消 息

俄科学家合成出一种光控纳米复合材料

据俄罗斯科技网不久前报道，莫斯科国立大学精细化工技术学院、俄罗斯科学院生化物理研究所和化学物理研究所的三个顶尖科研小组宣布，他们利用光敏配合基和硒化镉，成功合成了一种光控纳米复合材料。这种复合材料的性能可以通过改变特定波长的光照射而发生变化，可用于“智能”光敏控制设备。相关论文发表在《俄罗斯纳米技术》杂志上。

通过光线照射使光敏配合基的性能发生有针对性的变化，这是当前非常热门的研究领域。通常，这一研究领域的成果将有助于建立一些智能设备的原型，如分子光开关、光控逻辑模块、检测离子的传感器设备等等。研制出的最终产品将应用于生物信息学、纳米医学和其他一些应用科技领域。

科学家们成功地将配合基分子固定在硒化镉纳米粒子的表面，从而形成了复合连接。其中无机纳米硒化镉（科学家称之为量子点）具有荧光控制的特点。所谓荧光控制，是指一些原子和分子具有吸收较高能量的光子，然后释放能量较低光子的特殊能力，例如一些荧光染料，它们能够吸收太阳辐射出的不可见紫外线，然后自身发出可见光。这种光线的颜色很饱和，我们在舞厅里常常会看见这种荧光灯发出的光芒。硒化镉量子点的荧光特性毫不逊于有机荧光分子，后者在生物学和医学上广泛得以使用。例如，量子点发出的波长取决于纳米粒子的大小，通过改变纳米粒子的大小就可以指定它们发出波长的频谱区域，这一特性有助于建立具有良好灵敏度和清晰度的单分子光敏系统，其在纳米级无机量子点的研究中被广泛应用。

在此项研究中，科学家使用一个直径为3.7nm的硒化镉粒子，这种纳米粒子尤其善于吸收最大波长为585nm的可见光。光敏配合基根据光的影响而改变其配置能力，进而改变硒化镉量子点的荧光光谱和大小。在原始复合材料中可明显观察到波长598nm的量子点荧光。用短波照射复合材料后，材料的配置发生变化，开始发出波长为670nm的荧光。如果把复合材料放置在黑暗中或用可见光照射一段时间，配合基分子会自动恢复到原始状态，而复合材料也趋于最初的荧光特点。基于此原理，他们获得了这种通过改变特定波长的光照射来控制属性的复合材料。此外，这种变化是可逆的，复合材料可以很容易地返回到其原始状态。这一研究结果对构建光敏智能控制系统原型具有良好前景，可用于特殊领域的光敏开关。

（摘自《科技日报》）

计算自适应光学技术可实现高清医学成像

实时3D微观组织成像技术的出现不啻为癌症诊断、微创手术和眼科等医疗领域的一场革命。据物理学家组织网4月23日报道，美国伊利诺伊大学的研究人员开发出用计算自适应光学系统校正光学层析成像的畸变技术，给未来医疗的“高清”成像带来前景。相关技术成果刊登在最新一期美国《国家科学院学报》在线版上。

美国贝克曼研究所高级科学和技术博士后研究员史蒂芬说：“该技术能够超越现在的光学系统，最终获得最佳品质的图像和三维数据。这将是非常有用的实时成像技术。”

畸变如散光或扭曲困扰着高分辨力成像。其会使对象细点的地方看上去如斑点或条纹。分辨力越高，问题会变得更糟糕。这是在组织成像中特别棘手的问题，而精度对于正确诊断至关重要。

自适应光学可以校正成像的畸变，被广泛应用于天文学来校正当星光过滤器通过大气层的变形。医学科学家已经开始将这种自适应光学系统的硬件应用于显微镜，希望能改善细胞和组织成像。

但伊利诺伊大学生物工程内科医学的电子和计算机工程教授斯蒂芬指出，这同样富有挑战，将其应用于组织、细胞成像，而不是通过大气对星星成像，存在很多光学上的问题。基于硬件的自适应光学系统复杂而昂贵，调整繁琐，故不太适用于医疗扫描。

由此，该团队采用计算机软件来发现并纠正图像畸变，替代硬件的自适应光学，称为计算自适应光学技术。研究人员用此技术演示了大鼠肺组织含有微观粒子凝胶的幻影。用光学成像设备干涉显微镜的两束光扫描组织样本，计算机收集所有数据后，纠正所有的深度图像，使模糊的条纹变成尖锐的点而特征显现，用户可用鼠标点击改变参数。研究人员说：“我们能够纠正整个研究体积的畸变，在其任何地方呈现高清晰度图像。由此，现在可以看到以前不是很清楚的所有组织结构。”

