利用光谱数据进行定性定量分析之前,还要完成有效的预处理过程。针对于SERS光谱的预处理,包括平滑去噪和基线校正。


此外,该研究团队还利用这种飞秒激光复合加工方法成功制备了三维金属纳米间隙结构,并实现了典型表面增强拉曼光谱SERS标的物R6G和抗癌药物DOX的高灵敏度检测。该研究为非平坦表面上构建金属纳米间隙结构提供了一种新的方法,有望将基于微流体的表面增强拉曼光谱检测技术应用于精准医疗、实时在线检测等领域。


文章来源: 中国科学技术大学,科技日报

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