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勇于冒险 甘于艰苦 乐于和谐

Adventurous Arduous Amiable

2021-04-28 | 科研新闻

喜讯丨我系吴长锋教授连续两年入选“中国高被引学者”

       4月22日,全球性信息分析公司爱思唯尔(Elsevier)正式发布了2020年度“中国高被引学者”(Highly Cited Chinese Researchers)榜单。南方科技大学生物医学工程系吴长锋教授继2019年于材料科学领域入围之后,于生物学领域再次入选高被引学者名单。        2020爱思唯尔“中国高被引学者”榜单以全球权威的引文与索引数据库——Scopus作为中国学者科研成果数据来源,采用软科(上海软科教育信息咨询有限公司)设计的遴选方法,最终得到4023名各学科最具全球影响力的中国学者。其中,南方科技大学共有24位学者入围。 2020年我校入围中国高被引学者名单        2020年中国高被引学者榜单覆盖了教育部10个学科门类的84个一级学科,此次高被引学者的基础数据提取使用了爱思唯尔最新开发的论文——教育部一级学科分类映射,这项文章级别的映射使得中国学者的学科归属、学科表现等方面的数据更加契合中国学科设置的学术研究生态,科学、精确地描绘了中国学者的科研产出,为进一步清理、分析和研究学者引用表现提供了有效帮助。        中国高被引学者从纯论文影响力的角度的遴选学术人才,标准客观统一,有利于视角多元地看待人才,具有重要的参考价值。中国高被引学者一直是软科中国大学排名的核心评价指标。 吴长锋        吴长锋教授, 南方科技大学教授,2008年获得美国Clemson大学化学博士学位,2008赴华盛顿大学从事博士后研究。先后获得国家自然科学优秀青年基金、国家自然科学基金重点项目、深圳市孔雀团队项目资助。主要研究方向为生物光子学、分子探针及成像技术。迄今在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、Laser & Photonics Rev.、Opt. Lett.等领域内重要期刊发表SCI 收录论文130多篇。SCI他引8000多次。当前H因子为47,入选爱思唯尔2019中国高被引学者榜单。     吴长锋高被引学者个人主页链接: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=8420311200   所有2019年高被引者链接: https://www.elsevier.com/zh-cn/solutions/scopus/most-cited/2019

2021-04-27 | 教学新闻

童心向党,悦动健康丨生物医学工程系亲子运动会顺利召开

       在喜迎中国共产党建党100周年之际,4月17日,南方科技大学生物医学工程系党总支在欣园足球场组织召开了以“童心向党,悦动健康”为主题的趣味亲子运动会,为党的百年诞辰送上了一份特殊的礼物。        在此次活动中,孩子们和爸爸妈妈一起运动,一起沐浴红色教育。从中,孩子们不仅感受和领悟到了红色文化,也更好地帮助了他们树立远大志向和正确的人生观、价值观、世界观。        活动之前,南方科技大学国旗班的同学们为大家带来了一场庄严的升旗仪式。小小的仪式,大大的情怀!看似一次常规且简单的升旗仪式,却蕴含着爱国主义教育的浓烈情感。在此次活动中,不仅激发了孩子们的爱国情怀,同时也培养了孩子们的集体荣誉感和自信心。       升旗仪式结束后,系主任蒋兴宇老师宣布了活动开始。活动主持人赵晓刚带领大家完成了热身运动,为开幕式营造了热烈的氛围。 热身运动          随后,老鹰捉小鸡、撕名牌、揪尾巴、两人三足等亲子项目陆续开展,运动场上每位运动员都发扬良好的体育道德风尚,孩子和家长们之间团结协作、顽强拼搏,用优异的成绩庆祝建党100周年。        在此次活动中,孩子们、老师们、爸爸妈妈们一同走出课堂,亲近自然,沐浴红色教育,不仅丰富了孩子们的课余生活,开阔了眼界,也锻炼了他们坚强的意志,培养了团队合作意识、规则意识和爱国情怀。