该技术可以应用于许多医院和诊所的台式电脑，可对任何类型进行干涉成像，如光学相干断层扫描。

（摘自《科技日报》）

“微妙曲面镜”让司机后视无盲点

据物理学家组织网不久前报道，美国德雷克塞尔大学艺术与科学学院数学系教授安德鲁·希克斯博士发明了一种新型广角大幅“微妙曲面镜”，可作为机动车的后视镜消除危险的“盲点”，以最小的失真极大扩展司机的视野。该技术已于5月获得了美国专利。

传统的平面镜可帮助司机在驾驶时与后车保持适当的距离，但这是基于一个非常狭窄的视角，因此存在司机通过车侧面的或后面的视镜都看不到的盲点。而使镜子弯曲就可以具有一个更宽广的视野，很容易做到无盲区，但是会出现视物扭曲变形，对象显得小且远。

一般司机的平面侧镜角度是15°～17°，而这种新型镜子作为外后视镜有一个约45°的角度。其不同于简单的曲面镜会压扁所感观对象的形状，使直线出现弯曲，在这种镜子中，形状和直线在视觉上的扭曲几乎检测不到。

希克斯使用一种数学运算方法设计镜面，精确地控制由弯曲镜子反射出的光线角度。他说：“试想一下，镜子的表面有许多较小的转向不同角度的镜面，如同一个迪斯科球面。这种算法是一组运算操纵每一个迪斯科球面镜片的方向，使每扇镜面的反射光线汇集所显示的场景对司机而言更宽广，而不至于太扭曲。”希克斯在2008年曾在《光学快报》上第一次描述过用于开发这种镜子的方法。

美国规定，汽车在装配线上必须在驾驶员一侧安装平面镜。而曲面的反射镜则安装在乘客一侧的后视镜上，并且要求“镜中的物体比其显示的要更靠近些”，因此这种新型的后视镜还不能很快被安装在销售的新车上。不过，其可以在二级市场上生产和销售，司机和机械师可以购买后安装在汽车上。在欧洲和亚洲一些国家不允许新车上有稍微弯曲的镜子。希克斯的发明已经引起了一些投资者和制造商的兴趣，他们有意寻求机会取得生产许可证，大量生产这种镜子。

（摘自《科技日报》）

新显微镜可追踪胚胎发育单细胞分裂过程有助于理解一个单细胞怎样变成了复杂的组织

从一个受精卵发育成多种功能的胚胎，细胞要经过上千次分裂和复杂的排列重组。据物理学家组织网6月3日报道，霍华德·休斯医学研究院珍妮莉娅法姆研究学院开发出一种最新的成像技术，能以前所未有的速度和精确度看到这一过程，让人们能追踪胚胎成形时每个细胞在几天甚至几小时内的变化。相关论文发表在6月3日出版的《自然·方法学》上。

研究人员演示了一段约20h的果蝇胚胎发育视频。在视频中，生物结构逐渐出现，从一小团简单的细胞簇慢慢变长，变成上万个细胞紧紧挤在一起的拉长的小胚胎，然后在新形成的肌肉收缩舒张下开始颤动，此时胚胎仅有0.5mm长。此外，论文中还有一段果蝇胚胎中枢神经系统完整的发育视频，跟踪了单个细胞发育出感觉器官、脑叶及其他结构的过程，由于分辨力足够高，还能看到神经轴突尖端迅速变化。

发明该技术的珍妮莉娅法姆研究学院的菲利普·凯勒说，要理解一个单细胞怎样变成了复杂的组织，真实看到这一过程非常重要。传统光学显微镜速度太慢，无法跟踪细胞在生命初期的迅速变化，也容易破坏一个活胚胎，只能通过把多阶段、多组织的照片拼在一起，才能推测发生的变化，但“细胞分裂重组每次都不一样，这种观察方法可能会产生误导”。

新技术基于一种高速非侵入式光学显微镜，称为SiMView光层显微镜，能从4个角度同时拍摄图像，不仅能跟踪细胞运动，还能对发展过程进行数量分析。该显微镜由凯勒小组和德国的欧洲分子生物实验室合作开发，攻克了传统光学显微镜的两个难题：一是光源对样本造成的伤害，二是对海量数据进行处理分析。

大部分光源都会伤害细胞，使其中的荧光标记消失。研究小组设计的照明技术是一种激光扫描层，一次照射样本极薄的一层以减少伤害，由探测仪记录下被照亮的部分。光层来自两个相反方向，并用两个探测仪来探测荧光，照明与探测相结合，提供了4个不同的观察角度。不仅能避免由于光散射而造成的模糊，还将图像采集速度提高了50倍。

