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生物光子学的前沿问题
摘要： 生物光子学诞生于上世纪最具创新性的科学学科交汇点——即光子学与生物及纳米技术的交叉领域。这一科研开发领域汇聚了物理学家、生物学家、化学家、药剂师以及各专科医师，后者即所谓的"终端用户"。为凸显该领域的重要性及生物光子学研究者的成功协作，需指出：2014年诺贝尔奖授予赤崎勇、天野浩和中村修二（因发明高效蓝光LED，促成明亮节能白光源的应用），以及埃里克·贝齐格、威廉·莫尔纳和斯特凡·黑尔（因超分辨率荧光显微技术）；2018年阿瑟·阿什金因光学镊子及其在生物系统中的应用获奖，杰拉德·穆鲁和唐娜·斯特里克兰则因产生高强度超短光脉冲同获殊荣。这些创新成果均与生物光子学密切相关，尤其由其需求催生，并推动着该领域的持续发展。
关键词： 生物光子学、激光技术、纳米技术、光子学、光学成像
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 质疑量子理论中的观察者独立性
摘要： 物理不可克隆函数（PUF）正越来越多地应用于身份认证、识别以及密码密钥生成领域。PUF的一个重要特性是依靠制造硬件中微小的随机差异来生成可信的随机密钥。目前，大多数PUF设计主要利用CMOS技术固有的工艺变异。近年来，新兴纳米电子器件的发展表明，随着器件尺寸缩小至纳米级别，其变异程度会进一步增大。迄今为止，基于纳米技术的新兴PUF尚未完全成熟，但预计将会出现。该领域的初期研究旨在为采用纳米技术的新兴集成电路提供安全原语。本文综述了基于新兴纳米技术的PUF。
关键词： 物理不可克隆函数、可重构PUF、纳米技术、硬件安全、纳米电子器件、强PUF
更新于2025-09-19 17:13:59
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多孔硅-二氧化硅紫外微腔调控宽带光电探测器响应度
摘要： 多孔Si-SiO2紫外微腔被用于调制宽响应度光电探测器(GVGR-T10GD)，其探测范围为300至510纳米。紫外微腔滤光片改变了短波长的响应度，而在可见光范围内滤光片仅衰减了响应度。所有微腔在紫外A波段近360纳米处都有一个局域模式，这意味着多孔Si-SiO2滤光片将光电探测器的探测范围从300至350纳米（该波段微腔透射率较低）截断。在短波长范围内，光子被吸收且未对光电流产生贡献。因此，复合中心密度很高，带滤光片的光电探测器灵敏度低于无滤光片的情况。在局域模式（356至364纳米之间）处测得的最大透射率在紫外A波段占主导地位，使高能光子得以通过。此外，滤光片有利于390至510纳米波长范围的光传输（该波段光子对光电流有贡献）。我们的滤光片使光电探测器在特定紫外波长范围内具有更强的选择性。据我们所知，这是一个新颖的研究成果。
关键词： 纳米技术、光子纳米科学、响应度、多孔硅-二氧化硅、紫外线滤光片
更新于2025-09-19 17:13:59
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历史发展、当前技术及纳米技术在提升效率的下一代太阳能电池中的潜力
