微纳光学技术与应用范文第1篇

与传统光学不同的是，由光学与微电子、微机械、纳米技术互相融合、渗透、交叉而形成的前沿学科――微纳光学，变革了传统光学与技术的发展路线。这门新兴的交叉学科在信息、能源、生命、环保、宇航、国防等领域均已产生新的重要应用。在我国，微纳光子学的发展也日益受到重视，未来发展前程似锦。

1996年，付永启博士毕业。近20年过去，付永启一直没有离开过微纳光学研究领域，在他看来，尽管微光学似乎看不见，摸不着，但从人们的生活乃至国家的高尖端科学都离不开它。这正是它的魅力所在。

“微纳光子虽小，照亮我们未来的路”

1994年，付永启在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所攻读博士学位，“当时是跟导师一起做国家航天项目中的一个子项目――‘动态目标发生器’的研究，我主要负责曲面光刻的研究。”那是他接触到微光学并逐渐对微光学元器件的设计制作产生兴趣的开始。

在博士后研究阶段，付永启又接着在衍射光学元件的设计制作方面开展了深入研究。随后为了开阔视野、提升研究能力，付永启于1998年赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心作研究员，借助当地优越的软硬件条件继续深入开展微光学以及后期纳米光学领域的研究工作。

从此，一个崭新的世界――纳米光学这个交叉领域逐步在他面前展开。

正如他所说的“学得越多就会发现自己不懂的东西越多”，在学习和研究过程中，他觉得不应该囿于领域，萌生了走出国门看看的念头。1998年，他选择赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心做研究员。后来，又通过那里获得了在麻省理工学院作访问学者的机会。

通过与科研院所及工业界的合作，付永启开展了多个横向和纵向项目研究，接触到了微电子、微机电系统（MEMS）、微纳加工、纳米计量及生化分析等多学科领域的知识，先后完成了多项重大研究课题，并取得了许多创新性成果。

借助于国外较好的软硬件条件，付永启快速提高了独立开展科研工作的能力。东西方文化在他身上相遇，已经不再是形式的混体，而是精神层面的和平融合，使得付永启的治学态度里，囊括了中国智慧的通达以及西方思想严密的逻辑性，在这种态度的指引下，他对科研工作有了更深层次的认识，同时对科学研究也更加热爱。

2001年，付永启将目光专注到了一种新的微纳光学元件一步加工制作方法―聚焦离子束制作技术上，经过两年的反复研究、实验，终于获得成功并使该技术逐渐走向成熟。

付永启利用纳米加工技术实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化，即利用聚焦离子束技术直接一步将微光学元器件甚至纳米光子元器件与光电子器件（如半导体激光器、光导纤维等）集成于一体，从而达到直接控制光束的目的。这一技术摆脱了传统的采用离散光学元件对激光束进行准直或聚焦的方法，不但减少了光学系统的元件数，而且节省了空间，更容易实现系统的轻量化和小型化，对微系统的开发具有重要意义。

同时，他还发现了两种材料，它们在聚焦离子束轰击下具有材料自组织成型特性，该特性可直接用于微光学元件的结构成型。以该技术为基础，能够制作出几种特定的微光学元件，包括微正弦光栅、微闪耀光栅等。

此外，付永启还利用聚焦离子束直接写入法和辅助沉积法成功实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化；也就是说，该集成一体化既可以采用基于聚焦离子束去除材料的方法实现，也可以利用材料生长的方法来得到。从而为光学系统的小型化、微型化、平面化提供了制作技术保障。该集成一体化元/器件已经广泛应用于生命科学、生化、通信、数据存储等领域，至今仍在应用，还没有其他方法能够替代。

值得一提的是，聚焦离子束技术在微电子行业的广泛应用，大大提高了微电子工业上材料、工艺、器件分析及修补的精度和速度，目前已经成为微电子技术领域必不可少的关键技术之一。同时，由于它集材料刻蚀、沉积、注入、改性于一身，有望成为高真空环境下实现器件制造全过程的主要加工手段。

“研究要服务社会，我们要瞄准国家重大需求”

“在国外更能体会到‘国家’两字的真实内涵，真心希望自己的祖国能够早日强大。当2008年北京奥运会开幕式上播放出《我的祖国》这首歌时，激动的心情难于言表，内心百感交集。” 付永启感慨道。2007年，付永启放弃国外优越的待遇和生活，带着累累硕果和先进理念回国，先后受聘于中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室和电子科技大学物理电子学院。

“刚回国时想有一个属于自己独立的科研小组和相对宽松的科研环境，在这种环境中能静下心来实际做点科研，希望能从科研工作和培养学生方面体现出自身的价值所在。科学研究最终是要服务社会的，而具体的应用领域要瞄准国家的重大需求。”付永启是这样说的，也是这样做的。