要让照亮样本和探测荧光在时间、位置上协调一致，时机吻合极为重要，光层交叉通过会造成图像模糊，发光间隔仅几毫秒。为了保持精度，SiMView还安装了实时调节的电子系统。

显微镜每秒会收集350MB的数据，一个样本一天要产生海量数据，而不同条件或不同基因的发育对比实验，所要求的数据比这还要多好多倍。为此，研究人员开发出一种新的计算方法，能识别并跟踪显微镜视频中单个细胞并自动分析。这些都构成了拍摄活样本这一完整技术框架的必要组成部分。

凯勒表示，他们还将继续改进显微镜使计算过程更加有效。今后不仅能追踪胚胎中细胞的一代代世系，还可能控制发育以探索发育机制，并研究其他更大更复杂样本的发育过程。

（摘自《科技日报》）

等离子体激元为光电探测器披上隐身衣

据物理学家组织网不久前报道，美国斯坦福大学和宾夕法尼亚大学组成的一个联合工程师团队首次使用等离子体激元创建出一个可以探测光同时也可以隐形的新设备，应用于先进的医学成像系统和数码相机中，可生成更为清晰、更准确的照片和影像。该研究成果发表于《自然光子学》在线版上。

等离子体激元，即在光激发下的金属纳米结构中自由电子气集体振荡，是目前可以突破光的衍射极限来实现纳米尺度上对光操纵的新型量子态，为光学元器件和芯片的小型化以及未来信息领域超越摩尔定律带来了曙光。

新研究首次将等离子体激元这一概念用于光电子探测隐形设备。研究人员称，在其上的反光金属涂层可使一些东西看不见，使这种设备不可直观，由此创建出一种隐形的光检测器装置。该设备的核心是由薄薄的金帽覆盖硅纳米线。研究人员通过调整硅中的金属比例，即一种调谐其几何尺寸的技术，精心设计了一个“电浆斗篷”，其中金属和半导体中的散射光相互抵消，从而使该设备不被看见。该技术的关键在于，在薄金涂层中建立一个偶极子，与硅的偶极子在力量上可对等。当同样强烈的正负偶极子相遇时，它们之间相互抵消，系统就会变得不可见。

研究人员说：“我们发现，一个精心设计的金壳极大地改变了硅纳米线的光学响应。在金属丝中光吸收略有下降，而由于隐形效果，散射光会下降100倍。实验同样证明，在计算机芯片中常用的其他金属如铝和铜也会具有同样效果。之所以能够产生隐蔽性，首先是金属和半导体的调整。而如果偶极子没有正确对齐，隐形效果则会减弱甚至失去。所以只有在适量材料中的纳米尺度下，才能做到最大程度的隐形。”

研究人员预测，这种可调的金属半导体设备在未来将用于许多相关领域，包括太阳能电池、传感器、固态照明、芯片级的激光器等。例如，在数码相机和先进的成像系统中，等离子体激元的隐形像素可能会减少由于相邻像素之间破坏性串扰产生图像模糊的状况，从而生成更清晰、更准确的照片和医学影像。

（摘自《科技日报》）

美找到低压下提高LED发光率新法

据物理学家组织网不久前报道，美国麻省理工学院的研究人员通过一种插座转换设备使发光二极管（LED）能够比其消耗的电功率释放出更多光功率，电源转换效率可达到100%以上。相关研究发表于最新一期的《物理评论通讯》上。

LED发光原理是将电能转换为光。目前，设计出既明亮又高效的LED灯的最大障碍之一，是增加LED灯的输出功率反而导致其效率下降。而麻省理工学院的研究人员解释说，他们的研究成果大大降低了外施的电压。根据计算，当电压减少到一半，输入功率降低了4倍，而发出的光功率与电压保持一致，也达到一半。换言之，当输出功率下降时LED发光率却在增加。

在实验中，研究人员减少了LED的输入功率，仅30pW，而测量到输出达69pW的光量，效率高达230%。将相同的物理机制作用于任何LED，在外施电压作用下，电子和空穴有一定的概率产生光子。研究人员并没有像其他的研究一样试图增加这种概率，而是利用发生于设备里原子晶格的振动所散发的少量余热产生更多电力。

这种利用余热发光的过程可使LED稍微冷却，其操作类似一个热电冷却器。虽然在室温条件下，冷却不足以提供实用性的温度，但它有可能被用于设计不产生热量的灯。当作为热泵时，该设备可有助于固态冷却应用程序，甚至是发电机设备。

理论上，这个低压策略能够在低电压下产生任意高效的光子，研究人员希望该技术能提供一种新的测试节能极限电磁波通讯的方法。虽然在科学上这个方法很有趣，但其还不会立即促使超效率的LED商业化，因为示范项目仅能用很低的输入功率产生少量的光。

（摘自《科技日报》）