微纳尿道金属探针3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-04-18 23:54 标签： 尿道金属探针

基于随机方法的AFM探针位置最优估算研究.pdf

基于随机方法的AFM探针位置最优估算研究.pdf,由于受到驱动器PZT (PbZrTiO3) 非线性、系统温漂与其他不确定因素的影响,原子力显微镜(AFM) 探针在任务空间的位置存在不确定性这严重影响了AFM探针观测与操作的效率,如何减小探针位置的不确定性, 实现AFM探针的精确定位成为亟待解决的问题。针对此問题, 提出用概率分布的方式描述探针位置的不确定性,通过建立探针运动模型, 结合基于局部扫描的观测模型, 采用Kalman滤波对探针位置进行最优估算针对算法的实现, 设计了模型参数标定方案。通过仿真和实验的结果验证了算法的有效性与可行性,实现了探针在任务空间中的精确定位,提高了纳米操作效率

         C114中国通信网在光线下反应形成聚匼物或长链分子的树脂和其他材料对于从建筑模型到功能性人体器官的3D打印部件是有吸引力的但是，在单个体素的固化过程中聚合物嘚机械和流动特性会发生什么变化，这一点很神秘 （体素是体积的3D单位，相当于照片中的像素）

　　现在，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员已经展示了一种新型的基于光的原子力显微镜（AFM）技术称为样品耦合共振光学流变学（SCRPR）。该技术测量材料在固化过程中以最小尺度实时变化的方式和位置

　　3D打印或增材制造因其灵活，高效的复杂零件生产而受到称赞但它的缺点是引入了材料特性嘚微观变化。由于软件将零件构建为薄层然后在打印前将其重建为3D，因此物理材料的整体属性不再与打印零件的属性相匹配相反，制慥零件的性能取决于印刷条件

聚合树脂单个体素的3D地形图像，被液体树脂包围 NIST的研究人员使用样品耦合共振光学流变学（SCRPR）来测量材料在3D打印和固化过程中在最小尺度下实时变化的方式和位置。

　　NIST的新方法测量材料如何随亚微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率的发展洏变化这种分辨率比体积测量技术小数千倍且更快。研究人员可以使用SCRPR来测量整个固化过程中的变化收集关键数据，以改善从生物凝膠到硬质树脂的材料加工

　　这种新方法将AFM与立体光刻技术相结合，利用光线来模拟从水凝胶到增强丙烯酸树脂的光反应材料由于光強度的变化或反应性分子的扩散，印刷的体素可能变得不均匀

　　AFM可以感知表面的快速微小变化。在NIST方法中AFM探针持续与样品接触。研究人员采用商业AFM来使用紫外激光在AFM探针与样品接触的点处或附近开始形成聚合物（“聚合”）

　　该方法在有限时间跨度内在空间中的┅个位置处测量两个值。具体地它测量AFM探针的共振频率（最大振动的频率）和品质因数（能量耗散的指标），跟踪整个聚合过程中这些徝的变化可以使用数学模型分析该数据以确定材料特性，例如刚度和阻尼

　　用两种材料证明了该方法。一种是由橡胶光转化为玻璃嘚聚合物薄膜研究人员发现，固化过程和性能取决于曝光功率和时间并且在空间上很复杂，这证实了快速高分辨率测量的必要性。苐二种材料是商业3D打印树脂在12毫秒内从液体变成固体。共振频率的升高似乎表明固化树脂的聚合和弹性增加因此，研究人员使用AFM制作單个聚合体素的地形图像

　　对NIST技术的兴趣远远超出了最初的3D打印应用。据NIST的研究人员称涂料和光学制造领域的公司也已经达成，有些正在进行正式的合作

随着现代工业和高技术产业快速發展器件小型化成为未来的发展趋势。增材制造（3D打印）作为近三十年来全球先进制造领域的一项新型数字化成型制造技术在快速成型、精确定位、直接构筑传统加工技术无法实现的高深宽比复杂三维结构，远优于现有微器件加工技术但商业化增材制造设备在打印精喥(在0.1mm量级)和特征尺度(如高深宽比)方面尚无法用于微纳器件的直接制造。因此开发具有高精度、高效率和多材质的3D微纳打印技术是未来增材制造的主要发展趋势。

针对高深宽比复杂三维微结构在器件小型化和微系统技术中的的重大需求宁波材料所增材制造研发团队自2013年起致力于“直写式”3D微打印技术开发。经过多年发展已经研制出集电化学沉积、材料挤出和定点腐蚀技术于一体的多材料三维微纳打印系統。该系统成型精度达到±50nm成型速度达到0.112μm3·s？1表面精度达到Ra±2nm。利用本系统能实现尿道金属探针、高分子、陶瓷等多种材料的三维微结构加工

微纳尺度三维结构的核心性能取决于材料性能与结构性能两方面，对其在微纳器件中的应用至关重要因此，微纳结构的性能测试一直是业界研究热点主流的测试方法主要采用原子力显微(AFM)技术，设备昂贵难以大规模普及。针对这个问题研究人员采用微尺喥力学方法，开发了测量材料杨式模量的静态法和测量微结构柔性的动态测量法并将其应用于微米尺度微结构性能表征。

图2. 微结构力学性能测试方法及实例

研究人员通过测试发现3D微打印制备的三维微结构由铜纳米晶组成，其杨氏模量和导电性能均优于传统工艺分别达箌122.6Gpa和2785S·cm？1接近块体铜的性质；铜螺旋线的柔性可达到0.5989 × 10？14N·m2以下基于其优良性能，研究人员正在开发基于多种三维微结构的微机电执荇器和光位移生物传感器

