自动化超微结构分析：基于大规模高光谱电子显微镜的研究 学术背景 电子显微镜（Electron Microscopy, EM）是研究生物超微结构的关键技术，能够在生物分子分辨率下揭示细胞的精细结构。近年来，随着自动化和数字化的发展，电子显微镜能够以纳米级分辨率捕获大面积的细胞和组织样本。然而，电子显微镜图像通常是灰度图像，且数据量庞大，分析过程往往依赖于繁琐的手动注释，这限制了其在大规模研究中的应用。为了解决这一问题，研究者们开始探索如何通过自动化手段提取生物分子组装体的信息，从而加速对生物超微结构的理解。 本文的研究背景在于，尽管电子显微镜在生物医学研究中具有重要地位，但其分析过程仍然面临挑战。特别是，如何从大规模的电子显微镜数据中自动提取生物分子信息，成为了一个亟待解决的问题。本文提出了一...

非线性耦合在原子级薄MoS₂纳米机电谐振器中的研究 学术背景 随着纳米技术的快速发展，纳米机电系统（Nanoelectromechanical Systems, NEMS）在传感器、信号处理和量子计算等领域展现出巨大的应用潜力。特别是二维（2D）材料，如二硫化钼（MoS₂），因其原子级厚度、优异的机械性能和电学特性，成为构建NEMS的理想材料。MoS₂等二维材料在纳米尺度下表现出多模态共振和非线性动力学行为，这些特性为研究新型器件物理提供了独特的平台。 在NEMS谐振器中，非线性模态耦合是一个重要的研究课题。当谐振器被驱动到非线性区域时，不同振动模式之间会发生能量交换，导致共振频率的偏移和其他复杂的动力学现象。理解这些非线性耦合机制对于设计高性能的NEMS器件至关重要。然而，现有的研究大多集...

气泡热声模式与光机械传感器的耦合研究 学术背景 气泡在液体中的声学行为一直是物理学和工程学领域的重要研究课题。气泡的振动模式不仅与自然界中的声学现象密切相关，还在微流体、生物传感等领域具有广泛的应用前景。Minnaert呼吸模式是气泡声学中最著名的振动模式，它描述了气泡在液体中的基本振动行为。然而，气泡还支持一系列高阶声学模式，这些模式的理论预测虽然存在，但实验观测却极为罕见。此外，光机械传感器作为一种高灵敏度的探测工具，能够检测微尺度的声学和振动特性，为研究气泡的声学行为提供了新的平台。 本文的研究旨在通过光机械传感器探测气泡的声学模式，特别是高阶声学模式，并探讨气泡与传感器之间的耦合效应。研究不仅有助于深入理解气泡的声学特性，还为优化微机械振荡器的性能提供了新的思路。 论文来源 本文由K...

基于深度强化学习的液体透镜显微镜自动对焦技术研究 学术背景 显微镜成像在科学研究、生物医学研究和工程应用中扮演着至关重要的角色。然而，传统显微镜及其自动对焦技术在实现系统小型化和快速精准对焦方面面临着硬件限制和软件速度缓慢的问题。传统显微镜通常采用多个固定焦距透镜和机械结构来实现放大和对焦功能，导致设备体积庞大、对焦速度慢，难以在狭小空间内快速操作。液体透镜（liquid lens）因其无机械部件、通过电信号调节焦距的特点，具有体积小、响应速度快、制造成本低等优势，成为解决这些问题的潜在方案。 近年来，人工智能和新光学元件的发展为显微镜自动对焦技术带来了新的研究方向。传统的自动对焦方法依赖于图像清晰度评估，通常需要多次图像采集和评估，速度较慢。深度学习技术的引入使得直接从单张图像预测焦平面位...

压电共振传感器在化学和生物传感领域有着广泛的应用。它们通过检测压电谐振器表面因分析物（analyte）沉积而引起的共振频率变化来实现传感。为了检测微小的分析物变化，谐振器需要具有高品质因数（quality factor, Q factor）。传统上，提高品质因数的方法是通过优化谐振器的振动模式、结构和材料。然而，这些方法往往复杂且成本较高。本文提出了一种新的方法，利用Fano共振（Fano resonance）来增强压电传感器的品质因数，而不是通过优化谐振器本身的结构或材料。 Fano共振是一种普遍存在的散射波现象，最初在原子和固体物理中被发现。它发生在离散量子态与连续态之间的干涉中，导致非对称且陡峭的频谱分布。Fano共振的窄线宽特性使其在光子器件中具有广泛的应用潜力。本文通过将外部并联电...

