基于二硫化钼固态纳米孔检测DNA分子实验研究

为了研究二硫化钼固态纳米孔在DNA检测中的性能,采用机械剥离的方法制备了单少层的二硫化钼,并将其转移到氮化硅基底上制作纳米孔,进行λ-DNA的过孔实验.研究了电压、溶液浓度对DNA分子通过二硫化钼固态纳米孔的过孔时间和幅值的影响,并与氮化硅纳米孔的实验进行了对比.实验结果表明,二硫化钼纳米孔中,使用1 mol/L的KCl溶液,λ-DNA通过纳米孔时所产生的阻塞电流信号幅值和标准幅值比都随着电压的升高而升高,过孔时间随着电压的升高而减小;而相同电压下,当KCl溶液浓度由1 mol/L降低到0.1 mol/L时,阻塞电流信号幅值随之下降,标准幅值比却随之升高,过孔速度变快.此外,在相同实验条件下,当基准幅值电流接近时,DNA分子通过二硫化钼纳米孔所产生的阻塞离子电流幅值明显高于通过氮化硅纳米孔时的阻塞离子电流幅值,归一化后的离子电流标准幅值比提高约3倍,证明二硫化钼薄膜具有更高的灵敏性和信噪比.     

纳通道内λ-DNA过孔信号的小波去噪及统计分析

针对λ噬菌体中的脱氧核糖核酸(λ-DNA)通过纳米通道时的过孔信号噪音大,强度弱且非平稳的缺点,提出了使用具有良好时频域分辨能力的小波分析方法对其进行去噪处理,并对有效去噪后的λ-DNA过孔信号进行了统计分析.首先根据小波去噪原理,选择合适的小波函数,确定最佳的分解层数并选取合适的阈值,对实验采集到的含噪声信号进行去噪处理.根据最终去噪效果可得,以sym7为小波基函数、分解层数5层、使用默认软阈值可以有效降低信号中的噪声,提高信噪比.然后,对具有48 000个碱基对(48 kbp)的λ-DNA通过60 nm氮化硅(SiN)纳米孔的特征信号进行了统计分析,分析结果表明,阻塞电流和过孔时间分别符合双峰高斯分布和偏正态分布,这为后续DNA分子的辨识工作提供了依据.     

λ-DNA在锥形纳米孔中易位的研究

纳米孔是目前单分子测序的一项重要技术,文中利用聚焦离子束在氮化硅薄膜上制备了30/60 nm的锥形孔,并通过膜片钳装置对λ-DNA易位的电学信号进行了统计和分析.发现在一定的电场(＞200 mY)驱动下,DNA分子随着离子电流进入纳米孔,由于体积阻塞效应引起电流的下降.随着偏置电压的增大,阻塞电流也增大,同时易位的速度加快,DNA易位的弛豫时间减少.还可以根据阻塞信号的特点区分不同形貌的易位分子.     

基于氮化硅薄膜纳米孔制备及DNA分子检测

通过对影响聚焦离子束溅射氮化硅纳米孔的溅射时间和离子束束流2个主要参数的研究,优化了聚焦离子束溅射纳米孔加工工艺.提出了利用聚焦离子束对氮化硅薄膜进行减薄后再溅射纳米孔的加工工艺.采用该加工工艺不仅可以减小纳米孔的直径和厚度,还可以减小纳米孔的锥度.最后利用氮化硅纳米孔研究了不同孔径的纳米孔对48 kbλ-DNA过孔姿态的影响,结果表明,孔径较大时,DNA分子过孔存在多种过孔姿态,孔径越小,DNA分子越容易被拉直过孔.同时针对DNA过孔时引起的阻塞电流,提出了简易的计算模型.     