摘要： 太阳是可再生能源的持续来源，从中我们可以获取丰富的太阳能。早在公元前200年，人们就开始利用太阳能转化为热能的概念。此后，太阳能电池被研发出来，能够将太阳能转化为电能，这些系统已实现商业化生产。提升光电转换效率（PCE）的技术不断改进?？⑻裟艿绯氐牟煌际蹩筛菟貌牧匣蚣际蹩⒎椒ǚ掷?，进一步称为"第一代"（如晶体硅）、"第二代"（非晶硅、铜铟镓硒、碲化镉薄膜）、"第三代"（聚光型、有机和染料敏化太阳能电池）。这些技术的PCE最高可达25%，具体取决于技术和所用材料。纳米技术使尺寸小于100纳米且具有非凡特性的纳米材料得以应用，能大幅提高PCE。量子点、量子阱、碳纳米管、纳米线和石墨烯等多种纳米材料被用于制造高效经济的太阳能电池，不仅提供高转换效率且经济实惠，还易于生产。如今，德国弗劳恩霍夫研究所利用纳米技术已实现44.7%的转换效率。本文综述了包括各类专利和出版物的文献，总结了太阳能电池发展历史、不同技术的演进及其开发原理，重点分析了商业化开发中的优势与挑战。我们还纳入了太阳能电池研究的最新进展，其中多种纳米材料经设计成功应用，证明了其相对于传统系统的优越性。
关键词： 纳米技术、太阳能电池、光伏、功率转换效率、可再生能源
更新于2025-09-19 17:13:59
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量子点尺寸与表面接枝肽密度对细胞摄取及细胞毒性的多参数评估
摘要： 尽管纳米技术在生物医学应用方面取得了进展，但人们仍在大力优化纳米粒子（NP）的设计参数，以提高其功能并尽量减少生物纳米毒性。在本研究中，我们开发了CdSe/CdS/ZnS核/壳/壳量子点（QDs），其配体包覆紧密，并用一种源于HIV - 1的TAT细胞穿透肽（CPP）类似物进行表面功能化，以提高生物相容性和细胞摄取率。我们在不同的哺乳动物和小鼠细胞系中进行了多参数研究，比较了量子点大小和表面CPP数量的变化对细胞摄取、活性、活性氧生成、线粒体健康、细胞面积和自噬的影响。我们的研究结果表明，对于较大的量子点，与细胞相关的纳米粒子数量及其各自的毒性更高。同时，增加表面CPP的数量也增强了细胞摄取，并通过产生线粒体活性氧和自噬引发了细胞毒性。因此，我们在此报告了可提高量子点细胞摄取率的最佳尺寸和表面CPP组合。
关键词： 细胞摄取、线粒体健康、细胞毒性、生物医学应用、活性氧物种、纳米技术、自噬、量子点
更新于2025-09-19 17:13:59
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纳米材料的工业应用 || 生物光伏的纳米技术；纳米材料的工业应用
摘要： 本章阐述了纳米技术在生物光伏（BPV）领域的重要性和应用。生物光伏是一种基于类囊体膜光合作用反应发电的太阳能转换系统。研究人员通过研究从BPV中收集能量的过程，致力于开发高效系统。为此，大量聚焦于利用可溶性导电介质直接或间接发电的BPV研究报告相继发表。成功案例表明这些系统能将阳光转化为电能，但仍存在提升效率的空间。纳米材料与BPV的结合应用显著提升了BPV系统的输出功率。构建能使更多生物组分"连接"到电极的功能性表面，是纳米技术推动BPV系统发展的早期关键步骤。大表面积体积比使阴阳极电极在应用中更高效，这是另一项重要改进。针对碳纳米管和石墨烯等纳米材料在BPV中小规模与大规模应用中的潜在作用研究，凸显了绿色能源生产的重要性与应用前景。蓝藻和藻类的电子传输机制已广为人知，而借助纳米材料将新设计系统转化为光伏设备、并通过纳米材料辅助光能转化的研究也取得进展。结果表明纳米技术提高了BPV系统的能量转换率。预计随着纳米材料应用的深入，能量交换率将进一步提升，相关研究将持续向工业应用推进。
关键词： 纳米材料、纳米技术、电子传输机制、生物光伏、光合作用、绿色能源
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE光子学与电磁学研究秋季研讨会（PIERS - Fall） - 中国厦门（2019.12.17-2019.12.20）] 2019光子学与电磁学研究秋季研讨会（PIERS - Fall） - 基于金属-绝缘体-金属狭缝波导的等离子体带通/带阻滤波器