2021-04-27 | 综合新闻

江阴市科技局考察团来我校参观调研

       2021年4月25日下午,江阴市委组织部副部长、公务员局局长冯明刚,江阴市科学技术局局长徐飞等来我校参观调研。我校工学院院长、加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士徐政和,机械系系主任融亦鸣,生物医学工程系副系主任奚磊及多位教师代表进行了接待座谈。 座谈会现场        首先,徐政和院长表示,南科大作为中国高等教育改革试验校,肩负着探索具有中国特色的现代大学制度、探索创新人才培养模式的重大使命。办学以来,南科大在人事机制体制改革、科研体系管理创新、拔尖人才培养等方面进行了探索,期望双方面向未来加强交流,服务国家和区域经济发展。 徐政和院长致辞        江阴市科学技术局局长徐飞介绍了江阴市的人文地理、产业特色、人才需求和招商政策等情况,他表示,南科大办学具有很强的区域产业特色,希望今后可以尝试在生物医药、先进制造、人才培养等方向合作的可能。 江阴市科学技术局局长徐飞作报告        随后,融亦鸣主任结合江阴市的特色产业结构,介绍了机械系与之密切相关的研究方向。生物医学工程系奚磊、张博、唐斌、陈永丽四位老师就生物医学工程系实验室的特色产业化研究进行了简要介绍。 我校教师代表作介绍 奚磊老师带领参观        随后,在奚磊老师的带领下,江阴市科技局考察团对多功能光学影像实验室、生物医用高分子实验室及智能健康工程平台实验室进行了参观和交流。 考察团还进行了校园参观,了解我校整体规划。   采写:罗淑芳

2021-04-24 | 教学新闻

群贤毕至,大咖云集——中国化学会第十三届全国微全分析系统学术会议于南科大召开

       4月23日上午,由中国化学会分析化学学科委员会、南方科技大学主办,南方科技大学生物医学工程系、华南师范大学信息光电子科技学院共同承办的中国化学会第十三届全国微全分析系统学术会议/第八届全国微纳尺度生物分离分析学术会议/第八届国际微流控学学术论坛(深圳)在南方科技大学会议中心隆重开幕。 合影 陈洪渊 院士 薛其坤 校长 蒋兴宇 讲席教授        大会主席、中国科学院院士陈洪渊,副主席、中国科学院院士张玉奎,中国科学院院士江桂斌、江雷、杨秀荣、谭蔚泓、赵宇亮,南方科技大学校长、中国科学院院士薛其坤出席开幕式。南方科技大学生物医学工程系系主任蒋兴宇主持开幕式。        相关领域的7位院士,150余位教育部长江学者、国家教学名师、国家杰出青年基金获得者,以及来自全国各地的代表共650余人参加本次大会。        陈洪渊院士在致辞中表示,全国微全分析系统学术会议是微纳分析领域的重要学术交流平台,是中国化学会品牌学术会议之一。本次会议以“微流控芯片与微纳尺度生物分析与应用” 为主题,既立足于探讨微纳分析领域前沿发展,又关注与社会需求的紧密结合,是基础与应用结合并相互促进的一个综合性学术交流平台。他感谢南方科技大学特别是生物医学工程系一直以来对中国化学会分析化学学科委员会工作的大力支持,并代表中国化学会分析化学学科委员会向参与会议筹备和组织工作的南方科技大学师生致以衷心的感谢。        薛其坤校长在致辞中向在座嘉宾介绍了南方科技大学生物医学工程系和南方科技大学化学学科的情况。他指出,今天的会议主题也预示着中国在该领域内的创造力。望与会人员共同研讨微纳分析发展的前沿交叉热点和变革方向,把握新一轮科技和产业变革浪潮,从而向世界科技强国进军积蓄力量。目前,深圳市正致力于打造高质量发展的科技创新引擎,优化产业布局和产品结构,建设高端化工产业典型。生物医学工程系虽然建立不久,但是在各位同行的支持下,近年来发展势头喜人,例如2019、2020年连续领衔获得两个国家重点研发计划项目。2020年,生医工系的生物医学工程专业成功入选广东省级一流本科专业,获批智能医学工程本科专业。2021年,生物医学工程专业入选国家一流本科专业。南方科技大学化学学科为广东省攀峰重点学科,2020年已进入全球排名0.47%。        在随后三天的会议议程中,大会将开设四个专题论坛,各专题下设主题报告、邀请报告和口头报告三种报告形式,同时进行优秀板报评比。   采写:张艺真

