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    美国国家标准与技术研究院(NIST)的纳米线专家们已经制造出紫外线发光二极管(led),由于一种特殊的外壳,它产生的光强度是基于简单外壳设计的同类led的5倍。

    紫外led在聚合物固化、水净化、医疗消毒等方面的应用越来越广泛。微发光二极管也对视觉显示感兴趣。NIST的工作人员正在试验基于纳米线的led,用于电子和生物应用的扫描探针尖端。

    新型更亮的led是NIST在制造高质量氮化镓(GaN)纳米线方面的专业技术成果。最近,研究人员一直在用掺杂硅的氮化镓制成的纳米线芯进行实验。氮化镓有多余的电子,而镁掺杂氮化镓则有多余的“空穴”来填补缺失的电子。当电子和空穴结合时,能量以光的形式释放出来,这一过程被称为电致发光。

    NIST团队之前展示了led,它能产生电子注入空壳层与空穴重新结合后产生的光。新型led的外壳层添加了少量铝,减少了电子溢出和光再吸收造成的损失。

    正如《纳米技术》杂志所描述的,更亮的led是由具有所谓“p-i-n”结构的纳米线制成的,这是一种向纳米线中注入电子和空穴的三层结构。在外壳上添加铝有助于将电子限制在纳米线核心,使电致发光增加了5倍。

    第一作者马特·布鲁贝克说:“铝的作用是在电流中引入一种不对称,这种不对称会阻止电子流入空壳层,从而降低效率,相反,会将电子和空穴限制在纳米线核心。”

    纳米线测试结构约为440纳米(nm)长,壳层厚度约为40 nm。最终的led,包括外壳,几乎是原来的10倍大。研究人员发现,铝的加入量取决于纳米线的直径。

    研究小组负责人克里斯·伯提斯表示,至少有两家公司正在开发基于纳米线的微发光二极管,NIST与其中一家公司达成了合作研发协议,将开发掺杂剂和结构表征方法。研究人员已经与扫描探针公司就在探针尖端使用NIST LED进行了初步讨论,NIST计划很快展示LED工具的原型。

    NIST团队拥有美国专利8,484,756项,该仪器结合了微波扫描探针显微镜和LED,用于无损、非接触测试重要半导体纳米结构(如晶体管通道和太阳能电池中的单个颗粒)的材料质量。该探针还可用于蛋白质展开和细胞结构的生物学研究。

    ——文章发布于2019年3月21日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:1
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    我们家里的一氧化碳探测器警告说,这种无色无味的气体正在危险地积聚,我们通常把它与死亡联系在一起。天文学家们也普遍认为,一颗行星大气中一氧化碳的积累将是毫无生气的必然迹象。现在,加州大学河滨分校(UC riversi德)领导的一个研究小组提出了相反的观点:天空中的一氧化碳探测器实际上可能会提醒我们注意一个遥远的世界,那里充满了简单的生命形式。

    “随着詹姆斯韦伯太空望远镜两年后的发射,天文学家将能够分析一些岩石系外行星的大气层,”该研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校地球科学系NASA博士后项目研究员爱德华施威特曼(Edward Schwieterman)说。“忽视有人居住的世界将是一种耻辱,因为我们没有考虑到所有的可能性。”

    在今天发表在《天体物理学杂志》上的一项研究中,Schwieterman的团队利用生物圈和大气中的化学计算机模型,确定了两种有趣的场景,其中一氧化碳很容易在活着的行星的大气中积聚。

    在第一个场景中,研究小组在我们星球的遥远过去找到了答案。在现代富氧的地球上,一氧化碳无法积聚,因为大气中的化学反应很快就会破坏这种气体。但是30亿年前,世界是一个非常不同的地方。海洋中已经充满了微生物,但大气中几乎没有氧气,太阳也变得昏暗得多。

    研究小组的模型显示,这个古老版本的有人居住的地球可以将一氧化碳含量维持在大约百万分之一的水平——比今天大气中十亿分之百的一氧化碳含量高出几个数量级。

    “这意味着,我们可以预期,在有人居住但氧气匮乏的太阳系外行星的大气层中,一氧化碳含量会很高,”该研究的共同作者之一、加州大学洛杉矶分校地球科学系生物地球化学教授、加州大学洛杉矶分校替代地球天体生物学中心主任蒂莫西莱昂斯(Timothy Lyons)说。“这是一个完美的例子,说明我们团队的任务是利用地球的过去作为在宇宙其他地方寻找生命的指南。”