在学校和所在团队的支持下，付永启在纳光子结构、元器件及其应用方面取得多项国家自然科学基金项目的资助。提出了两种基于纳金属结构的超分辨透镜，该透镜可方便地通过聚焦离子束技术一步制作出来，其光学表征可利用近场扫描光学显微镜实现；基于表面等离子体极化用于生化免疫分析：设计和制作了菱形纳金属颗粒，并成功地用于老年痴呆症（ADDL）以及SEB病毒素的测试；有源及无源光电子器件与衍射光学元件的集成；基于聚焦离子束技术的微光学元器件的一步制作技术的开发和拓展；基于纳光子器件微探头的纳米计量系统的概念设计：提出利用纳光子超透镜微探头并结合激光多普勒外差干涉技术实现纳米缺陷的动态在线检测，该内容已获得美国专利授权。

研究工作的创新点主要体现在微光学元件的加工制作技术上，国际上首创采用聚焦离子束技术直接一步加工和制作微小光学元件，具体包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及椭球面透镜等。这一创新技术解决了一些常规微光学元件制作方法难以实现的微光学元器件集成一体化问题，为光学系统紧凑化和小型化，以及微光学系统的研究开发提供了一条新的有效途径。

如果把才华比作剑，那么勤奋就是磨刀石。付永启和课题组成员付出了超乎寻常的努力，经过多年的努力拼搏，在纳米光学、微细加工、纳米加工、衍射光学及微光学领域取得多项研究成果，在国际相关著名学术期刊和国内核心学术期刊上150余篇，其中被SCI检索收录论文120余篇，以第一作者撰写和58篇，以通讯作者100余篇，JCR分区一区刊物论文23篇，影响因子IF>3.0的论文46篇（占SCI论文总数的34%），论文累计被引次数1100余次，单篇他引最高次数83次，JCR统计h指数18。其中，代表论文之一：“Optics Express 18（4）， 3438-3443 （2010）”被国际文献追综机构BioMedLib于2011年2月28日评为纳光子结构领域的“Top10”论文之一；此外，在该领域国际著名学术刊物Plasmonics（该刊物属于JCR分区一区刊物）上陆续发表系列研究论文22篇。

此外，付永启在微纳加工及纳米光学领域分别撰写五部英文专著中的各一章：即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology（2nd Edition，出版号：ISBN： 1-58883-159-0）、Lithography： Principles， Processes and Materials（出版号：I S B N： 978-1-61761-837-6） 、Plasmonics： Principles and Applications（出版号：ISBN： 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版号：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 （出版号ISBN： 978-953-307-912-7）；并独立撰写中、英文专著各一部，分别为《纳光子学及其应用》（出版号ISBN： 978-7-80248-537-2）（该书是目前国内唯一一部具有自己独立编著版权的全面系统地介绍纳米光学发展前沿的中文专著，出版后得到同行的一致好评。）、英文专著书名为《Subwavelength Optics：Theory and Technology》；并以此为基础，在国内首次开设了《亚波长光学》课程，于2009年秋在电子科技大学作为研究生专业课程讲授。自2010年电子科技大学研究生院和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究生部均采用《纳光子学及其应用》一书作为研究生专业课程：《亚波长光学》及《纳米光学》的指定教材。该书作为2011年电子科技大学“十二五”规划研究生教材建设立项支持（项目编号：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修订版。

有关利用聚焦离子束一步制作微光学元件的内容被法国DELAWARE大学电子和计算机工程系Robert G.. Hunsperger教授写入其编著的教科书《Integrated Optics： Theory and Technology》（第五版）的一个章节中。部分研究结果还被美国网络多媒体组织NANOPOLISTM于2007年出版的《纳米技术百科全书》多媒体教程引用并收录， 并被邀请作“聚焦离子束”章节的内容评审人。

学术刊物论文中有关基于聚焦离子束直接沉积实现微型柱面透镜与边缘发射型半导体激光器集成化实现激光束的一维和二维整形的技术、以及类金刚石薄膜上一步写入微透镜技术，被国际上面向工业界的杂志Laser Focus World分别摘录并以新闻简报的形式在“光电子世界新闻”栏目中公布；并已分别获得美国发明专利和中国发明专利的授权。

鉴于他出色的科研成就，近年来相继在美国、加拿大、日本、韩国、新加坡、中国等国举办的衍射光学与微光学、微加工及纳米加工、离子束及应用、精密工程、纳米技术NanoTech 2004、亚洲光电子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等专题会议及年会上作大会报告及特邀报告。

2010年，付永启被国家科技部聘请为国家重点基础研究计划（973）项目“光学自由曲面制造的基础研究”的项目专家组成员；并受邀分别担任国际学术刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高级主编、副主编、及编委。

微纳光学技术与应用范文第2篇

关键词：微纳制造;教学方法;虚拟科研;虚拟实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）44-0090-02