基于光纤的表面增强拉曼光谱传感器用于快速多重检测生禽中的食源性病原体 学术背景 食源性疾病是全球公共卫生的重大挑战，其中沙门氏菌（Salmonella）是导致食源性疾病的主要病原体之一。仅在美国，每年就有135万例感染、26,500例住院和420例死亡病例。尽管有国家层面的改进目标，但美国的沙门氏菌感染率在过去三十年中几乎没有变化。家禽产品，尤其是鸡肉和火鸡产品，是沙门氏菌感染的主要来源，约占沙门氏菌病病例的23.4%。美国疾病控制与预防中心（CDC）估计，每25个在超市出售的鸡肉包装中就有一个被沙门氏菌污染。沙门氏菌每年给美国带来的经济损失高达41亿美元，包括医疗费用、生产力损失和死亡。 目前，沙门氏菌的检测方法主要依赖于聚合酶链式反应（PCR），该方法至少需要24小时（包括富集、样品准备...

多功能Cu₂O/g-C₃N₄异质结：高性能SERS传感器与光催化自清洁系统在水污染检测与修复中的应用 学术背景 随着工业化和农业活动的快速发展，水污染已成为全球性的重大环境问题。大量的有害物质，如染料、抗生素和农药，持续被排放到水体中，直接或间接地破坏了水生生态系统，并对人类健康构成严重威胁。传统的污水处理技术难以完全消除或降解这些持久性、隐蔽性和复杂性的污染物。因此，开发能够高效检测和修复水污染的多功能设备变得尤为重要。 表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）技术因其高灵敏度和广谱检测能力，已成为痕量污染物检测的有效方法。然而，传统的SERS基底依赖于贵金属（如金或银），这些材料成本高且易腐蚀，限制了其大规模应用。相比之下，基于半...

基于低噪声振荡读出电路的高分辨率MEMS石英谐振加速度计研究 学术背景 微机电系统（MEMS）加速度计在惯性导航、地震检测、可穿戴设备和智能机器人等领域有着广泛的应用。特别是在卫星控制和无人水下航行器等应用中，高分辨率和低漂移的加速度测量是至关重要的性能指标。MEMS谐振加速度计通过将输入加速度信号调制到载波频率，并输出敏感元件的谐振频率作为测量值，相较于幅度输出型加速度计（如MEMS电容加速度计）具有更低的噪声水平。此外，谐振加速度计还具有高分辨率、宽量程、大动态范围和良好的环境适应性等优点，逐渐成为高分辨率MEMS加速度计的研究热点。 然而，MEMS谐振加速度计在静态输入条件下（通常为0 g加载）的加速度输出波动主要源于温度场波动或背景噪声等环境因素。虽然温度引入的趋势可以通过多项式拟合...

基于压电纳米发电机的声能收集技术进展 学术背景 随着物联网（IoT）设备的普及，对可持续能源的需求日益增加。传统的电池供电方式存在寿命有限、维护成本高等问题，因此，研究人员开始探索从环境中收集能量的创新方法。声能收集（Acoustic Energy Harvesting）作为一种新兴技术，利用环境中的噪声通过压电效应将其转化为电能，具有广泛的应用前景。压电纳米发电机（Piezoelectric Nanogenerators, PENGs）是声能收集的核心技术之一，其通过压电材料将机械振动转化为电能。本文综述了PENG技术在声能收集中的最新进展，探讨了材料选择、结构设计以及实际应用中的挑战与解决方案。 论文来源 本文由Fandi Jean、Muhammad Umair Khan、Anas Al...

基于电热驱动的Al-SiO₂双材料微夹持器的研究 学术背景 微夹持器（microgripper）在微米和纳米尺度的组装与操作中扮演着至关重要的角色，广泛应用于微电子、MEMS（微机电系统）和生物医学工程等领域。为了确保对脆弱材料和微小物体的安全操作，微夹持器需要具备高精度、快速响应、易于操作、强可靠性和低功耗等特性。尽管已有多种驱动机制的微夹持器被开发出来，如静电驱动、电磁驱动、光驱动等，但这些技术仍存在一些局限性，例如光驱动微夹持器需要特定的光源和光学路径，静电驱动微夹持器需要高电压，电磁驱动微夹持器则涉及复杂的磁场生成系统。因此，开发一种高性能、小型化、易于操作且广泛适用的微夹持器仍然具有重要意义。 电热驱动微夹持器因其结构简单、驱动电压低且能够实现显著的结构变形而备受关注。本文研究团队...