基于光的微毛细管监测激发了制造业和生物技术的创新

2025-06-07 02:03来源:本站

  

  Light-ba<em></em>sed microcapillary mo<em></em>nitoring sparks innovation in manufacturing and biotechnology

  研究人员已经开发出一项突破性的技术,利用光来可视化纳米级玻璃微毛细管尖端,从而实现与其他物体的精确和微妙接触。

  “微毛细管”是一种由玻璃管制成的孔径非常小(直径0.1毫米至0.000010毫米)的精密工具。它被用作各种领域的重要工具,从生物技术到操纵细胞,再到微电镀和纳米3d打印。

  具体来说,它被用于生物技术的任务,如在体外受精(IVF)期间将精子注射到卵子中,或作为穿透细胞膜研究细胞机制的工具。在电镀中,它允许在极小的区域内镀金属,这对于制造精密电子电路或微结构非常有用。它还可以用作3D打印喷嘴,在三维空间中打印超精细结构。

  利用微细毛细管的一个主要问题是确保在尖端处的精细和精确接触,以便玻璃微细毛细管不会破裂或目标物体不会损坏。在过去,接触是通过光学显微镜观察来确定的,但对于纳米级的超细微血管,由于衍射分辨率的限制,无法确定接触。

  虽然已经采用了其他方法,例如监测电流或机械振动,但它们的多功能性受到材料特殊性(仅限于导电材料)或可能影响结果的干扰的限制。

  pyaeyeon博士团队开发的新方法利用了光。当光投射到玻璃微毛细管中时,光穿过管子到达尖锐的末端。当尖端不接触物体时,观察到明亮的散射光,并且在接触物体的瞬间,它立即消失。这种简单的方法,只需要一个光源,超过光学显微镜的分辨率限制,就可以进行接触检测,这是一项了不起的成就,如果没有对纳米尺度上光-物质相互作用的全面理解,就无法实现。

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  研究小组通过各种实验和模拟发现,以倏逝波的形式传播的光在接触时不会在尖端散射,而是传播到接触的物体上。为了验证该技术的适用性,他们展示了微玻璃管在各个领域的精确接触检测能力,包括纳米3d打印工艺、微铜电镀工艺和堵塞解决方案,以及口腔上皮细胞细胞壁的入侵,证实了其准确和即时的检测性能。

  研究小组通过各种实验和模拟发现,以倏逝波的形式传播的光在接触到的物体上被传递,而不是在尖端被散射。

  为了验证该技术的适用性,该团队展示了微血管在各个领域的微妙接触,例如纳米级3D打印工艺,铜的微电镀工艺,解决喷嘴堵塞以及口腔上皮细胞膜的入侵,证实了其精确和即时的检测性能。

  该研究作为封面文章发表在ACS Nano杂志上。

  Jaeyeon Pyo博士解释了这项研究的背景,他说:“由于以前开发的基于光学显微镜观察的纳米级3D打印工艺面临物理限制,因此需要一种全新的方法来提高分辨率、稳定性和产量。

  “随着对纳米尺度光学物理学的理解,我们提出了一个开创性的想法,利用3D打印喷嘴作为监测其接触的工具,这导致了成功的结果。”

  韩国科学研究院已经完成了原始技术的专利申请,预计这一突破将引起3D打印、显示器、生物技术、电镀、微电子等需要纳米级精密工艺的研究机构和行业的极大关注。

  该技术的简单性,可以通过使用单一光源实现,没有材料或环境限制,表明了广泛的潜在应用。pyaeyeon博士的团队计划在更多领域进一步演示和验证其适用性,积极发现有需求的公司,并寻求技术转让。

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