1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230039
研究了批量制备的锥形光纤表面增强拉曼散射（SERS）探针的定量检测性能。在统一的制备条件下，基于静电吸附自组装方法批量制备的同一批次锥形光纤探针具有良好的互换性。基于相同检测条件，在同一福美双样品浓度下测得SERS光谱幅度的相对标准偏差（RSD）可达8%以下。不同批次的光纤探针存在互换性退化问题，难以满足实际定量检测应用对光纤探针数目的要求。为了解决该问题，提出并演示了一种将不同批次光纤探针的光谱数据同化至同批次光纤探针测量结果的同化方法。通过对同化后的大样本光谱数据进行统计平均和数据拟合，获得了福美双样品在2×10-8~10-6 mol/L浓度范围内的SERS定量关系曲线，福美双加标样品的测试回收率可达90%~110%。该研究结果对于实际SERS定量检测具有参考意义。
光纤光学 表面增强拉曼散射 锥形光纤探针 批量制备 定量检测 静电吸附自组装法 福美双
1 上海理工大学上海 200093
2 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
3 中国科学院上海高等研究院上海 201210
手性作为多肽分子的基本属性，已被证明可以用于调控多肽超分子体系的结构和性能，但目前关于手性对分子到超分子层次的作用机制的影响仍知之甚少。本文以β-淀粉样蛋白（Amyloid-β protein，Aβ）的核心识别序列二苯丙氨酸（Diphenylalanine，L-Phe-L-Phe）为研究对象，探索了L-Phe-L-Phe（FF）与对映体D-Phe-D-Phe（ff）的自组装体和共组装体的纳米结构变化，并对其分子间相互作用方式进行了分析。结果表明：FF和ff自组装形成了相似的纳米纤维结构，其手性主要影响肽分子间以及肽分子与水分子间的相互作用；相比于自组装，在FF和ff的共组装体中，X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）分析证实了新的晶相形成。上述研究对理解淀粉样纤维的形成机制和多肽超分子材料的设计有很好的借鉴意义。
二苯丙氨酸 自组装 共组装 X射线衍射 纳米结构 Diphenylalanine Self-assembly Co-assembly XRD Nanostructures
陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
表面张力自组装技术的一个重要前提就是利用润湿性分区结构将液滴限制在目标区域。提出一种采用微秒脉冲激光在复合基底表面上制造润湿性分区结构的方法。该方法可通过改变激光加工参数控制复合基底表面超疏水涂层的去除面积占比, 进而调控加工区域的润湿性。建立去除面积占比的数学模型和仿真模型, 研究加工参数对去除面积占比以及润湿性的影响。结果表明, 加工区域的去除面积占比与加工速度和扫描线间距成反比。采用不同的加工参数制备了不同的润湿性分区结构并测量了其接触角。试验结果表明, 随着加工速度从100 mm/s提高到9 000 mm/s, 扫描线间距从20 μm增加到150 μm, 加工区域的去除面积占比减小, 接触角从5°以下逐步增大到127°; 随着基底表面与激光焦平面之间距离的绝对值从0增加至3 mm, 加工区域的接触角从5°以下增大到170°以上。进行了微芯片自组装试验, 结果表明, 利用该方法制备的润湿性分区结构可实现液滴限制和微芯片自组装。研究结果为制造润湿性可控的自组装基底提供了新思路。
激光加工 复合基底 润湿性调控 自组装 laser fabrication composite substrates wettability control self-assembly
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
利用自组装技术将单层银纳米粒子修饰到Whatman No.1滤纸表面，成功制备了柔性表面增强拉曼散射（SERS）基底。实验结果表明：当银粒子尺寸为20 nm时，拉曼增强性能达到最佳。采用此参数制备的SERS基底对罗丹明6G（R6G）分子的检测极限为10-10 mol/L，最大增强因子为5.66×108，相对标准偏差（RSD）为10.9%。同时，该柔性基底能够准确地识别和区分多种目标分子，并具有良好的柔软性和可恢复性。此外，还结合基底的扫描电子显微镜（SEM）表征情况，利用时域有限差分（FDTD）仿真软件对样品的电磁场增强特性进行了数值分析，并对其与实验结果进行了对比。
自组装 银纳米粒子 柔性基底 表面增强拉曼散射 光学学报
2023, 43(21): 2124003
江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
氨具有低成本、易液化和高体积能量密度等特点, 是一种有吸引力的无碳燃料, 用其制成的直接氨燃料电池也备受科研人员青睐, 却受限于阳极氨氧化缓慢的动力学过程。本工作采用无表面活性剂的简单方法通过纳米颗粒(NPs)自组装制备了三维多孔网络结构的PtIr合金气凝胶高效氨氧化催化剂。该结构提供了丰富开放的互联质子传输通道和额外的催化活性位点, 有助于氨电催化氧化中NH3分子的去质子化过程。当Pt和Ir物质的量比为80/20时, PtIr合金气凝胶展现出最优的氨氧化(AOR)催化活性。实验通过研究NH3浓度和工作温度对催化剂氨氧化性能的影响发现, Pt80Ir20合金气凝胶催化剂的AOR性能随着氨水浓度或温度的上升而增强, 如当氨水浓度为0.5 mol/L时, 合金催化剂在0.5 V电位下的质量比活性为44.03 A·g-1, 约是0.05 mol/L 氨水中的4倍。当温度上升至80 ℃ 时, 合金催化剂在0.5 V电位下的质量比活性为148.73 A·g-1, 约为25 ℃下的12倍。在此温度变化区间, 其AOR起始电位下降了40 mV。利用Arrhenius方程计算发现, Pt80Ir20合金气凝胶催化剂的AOR反应活化能比商业Pt/C催化剂降低了~9.43 kJ·mol-1。此外, 催化材料的稳定性测试结果表明, Pt80Ir20合金气凝胶催化剂经2000次循环伏安测试后的峰值质量比活性损失为~50.6%, 优于商业Pt/C催化剂(~74.9%)。
自组装 PtIr合金 气凝胶 电催化氨氧化反应 self-assembly PtIr alloy aerogel electrocatalytic ammonia oxidation reaction
1 中国科学技术大学工程科学学院，安徽 合肥 230026
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学材料科学与工程学院材料物理及新能源材料与器件系，安徽 合肥 230009
