基于原子力显微镜微切削加工技术的癌细胞内部弹性模量计算

癌细胞机械力学特性的测量为癌症的诊断、预防、治疗、病变机理等方面的研究提供全新的手段和巨大的潜在空间.本文建立细胞和针尖之间的接触压力和针尖在细胞上切入深度的计算模型,利用原子力显微镜(AFM)单晶硅针尖对固定的卵巢癌细胞(UACC1598)和结肠癌细胞(NCI-H716)进行微切削逐层去除.结果表明:由于不同细胞的结构和机械性质的差异,相同的加载力对不同的细胞材料进行切削加工时,细胞和针尖之间的接触压力和针尖在细胞上的切入深度差异较大.细胞表面微切削去除范围为8m×8m,在细胞上逐层去除材料时的加载力从17.523到32.126N逐渐增大,去除后对每层不同位置进行弹性模量测量,得到细胞内部弹性模量分布,细胞内部弹性模量与细胞表面弹性模量差分别为卵巢癌细胞0.288±0.08kPa,结肠癌细胞0.376±0.16kPa.用这种微切削去除方法可以测量细胞内部细胞骨架细胞器等各结构的力学特性,为疾病的诊断和治疗提供更精确的实验数据.     

激光聚变靶球充气微孔扫描探针加工技术研究

为解决核聚变激光靶球诊断气体充气问题及满足充气微孔良好的堵胶工艺性, 基于扫描探针显微镜的金刚石探针为工具, 采用接触力扫描方式对靶球充气微孔进行了微加工工艺研究. 研究了金刚石针尖扫描方向、扫描速度及扫描接触压力等工艺参数对微孔形成的影响, 得到了较准确的锥状孔型, 其孔型尺寸与加工精度满足微孔充气及其堵胶工艺性的要求. 实验结果表明, 利用扫描探针显微镜作为工具并通过加工工艺研究, 可以实现靶球充气锥型微孔的精确加工, 为靶球高Z气体的注入提供了一种新的实用技术.     

单晶铜AFM加工过程的分子动力学模拟

建立了AFM针尖切削单晶铜的分子动力学模型。分别采用对势Morse势和多体势EAM势计算工件原子之间的相互作用,研究了不同势能函数对模拟结果的影响。发现两种不同势能函数作用下切屑和加工表面的形成的差别很小,但是用Morse势时系统的势能和牛顿层的温度比用EAM势时要大。用EAM势计算工件原子之间的相互作用,分析了不同切削深度下系统势能、工件单个原子势能的变化,发现随着切削深度的增加,系统势能增长的斜率增加,单个工件原子势能突变的梯度减小。     

基于AFM纳米机械刻划加工纳米结构及应用

原子力显微镜(AFM)是具有纳米级精度的检测设备，同时可应用于纳米结构的加工。AFM纳米加工已经成为微纳结构加工的有效方法之一，可广泛地应用于机械、物理、化学和生物医学等领域。文章首先简要介绍传统微纳加工方法，并对基于AFM的纳米机械加工方法进行详细介绍并分析了其相对优势；然后介绍了AFM加工得到的纳米沟槽和纳米点阵等结构在纳流控及拉曼检测等领域的应用，并对其未来的发展方向进行展望。综述展示了AFM纳米机械加工的应用潜力，为相关领域的研究提供了一种简单、可行的纳米加工方法。     

利用AFM和碱溶液在单晶硅表面微加工及其电化学机理

用AFM在单晶硅片(100)表面上加工出一微结构表面,而且加工过程中单晶硅的表面生成很薄的二氧化硅保护层,使其置于氢氧化钾溶液中刻蚀加工可得到微结构(长×宽:10μm×10μm)。加工过程中利用二氧化硅和单晶硅与氢氧化钾溶液化学反应速率的不同,以及单晶硅不同晶面与氢氧化钾溶液反应速率的各向异性达到加工目的,并应用化学键理论—能带理论对在KOH水溶液中加工反应的机理进行了分析。