《追踪三维纳米级精度中的单分子的新方法》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: chenfang
  • 发布时间:2015-11-24
  • 斯坦福大学的一个研究小组开创超分辨率成像的发展,第一次通过利用单分子荧光,打破了光学显微镜的衍射极限。这项新的成果,被发表在美国光学学会的高影响期刊上,这揭示出在这种成像技术的精度方面以及追踪三维分子方面有显著的改善。这种用来校准高科技显微镜的创新方法,可以使研究人员能够追踪三维纳米级的单分子运动轨迹。在追踪人体细胞和神经元之间的分子运动、形态和相互作用的过程中,提出了一个强有力的新观点,如信号,细胞分裂和神经元的沟通,所有这些都会对人们的健康以及疾病的易感性产生影响。

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  • 《美开发出制造纳米精度物体新方法》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-12-21
    • 美国研究人员开发出一种新方法,可“打印”各种形状、多种材质的纳米精度三维物体,在光学、医疗、机器人等领域有广阔的应用前景。 参与研究的麻省理工学院生物工程及大脑和认知科学副教授爱德华·博伊登说,这是一种多种材料创建纳米级精度三维结构的新方法。相关论文发表在新一期美国《科学》杂志上。 新研究采用了一种被称为“内爆制造”的技术。团队使用吸水性很强的聚丙烯酸酯凝胶作为微观制造支架,将支架浸泡在含有荧光素分子的溶液中。在双光子显微镜下,研究人员用激光激活荧光素分子,使其附着在凝胶的特定位置充当锚点,然后添加需要“打印”的材料分子与锚点结合,比如金属、量子点、DNA(脱氧核糖核酸)等。 当所有分子就位,研究人员向凝胶中加酸使整个结构收缩,每个维度上可以缩小到十分之一,整个体积缩小到原来的千分之一。目前,研究人员可利用该方法制造出体积为1立方毫米、分辨率为50纳米的物体。 现阶段3D打印技术主要通过逐层叠加方式创建微小三维结构,但这一过程比较缓慢,并且只适用于利用聚合物、塑料等材料制造“自支撑结构”,造不出中空等结构。 而通过“内爆制造”可以创造出各种结构的纳米精度三维物体,包括有梯度的、非连通的及复合材料的结构等。 研究人员认为,该技术最早的应用可能在光学领域,例如制造用以研究光的基本特性的特殊透镜以及用于手机摄像头、显微镜或内窥镜的镜头等。在更远的将来,该技术可用于生产纳米级电子产品或机器人等。
  • 《新方法将纳米级力学特性转化为最强生物材料》

    • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者:魏韧
    • 发布时间:2019-06-27
    • 2018年5月16日,瑞典皇家理工学院Daniel Sderberg带领的研究团队在DESY的X射线光源PETRA III中生产出了迄今为止最强的生物材料,相关成果发表于美国化学学会ACS Nano杂志上 。 人造可降解纤维素纤维的强度超过钢,甚至超过最强的生物材料——拉索蜘蛛的丝。这种超强材料由纤维素纳米纤维(cellulose nanofibres,CNF)制成,它是木材和其他植物的基本组成部分。科研人员使用创新的生产方法成功地将纳米纤维的独特力学性能转移到宏观的轻质材料中,可被用作飞机、汽车、家具和其他产品中塑料的环保替代品。由于纤维素不会被人体排斥,因此也具有生物医用的潜力。 为开发这种材料,科学家们从市售的直径2-5纳米、长度700纳米的纤维素纳米纤维入手,将其悬浮在水中,然后送入一个宽度仅为1毫米的通道,用钢制磨具进行碾磨。垂直进入通道的两对去离子水和低pH值水,将纳米纤维挤压浓缩到一起,并对其加速。这个过程称为流体动力学聚焦,其目的是将排列在理想方向上的纳米纤维及其自组织结构,组装成螺旋状的超强纤维。在整个过程中,不需要粘合剂或任何其他组分,仅通过纳米纤维之间的超分子相互作用力(如静电力和范德华力)进行完美的装配连接。 科学家们利用PETRA III的X射线跟踪并优化这一过程。X射线使研究人员能够分析超强纤维形成过程中的结构细节,以及超强纤维中的材料结构和层次顺序。制成的超强纤维厚度可达到15微米,长度可达数米。测量结果显示,这种生物基纳米纤维素纤维的拉伸刚度为86GPa,拉伸强度为1.57GPa,其强度是拉索蜘蛛丝纤维的8倍,比钢铁、其他金属或合金、玻璃纤维和大多数合成材料的强度都高。这种人造纤维素纤维可以编织成织物,扩大应用范围,生产成本可以与目前强力合成织物的生产成本相竞争,原则上还可用于制造可生物降解的零部件。 这项研究描述了一种将纤维素纳米纤维进行近乎完美的宏观布局的新方法,过程中保留了纳米纤维的拉伸强度和承受机械载荷的能力,将纳米材料的优异性能成功的移植到了宏观尺度,为开发可用于更大结构尺度的纳米纤维材料开辟了道路。研究人员表示,这一发现的基础理解和控制纳米结构所必需的关键基本参数,如粒径、相互作用力、排列、扩散、网格成型和装配等。该工艺也可用于碳纳米管控制和其他纳米尺度纤维的组装。