2021-03-16 | 党建新闻

生物医学工程系第一、第二党支部开展批评与自我批评及民主评议

       生物医学工程系第一、第二党支部分别在3月11日、3月15日,于台州楼324会议室及第一教学楼303教室召开了全体党员大会,开展了批评与自我批评及民主评议工作。        第一党支部会议期间,吴德成书记首先开展了《新时代,我们如何做到不忘初心》专题党课,从不忘初心,要始终铭记我们从哪里来;不忘初心,要始终牢记我们向何处去;不忘初心,要始终谨记我们该怎么走等三个方面为大家上了一堂生动细致的党课,对如何做到不忘初心起到了一定的指导意义。        随后,支部进行了批评与自我批评工作。在场党员们积极发言,纷纷表达了今后多参与党组织活动及多健身运动的计划。吴德成书记在此鼓励党员同志积极投身支部举办的多种体育活动,并以自身在新加坡求学及工作时期,还坚持参加高强度篮球赛为例现身说法,极大地调动了在场党员的热情与积极性。党总支奚磊书记总结表示,今后一定积极听取解决党员的各类问题反馈,确保信息上传下达,此举受到广大党员同志的热烈响应。        第一党支部会议期间        第二党支部会议期间,全体支部党员观看了全国抗击新冠肺炎表彰大会会议视频,学习领会了其中重要指示精神,为开好组织生活会和民主评议党员打牢思想基础。        随后,支部全体党员开展了批评与自我批评工作,每位党员对自身工作、思想上的不足进行了自我批评,并积极对支部今后的发展建言献策。张明明书记总结称,在听取所有党员发言之后,总结了大家在过去的组织生活中,存在理论知识学习不足、支部活动开展形式较为单一、志愿活动积极性不高三方面问题。并针对以上三方面问题提 出了改进措施,强调今后将会落实整改工作,推动支部大会再上新台阶。 第二党支部会议期间   采写:邓丹丹、肖然

2021-03-03 | 综合新闻

“爱耳日”活动:生医工系开发移动式听力综合测试系统,为听力保驾护航

       2021年3月3日,是世界卫生组织倡导的国际“听力日”,同时也是我国的第22个全国“爱耳日”。今年国际听力日的主题为“Hearing Care for All: screen, rehabiliate, communicate (人人获得听力保健:筛查,康复,沟通)”。        世界卫生组织当日发布了全球首次《World Report on Hearing, WRH (世界听力报告)》,该报告指出:全球有近4.5亿人患有残疾性听力损失,超过了世界总人口的5%。        听力损失对人们的生活影响极大,如何更好地将听力测试如视力测试一样引入到健康检查的常规项目中,使得受益人群更加广泛,是目前迫在眉睫的问题。南方科技大学生物医学工程系陈放怡老师针对此需求,积极响应我国听力保健的需求,研发了一套移动式听力综合测试系统——该系统效仿临床常规听力测试流程,进行了精确校准,从而达到无需隔音室与专业技术人员操作,也可以进行快速筛查诊断的目的。        此套系统解决了目前医院就诊等待听力检查耗时长、医院听力检查步骤繁杂、检测所需特定环境、设备和专门的听力师等问题。此外,该套测试系统因移动式方便操作的特点,使得听力检测的成本下降,从而真正地将“人人享有听力健康”这一愿景落到了实处。        03月02日,南方科技大学携手深圳市特殊需要儿童早期干预中心–深圳市聋人协会、深圳市人民第二医院、香港大学深圳医院等多家单位, 在深圳市残疾人综合服务中心大楼开展了深圳市2021年全国“爱耳日”活动,进行了多中心义诊。陈放怡老师课题组在此活动中,展示了其团队研发的移动式听力综合测试系统,为前往活动的人们进行了听力检测,受到了群众的认可。同时,在界内同行也得到了一致好评。        03月03日,为了使更多的人们享有听力健康,陈放怡老师课题组组织培训形成了测听小分队,积极前往深圳南山区人民医院、深圳市第二人民医院、深圳大学总医院、深圳市南山区西丽人民医院、南方医科大学珠江医院、惠州市第三人民医院,及南山区医疗集团总部大汪社康、侨城社康、马家龙社康、大铲社康,敬夕阳颐养院等多个地方,运用移动式听力综合测试系统为前往参与爱耳日义诊活动的人们进行听力测试,协助医生们更好地进行诊疗。        整个活动取得了良好成效,身体力行地传播了听力筛查便携化、快速化的理念,践行了“人人获得听力保健”的爱耳日主旨。   采写:张梦茜、肖然

