外泌体（Exosome）是直径大小为30～150 nm的膜性囊泡, 包裹DNA/RNA, miRNA, 蛋白质和脂质等多种物质并参与微环境中的生物信息传递, 是理想的癌症生物标志物, 在液体活检领域具有重要的应用潜力, 有望成为癌症快速检测的手段之一。 表面增强拉曼光谱（SERS）是分子振动光谱, 可从分子水平上探测物质的精细结构和信息变化, 具有“指纹图谱”的特征。 采用差速离心结合超速离心的方法获得乳腺癌细胞来源的外泌体, 以金溶胶为增强基底, 收集外泌体及其母细胞的SERS图谱, 结合多元统计分析, 进行乳腺癌细胞的快速鉴别与区分。 研究结果表明, 乳腺癌细胞及其外泌体在500～1 600 cm-1波段范围内有特征拉曼信号, 采用非标记检测所获得的图谱信息是样品“whole-organism fingerprint”整体信号的呈现。 根据外泌体的拉曼表型并结合OPLS-DA分析, 能够100%分辨3种不同类型的乳腺癌细胞。 单细胞SERS检测联合PCA-LDA分析, 区分乳腺癌细胞的准确率为83.7%。 通过比较乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼特征图谱发现, 二者在拉曼谱图的波数高度表现一致, 但是外泌体在特征波数上显著增强。 具体体现为在506～569、 1 010～1 070 cm-1等波段二者存在相似性, 但外泌体在735、 963和1 318 cm-1等处的特征信号显著高于细胞。 分析认为外泌体结构比细胞更为简单, 核酸、 蛋白质等生物大分子信息更容易被表征。 同时也提示了通过SERS检测外泌体实现快速鉴定乳腺癌的可行性。 采用非标记、 直接检测, 建立了快速检测单细胞及外泌体的SERS分析技术, 结合多元统计分析能够快速鉴别不同类型的乳腺癌细胞, 并从拉曼组学角度探究了外泌体与母源细胞的关系。 该方法具有非标记、 快速、 灵敏、 准确、 简便的优势, 为乳腺癌的体外快速诊断与筛查提供有效的技术手段, 为临床应用奠定基础。
表面增强拉曼光谱 乳腺癌 外泌体 单细胞分析 快速检测 多元统计分析 Surface enhanced Raman spectroscopy Breast cancer Exosome Single-cellular analysis Rapid detection Multivariate statistical analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3840
表面增强拉曼光谱(SERS)是目前最灵敏的分析技术之一, 广泛应用于生命科学、 材料科学、 环境科学及分析化学等领域。 SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围, 是推动该技术发展的关键, 高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。 为了获得最佳的拉曼信号, 对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。 柔性SERS基底因具有良好的柔韧性, 3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势, 在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。 Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点, 将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合, 通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数, 制备了高SERS活性的金纳米-Nylon(Au-Nylon)柔性膜基底。 研究表明, 金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上, 纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用, 形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体, Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。 首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层, 有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面, 产生SERS“热点”效应, 提高其SERS性能。 利用结晶紫(CV)作为SERS探针分子, 对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析, 发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。 