一、微纳米制造技术课程的背景及特点

微纳米科学与技术已成为一种战略性的、占主导地位的技术，被中国机械工程协会列为影响我国制造业发展的问题之一。微纳米制造技术通过在微纳米尺度范围内对物质的集成与控制，创造并使用新的材料和装置，以实现不同功能的机电或机光电一体化智能系统，涉及电子、机械、光学、物理、化学、材料、制造、生物、信息等多种学科，是制造技术的融合交叉新领域。教育部已经将微机电工程列为机械工程一级学科的五个二级学科之一，相当多的高校陆续开设了相关课程。《微纳米制造技术及理论》作为微机电工程研究的入门课，提高其课堂教学的质量，逐步开展实验教学是非常有必要的。我们在精品化教学内容的基础上，在教学实践中探索了微纳米制造技术及理论课程的虚拟实验与模拟科研教学法，并取得了较好的课堂效果。

二、精品化课程内容

《微纳米制造技术及理论》作为一门导论类课程，内容涵盖了微机械加工、半导体加工、纳米制造和生物制造等种类繁多的微纳米加工方法，且各制造方法的相关性不强，给教学带来了极大的挑战。结合本校特点，我们编排的课程内容从分子操作到纳米加工、从生物制造到仿生制造、从微细机械加工到微细特种加工、从集成电路工艺（IC工艺）到MEMS（微电子机械系统）构成了结构对称的多学科制造技术。在体系编排上从纳尺度制造到微尺度制造、从低维低复杂度制造到高维高复杂度制造、从探索前沿到实用产业构成了循序渐进的知识体系。总体内容涵盖了机械、材料、电子等工程学科知识及物理、化学、生物等基础学科的理论，培养了学科交叉创新的意识。

教学内容组织首先强调“由理及表”，即从原理到应用、从理论到实际，同时强调内容来源的“鲜活性”，即紧密跟踪国际前沿最新科学研究成果，紧跟国家战略需求，最终使学生达到微纳米制造技术基础理论学习和工程应用等综合能力的培养。

三、探索虚拟科研情景教学法

（一）虚拟科研情景教学

技术发展有不以人的意志为转移的内在驱动力，在讲解某项微纳制造技术时，可以通过讲解该技术发明前的客观需求、相关技术和理论发展水平来引领学生的思维，使学生站在研究者的角度去思考如何创造一种“新”的微纳加工方法来解决面临的“历史”问题，从而引出具有内在逻辑必然性的该项微细加工技术。例如在讲解深硅等离子刻蚀技术时，我们首先讲解加速度传感器的历史现状，为提高其灵敏度，亟需高深宽比微纳结构的加工方法，而当时的硅化学刻蚀方法，无法实现高深宽比的微纳加工;等离子加工技术和理论已在集成电路加工中获得应用，如何开展基于等离子刻蚀技术的高深宽比硅加工成为当时的热门研究课题。学生从科学探索的角度和教师一起从化学原理的角度分析基于“SF6+O2”的加工方法，逐渐引出在通用的BOSCH深硅加工工艺。这种基于虚拟科研情景再现的授课方式，不但提高了学生的注意力，还使学生从一个研究者的角度去思考问题，轻松掌握了该微纳米制造技术的用途、原理和特点。

（二）多媒体辅助虚拟实验教学

微纳米制造技术及理论课程知识涵盖面广、信息量大，而教学时间仅有32个学时，如何提高课堂效率成为一个重要问题。除了突出重点，在微纳尺度效应、微机械切削原理、体微硅制造、表面微加工等方面深入讲解外，在装备原理、工艺过程等方面通过多媒体等手段增加形象认识是非常有必要的。例如，光刻过程包含清洗、烘干、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影、显影检查、显影硬烘等多步工艺，我们在研究生课的讲解中采用了传统的讲授方法，由于多数学生对相关工艺过程不了解，既不容易抓住重点，也不容易提起兴趣。而在留学生课的教学中，在给学生讲授了光刻的基本原理的基础上，我们采用了播放光刻过程实景录像，穿插关键点讲解的教学方式，这样既提高了课堂效率，又吸引了学生的兴趣，加深了理解的形象化程度。

（三）虚拟科研的考核方式

在《微纳米制造技术及理论》的课程考核中，过去我们多依赖闭卷考试的方式，闭卷考试能考察学生对基础理论的掌握，督促学生在课后进行重点内容的复习和掌握。而在本轮的改革尝试中，我们增加了要求学生写一个课程总结的考核方式。这份课程总结不是对本课程主要内容的综述，而是针对某一项微纳米制造技术的现状综述，并给出一个利用该种加工工艺制作某种新型微结构或微器件的创新性提案。虽然多数学生的提案可行性不大，但至少达到了使学生站在一个科研工作者的角度去了解并利用微纳米制造技术的教学目的。

