火狐体育首页进入:极点制作 飞秒激光3D打印光纤纳米机械生物探针

　　邹梦强、廖常锐*、许改霞、赵聪、张需明、Sandor Kasas、王义平*等

　　超活络的纳米机械仪器，如原子力显微镜（AFM）和纳米压痕仪，可以完结精密的生物力学丈量，然后提醒生命活动中杂乱的生物力学机制。但是，受限于机械反应机制和有源组件的存在，现在常用的力学检测仪器仍存在体积过大、无法进行在体丈量等难题。微型化的全光纤纳米机械生物探针可以补偿现有检测仪器的缺乏，在细胞丈量、微创查看和安排弹性成像等许多范畴发挥作用。最近，深圳大学王义平教授团队的廖常锐教授和邹梦强博士等人在制作范畴的顶尖期刊《极点制作》（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上宣布了题为《3D printed fiber-optic nanomechanical bioprobe》的研讨论文。该团队开发了一种微型化的光纤纳米机械生物探针（FONP），成功运用于单细胞及小鼠活体安排的生物力学功能检测（图1）。运用飞秒激光3D打印技能和力学结构优化算法，该团队成功研制了弹性系数可调谐的微悬臂梁探针，处理了FONP与待测样品的刚度失配问题，完成了对洋葱细胞、MCF-7乳腺癌细胞和小鼠活体安排等多种异质生物资料的力学功能检测。FONP传感体系有望为生物力学研讨供给一种全新的介入式检测办法，为全光纤型AFM的开展奠定了根底。

　　跟着微加工技能的开展，微操作逐步得到了更广泛的运用。在微观世界中，假如接触力得不到牢靠的检测和有用的操控，微观物体很简单损坏。尤其在细胞检测、安排成像和微创查看等范畴，迫切需要精确操控和丈量施加在细小物体上的弱小力。例如，在心脏导管刺进术中，医师有必要清楚知晓导管与血管壁之间的接触力，防止在刺进过程中损害患者的血管壁。为了满意在体生物力学检测运用的需求，迫切需要将微力传感器的标准缩小，检测办法优化，以完成安稳、高精度的介入式力学性质检测。飞秒激光3D打印技能是一种纳米标准的增材加工办法，其加工精度可优于10 nm。飞秒激光3D打印技能可用于加工恣意形状的微纳结构，一起对光刻胶进行资料掺杂，可以轻松完成微纳结构的功用化。将飞秒激光3D打印技能与“光纤试验室”技能穿插交融，可以在传统光纤上一体化集成微纳功用结构，然后有用进步光纤传感器的功能。因而，光纤传感技能和飞秒激光3D打印技能相结合为开发刚度可调谐的微型纳米机械仪器拓荒了新途径。

　　超高的力学分辨率和运用灵活性。咱们运用飞秒激光3D打印技能，结合力学结构优化算法，制备出一系列的光纤端面微悬臂梁探针。在保证结构鲁棒性的根底上，力学检测分辨率达到了纳牛顿（nN）级水平，完成了2.1 nN的超高检测极限，可与商用AFM相媲美（图2）。FONP体系运用全光纤信号传输替代AFM体系杂乱的光学杠杆解调，并结合深度传感压痕法，可以丈量各种非均匀异质资料的力学性质，且降低了对测验样品形状规矩的要求，具有较高的运用灵活性。

　　咱们提出了一种完成微型FONP刚度可调的战略。该战略运用结构力学与拓扑学理论，结合有限元仿真，规划出具有与样品刚度匹配的FONP，再经过飞秒激光3D打印技能在光纤端面一体成型制备出特定刚度的FONP。现在，咱们研制了刚度系数范围在0.4至52.6 N/m之间的FONPs（图3），并成功运用于不同品种生物资料的丈量。

　　咱们经过制备的一系列FONPs成功地丈量了聚二甲基硅氧烷（PDMS）、洋葱细胞、MCF-7乳腺癌细胞、活体小鼠安排等非均质资料的杨氏模量，并用商用纳米压痕仪的测验成果进行验证（图4）。新式FONP体系不只测验成果精确牢靠，并且运用光学相位解调，简化了商用AFM杂乱的光学杠杆解调体系，为完成便携式全光纤AFM拓荒了新的思路和途径。

　　本研讨所提出的全光纤纳米机械生物探针具有活络度高、检测极限低、无特别封装要求、生物相容性好和全光操作等长处，在资料力学和生物力学研讨方面，具有宽广的运用远景。此外，这种办法为完成通用型全光纤AFM拓荒了新的途径。在未来，咱们希望这种新式的光纤纳米机械生物探针体系可以广泛运用于人体不同安排的在线生物力学性质检测，如体内心肌细胞跳动监测、安排弹性成像、肿瘤安排介入活检等，成为生物力学相关范畴研讨的重要新办法。

　　深圳大学物理与光电工程学院，特聘教授、博导、国家杰青、万人领军、Optica Fellow、光电子器材与体系教育部要点试验室主任、广东省光纤传感技能粤港联合研讨中心主任。长时间从事光纤传感技能及运用研讨，研讨方向：光纤微结构器材制备技能；极点环境光纤传感技能；生命健康光纤传感技能。获教育部天然科学奖一等奖和二等奖、深圳市天然科学奖一等奖、四川省科学技能进步奖一等奖、广东省光学学会光学科技奖一等奖、全国优异博士学位论文奖、欧盟玛丽居里世界引进人才基金奖、德国洪堡研讨基金奖、深圳市五一劳动奖章等奖赏。掌管国家要点研制方案、军科委XX工程专项、国天然要点等项目32项。宣布SCI论文420篇（SCI引证10000余次、H指数50）；授权发明专利20项（美国发明专利4项）；我国高被引学者和全球前2%顶尖科学家终身科学影响力排行榜。Applied Optics编委、Photonic Sensors编委、广东省光学学会副理事长。

　　深圳大学物理与光电工程学院，特聘教授，博导，国家优青，广东省杰青，广东省光纤传感技能粤港联合研讨中心副主任，深圳市超快激光微纳制作要点试验室主任。本科（2005）和硕士（2007）结业于华中科技大学，博士（2012）结业于香港理工大学。2012年至今在深圳大学王义平教授团队作业。研讨方向：超快激光微纳加工技能、光纤传感与成像技能。以榜首作者或通讯作者在Light-Sci. Appl., Light-Adv. Manuf., Int. J. Extreme Manuf., Lab Chip等期刊宣布论文60余篇，SCI引证6000余次，H指数44。2019-2021接连三年当选全球前2%顶尖科学家终身科学影响力排行榜。荣获教育部天然科学奖二等奖、广东省光学学会光学科技奖一等奖、深圳市天然科学奖一等奖。现担任《极点制作（英文）》、《超快科学（英文）》、《激光与光电子学发展》青年编委，广东省光学学会副秘书长。

　　深圳大学物理与光电工程学院，博士研讨生。研讨方向：飞秒激光三维纳米光刻技能、光纤微结构传感技能。在Light-Sci. Appl., Int. J. Extreme Manuf., ACS Photon.等期刊宣布学术论文18篇，其间Nature子刊1篇，中科院一区4篇。荣获王大珩光学奖学生奖、研讨生国家奖学金、深圳大学优博方案、腾讯创新奖学金和我国光纤传感大会优异粘贴论文奖。

　　影响因子10.036(Q1)。中科院分区工程技能1区，TOP期刊。一起当选“我国最具世界影响力学术期刊”（TOP 5%）。

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