2021-03-02 | 教学新闻

我系新增智能医学工程专业

       日前,教育部公布了2020年度普通高等学校本科专业备案和审批结果,我系申报的智能医学工程(101011T)专业获得教育部批准备案。自此,生物医学工程系共有两个本科专业,分别是生物医学工程专业和智能医学工程专业。        新获批的智能医学工程专业是医、理、工高度交叉的学科,面向“健康中国2030”重大国家需求,培养兼具医学背景和较强工程实践能力的医工复合型人才和医学创新人才。该专业以现代医学与生物学理论为基础,融合先进的脑认知、大数据、云计算、机器学习等人工智能及相关领域工程技术,研究生命和疾病现象的本质及其规律,探索人机协同的智能化诊疗方法和临床应用。        另外,教育部办公厅近日发布了《关于2020年度国家级和省级一流本科专业建设点名单的通知》,我系生物医学工程专业入选国家级一流本科专业建设点,我系将进一步完善专业建设规划,加强专业建设,在师资队伍、教学资源和质量保障体系等方面提升水平,全面提升生物医学工程专业教学质量和人才培养能力。   关于生物医学工程系:        生物医学工程系成立于2016年6月,美国哥伦比亚大学郭向东教授为创系系主任,受聘为高级顾问。现任系主任为蒋兴宇讲席教授。 生医工系核心教师共计38名,其中3名讲席教授,1名教授。生医工系师资队伍包括国家杰出青年基金获得者2人、国家高层次人才(青年)6人、国家优秀青年基金获得者2人。其中多位教师获得国家重点研发计划重点专项项目首席科学家、“国家自然科学基金委员会重点项目”等项目和奖励。研究方向包括多组学分析技术、生物材料、智慧康复工程。        目前,哥伦比亚大学生物医学工程系全力支持南方科技大学建设生物医学工程系,生医工系借鉴了哥伦比亚大学生物医学工程系的培养课程,建立了加强版的哥伦比亚大学生物医学工程的培养思路,与哥伦比亚大学联合培养本、硕、博学生。生医工系毕业升学就业率为100%,超过2/3的毕业生赴美国卡耐基梅隆大学、美国康涅狄格大学、巴黎综合理工学院等世界一流大学深造。 生医工系确立了Adventurous(勇于冒险)、Arduous(甘于艰苦)、Amiable(乐于和谐)的“AAA”建系文化。        生医工系正处在快速发展的黄金时期,将坚持国家“十四五”的科技发展规划方向,瞄准“四个面向”,依托南方科技大学一流的科研、教学条件,力争十年内将生医工系建设成为国际知名的生物医学工程研究基地。        详情请查阅生物医学工程系官方网站: http://bme.sustech.edu.cn/