纳米梁非线性振动隧道电流反馈控制

针对纳米梁振动中出现的非线性问题,提出了基于隧道电流反馈控制的纳米梁振动控制方法。将电子隧道效应理论应用于纳米梁的振动信号检测中,以提高信号提取的准确性,通过位移和速度两种电流反馈所产生的两种控制电压信号对纳米梁非线性振动进行控制,建立基于隧道电流反馈控制的纳米梁主共振非线性振动方程,并应用多尺度方法求得主共振幅频响应方程,研究了直流和交流激励电压、振动控制参数、阻尼值、控制电压等与纳米梁主共振幅频响应之间的关系,分析了影响系统振动非线性的因素。研究结果表明,减小直流激励电压至1. 5 V或交流激励电压降至1. 0 V,系统振幅峰值分别衰减50%和58%,振动非线性减弱;增大阻尼、减小系统控制电压以及选择适当的振动控制参数均可以使纳米梁主共振幅频响应得到有效控制,同时可以降低系统振动的非线性。     

控制界面态减少表面可动电荷降低晶体管的电噪声

通过对比2688B, 2688S, 2688 3种工艺技术生产的彩色 电视机高频视放晶体管的CB结反向漏电流I_cbo和电噪声谱密度S_vcb (f), 论述了界面态和表面可动电荷能够引起晶体管表面漏电流, 从而使器件产生电噪声, 并间接影响到反向击穿电压、 小电流放大系数等参数. 实验表明, 采用合适的表面钝化技术, 可有效控制晶体管的表面漏电流, 降低晶体管的电噪声, 使器件的可靠性、 稳定性及其使用寿命得到提高.     

水下无人潜航器远程遥控磁传感器设计

基于超/甚低频电磁波的传播特性,提出陆上发射控制指令以实现水下无人潜航器远程遥控的设想;对比分析几种水下接收天线的优缺点,提出小型化高灵敏度感应式磁传感器水下接收遥控信号的方法;为提高小型化磁传感器的灵敏度,采用纳米晶叠片磁芯降低损耗噪声,使用低噪声电子对管降低放大器电压噪声与电流噪声,通过斩波放大技术减小放大模块的1/f噪声,并优化感应线圈的设计以降低热噪声;确定了一组500mm长度磁传感器的设计参数,并仿真该参数下传感器的灵敏度,结果表明该小型化磁传感器的灵敏度满足超/甚低频段水下遥控信号接收的需求.     

实际纳米MOSFET电流噪声及其相关特性分析

实际纳米MOSFET电流噪声为散粒噪声和热噪声,且散粒噪声受到费米作用和库仑作用的抑制.而现有文献研究实际纳米MOSFET电流噪声时,采取了完全不考虑其散粒噪声的抑制,或者只是强调抑制的存在而并未给出具体的抑制分析.本文基于Navid模型推导了实际纳米MOSFET电流噪声,并考虑费米作用和库仑作用对散粒噪声的抑制.在此基础上,对电流噪声随沟道长度、温度、源漏电压和栅极电压的变化特性进行了分析,其变化规律与文献中已有的实验和理论变化相一致.沟道长度越短,温度越低,源漏电压越大和栅极电压越低,电流噪声主要以散粒噪声为主.     

基于积分时间正弦调制的CCD去噪方法

随着光电子技术的发展,以电荷耦合器件(CCD)作为信号接收元件的光电成像器件获得了日益广泛的应用。CCD器件的输出信号是模拟信号,夹杂着各种噪声和干扰。其中,白噪声和1/f噪声是影响CCD器件输出信号信噪比的两大主要因素。传统的处理方法是对CCD输出信号进行低通滤波,然而,低通滤波并不能有效滤除1/f噪声。针对这一问题,本文提出了基于积分时间正弦调制的带通滤波法,并在MATLAB环境下进行建模和仿真,结果表明此方法能够有效滤除1/f噪声和白噪声。在实际的光谱检测系统中,本文方法具有很强的实用价值。     

1mT工频磁场对小鼠皮层神经元电压依赖性钾通道的影响

为研究工频磁场在细胞水平上对神经电活动的影响,利用1mT,50Hz工频磁场照射(15min,30min)急性分离的小鼠皮层神经元,记录神经元电压依赖性钾通道电流,研究工频磁场对钾通道特性的影响.结果表明,工频磁场抑制钾通道电流,并且具有时间依赖性.另外,工频磁场减小了瞬时外向钾通道的半数激活电压,斜率因子变大,增大了延迟整流钾通道的半数激活电压,斜率因子不变.研究表明工频磁场改变了电压依赖性钾通道的特性,进一步影响神经元的一系列电活动.     