（四）微纳米制造课的实验教学

通过虚拟科研实验的教学方式，虽然能在一定程度上增加学生的直观认识，但给人最深刻的认识一般还是从实践中获得的。《微纳米制造技术及理论》作为一门实践性很强的课，实验教学是一项重要的教学环节。但本校尚未设立微机电系统工程专业，也没有相关教学实验中心，因此开展实验教学难度很大。为此，本教学团队克服困难，采取特定时间开放科研环境，与教学并用的方案，安排了三堂精彩的实验课教学。首先为使学生对微纳米制造以直观的认识，我们在实验室展示了基于仿生制造技术的功能表面、基于生物制造技术的功能颗粒、基于微机电系统技术的微传感器等成果，并给学生展示了相关的实验环境、加工设备及原理。为进一步加深学生的认识，我们分组进行了光刻工艺试验和溅射工艺试验，使学生体验并认识到加工过程中的难点和技巧，给学生留下了深刻的印象，加深了对课堂知识的认识。此外，通过与半导体加工条件较好的科研单位合作，以创造更优良的教学参观环境，相信能使学生获得更深刻的认识，促进微纳米制造工程实践能力的培养。

四、结语

微纳米制造技术发展迅速，制造学科高年级本科生或研究生具有掌握微纳米制造的基础知识，了解其最新的发展动态及技术现状的强烈需求。要在有限的课堂时间内把丰富的微纳制造相关内容讲授给知识背景和研究方向各不相同的学生具有极大的挑战性。我们从精品化教学内容以增强内容间的逻辑性、开展虚拟科研实验教学实现教学与科研的融合、改善实验条件加深学生感性认识等三个方面做了初步探索，并取得了一定成效，力争为微纳米制造领域的教学改革和学生培养做出贡献。

参考文献：

[1]中国机械工程学会.中国机械工程技术路线图[M].北京：中国科学技术出版社，2011.

[2]张海霞，赵小林，译.微机电系统设计与加工[M].机械工业出版社，2010.

[3]唐道武.微机电系统课程教学改革的思考[J].产业与科技论坛，2012，（11）.

微纳光学技术与应用范文第3篇

[关键词]制造业；增长方式；发展战略；思路

一、转变制造业增长方式的紧迫性

目前， 我国制造业已有较好基础，并已成为世界制造大国，工业增加值居世界第四位，约为美国的1/4、 日本的1／2， 与德国接近。产量居世界第—的有80多种产品。然而，我国制造的多是高消耗、低附加值产品，大量产品处于技术链和价值链的低端。在代表制造业发展方向和技术水平的装备制造业，我国的落后状况尤其明显，大多数装备生产企业没有核心技术和自主知识产权。同时，我国制造业劳动生产率水平偏低，许多部门的劳动生产率仅及美国、 日本和德国的1／10，甚至低于马来西亚和印度尼西亚。这一差距，尤其明显地表现在资本密集型和知识密集型产业上。在此条件—卜，我国制造业不能继续在技术链低端延伸，不能依靠高消耗获得更多低附加值产品，必须用科学发展观指导制造业运行， 转变制造业增长方式。

二、转变制造业增长方式必须发展现代制造技术

产品技术链，没有一个固化的定式，但总是由低端向高端发展。近年，它正伴随着现代制造技术的进步不断向高端延伸。目前，制造业技术链高端几乎被现代技术垄断，处于技术链高端的产品几乎都是由现代技术制造出来的。所以，要转变我国制造业增长方式，必须抓紧发展现代制造技术，通过现代技术促使制造业及其产品向技术链高端延伸，以便降低技术链低端产品的比重，相应提高技术链高端产品的比重。

在知识经济时代到来之际，微电子技术、光电子技术、生物技术、高分子化学工程技术、新型材料技术、原子能利用技术、航空航天技术和海洋开发工程技术等高新技术迅猛发展。以计算机广泛应用为基础的自动化技术和信息技术，与高新技术及传统制造方法结合起来，便产生了现代制造技术。

现代制造技术，保留和继承了传统制造技术的产品创新要求，如增加现有产品的功能，扩大现行产品的效用：增多现有产品的品种、款式和规格：缩小原产品的体积，减轻原产品的重量：简化产品结构，使产品零部件标准化、系列化、通用化：提高现有产品的功效，使之节能省耗等。但是，现代制造技术，在制造范畴的内涵与外延、制造工艺、制造系统和制造模式等方面，与传统制造技术均有重人差别。

在现代制造技术视野中，制造不是单纯把原料加工为成品的生产过程，它包括产品从构思设计到最终退出市场的整个生命周期，涉及产品的构思、构思方案筛选、确定产品概念、效益分析、设计制造和鉴定样品、市场试销、正式投产，以及产品的售前和售后服务等环节。

在现代制造技术视野中，制造不是单纯使用机械加工方法的生产过程，它除了机械加工方法外，还运用光电子加工方法、电子束加工方法、离子束加I：方法、硅微加工方法、电化学加工方法等，往往形成光、机、电一体化的工艺流程和加工系统。

三、发展现代制造技术的重点方向

现代制造技术正在朝着自动化、智能化、柔性化、集成化、精密化、微型化、清洁化、艺术化、个性化、高效化方向发展。为了转变制造业增长方式，促使制造业向技术链高端延伸，我国宜着重发展以下现代制造技术。