2021-03-01 | 科研新闻

李凯课题组发表可极化肿瘤相关巨噬细胞的I型光敏剂研究成果

       近日,南方科技大学生物医学工程系副教授李凯课题组在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition,IF:12.257)发表题为“受体工程化调控光敏剂ROS生成诱导巨噬细胞向M1极化用于光动力免疫治疗(Acceptor Engineering for Optimized ROS Generation Facilitates Reprogramming Macrophages to M1 Phenotype in Photodynamic Immunotherapy) ”的研究论文,并被遴选为“Hot Paper”。        肿瘤微环境的免疫抑制作用极大程度限制了现有的肿瘤免疫疗法。而通过光动力治疗(PDT)将肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)重编程为抗肿瘤的M1表型是克服肿瘤微环境免疫抑制作用和促进肿瘤免疫治疗的有效策略。然而,I型或II型PDT机制与TAMs极化效应之间的关系尚有待于进一步研究。为解答这一问题,李凯课题组通过改变D-A构型光敏剂的电子受体,实现对I型光敏剂ROS产率的调控。同时研究结果发现,该光敏剂主要通过I型PDT机制诱导TAMs极化,从而逆转肿瘤微环境中的免疫抑制作用。 图1. 光敏剂体外诱导巨噬细胞极化及其分子机制研究        研究人员首先通过分子调控合成三种具有不同ROS产生效率的D-A构型的光敏剂tTBCI,tTID和tTDCR,其ROS产生效率依次升高,并具有聚集增强ROS产生的能力。实验发现,I型机制产生的胞外ROS能够将M0和M2型巨噬细胞诱导成M1型,并且具有最高ROS产生效率的分子tTDCR NPs效果最好,且这一作用是通过激活巨噬细胞内NF-κB信号通路实现的。而在相同实验条件下,II型商业化光敏剂孟加拉红(RB)产生的胞外ROS未显示出诱导巨噬细胞向M1型极化的作用。 图2. 光敏剂通过诱导肿瘤相关巨噬细胞极化抑制小鼠体内肿瘤生长        体内实验进一步证实,该I型光敏剂tTDCR NPs能够通过诱导肿瘤组织内的M2型巨噬细胞极化为M1型,从而实现几乎完全抑制小鼠4T1皮下瘤生长。而在清除肿瘤组织内的巨噬细胞后,tTDCR NPs抑制肿瘤生长的作用被逆转。        综上所述,该I型光敏剂不仅可以逆转肿瘤微环境的免疫抑制作用,还有望克服肿瘤部位缺氧的限制,无需借助其它免疫佐剂即可实现对缺氧肿瘤组织进行精准高效的PDT-免疫治疗,具有巨大的应用潜力。同时,这一研究也为设计可激活巨噬细胞的新型光敏剂分子提供了参考,并为理解巨噬细胞活化在光动力免疫治疗过程中的工作原理提供了新的见解。        李凯课题组成员、博士后杨光为文章第一作者,李凯为通讯作者,南方科技大学为论文唯一通讯单位。该项研究获得国家自然科学基金面上项目、广东省引进创新创业团队、深圳市科创委面上项目及高层次人才团队等项目的资助。 论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013228     供稿:生物医学工程系 文字:李凯 杨光 通讯员:肖然 主图设计:丘妍 编辑:杨奂彦