对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底, 当单次过滤金溶胶1 mL, 与膜结合2次, 总结合量2 mL时, CV探针分子的SERS信号最强, SERS活性最强。 采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5, 1×10-5, 1×10-6, 5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测, 发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1, 增强因子达到1.0×104。 此外, Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好, 相对平均偏差为11.8%。 Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中, 仍具有良好SERS活性, 对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。 由此可见, 研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性, 并具有较好的SERS活性, 该方法简单且易批量制备, 无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。
表面增强拉曼光谱 Au-Nylon柔性膜基底 柔性基底 Surface-enhanced Raman spectroscopy Au-Nylon flexible film substrate Flexible base
电子科技大学 光电科学与工程学院，四川 成都 610054
激光选区熔化技术在实际应用中会出现熔点突出、工件翘曲等问题，影响铺粉质量及最终成型工件质量。为了提高激光选区熔化的铺粉质量，该文设计了一款基于PZT-5H阵列的L式双向智能刮刀，并对其传感器性能、单路信号灵敏度、铺粉模拟等进行了测试。结果表明，测试得到刮刀整体灵敏度为100 μm，有效地提高了智能刮刀在激光选区熔化中的铺粉质量，为后续增材制造智能化奠定了基础。
激光选区熔化 铺粉质量监测 翘曲变形 智能刮刀 压电复合传感 laser selective melting powder spreading quality monitoring warping deformation intelligent scraper piezoelectric composite sensing
电子科技大学 光电科学与工程学院，四川 成都 610054
光声技术以其声源空间分辨率高，易于产生而受到广泛关注，但因光声转化效率低下，如何利用多点光声产生声聚焦成为提高光声检测灵敏度的重要途径。为了利用多点光声产生声聚焦以提高光声检测灵敏度，该文开展了基于八阵元的光声声聚焦的研究。利用时间反转法，采用仿真加实验的方法，分析了空间激励位置、频率及阵元数对聚焦性能的影响。实验结果表明，该方法实现了10倍以上的聚焦效果。
激光超声 相控阵 聚焦 相位共轭法 仿真 laser ultrasound phased array focus phase conjugation method simulation
1 重庆城市管理职业学院 大数据与信息产业学院,重庆 401331
2 云南无线电有限公司, 云南 昆明 650223
3 中电科技集团重庆声光电有限公司,重庆 401332
为了解决压差式静力水准仪受温度密度等环境因素影响而导致使用过程复杂及测量误差大的问题, 该文以静力水准仪为核心传感器, 采用温度补偿和多基准校准的方法对系统进行了优化, 研发了一套沉降自动化监测系统。经验证测试结果表明, 该监测系统能减少系统误差, 降低工程复杂度, 并在某地铁线的安全监测中能够良好运行, 具有较高的工程实用价值。
静力水准仪 误差补偿 双基准 沉降监测 static level error compensation double datum settlement monitoring
西北工业大学 材料学院, 凝固技术国家重点实验室, 西安 710072
采用固相法制备了三种具有单斜结构的单相固溶体稀土钽酸盐高熵陶瓷(Nd1/6Sm1/6Eu1/6Gd1/6Dy1/6Ho1/6)TaO4 (6RETaO4)、(Nd1/5Sm1/5Eu1/5Gd1/5Dy1/5)TaO4(5RETaO4)和(Nd1/4Sm1/4Eu1/4Gd1/4)TaO4(4RETaO4), 扫描透射电子显微镜- X射线能谱(STEM-EDS)的分析表明掺杂的稀土元素分布均匀。通过扫描电子显微镜(SEM)观察到由四方-单斜的二级铁弹相变形成的铁弹畴。热膨胀测试表明RETaO4高熵陶瓷在1200 ℃以下具有良好的热稳定性, 其中6RETaO4的热膨胀系数可以达到9.25×10-6 K-1 (1200 ℃)。由于高熵效应带来的声子散射增加, RETaO4高熵陶瓷具有较低的晶格热导率(2.98~1.23 W·m-1·K-1, 100~1000 ℃), 并且表现出良好的力学性能(6RETaO4, (9.97±2.2) GPa), 是潜在的下一代热障涂层材料。