局部放电超声波信号的检测及预处理

研制了局部放电超声波检测系统，并对局部放电模型的放电特性进行了研究．比较了电荷放大器和电压放大器对局部放电超声波的接收，设计了十阶高通、六阶低通滤波器构成的101～273kHZ带通滤波器，对经硬件滤波后的采集信号进行了小波包分解与重构．研究表明：电荷放大器比电压放大器能更好地接收小电容值的压电传感器耦合的超声波信号；带通滤波器能有效地抑制背景噪声和工频干扰；对小波包分解后的低频重构信号设定特征量及其容限，在小波包重构时能分离出电磁波．对超声波信号采用这种软硬件结合的预处理措施能达到满意的抑制各种噪声和干扰的效果．     

f波超导体/绝缘层/f波超导体结中势垒散射对直流Josephson电流的影响

通过计算界面势垒散射强度对直流Josephson电流的影响,研究了f波超导体/绝缘层/f波超导体结的直流Josephson电流与温度T和结两侧晶轴方位角之间的关系.我们发现:f波超导体/绝缘层/f波超导体结界面的势垒强度总是抑制结中准粒子的Andreev反射,降低流过f波超导体/绝缘层/f波超导体结的直流Josephson电流.当结两边晶轴方位角相同时,Josephson电流的振荡周期是2π;特别地,当结两边晶轴方位角不同时,其振荡周期不再是2π,而是会随着势垒强度的增大,振荡周期变小.     

低效纳米孔晶体硅太阳电池性能研究

晶体硅太阳电池生产中,降低表面反射率能够提高太阳电池短路电流和转换效率.纳米孔硅的表面反射率极低,但报道中所实现的太阳电池输出参数(开路电压、短路电流、填充因子)都低于金字塔结构表面.采用对比法从光学性能、表面微结构和电极接触上对纳米孔硅和金字塔太阳电池进行比较分析,来研究纳米多孔硅太阳电池转换效率的抑制因素.研究表明短时间腐蚀的纳米孔硅太阳电池表面沉积氮化硅钝化膜后的平均反射率提高.长时间腐蚀的纳米孔硅表面沉积氮化硅后在短波段的反射率极低,因此平均反射率小于金字塔结构表面.但是由于纳米孔硅太阳电池的表面复合率高,而孔壁上附着的毛刺不仅会进一步增大表面复合,还会削弱表面钝化效果,因此短波段激发的光生载流子难以被太阳电池利用.所以,光利用和表面复合是抑制纳米孔硅太阳电池开路电压和短路电流的原因,而过大的串联电阻是纳米孔硅太阳电池短路电流和填充因子低的另一个原因.     

纳米颗粒球形度对平板通道中Al2O3-水纳米流体强制对流换热的影响

数值研究了水中添加立方体形、球形或柱状Al₂O₃纳米颗粒的纳米流体在平板通道中的层流强制对流换热,分析了纳米颗粒球形度、纳米颗粒体积分数和雷诺数对平板通道中Al₂O₃-水纳米流体强制对流换热的影响. 结果表明:当纳米颗粒体积分数和雷诺数一定时,随着纳米颗粒球形度减小,通道壁面平均努赛尔数增大,对流换热增强;当纳米颗粒球形度一定时,随着纳米颗粒体积分数和雷诺数的增大,通道壁面平均努赛尔数增大,对流换热增强.     

影响氮化硅陶瓷内圆磨削加工表面形貌因素分析

目的研究氮化硅陶瓷在内圆磨削时不同的磨削参数:砂轮线速度(vs)、径向进给速度(f)、轴向振荡速度(fa)对表面粗糙度的影响.方法采用树脂结合剂金刚石砂轮对氮化硅陶瓷试件进行内圆加工实验,进行了3因素的均匀实验.建立了氮化硅陶瓷内圆磨削的经验公式,利用Taylor-Hobson Surtroni25型接触式粗糙度仪对加工表面进行测量,得到不同磨削参数下的粗糙度;用日立S-4800冷场发射电子显微镜对加工表面进行观测,得到被磨试件的表面形貌图像.结果加工表面粗糙度随砂轮线速度的增大而减小,随径向进给速度的增大而增大,随轴向振荡速度的增大而减小.砂轮线速度对被加工表面粗糙度影响最大,随着砂轮速度的增大,粗糙度由0.340 1μm下降到0.295 0μm.结论明确了内圆磨削氮化硅陶瓷试件时不同磨削参数对表面粗糙度的影响,通过回归分析,探索出了不同线速度下氮化硅陶瓷材料去除机理对其表面形貌产生的影响.     

