基于微纳发光材料的宽场远场纳米显微方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51672245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Nanoscopy technologies have big potential applications in cellular biology, material science, integration circuits and sensing for its ability to explore the micro-/nano-world beyond diffraction limit. 1D nanomaterials possess nanoscale apertures, large length-to-diameter ratio, high mechanical flexibility and large evanescent waves, and thus show significant promise in label-free wide-field far-field sub-diffraction imaging, which is still beyond reach in the previous studies on nanoscopy. In this project, we will develop a new method to achieve label-free wide-field far-field nanoscopy by utilizing 1D nano light sources. These kind of sources can cover a broad spectral range and usually generate light with large wave vector. By designing hybrid structure with effective coupling, subwavelength objects will be interacting with the light with large wave vector emitted from the nanoscale light source. High frequency spatial information will be carried by travelling waves to the far field during the scattering process and a far-field sub-diffraction image will be constructed. The field of view may reach up to one-magnitude-order larger than previous label-free far-field and full-field sub-diffraction imaging. Besides, effective and controllable pumping and signal collecting modulus will also be developed correspondingly. We will investigate the light generation mechanism and new effects in the 1D nanoscale light emitter, as well as the interaction between light and matter at nanoscale. This research will bring a new avenue towards nanoscale visualization, which will broadly benefit biology medicine, information and materials science and so on.
纳米成像技术的亚波长探测能力对于生物细胞学、材料科学和微电子等领域的发展具有重要意义。一维微纳材料具有纳米级孔径、强倏逝场、大长径比、强电子光子限域能力和优异的机械性能,有望实现大面积倏逝场向远场的同步传输与探测,突破长久以来纳米显微成像技术中的窄视场瓶颈,实现无标记宽场远场纳米成像。本项目中,我们将研究基于一维微纳发光材料的新型纳米成像技术。该技术通过设计复合结构实现环形大波矢倏逝场照明,在近场与亚波长样品相互作用,远场接收样品散射的高频空间信息,实现实时宽场远场纳米成像,成像面积有望达到已有纳米成像方法的10倍以上。同时实现微纳光源的可控激发、远场信号的高效采集和模块化封装,并用于生物细胞、微纳材料和集成芯片等样品检测。我们的研究对于探索纳米尺度上光与物质相互作用的新效应和新机理具有重要意义,将推动微纳发光材料和器件在生物医学、信息技术和材料科学等领域的广泛应用。

结项摘要

纳米成像技术的亚波长探测能力对于生物细胞学、材料科学和微电子等领域的发展具有重要意义。倏逝场由于其高横向波矢的特点,可以实现无标记超分辨显微。本项目以倏逝场移频超分辨显微为中心,主要研究了如下内容:(1)复合结构设计与光场耦合特性研究。(2)亚波长尺度结构的散射特性以及纳米显微成像原理研究。(3)纳米光源显微成像系统的光路设计。(4)成像质量的优化以及三维纳米显微成像的实现。.取得的重要创新成果、关键数据及科学意义:(1)设计了多种设计多种复合结构,包括一维纳米光源-平板波导复合结构、二维荧光薄膜-平板波导复合结构、二维光源-光栅衬底耦合结构、光学波导结构等多种光场耦合结构并研究了其倏逝场耦合特性(2)利用3D-FDTD和Comsol 等软件构建模型,分析耦合和散射过程中的近场特性;结合矢量衍射理论和耦合波理论,探究表征高频信息的方法;设计了移频超分辨显微的频谱拼接算法,通过采集远场移频信息恢复样品的真实细节信息,实现远场纳米显微成像。(3)利用空间光调制器将普通光场耦合进倏逝场复合结构,形成一套和传统显微镜集成的远场纳米显微光学成像系统。(4)优化了纳米光源超分辨显微成像系统,加工制备了兼容无标记和标记样品的晶圆级超分辨显微芯片,并研究了基于波导芯片的三维超分辨显微原理,可以实现横向50纳米,纵向3纳米的三维超分辨显微成像。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(2)
专利数量(11)
Wavelength-Tunable Micro/Nanolasers
波长可调谐微/纳米激光器
  • DOI:
    10.1002/adom.201900275
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Advanced Optical Materials
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Ming‐Hua Zhuge;Caofeng Pan;Yazhi Zheng;Jianbin Tang;Salman Ullah;Yaoguang Ma;Qing Yang
  • 通讯作者:
    Qing Yang
Fluorescent Nanowire Ring Illumination for Wide-Field Far-Field Subdiffraction Imaging
用于宽场远场亚衍射成像的荧光纳米线环照明
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.118.076101
  • 发表时间:
    2017-02-14
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW LETTERS
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Liu, Xiaowei;Kuang, Cuifang;Yang, Qing
  • 通讯作者:
    Yang, Qing
Fast response CdS-CdSxTe1-x-CdTe core-shell nanobelt photodetector
快速响应CdS-CdSxTe1-x-CdTe核壳纳米带光电探测器
  • DOI:
    10.1016/j.scib.2018.08.003
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    SCIENCE BULLETIN
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Tang Mingwei;Xu Pengfei;Wen Zhong;Chen Xing;Pang Chenlei;Xu Xuechu;Meng Chao;Liu Xiaowei;Tian He;Raghavan Nagarajan;Yang Qing
  • 通讯作者:
    Yang Qing
Fast volumetric fluorescence imaging with multimode fibers
使用多模光纤进行快速体积荧光成像
  • DOI:
    10.1364/ol.398177
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    OPTICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wen Zhong;Wang Liqiang;Zhang Xuanhao;Ma Yaoguang;Liu Xu;Kaminski Clemens F.;Yang Qing
  • 通讯作者:
    Yang Qing
Fiber-Integrated Reversibly Wavelength-Tunable Nanowire Laser Based on Nanocavity Mode Coupling
基于纳米腔模耦合的光纤集成可逆波长可调谐纳米线激光器
  • DOI:
    10.1021/acsnano.9b05110
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Nano
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Zhuge Ming-Hua;Yang Zongyin;Zhang Jianpei;Zheng Yazhi;Song Qinghai;Pang Chenlei;Liu Xu;Ullah Salman;Pan Caofeng;Raghavan Nagarajan;Zhang Xing-Hong;Li Haifeng;Ma Yaoguang;Yang Qing;Hasan Tawfique
  • 通讯作者:
    Hasan Tawfique

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其他文献

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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    欧阳超;吴登峰;余镔;谢莉;杨青;叶小群
  • 通讯作者:
    叶小群

其他文献

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光电集成深移频超分辨芯片及其在活细胞蛋白质聚集研究的应用
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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