摘要： 纳米电子学包含多种器件，其电学特性比CMOS更为复杂，从而催生了新的计算范式。为寻找能支持大规模高性能电路设计的技术，必须探索这一潜力巨大的创新空间。在此领域中，我们分析了一组在设计层面具有相似计算抽象（即二进制比较器或多数表决器）的新兴技术。研究表明，原生支持这种抽象的新型逻辑综合技术是关键技术推动因素。我们阐述了采用新兴技术进行逻辑设计的模型与数据结构，并展示了应用新型综合算法与工具的成果。结论指出：要评估新兴技术并实现面积、功耗与性能的最优结果，必须发展新的逻辑综合方法。
关键词： 逻辑表达能力、纳米技术、新兴器件、增强功能、互补金属氧化物半导体（CMOS）、超越互补金属氧化物半导体（CMOS）、纳米技术计算机辅助设计（CAD）、逻辑综合
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于深度学习的下行波束成形优化：在单天线功率约束下的算法与实验验证
摘要： 物理不可克隆函数（PUF）正越来越多地应用于身份认证、识别以及密码密钥生成领域。PUF的一个重要特性在于其依赖制造过程中硬件产生的微小随机差异来生成可信的随机密钥。目前大多数PUF设计主要利用CMOS技术固有的工艺变异。近年来，新兴纳米电子器件的发展表明，随着器件尺寸缩小至纳米级别，其变异程度会进一步增大。迄今为止，基于纳米技术的新兴PUF尚未完全成熟，但预计将会出现。该领域的初期研究旨在为采用纳米技术的新兴集成电路提供安全原语。本文综述了基于新兴纳米技术的PUF。
关键词： 物理不可克隆函数、可重构PUF、强PUF、纳米电子器件、纳米技术、硬件安全
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE光子学与电磁学研究春季研讨会（PIERS-Spring）- 意大利罗马（2019年6月17日-2019年6月20日）] 2019光子学与电磁学研究春季研讨会（PIERS-Spring）- 基于石墨烯的射频应用隧道场效应晶体管
摘要： 纳米电子学包含多种器件，其电学特性比CMOS更为复杂，从而催生了新的计算范式。为寻找能支持大规模高性能电路设计的技术，必须探索这一潜力巨大的创新空间。在此领域中，我们分析了一组在设计层面具有相似计算抽象（即二进制比较器或多数表决器）的新兴技术。研究表明，原生支持这种抽象的新型逻辑综合技术是关键技术推动力。我们阐述了采用新兴技术进行逻辑设计的模型与数据结构，并展示了应用新型综合算法与工具的成果。结论指出：要评估新兴技术并实现面积、功耗与性能的最优结果，必须采用新的逻辑综合方法。
关键词： 逻辑表达能力、互补金属氧化物半导体（CMOS）、纳米技术计算机辅助设计（CAD）、超越互补金属氧化物半导体（CMOS）、增强功能、纳米技术、逻辑综合、新兴器件
更新于2025-09-19 17:13:59
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监测溶液中等离子体纳米粒子降解的分析方法：一项仪器分析实验练习
摘要： 纳米粒子在化学研究中日益重要，但目前化学专业本科生在分析课程中接触纳米粒子的机会较少。本实验专为分析化学或仪器分析实验课程设计，学生将有机会操作银纳米粒子溶液，并运用两种仪器分析技术进行研究。通过紫外-可见分光光度法监测实验过程中银纳米粒子的光学特性；基于不同储存条件，利用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定溶液中银物种的总浓度。该实验还向学生介绍了局域表面等离子体共振的概念及其在彩色玻璃中产生绚丽色彩的作用机制——这种效应正是由嵌入其中的等离子体纳米粒子所导致。
关键词： 高年级本科生，仪器分析方法，协作/合作学习，实验教学，分析化学，纳米技术，问题解决/决策制定
更新于2025-09-19 17:13:59