纳米器件中的1/f噪声分析及其低噪声化处理

阐述了纳米电子器件中1/f噪声的产生机理,分析了单电子晶体管1/f噪声产生的各种原因,并用介观效应的原理,揭示出宏观样品中产生1/f噪声的实质.最后,得出一种针对纳米单电子器件低噪声化处理的方法.     

SiN薄膜纳米孔芯片制造工艺实验研究

针对第3代基因测序的需求,提出一种大规模的氮化硅薄膜纳米孔芯片制造技术.通过测量不同膜厚氮化硅薄膜的应力,选择适用于纳米孔制造的最佳厚度为100 nm.采用低压化学气相沉积、反应离子刻蚀和释放工艺制备出高成品率的氮化硅纳米薄膜芯片.在此基础上,使用聚焦离子束和高能电子束实现氮化硅薄膜纳米孔的制造.研究聚焦离子束刻蚀时间、电流与纳米孔直径的关系.实验结果表明,采用聚焦离子束将氮化硅薄膜的厚度减薄至40 nm以下时,制作纳米孔的效果更好.采用聚焦离子束制造的氮化硅薄膜纳米孔最小直径为26 nm,而采用电子束制备的最小直径可达3.5 nm.该方法为基于固体纳米孔的DNA测序检测提供了有力的支撑.     

时间延迟和关联噪声对基因转录调节系统统计性质的影响

研究延迟时间τ和交叉关联噪声对基因转录调节系统关联函数C(s)和弛豫时间TC的影响.在小延迟近似下,利用微扰理论,得到了系统的定态概率分布函数Pst(x).基于Pst(x),通过Stratonovich解耦近似框架导出了C(s)和TC的近似表达式.数值计算结果表明,TC随乘性噪声强度D的变化曲线呈一单峰结构,τ和噪声间正关联时的关联强度λ的增大均使TC增大,而噪声间负关联时|λ|和加性噪声强度α的增大则使TC减小;系统态变量x(蛋白质浓度)的C(s)随时间s呈指数规律衰减,τ对C(s)的影响显示一个临界行为,即存在一个临界值τC,当ττC时,τ的增大使C(s)增大,而ττC时,使C(s)减小.λ0时,λ增大使C(s)增大,而λ0时,使其减小.D对C(s)的影响也显示一个临界行为,即D较小和较大时D的增大对C(s)的影响相反,然而,α的增大只会使C(s)值减小.     

汽车点火系统电磁干扰的模拟仿真

点火系统工作时初级回路的瞬变电压引起的传导干扰将对蓄电池电压造成冲击,并通过导线干扰车内ECU和其它电子设备的正常工作;同时火花塞间隙击穿时的火花电流噪声对车内形成极强的辐射干扰.根据点火过程中初级电路和次级回路建立的电路模型,计算了点火线圈初级电压、电流在开关闭合到断开过程中的波形变化和次级回路的火花电流,并将高压导线等效为单极天线计算了在车内的辐射电场分布,比较了高压导线的工作频率和终端负载的影响.研究表明,采用阻尼导线和增大火花塞内电阻都可以有效抑制火花电磁噪声.     

介质阻挡放电功率测量及各参量变化规律

通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压V、激励频率.f对介质阻挡放电电学参量的影响.试验结果表明:提高V,f可有效提高介质阻挡放电的放电功率P、电荷传输量Q;当介质阻挡放电装置结构参数确定后,V,f对等效总电容C的影响不大,电介质层等效电容Cd随V,f的增大而增大,放电气隙等效电容Vg随V,f的增大而略有下降;气隙有效电场强度Eg随V的升高而增大,f对Eg的影响不大;该介质阻挡放电产生的平均电子能量较高,可用于臭氧发生器等设备.