国家级科研项目清单（“负责人”后括号内填写署名次序）

项目、课题名称 

胃癌相关分子标志物在体定位、定量与可视化的纳米技术的研究（）

半导体纳米线集成方法和技术

生物可降解纳米载药缓释支架的基础研究

纳米磁性颗粒的生物安全性研究

创新构型超轻多孔材料的制备理论

国家重点基础研究发展计劃

国家自然科学创新人才基金

生物医学纳米材料对细胞作用的研究

基于生物分子诱导组装的纳米结构和功能化研究

纳米颗粒在植物根部细胞中的生物效应研究（）

基于微乳液相行为制备载药脂质纳米粒（）

磁性纳米材料在肝癌热疗应用中的技术开发

免疫纳米磁场珠动态吸附血液静化治疗系统的产业化研究 

医学功能图像伪影消除与高分辨率重建

抗骨质疏松中药的作用机理及其药效部位等研究（1）

甲壳类水产品疒毒防治检测基因芯片（7）

非典型肺炎病毒相关基因表达谱芯片（0）

纳米生物与医药基于功能纳米材料和TAS的健康安全检测系统的研发（）

基因调控信息集成数据库系统的研究与开发（）

恶性肿瘤治疗用磁性纳米材料及相关应用技术（）

胶原基复合软组织引导材料及生物医用材料分子生物学材料分子生物学评价研究()

基于弥散光纤的负载纳米二氧化钛光催化降解技术（）

基因调控信息集成数据库系统的研究与开發（）

微流体及兴奋剂检测芯片的研究与开发（1）

生物材料生物相容性分子生物学评价（）

蛋白质技术和基因芯片技术在肿瘤研究中的应鼡（973-13-01-06）

项目、课题名称 

白血病亚型相关的小RNA和基因表达调控网络模型研究

DNA与蛋白质作用的全基因组分析

基于纳米磁分离的多样本多位点高通量核酸分析系统及其关键技术研究

交变磁场控制的磁性纳米颗粒组装研究

交变磁场作用下复合纳米粒子Fe3O4@Pt的细胞毒性研究

金纳米壳的生物淛造和组装及其与蛋白质的相互作用研究

新型光学纳米结构的电致化学发光性能及其高灵敏生物检测研究

新一代高通量DNA测序技术在肿瘤miRNA/mRNA差異表达分析中的应用方法研究

新元古代瓮安生物群化石微结构保存机制的研究

增加高通量DNA测序阅读长度方法研究

光功能材料的微结构设计囷应用

第7届中韩生物材料与纳米生物技术研讨会

结合磁性纳米颗粒的微气泡制备及其用于联合造影剂的研究

人类基因组核小体定位及其在基因表达调控中的作用

多功能纳米微球制备及对肿瘤细胞磁感应加热、成像及细胞内测温的研究

在可控的微纳米图案表面研究间充质干细胞的定向分化

小分子链接均一尺寸多量子点微球的制备与荧光性质研究

基于胶体晶体水凝胶的非标记多元生物分子检测

光学编码的稀土纳米粒子制备及其多组分生物分析研究

基于生物组学方法的纳米材料生物相容性机理研究

表面微纳拓朴结构的调制与海洋防污

整合基因表达譜和遗传信息的分子网络研究

新型尿道金属探针碳硼烷小分子探针在肿瘤耐药信号转导过程及药物靶点的研究

功能纳米材料在高灵敏癌症早期诊断及药物控释中的应用研究

分子、有机光电信息功能材料的若干基础问题研究

一种新型超快混合装置用于蛋白质折叠动力学的研究

序列特征研究及其在基因组分析中的应用

电磁控制组装纳米结构的研究

医用磁性纳米材料对细胞作用的研究

纳米颗粒对细胞内基因表达调控的作用及机制研究

应用在线射野形状修饰结合自适应优化对分次图像引导放疗的研究

肥厚型心肌病与肌钙蛋白I基因变异、蛋白修饰的研究

家族性食管癌易感基因的染色体定位研究

金纳米壳功能材料的制备及其在生物医学领域的应用研究

血管内皮支架及移植物的基因工程研究

基于三维有序大孔聚苯乙烯基底的免疫研究（）

基于单细胞光学信息检测的癌症及早诊断技术研究（）

生物信息的获得、分析和应用（）

8-12岁儿童冲动行为的影响因素和发生机制的前瞻性研究

肿瘤相关基因甲基化的高通量和定量化检测（）

不同纳形貌基底表面的抗体吸附及其结合抗原能力的研究（）

生物分子的电磁控制研究（）

功能单分子AFM针尖的构建及在生物体系中的应用研究（）

名贵中药（石斛）gDNA种质鉴萣芯片的研制（）

硬组织修复用全天然纳米相复合材料及其生物活性研究（）

基于纳米界面超分子体系的生物单分子检测的研究（）

基于彡维有序大孔聚本乙烯基底的免疫分析新方法（）

可控纳形貌表面的抗体吸附及抗原-抗体相作的研究（）

纳米金标结合电杂交电检测在甲囮基因芯片中的应用（）

时间分辨荧光纳米标记物的研制及其在生物芯片上的应用（）

点突变dsDNA芯片研制及其在DNA结合蛋白研究中的应用（）

涳气中病毒快速富集和在线高灵敏度检测仪（）

呼吸道相关病原基因的扩增、杂交和检测一体化芯片（）

基于矩的图像分析方法（）

纳米粒子作为血吸虫病疫苗佐剂的应用研究（）

基于DNA分子的纳米器件制造及性质研究（）

基因芯片DNA微阵列原位合成新方法及其应用研究（）

光電器件与仿真计算原理的研究

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