(一)以纳米技术为基础的微型系统制造技术

“纳米”是英文nan。meter的译名，是一种度量单位，是十亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。 纳米技术，表现为在纳米尺度(0．1nm到100nm之间)内研究物质的相互作用和运动规律，以及把它应用于实际的技术。其基本含义是在纳米尺寸范围认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新的物质。纳米技术以混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学等现代科学为理论基础，以计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术等现代技术为操作手段，是现代科学与现代技术相结合的产物。

纳米技术主要包括：纳米材料学(nanomaterials)、纳米动力学(nanodynamics)、纳内米电子学(nanoclectronics)、纳米生物学(nanobi010gy)和纳米药物学(nan。pharmics)。就制造技术角度来说，它主要含有纳米设计技术、纳米加工技术、纳米装配技术、纳米测量技术、纳米材料技术、纳米机械技术等。以纳米技术为基础，在纳米尺度上把机械技术与电子技术有机融合起来，便产生了微型系统制造技术。

自从硅微型压力传感器，作为第一个微型系统制造产品问世以来，相继研制成功微型齿轮、微型齿轮泵、微型气动涡轮及联接件、硅微型静电电机、微型加速度计等一系列这方面的产品。美国航空航天局运用微型系统制造技术，推出的一款微型卫星，其体积只相当于一枚25美分的硬币。

微型系统制造技术，对制造业的发展产生了巨大影响，已在航天航空、国防安全、医疗、生物等领域崭露头角，并在不断扩大应用范围。

(二)以电子束和离子束等加工为特色的超精密加工技术

超精密加工技术，一般表现为被加工对象的尺寸和形位精度达到零点几微米，表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术。

这项技术包括超精密切削、超精密磨削、研磨和抛光、超精密微细加工等内容，主要用于超精密光学零件、超精密异形零件、超精密偶件和微机电产品等加工。

电广束、离子束、激光束等加工技术，通常出现在超精密微细加上领域，用来制造为集成电路配套的微小型传感器、执行器等新兴微机电产品， 以及硅光刻技术和其他微细加工技术的生产设备、检测设备等。20世纪80年代以来，超精密加工技术，在超精密加工机床等设备、超精密加工刀具与加工工艺、超精密加工测量和控制，以及超精密加工所需要的恒温、隔热、洁净之类环境控制等方面，取得了一系列突破性进展。超精密加工技术投资大、风险高，但增值额和回报率也高得惊人。近来，发达国家把它作为提升国力的尖端技术竞相发展，前景非常好。

(三)以节约资源和保护环境为前提的省耗绿色制造技术

微纳光学技术与应用范文第4篇

【关键词】 纳米；检验医学；纳米技术；磁性纳米粒；纳米粒子

作者单位：256617 山东省滨州市结核病防治院（孙本海）； 滨州职业学院（金仲品）

纳米是一种长度计量单位，又称为毫微米（10-9 m）。纳米技术（Nanoscale technology，NT）是一门在0.1～100nm空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特定功能的产品、或对某物质进行研究、掌握其原子和分子的运动规律和特性的崭新高技术学科。NT领域不仅包括纳米材料学、纳米电子学、纳米制造学、纳米生物学和纳米显微学、纳米机械加工技术，而且是多学科交叉的横断学科［1］。NT产生的基础是现代化学、物理学和先进工程技术相结合的产物，是与高技术紧密结合的一门新型科学技术。生物医学工程是现代生命科学和医学、工程学相结合而发展起来的边缘学科，它与信息、材料、电子技术、计算机科学密切相关。Zhongguo［2］研究发现NT的发展正越来越成为世界各国科技界所关注的焦点，谁能在这一领域取得领先，谁就能占据 21 世纪科学的制高点。NT可以为生物医学工程中的诸多方面提供坚实的物质基础和强有力的技术保证。Song等［3］总结了快速发展的纳米微粒和生物分子轭合物的制备方法，已逐渐将生物连接制备的纳米粒子商品化，并对检验医学产生深远影响。

1 磁性纳米粒

Li等［4］认为磁性纳米粒（magnetic nanoparticle）已广泛用于生物分子固定化的载体和有机固相合成，其中磁性材料主要有铁、钴、镍等过渡金属及其氧化物和混合材料等。磁性纳米粒具有超顺磁性，在外磁场作用下，固液相的分离非常简单，不需离心、过滤等繁杂的操作，撤去磁场后没有剩磁残留，并在外磁场作用下可以定位。磁性纳米粒可通过共聚、表面改性赋予其表面多种反应基，可连接各种基团或DN段而用于不同的检测。