2021-02-18 | 科研新闻

我系金大勇团队首次实现纳米颗粒在无折射率差环境中的光学捕获

       最近,澳大利亚悉尼科技大学(UTS)的研究者通过对材料科学,化学合成和光子物理结合,运用光学物理机制实现了对低折射率 (n=1.46) 纳米颗粒的光力增强,提高为普通金纳米颗粒的三十倍,并且首次实现了该纳米颗粒在无折射率差环境中的光学捕获。该项多学科交叉的研究成果相关工作以“Optical tweezers beyond refractive index mismatch using highly doped nanoparticles”为题,发表于最新一期的《Nature Nanotechnology》 上。        文DOI: 10.1038/s41565-021-00852-0        共同第一作者:单旭晨、王帆博士        共同通讯作者:王帆博士、Peter Reece博士、金大勇教授   研究背景        光镊技术已经被广泛的应用于材料的组装、表征,细胞内抓取和力的测量。1997年诺贝尔物理奖就是表彰Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji 和 William D. Phillips用单原子光镊方法来探索原子在光学场中的共振从而对单原子限域和冷却。2018年的诺贝尔物理奖的一半奖金用于表彰Arthur Ashkin光镊来探索生物系统中的应用。        通常光镊的捕获力都是由捕获颗粒和周围介质的折射率差决定的,颗粒的折射率比周围介质越大其受到的光力就越大。此外颗粒的尺寸越小,其收到的光力效果就越小。这两个原因导致了低折射率颗粒(例如纳米颗粒,纳米药物和细胞器)的光学捕获尤为挑战。        选择高介电常数材料例如金属颗粒和半导体颗粒作为光镊的操纵探针是现阶段主要的方法。但是金属颗粒所产生的光热效果不仅会影响光镊操纵效率还会影响生物样品。现阶段半径50纳米金颗粒能提供的光力弹性系数是0.012 pNμm-1mW–1, 而半径52纳米的硅颗粒能提供的光力弹性系数也只有0.022 pNμm-1mW–1。   研究出发点        稀土掺杂的上转换颗粒是一种可以将入射的近红外光转化为可见和近红外光的新型材料。颗粒中掺杂的给体稀土离子可以吸收长波长的红外光,将其传递给受体发光离子,从而发出短波长的可见光。悉尼科技大学金大勇教授课题组(后文简称“课题组”)前期系列工作中实现了成千上万个稀土离子在每个纳米颗粒中高浓度掺杂,从而赋予纳米颗粒绝佳的非线性光学性质,这种性质可以直接用于单颗粒光纤传感,时间维度光学编码,超分辨成像和单颗粒示踪技术等方向的应用。通过对上转换颗粒的光力研究,王帆博士以及学生单旭晨发现这类颗粒虽然具有较低的折射率但是却能产生非常大的光力。在金大勇教授和王帆博士的指导下 课题组进而开发了一种利用单颗粒荧光视频追踪的方法来更准确的计算光力,解决低折射率纳米颗粒无法精确测量的问题。王帆博士和Reece 博士设想这类增强是由于纳米颗粒内镧系离子的共振效果产生的。          在确定了想法之后,课题组开始根据王帆博士的模拟结果合成以及测试材料。课题组发现当镧系(包括镱离子(Yb3+)、铒离子(Er3+)钕离子(Nd3+))掺杂纳米晶体与光镊波长匹配时会产生离子共振效果,这个效果会极大程度的提高电磁张量以及介电常数。同时选择激发波长来增强Clausius–Mossotti系数实数以增强梯度力、避开Clausius–Mossotti系数虚数部的谐振峰以减少散射力能极大程度的提高光镊的捕捉能力。这个结果让课题组非常兴奋,因为这项成果不仅使得通过光镊对低折射率纳米颗粒的高效操控变成了可能,而且这类纳米颗粒可以像染色剂一样被用于标记细胞和细胞器,可以极大程度提高细胞内部细胞器的光学操控能力。纳米荧光光镊系统为上转换纳米颗粒光力检测以及细胞内抓取提供了新的方向。   文章整理        上文简述了离子谐振光镊这个课题的形成与发展,在这个工作中金大勇教授和王帆博士作为导师起到了关键的领导作用,他们用宽广的知识储备与深刻的科研理解指导了文章的逻辑和方向。博士生单旭晨在此工作中也起到了非常重要的作用,他勤恳的工作以及优秀的光学技术保证了实验的顺利进行。王帆博士基于扎实的光学功底设计并指导搭建了光镊系统,并且完成了上转换纳米颗粒光镊捕获的理论模拟。新南威尔士大学的Peter Reece博士也提供了理论以及研究技术上的互补。最终通过大家接近四年多的努力,从纳米荧光光镊出发,结合上转换纳米颗粒的荧光和吸收特性,为低折射率纳米颗粒力学测量和荧光纳米颗粒追踪体统了一个解决方案,并且完成了完备的离子共振光力理论。     结果与讨论 Fig. 1 | Comparison between optical trapping of low refractive index nanoparticles with or without doping by lanthanide ions. a). Diagram of the resonance effect for highly doped nanocrystals that up-regulates the permittivity and polarisability of a low index nanocrystal. Comparison of simulated 2D position distributions of a single nanoparticle optically trapped with b). conventional gradient force generated by refractive index mismatch and c). enhanced gradient force by lanthanide ions’ resonance effect. The power and wavelength of the trapping laser are 50 mW and 976.5 nm. The red circle indicates the spot size (1/e2 of intensity point) of an optical beam, 0.41 µm along the x-axis and 0.28 µm along the y-axis, respectively. The 2D position distributions are generated by a Monte Carlo simulation. The trap stiffnesses used to generate the distributions are simulated. The 2D distribution of experimental data with the same condition.          