1 中电科技集团重庆声光电有限公司, 重庆 401332
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
3 军委装备发展部军事代表局驻重庆地区军事代表室,重庆 400060
4 防化军代局驻重庆地区防化军代室, 重庆 400060
5 云南无线电有限公司, 云南 昆明 650223
为了开展核电用压电加速度传感器的抗辐照屏蔽设计研究, 该文采用蒙特卡罗粒子输运软件(MCNP), 针对反应堆运行时释放的裂变中子谱和γ谱, 考虑服役温度、抗辐照性能、造价、屏蔽效果等因素, 提出了铅-聚乙烯-铅多层组合和Fe+W+B4C复合材料等两种屏蔽方式。结果表明, 当服役时间相对较短、屏蔽体受到辐射剂量不强、服役温度小于聚乙烯(PE)材料的服役温度时, 可以考虑采用Pb(10 cm)+ PE(15 cm)+ Pb(5 cm)的组合方式。当屏蔽体受到的辐射剂量很强、服役温度很高时, 可以考虑采用60%Fe+30%W+10%B4C(质量分数)复合材料这种组合。
加速度传感器 核辐射 振动测量 γ射线 蒙特卡罗粒子输运软件(MCNP) accelerometer nuclear radiation vibration measurement γ-rays MCNP software
电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 610054
光纤声传感器是一种利用光纤作为传光介质或探测单元的一类声传感器，相比传统电声传感器其具有灵敏度高、频带响应宽、抗电磁干扰等优越特性，可广泛应用于**安全、工业无损检测、医疗诊断及消费电子等领域。按照声场与光的耦合方式，把光纤声传感器分为间接耦合型和直接耦合型两种，其中，间接耦合型光纤声传感器受声耦合材料频响特性限制，存在频响不平坦、带宽较窄及动态范围小等缺点；而直接耦合型光纤声传感器克服了上述的缺点，具有广阔的发展潜力。
光纤声传感器 间接耦合 直接耦合 频率响应 灵敏度 optical fiber acoustic sensors indirect coupling direct coupling frequency response sensitivity
南阳师范学院 物理与电子工程学院，河南 南阳 473061
为了简化加密系统光学结构以及提高安全性，本文利用相位板抽取方法提出了一种基于衍射成像模型的光学加密方法。该方法在光路中放置三个随机相位板，在输出平面上利用CCD 记录衍射光强分布作为密文。在加密时，每次均抽取出其中一个随机相位板，由另外两个随机相位板进行光学加密，一共记录三幅衍射光强分布。解密过程采用数字方法，利用相位恢复迭代算法即可由密文和密钥恢复原始图像。该光学加密方法在加密过程中不需要移动光学器件，只需记录光强分布作为密文，因而便于光学实现。仿真实验表明该光学加密方法可以实现灰度图像的加密，具有多重加密密钥，安全性较高。同时，该加密方法具有一定的抗噪声和剪切攻击的能力，因而该方法可以用于传输环境比较恶劣的条件下。
傅里叶光学 光学加密 衍射成像 相位恢复算法 Fourier optics optical encryption diffraction imaging phase retrieval algorithm
1 湖南工学院材料与化学工程学院, 湖南 衡阳421002
2 长江师范学院化学化工学院, 重庆408100
建立了蜂胶中多个重金属元素的快速测定方法。 选择正丙醇+二甲苯(体积比70∶30)稀释蜂胶后, 采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法直接分析稀释液中的Cr, Ni, As, Cd, Sb, Sn, Hg, Pb等重金属元素。 为防止稀释样品中高碳有机物的不完全燃烧在质谱锥口产生积碳, 通过在等离子工作气体中通入低浓度氧气使高碳有机物充分燃烧。 应用八极杆碰撞反应池(ORS)技术消除了多原子离子对待测元素产生的质谱干扰, 通过研究He碰撞气流速的变化对Cr, Ni, As预估检测限(EDL)的影响情况确定了最佳碰撞气流速, 采用单内标元素Rh消除了质谱基体效应, 维持了分析信号的稳定。 分析结果表明, 8个重金属元素的检出限在20.8～102.7 ng·L-1之间, 回收率为92.0%～109.0%, 相对标准偏差(RSD)≤3.5%。 方法可快速、 灵敏、 准确地测定蜂胶中8种重金属元素含量。
电感耦合等离子体质谱法 蜂胶 重金属元素 Inductively coupled plasma mass spectrometry Propolis Heavy metal elements 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2878