    第二种情况更有利于一氧化碳的积聚:像比邻星(Proxima Centauri)这样的红矮星周围的光化学物质。比邻星距离我们的太阳最近,距离我们4.2光年。该团队的模型预测,如果围绕这样一颗恒星的行星上有人居住,并且富含氧气,那么我们应该预计一氧化碳的含量会非常高——从百万分之几百到百分之几不等。

    Schwieterman说:“考虑到这些行星所处的不同天体物理环境,我们不应该惊讶地发现微生物圈促进了一氧化碳的高水平。”“然而,据我们所知,这些地方肯定不是人类或动物生活的好地方。”

    在半人马座比邻星和其他类似恒星的宜居带中发现了地球大小的岩石行星,这意味着它们可能含有液态水,而液态水是生命的基本成分。这些行星很可能是计划于2021年3月发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜进一步鉴定的目标。

    目前的研究是为这些未来任务做准备的广泛努力的一部分,方法是对可能是有人居住的世界的证据的不同的大气气体组合进行分类,即所谓的生物特征气体。一些气体,如一氧化碳,以前曾被提出作为“抗生素信号”——一颗行星没有人类居住的证据——如果有足够多的气体被远程探测到的话。但这些假设只适用于特定的情况。

    Schwieterman说:“尽管其他研究已经完成了包括一氧化碳在内的系外行星光化学模型,但还没有人以如此系统的方式关注类地系外行星上的一氧化碳。”“现在我们有了一本指南,可以确定一氧化碳的含量与光合生物圈的含量是否相符。”

    这个项目由美国宇航局天体生物学研究所资助。

    ——文章发布于2019年3月19日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:1
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    嵌段共聚物光刻技术允许具有自组装纳米级特征的大面积表面图案。所制备的纳米结构聚合物薄膜可作为掩模用于常见的光刻工艺步骤,如发射和蚀刻,用于模式复制和转移。在这项工作中,我们讨论了一种方法,以提高模式复制效率,通过修改之前的石印使用聚合物掩膜的O2/Ar等离子体处理。我们提供了一个更好的模式复制质量,没有丢失特征,以及一个精确的可调特征大小,这可以通过短掩码处理来实现。指出了纳米孔在有序阵列中的位置与配位数、纳米孔形状和复制效率之间的关系。我们解释这些相关性的实验策略结合了对改性聚合物掩模复制模式的间接研究和对掩模顶部和底部的直接研究。模式复制可以是通过发射产生的金纳米点阵列,也可以是通过反应离子蚀刻转移到二氧化硅衬底的纳米孔。直接分析从基板释放的自由聚合物膜,可以发现掩膜顶部和底部表面的纳米孔形状。

    ——文章发布于2019年3月20日

    来源机构: 纳米技术 | 点击量:3
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    本文将银纳米线与单壁碳纳米管(SWCNTs)相结合,设计了一种混合透明导电薄膜(TCFs),并对基于该薄膜的透明加热薄膜(THFs)进行了评价。通过对比材料的透光率、片材电阻、显微组织和加热曲线等性能,我们发现SWCNTs/AgNWs非常适合制备THFs。详细研究了物理法(热轧法)和化学法(硝酸-聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液)的后处理方法,优化了板材的电阻和透明度,以满足THF的要求。通过对不同后处理方法的研究表明,热轧压机能快速、有效地改善产品性能,而硝酸比PDAC更有利于产品的长期稳定性。结果表明,添加少量的SWCNTs可以快速有效地散热,提高可承受的最大电流,最大电流流量可达4a。测试了THFs的热稳定性和脱蛙性能,表明该复合膜具有抗电流冲击的优点,获得了良好的热效率。研制的热性能稳定的TCFs具有挡风玻璃加热器的性能。

    ——文章发布于2019年3月19日

    来源机构: 纳米技术 | 点击量:5
  • 摘要:

    马里兰大学的物理学家开发了一种强大的新方法来检测放射性物质。利用红外激光束在材料附近诱发电子雪崩击穿现象,这项新技术能够从远处探测到屏蔽材料。该方法改进了目前需要与放射性物质紧密接触的技术。

    随着工程技术的进一步进步,这种方法可以扩大规模,用于扫描入境口岸的卡车和集装箱,为检测隐藏的危险放射性物质提供了一个强大的新工具。研究人员在2019年3月22日发表在《科学进展》杂志上的一篇研究论文中描述了他们的概念验证实验。

    “传统的检测方法依赖于放射性衰变粒子直接与探测器相互作用。所有这些方法的灵敏度都会随着距离的增加而降低。“我们的方法的好处是,它本质上是一个远程过程。随着进一步的发展,它可以从足球场的距离探测到盒子里的放射性物质。”

    当放射性物质释放出衰变粒子时,这些粒子会从空气中邻近的原子中剥离电子,或使其电离,从而产生少量的自由电子,这些电子能迅速附着在氧分子上。通过将红外线激光束聚焦到这个区域,施瓦茨和他的同事们很容易地将这些电子从氧分子中分离出来,从而在相对容易探测到的自由电子中播下了雪崩式的快速增长。

    “电子雪崩可以从单个种子电子开始。因为空气放射性源附近有一些指控氧分子——甚至屏蔽容器外——它提供了一个机会,种子雪崩运用强烈的激光场,”霍华德Milchberg说UMD格式的物理和电气和计算机工程教授和研究论文的资深作者,他也已经在IREAP预约。电子雪崩是激光发明后的首批演示之一。这不是一个新现象,但我们是第一个使用红外激光种子雪崩击穿辐射检测。激光的红外波长很重要,因为它可以很容易而且特别地将电子从氧离子中分离出来。”

    在强红外激光场作用下,光束中捕获的自由电子会发生振荡,并与附近的原子发生碰撞。当这些碰撞变得足够有能量时,它们可以从原子中剥离更多的电子。

    雪崩的一个简单观点是,在一次碰撞后,你有两个电子。然后,再来一次,得到4。然后整个过程级联,直到完全电离为止,在这个过程中,系统中的所有原子都至少有一个电子被移除,”米尔奇伯格解释道。

    当激光路径上的空气开始电离时,它会对反射到探测器上的红外光产生可测量的影响。通过跟踪这些变化,施瓦茨、米尔奇伯格和他们的同事能够确定空气何时开始电离,以及达到完全电离需要多长时间。

    电离过程的时间,或电子雪崩击穿,给研究人员一个指示,有多少种子电子可以开始雪崩。这一估计反过来可以表明目标中有多少放射性物质。

    “电离时间是检测初始电子密度最敏感的方法之一,”丹尼尔伍德伯里(Daniel Woodbury)说。“我们使用的是相对较弱的探测激光脉冲,但它是‘啁啾’,这意味着较短的波长首先通过雪崩的空气,然后是较长的波长。”通过测量通过的红外光的光谱成分与反射的光谱成分,我们可以确定电离何时开始并到达终点。”

    研究人员指出,他们的方法对放射性物质的检测具有高度特异性和敏感性。没有激光脉冲,放射性物质本身不会引起电子雪崩。同样,如果没有放射性物质产生的种子电子,光靠激光脉冲是不会引发雪崩的。

    虽然该方法目前仍处于概念验证阶段,但研究人员展望了进一步的工程发展,他们希望能使实际应用增强全球入境口岸的安全性。

    施瓦茨说:“目前我们使用的是实验室大小的激光器,但在10年左右的时间里,工程师们也许能把这样的系统装进一辆面包车里。”“无论你在哪里停车,你都可以部署这样的系统。这将提供一个非常强大的工具来监控港口的活动。”

    ——文章发布于2019年3月22日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:5
  • 摘要:

    自组装作为一种创造新型纳米尺度结构的优秀方法,在光子学、光电子学、生物医学工程和传热应用领域有着广泛的应用,不断受到关注。然而,自组装是由多种复杂的粒子间力控制的,这些力导致制造无缺陷的大尺度胶体晶体(>1厘米),或蛋白石,是一个令人生畏的挑战。尽管许多人努力寻找一种通过最小化缺陷来提供完美胶体晶体的最佳方法,但很难提供控制缺陷(如晶界)发展的物理解释。本研究报告了蒸发垂直沉积过程中晶粒结构域的控制和有意缺陷特征。研究表明,颗粒结晶度和蒸发条件决定了颗粒的形状和大小等畴特性。特别是,将加热温度提高到93°C,可使直径为300和600纳米的晶粒调谐成超过≈1毫米的单柱结构。本工作中对自组装物理的理解将使制造具有高周期性的新型自组装结构成为可能,并为开发大型无裂纹结构提供基础工作。

                                                                                       ——文章发布于2019年2月07日

    来源机构: Wiley数据库Small杂志 | 点击量:0
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    纳米酶为促进下一代人工酶级联平台提供了新的机遇。然而,基于纳米酶的高性能集成人工酶级联(IAEC)生物平台的制备仍然是一个巨大的挑战。一个简单而有效的自我装配策略,构建一个IAEC系统基于一种无机/蛋白质混合nanozyme,β酪蛋白应承担的必经BiPt nanochain@GO (CA量BiPtNC@GO) nanohybrid具有独特的表面物理化学性质和层次结构,介绍了在这里。由于蛋白质、氧化石墨烯和Bi3+的协同作用,该杂交种可作为高度适应性的构建块,在不损失酶活性的情况下直接和非共价地固定天然酶。同时,CA‐BiPtNC@GO纳米杂化物表现出出色的过氧化物酶模拟活性,并与天然氧化酶很好地协同工作,从而在催化级联反应方面具有突出的活性。因此,提出的IAEC生物平台具有良好的灵敏度,线性范围为0.5×10‐6到100×10‐6 m,葡萄糖检测限为0.05×10‐6 m。精心设计具有独特物理化学表面性质的具有独特层次结构的纳米酶,可以提供一种简便、高效的方法,利用自组装而不是化学过程来固定和稳定自然酶,并填补了开发具有强大功能的纳米酶触发IAEC系统的空白,该系统可应用于环境、传感和合成生物学。

                                                                                   ——文章发布于2019年2月05日

    来源机构: Wiley数据库Small杂志 | 点击量:0
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    由于有机场效应晶体管(ofet)具有有机分子设计的综合通用性和环境敏感性等优点,基于ofet的气体传感器近年来受到广泛关注。潜在的应用集中在特定气体种类的检测上,如爆炸性、有毒气体或挥发性有机化合物(VOCs),它们在环境监测、工业制造、智能医疗、食品安全和国防方面发挥着至关重要的作用。通过对有机半导体(OSC)层纳米/微观结构的调控和调整,可以实现快速响应、快速恢复、高灵敏度、高选择性和环境稳定性。本文介绍了具有纳米/微观结构的OFET气体传感器的研究进展。介绍了基于OSC薄膜的一维单晶纳米线、纳米棒和纳米纤维器件。然后,介绍了采用热蒸发法、浸渍法、自旋法和溶液剪切法等方法制备的基于二维(2D)和超薄OSC薄膜的器件,并介绍了多孔OFET传感器。此外,还介绍了纳米结构受体在OFET传感器中的应用。最后,针对目前的研究现状提出了展望,并对基于OFETs的气体传感器提出了八个进一步的挑战。

                                                                                  ——文章发布于2019年2月07日

    来源机构: Wiley数据库Small杂志 | 点击量:0
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    位于圣路易斯的华盛顿大学的一项新研究解释了细胞过程,这种细胞过程使喜爱阳光的微生物能够“吃”电——通过转移电子来固定二氧化碳以促进其生长。


    在艺术与科学生物学助理教授Arpita Bose和她实验室的博士生Michael Guzman的带领下,华盛顿大学的一个研究小组展示了一种自然产生的palustris红单胞菌是如何从金属氧化物或铁锈等导电物质中吸收电子的。这项研究发表在3月22日的《自然通讯》杂志上。


    这项研究建立在Bose之前的发现的基础上,即R. palustris TIE-1可以消耗来自锈体代理的电子,比如平衡电极,这个过程被称为细胞外电子摄取。palustris是光营养的,这意味着它利用光的能量进行某些代谢过程。这项新研究解释了这种微生物将其从电中摄取的电子倾倒在细胞的凹陷处。