研究团队首先对比了在相同的尺寸与折射率下,掺杂与未掺杂镧系元素颗粒在光镊捕捉情况下的二维位置分布模拟。从模拟结果可以发现,镧系掺杂颗粒位置分布相比于未掺杂颗粒分布更密集,这是由于掺杂了镧系元素的纳米颗粒在976.5nm的捕获激光下有更高的极化率,导致梯度力增强使得光镊势阱刚度更高。 Fig. 2 | Investigation of ytterbium, erbium and neodymium doping in enhancing the optical gradient force. a). Illustration of energy levels of Yb3+ doped in NaYF4 nanocrystals. The calculated real and imaginary parts of electromagnetic susceptibility () for transitions b) E5-E1(), c) E6-E1(), and d) E7-E1(). The concentration of Yb3+ resonator ions is 1.5 nm-3. e). Simplified energy level diagrams of Yb3+, Er3+ and Nd3+ in NaYF4 nanocrystal. , , and  are the dipole resonance angular frequencies. f). The calculated Clausius Mossotti factors (CM) for Yb3+, Er3+ and Nd3+ in NaYF4 crystal host. The real part of CM for pure NaYF4 crystals is shown as grey dash lines at a constant value of 0.064. g). The experimentally measured trap stiffness for Yb3+, Er3+ and Nd3+ doped nanocrystals at different laser wavelengths. The longest trapping wavelength is 980nm due to the limited tuning range of trapping laser. The trapping range for Nd3+ is between 795 nm and 815 nm to generate sufficient emission intensity for trap stiffness measurement. The thicker shadowing lines are the theoretical simulation results based on the physical parameters of different nanoparticles.        通过模拟可以看出镱离子(Yb3+)对于不同波长有不同的吸收曲线,铒离子(Er3+)和钕离子(Nd3+)由于能级的不同也在对应波长有不同的吸收。这一特性导致了不同波长的捕获激光会激发不同材料的极化率也不一样,导致了同一中掺杂颗粒的捕获力在波长变化时会有不同的捕获力。 Fig. 3 | Effect of oscillated ions’ concentration on optical trapping. a). rCM and iCM for different oscillator concentration. The vertical dashed line shows the oscillators’ concentration ( = 1.5 nm-3) for the trapping power 50 mW. The horizontal dashed line shows the rCM for pure NaYF4 crystal. b). Axial force (Fz) distribution and d). lateral force (Fy) distribution in the y-z plane. The position of z = 0 indicates the force zero position. c). The y = 0 cross-line at Fz and e). the z = 0 cross-line at Fy. f). Diagram of distribution and transition of the excited state Yb3+ carriers. g). The experimentally measured trap stiffness for Yb3+ doped nanoparticles, varying with doping concentration. h). The trap stiffness for different emitter (Er3+ and Tm3+) with the same sensitiser and emitter concentration. The median values of the box plot are 0.115 and 0.111 pN/μm/mW for Er3+ and Tm3+ doped nanoparticle, respectively.        通过课题组的模拟计算,可以通过镧系元素的掺杂浓度优化上转换纳米颗粒的捕获力,从而在相同尺寸的前提下提高捕获力。在对应的谐振波长下,相同的镱离子(Yb3+)掺杂浓度在相同尺寸下的捕获力基本相同,与荧光离子的浓度无关。 