模板引导的毛细力驱动自组装技术逐渐被认为是制造一系列微纳米结构的一种替代方法。毛细力自组装微结构的稳定性取决于结构接触力和支撑力的竞争，接触面积越大，接触力越大。当接触面积大于临界值时，微结构的组装行为不可逆。利用飞秒激光打印具有各向异性的微结构，在不同温度的调控下实现其多方向运动，并借助温度响应水凝胶的反向变形能力，实现了线接触微结构的可逆自组装。此外还探究了该方法在微执行器、微传感器方向的应用。结果表明，通过改变环境的温度能够实现微结构的弯曲变形，且利用飞秒激光双光子加工的灵活性和毛细力驱动的简便性，可以实现可逆变形的微图案以及功能丰富的微传感结构。
激光技术 飞秒激光 双光子聚合 毛细力 自组装 温度响应 中国激光
2023, 50(20): 2002401
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, Republic of Korea
2 Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, Republic of Korea
3 POSCO-POSTECH-RIST Convergence Research Center for Flat Optics and Metaphotonics, Pohang, Republic of Korea
Advancements in micro/nanofabrication have enabled the realization of practical micro/nanoscale photonic devices such as absorbers, solar cells, metalenses, and metaholograms. Although the performance of these photonic devices has been improved by enhancing the design flexibility of structural materials through advanced fabrication methods, achieving large-area and high-throughput fabrication of tiny structural materials remains a challenge. In this aspect, various technologies have been investigated for realizing the mass production of practical devices consisting of micro/nanostructural materials. This review describes the recent advancements in soft lithography, colloidal self-assembly, and block copolymer self-assembly, which are promising methods suitable for commercialization of photonic applications. In addition, we introduce low-cost and large-scale techniques realizing micro/nano devices with specific examples such as display technology and sensors. The inferences presented in this review are expected to function as a guide for promising methods of accelerating the mass production of various sub-wavelength-scale photonic devices.
nanofabrication scalable manufacturing soft lithography colloidal self-assembly block copolymer self-assembly Photonics Insights
2023, 2(2): R04
1 北京印刷学院 印刷与包装工程学院，北京 102600
2 北京大学 材料科学与工程学院，北京 100871
人类对于物质微观结构的探索从未停止过，理解粒子如何在空间堆叠对科学家和技术人员都是一个挑战。在弱相互作用和熵焓竞争的驱动下，软物质经常表现出丰富的自组装形貌和相结构。其中最吸引人的Frank-Kasper相是一种介于晶体和准晶之间的过渡态，具有高配位数（配位数为14，15，16）的二十面体壳层密堆积的复杂球形相结构。软物质为Frank-Kasper相研究提供了新奇的分子与组装结构，同时还丰富和发展了Frank-Kasper相。本文主要对能形成Frank-Kasper相的小分子表面活性剂、嵌段共聚物、树枝状大分子以及巨型两亲分子等软物质进行了简要综述。该类结构可以用于研究非均一性、易变形软球体在空间的堆积，并对软物质自组装形成复杂拓扑密堆积结构的机制以及理解准晶的生长机理等都具有重要意义。
软物质 Frank-Kasper相 自组装 液晶 soft matter Frank-Kasper phase self-assembly liquid crystal
1 东北大学机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110819
2 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110016
基于飞秒激光单脉冲多光子聚合原理加工出了高纵宽比的微柱阵列，将其与毛细力自组装相结合，有效实现了单细胞阵列的原位限域捕获；通过优化激光加工参数，实现了锥状微柱阵列的高效率加工，并研究了不同激光功率下微柱直径随高度的变化规律；通过优化微柱阵列参数，实现了基于毛细力自组装原理的三维图案化微结构阵列的高通量制备。在此基础上，本团队进行了二氧化硅微球、乳腺癌细胞(MCF-7)单细胞阵列的原位限域捕获实验验证。荧光成像及扫描电子显微镜的表征结果显示，所提方法可以简单、高效地实现单细胞阵列的高通量原位捕获。本研究提供了一种简便、高效的单细胞阵列原位捕获方法，有望应用于生物医学领域单细胞尺寸的相关研究上。
激光技术 医用光学 光学制造 多光子聚合 毛细力 自组装 单细胞 原位捕获 中国激光
2022, 49(24): 2407104