1.1 生物活性物质和异生质分析与检测 生物活性物质的检测方法虽然很多，但以抗体为基础的技术不多而且是最重要的。目前采用免疫分析加上磁性修饰已成功地用于检测各种生物活性物质和异生质（如药物、致癌物等）。在纳米磁球表面固定上特异性抗体或抗原，并以荧光染料、放射性同位素、酶或化学发光物质为基础所产生的检测，与传统微量滴定板技术相比，具有更简单、快速和灵敏的特点。Helden等［5］将抗体连接的纳米磁性微球与高效率、快速的化学发光免疫测定技术相结合的自动检测系统，已成功地用于血清中人免疫缺陷病毒1型和2型抗体的检测。还创建了用于人胰岛素检测的全自动夹心法免疫测定技术，其中亦用到抗体蛋白A纳米磁性微粒复合物和碱性磷酸酶标记二抗。

1.2 免疫磁性微球 检测生物活性物质或细胞的富集是在检验医学中一项重要内容，亲和配体技术在分选和回收方面提供了强有力的工具。Taubert等［7］采用白细胞分化抗原单抗标记的IMMS除去外周血中的白细胞，从而实现癌细胞的富集，随后用免疫细胞化学方法检测癌细胞。如果将寡核苷酸（dT）链交联到纳米磁性微粒上，即可用于真核细胞mRNA的分离纯化。Nagy等［8］已用胎儿红细胞抗原标记的免疫磁性微球很容易将母体外周血中的极少量胎儿细胞富集，该方法简便，并能通过进一步荧光PCR检测确定胎儿性别，进行非创伤性产前诊断。对癌症的早期诊断是医学界极为关注的难题。从理论推测，利用免疫磁性微球进行细胞分离技术可在早期癌症患者血液中检出癌细胞，实现对肿瘤的早期诊断。

2 纳米粒子

纳米粒子表面积大而直径很小，偶联容量高，悬浮稳定性较好，便于发生各种高效反应，常用于各种不同的生物分析系统。与传统的生物制剂相比较，纳米粒子作为一种试剂有很多优越性。

2.1 纳米粒子作定量标签用于生物分析 与传统的有机荧光染料或放射性元素的标记相比，纳米粒子作为生物分析不仅可以代替，而且克服了它们的缺点。纳米粒子的主要两个领域是：金属纳米粒子和量子点（quantum dot，QD）。

2.1.1 金属纳米粒子 金属纳米粒子可用于包括光学、电化学、显微学和质谱等多种检测途径。Rojas-Cha-pana等［9］将胶体金用于电子显微镜检测，如用扫描隧道显微镜通过检测DNA的表面密度而用于目标序列的检测，在此系统中先将胶体金标记的dT探针与被测DNA序列杂交，使目标序列带上胶体金标记链。Leary等［10］将纳米金属粒子标记到dT探针上，与样品中的目标DNA序列杂交，然后在金属纳米粒子上沉析出银，通过电势测定法检测目标序列。Huang等［11］则将电感耦合等离子体质谱测定法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICPMS）和夹心免疫测定法相结合建立了一种新的免疫检测方法。在这个系统中，他们将胶体金标记的羊抗兔抗体作为ICPMS的分析物间接检测兔抗人IgG。这个系统还可通过在分析物上标记不同无机纳米粒，而达到同时检测不同物质的目的。

2.1.2 量子点 利用量子的限制作用，赋予纳米粒子独特的光学和电子的特性，也称为半导体纳米微晶体。这是一种最新的荧光材料，QD能够克服荧光分子重要的化学和光学局限性而具有多种特性，如根据QD的大小，可产生多种颜色，在同一激发波长下，不同长短直径的QD可发出不同颜色的激发光，利用这一特点，可同时检测多种指标的要求，这是传统染料分子根本无法实现的；QD的荧光时间较普通荧光分子延长数千倍，并便于长期追踪和保存结果。QD技术可用于检测活细胞里多种蛋白质活动［11］。Leary等［9］在QD上包被一层迪羟基硫辛酸（di hydroxy lipoic acid，DHLA）后，则易与亲和素连接，再针对不同的QD给予不同的蛋白质抗体，制备出具有蛋白质专一性的一批QD。

2.2 纳米粒子作信号的转导物 纳米粒子（Nanoparticles，NPs）在检验诊断中作为信号转导物，可免去标记生物样品的需要，就可显示出巨大的发展空间。由于免去样品制备的步骤，使检验技术变得更简便和价廉。在这个系统中，纳米粒子对生物复合物的干扰作用或纳米粒子之间相对位置的改变都可成为一种检测信号。Hirsch等［12］根据以上原理建立了一种其他金属纳米粒子信号转导的应用，包括金纳米粒子介导的荧光淬灭，凝集反应检测血液中的免疫球蛋白方法。2006年Li等［4］这个系统中开发了一种新型生物传感器，这种传感器的核为直径2.5nm的金微粒，外面包裹一层dT分子，该分子的一端为巯基，一端联有荧光分子，由于纳米金微粒是一种有效的能量受体，能够作为荧光的淬灭物，当这种传感器与样品中的目标分子杂交后，引起传感器构像的改变，导致淬灭的荧光分子复原。再则，由于此系统荧光背景极低，与传统的有机淬灭物相比，该类传感器具有独特的结构和光学特性。