    帕克德大学研究微生物代谢及其对生物地球化学循环影响的研究员博斯说:“这首次清楚地表明,这种活动——生物体吃电的能力——与二氧化碳固定有关。”


    这种机械学知识可以帮助利用微生物的自然能力进行可持续能源储存或其他生物能源应用——这一潜力已经引起了美国能源部和国防部的注意。


    博斯说:“在野生和异国情调的地方都能找到这种病的菌株,比如马萨诸塞州伍兹霍尔的一座锈迹斑斑的桥,TIE-1就是从这座桥上分离出来的。”“真的,你到处都能找到这些生物。这表明细胞外电子吸收可能非常普遍。”


    古兹曼补充说:“主要的挑战是,它是一种厌氧菌,所以你需要在没有氧气的环境中生长,这样它才能获得光能。但另一方面,这些挑战在这种生物体中得到了许多其他生物体所没有的多功能性的满足。”


    在他们的新论文中,研究人员表明,来自电的电子进入膜中的蛋白质,这对光合作用很重要。令人惊讶的是,当他们删除了这种微生物固定二氧化碳的能力后,他们发现这种微生物消耗电能的能力下降了90%。


    “它真的想用这个系统来固定二氧化碳,”博斯说。“如果你把它拿走——这种与生俱来的能力——它根本就不想占据电子。”


    她说,这种反应在某些方面类似于可充电电池。

    博斯说:“这种微生物利用电力为其氧化还原池充电,储存电子,使其高度还原。”“为了释放它,细胞减少了二氧化碳。所有这些的能量都来自阳光。整个过程不断重复,让细胞只用电、二氧化碳和阳光就能制造出生物分子。”


    一个全华盛顿大学的团队克服了许多技术障碍完成了这项研究。来自麦凯维工程学院的马克·米查姆帮助设计和制造了微流体设备,使研究人员能够专注于细胞内的活动,这些活动是由来自电源的细菌产生的。该团队还依赖于包括地球和行星科学系的大卫·菲克在内的合作者的支持,他们帮助玻色和古兹曼使用次级离子质谱来确定微生物如何利用二氧化碳。


    这项新研究回答了基础科学问题,并为未来的生物能源应用提供了大量的机会。


    古兹曼说:“很长一段时间以来,人们已经知道微生物可以与环境中类似电极的物质相互作用,也就是说,矿物质也是带电的。”“但是没有人真正理解光自养生物是如何完成这一过程的,比如这些能够固定自身碳并利用光产生能量的生物。”这项研究填补了该领域一个人们知之甚少的空白。”


    Bose的实验室正致力于利用这些微生物制造生物塑料和生物燃料。


    博斯说:“我们希望,将电力和照明结合起来减少二氧化碳排放的能力,可能有助于为能源危机找到可持续的解决方案。”

                                                                                     ——文章发布于2019年3月23日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:0
  • 摘要:

    由治疗学构建的纳米药物在生物医学应用中具有独特的、不可替代的优势,尤其是在癌症治疗药物传递方面。然而,用于构建具有肿瘤微环境因子响应性的治疗学纳米药物的策略仍然很复杂。本研究采用一种简单易行的操作方法构建了一个基于治疗学的纳米系统,该系统具有活性肿瘤靶向性、增强穿透性、刺激反应性药物释放行为以及程序性细胞死亡‐1/程序性细胞死亡‐配体1 (PD‐1/PD‐L1)阻断介导的免疫调节以增强肿瘤免疫治疗。基质金属蛋白酶‐2反应肽与Lyp‐1序列的存在有助于肿瘤主动靶向的成功和增强纳米颗粒在肿瘤组织中的渗透。所得到的纳米系统在第一个24小时内明显抑制了原发肿瘤的生长(超过97.5%的肿瘤细胞受到抑制),结合光热治疗可达到完全抑制。IR820作为治疗药物的载体,被用作光热疗法的光敏剂。d‐肽是PD‐1/PD‐L1阻断的拮抗剂,进一步缓解了远端肿瘤的进展和侵袭性。因此,提供了一种治疗学构建的多功能纳米系统来实现组合治疗策略,以提高治疗结果。

    ——文章发布于2019年3月20日

    来源机构: 先进功能材料 | 点击量:38