3 小结

作为一门新兴学科的NT近年来被应用于医学领域刚刚开始，基本处于探索阶段，就已显示出将推动检验技术的进步与发展潜能。从含有纳米微粒的各种实验方法来看，纳米微粒在检验医学中的应用价值与现有技术相比，它的特异性、灵敏度和速度等性能都有了极大提高。随着NT的发展，在不久的将来一定会有更多的新纳米材料出现，并被应用于新的检验医学的检测方法中，检验医学将出现划时代的进展。

参考文献

［1］ Qi Y，Li B.A sensitive，label-free，aptamer-based biosensor using a gold nanoparticle-initiated chemilumines-cence system.Chemistry，2011，17（5）：1642-1648.

［2］ ZhongguoYi Xue.Application of nanobiological technology in medicine and its advances in China.Ke Xue Yuan Xue Bao，2006，28 （4）：579-582.

［3］ Song J，Zhou J，Waang ZL.Piezoelectric and Semiconducting Coupled Power Generating Process of a Single ZnO Belt/Wire.A Technology for Harvesting Electricity from the Environment.Nano Lett，2006，6（6）：1141-1145.

［4］ Li N，Huang Y，Du F，et al.Electro magnetic interference （EMI）shielding of single-walled carbon nanotube epoxy composites.2006，6（8）：1656-1662.

［5］ van Helden J，Denoyel G，Freeman J，et al.Performance of a new HIV 1/O/2 assay on the Bayer ADVIA Centaur immunoassay system.Clin Lab，2004，50（1）：83-90.

［6］ Taubert H，Blumke K，Bilkenroth U，et al.Detection of disseminated tumor cells in peripheral blood of patients with breast cancer：correlation to nodal status and occurrence of metastases.Gynecol Oncol，2004，92（2）：256-261.

［7］ Nagy GR，Ban Z，Sipos F，et al.First attempts of detecting fetal cells in the maternal circulation.Orv Hetil，2004，145（11）：2231-2236.

［8］ Rojas-Chapana JA，Giersig M.Multi-walled carbon nanotubes and metallic nanoparticles and their application in biomedicine.J Nanosci Nanotechnol，2006，6（2）：316-321.

［9］ Leary SP，Liu CY，Apuzzo ML.Toward the emergence of nanoneurosurgery：part II-nanomedicine：diagnostics and imaging at the nanoscale level.Neurosurgery，2006，58（5）：805-823.

［10］ Huang JM，Wang XX，Dong Y.Electrochemical allylation reactions of simple imines in aqueous solution mediated by nanoscale zinc architectures.Angew Chem Int Ed Engl，2011，50（4）：924-927.

微纳光学技术与应用范文第5篇

关键词：无机纳米材料；纳米加工技术；研究

随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。纳米加工技术作为引起一场新的产业革命的科学技术，备受世人瞩目。随着科技的发展，对电子器件小型化的要求越来越强烈，各种器件逐渐由微米向纳米尺度发展。特别是对纳米器件、光学器件、高灵敏度传感器、高密度存储器件以及生物芯片制造等方面的纳米化要求越来越强烈，如何缩小图形尺寸、提高器件的纳米化程度已经成为各国科学家们越来越关心的问题。然而由于传统刻蚀技术的限制使得器件纳米化的发展成为当今电子器件小型化发展的重要制约因素之一。因此，新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。

1 国内外研究现状

近年来，为了克服原有光刻技术对图形线宽的限制，人们已探索了许多先进的纳米刻蚀加工方法。AT&T BeII实验室的R・S・Becker等人利用扫描探针显微技术实现了在Ge表面原子级的加工。H・D・Day和D・R・Allee成功地实现了硅表面的纳米结构制备，从而在纳米加工领域开辟了新的天地。近年来，Mirkin研究组和其它几个研究集体利用扫描探针技术成功地制造了有机分子纳米图形与阵列、无机氧化物、金属纳米粒子、高分子溶胶等纳米图形和阵列以及蛋白质阵列。此外，离子束、电子束、极紫外、X射线、深紫外加波前工程、干涉光刻以及原子光刻等技术的出现进一步发展了纳米刻蚀加工技术，为克服光刻的限制，提高图形密度提供了可能。然而这些方法虽然可以实现相对复杂的纳米图形化，但其设备昂贵， 投资成本较大、应用步骤复杂，更主要的在于生产效率低，产品价格高昂，因而难以在要求低成本、高产出的商业中得到广泛的应用，特别是在图形要求相对简单、有序，而密度和灵敏度要求较高的纳米器件中（如：传感器、激光器、平板显示器、高密度存储器件、生物芯片、量子器件等方面）的应用受到了很大的制约。因此，如何发展简单、便宜、适用于大规模生产的表面图案化技术已成为一个涉及众多学科领域的新课题。

当前，美、日两国在纳米光刻领域的研究处于世界领先地位。为了应对纳米技术的挑战，欧洲最近几年开展国家间的大型合作项目技术，纳米光刻技术得到了深入研究和广泛发展。近年来我国对纳米加工方面的研究也进行了大力的扶持，很多科研单位将纳米加工技术列为重点研究项目，并引进了具有0.13和0.09微米生产技术能力的大型芯片企业，为提高我国的纳米加工技术和芯片制造水平，发展信息产业技术，抢占21世纪纳米科学技术的制高点具有不可低估的作用。

2 新型纳米加工技术

纳米加工技术是为了适应微电子及纳米电子技术、微机械电子系统的发展而迅速发展起来的一门加工技术。目前，探索新的纳米加工方法和手段已成为纳米技术领域中的热点。随着纳米加工技术的发展，现已出现了多种纳米加工技术，新型纳米加工技术利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模，结合纳米刻蚀技术实现小于30纳米的图形结构制备。随着纳米结构图形尺寸小于100纳米后，不仅缩小了器件的尺寸，而且由于纳米尺寸效应的影响，纳米器件被赋予了许多新的特性：计算速度更快、存储密度更高、能耗大大减少等。纳米技术的发展也会对生命技术发展产生重大的影响，对环境、能源等很多方面都会产生重大影响，具有重大而深远的意义。

3 新型纳米加工技术的应用

和有机材料相比，无机纳米材料具有尺寸均匀可控，性质稳定、种类多样、易于制备等特点，其粒度尺寸可小于10纳米，甚至可以达到1纳米。同时，利用自组装排布技术也可以获得无机纳米材料的多种纳米图形结构。显然，利用无机纳米材料做掩模有望进一步克服有机高分子结构和尺寸方面的限制，获得尺寸更小，密度更高的纳米图形。同时，利用有机分子的多样性通过功能基团与无机纳米材料结合起来，这样既保留了原来有机分子及无机分子的本质特征，又可能通过这些结合所带来的变化导致新的纳米图形产生，使纳米刻蚀技术向更小的粒度和线宽发展，为提高纳米传感器灵敏度，提高高密度存储器件的记录密度等纳米器件的性能提供新的契机。但从目前来看，大部分研究主要集中在有机图形材料的研究方面，对无机材料，特别是无机-有机复合图形材料的研究还鲜有报导。采用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料结合自组装排布技术以及纳米刻蚀加工技术，有望打破有机图形化材料的限制，获得更为丰富的图形结构。因此，利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料在基底表面实现纳米图形化模板的制备，并结合纳米刻蚀技术对图形进行转移，不仅可用于纳米材料制作、纳米器件加工、纳米长度测量、纳米物质的物理特性研究等方面，还可用于对DNA链和病毒进行处理等，具有重要的应用前景。

4 新型纳米加工技术前景展望

新型纳米加工技术在多个领域具有广泛的应用，如生物、医药、机械、电子等领域，其中包括纳米器件（微电子器件、量子器件），纳米材料（低维量子点、量子线材料、光子带宽材料），纳米长度测量标准（可置于显微镜中），光学光栅制作，新型传感器，纳米电子技术，能源领域以及纳米机器人等方面。在纳米刻蚀技术完善后，可以制作纳米级硬件，今后可广泛应用于信息科学和生命科学中。与传统的刻蚀技术相比，以纳米材料为基础的纳米刻蚀加工技术由于利用纳米材料的图形化特性并结合反应离子刻蚀技术，实现纳米图形的刻蚀，因此所需设备简单，操作方便，克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制，因而成为人们近来广泛关注的热点，为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。对改善太阳能电池表面陷光特性，提高光电转换效率，以及对微芯片、纳米传感器、量子器件、高密度存储等高新技术产品向更高密度、更高速度、更高分辨率和超微细化发展，促进国防科技水平和信息科学的进步，以及医学和生命科学的进步，都具有重大而深远的意义。目前，随着纳米加工技术逐渐产业化和日趋成熟，已经得到市场广泛认可和接受，其产业化和市场化的前景是十分可观的。

5 结束语

纳米器件的设计与制造已成为世界上人们关注的热点，成为二十一世纪科学技术进步的发展动机。新型纳米加工技术的发展方向是多种技术的综合应用，以实现各种技术的优势互补。因此开展纳米加工技术和方法的研究，不仅可以获得自主知识产权，而且在未来的科技竞争中占据主动。

参考文献

[1]顾宁，黄岚，张宁，等.制造纳米电子器件的技术途径[J].华北工学院测试技术学报，2000，14（4）：241

[2]付宏刚，刘克松，王江，等.功能纳米结构的组装[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37（5）：978

[3]崔铮，陶佳瑞.纳米压印加工技术发展综述[J].世界科技研究与发展，2004，26（1）：7