Fig. 4 | Trap stiffness measurements of lanthanide-doped nanoparticles at a different volume. a). TEM images of six typical batches of NaYF4: 20% Yb3+, 2% Er3+ nanoparticles with different volume. The sizes of the particles are gradually increased from No.1 to No. 6, as shown in their b) averaged values of diagonal diameters and c) heights. d). The averaged values of zeta potentials of the above nanoparticles. e). The trap stiffness values of single lanthanide-doped nanoparticles. The effective radius is calculated from . For comparison, the lateral trap stiffness values of Gold and Silicon nanoparticles are quoted from previous reports by Oddershede’s group and Reece’s group, respectively. f). The calculated proportions of three factors contributing to the measured optical trapping force reported in e), ion-doping resonance-enhanced force (Reso force), zeta potential enhanced force (zeta force), and the classical electromagnetic force (EM force). All the experimental data has been collected by an oil immersion objective lens (Obj-Oil).          课题组还测试了相同镧系掺杂浓度下(NaYF4: 20% Yb3+, 2% Er3+)不同体积上转换纳米颗粒在相同激光下的捕获力。结果与模拟结果完全一直。课题组进而分析了在不同尺寸下不同种类的光力强度的比例,包括离子共振光力、表面电势光力和传统光力。当纳米颗粒大于17纳米时,这种新型的离子共振光力开始起主导效果。同时结果还展示出了25纳米的低折射率的上转换纳米颗粒捕获力比同体积的高折射率金纳米颗粒还要高30倍。 Fig. 5 | The escape velocity measurement to quantify the trap stiffness for Hela cells with and without lanthanide-doped nanoparticles (Ln-NPs). The ratio of the drag force by 976.5 nm laser to that by 808 nm laser (as control) shows the enhancement on the trap stiffness by lanthanide doped nanoparticles under the 976.5 nm trapping laser. The force ratio is obtained by measuring the ratio of escape velocity by 976.5 nm laser to that by 808 nm lase, as the force ratio value is equal to the ratio of escape velocity. a). The force ratios for seven randomly trapped Hela cells without nanoparticles (blue square dots) compared with the ten randomly trapped cells with nanoparticles (red circular dots). The insert figure shows one of the trapped cells without nanoparticle. b). The re-plot of force ratio of the ten nanoparticle-stained cells as a function of the upconversion emission intensity indicating the amount of nanoparticles. The insert figure shows one typical cell, by merging the bright field image and the fluorescence image excited by the 976.5 nm trapping laser. The Scale bar is 5 μm. The power of trapping laser at 976.5 nm and 800 nm are 90 mW and 88 mW, respectively. Each data point is averaged from four independent measurements.          最终研究团队将上转换纳米颗粒绑定到海拉细胞表面,并且用光镊抓取细胞在水中快速拖动观测细胞的脱离速度是否因为绑定了上转换颗粒而改变。结果表明,表面绑定了上转换颗粒的细胞脱离速度更高,捕获力更强,这一实验为上转换纳米颗粒在生物力学应用方向上提供了新思路。   结论与展望        与其他纳米颗粒相比,高掺杂的镧系粒子在电磁场中有很强的谐振特性导致光镊捕获力显著提升。这个技术使得纳米颗粒在较小的折射率差溶液中的抓取成为了可能,同时更高的捕获力可以提供更高精度的力学测量与应用。低折射率导致的低热量吸收也打开了高效、长期利用光镊抓取生物样品的大门。未来,结合上转换纳米颗粒独特的光学传感特性与光镊技术将可能实现细胞内部纳米级别的温度、pH和力的同时测量。本课题是课题组研究方向之一,其进展的顺利主要得益于金大勇教授提供的高水平科研平台与王帆博士的细心指导,该课题也得到了新南威尔士大学Peter Reece博士的鼎力支持。     通讯作者        金大勇,悉尼科技大学杰出教授和南方科技大学讲席教授。2007年博士毕业于麦考瑞大学,2015年任悉尼科技大学教授,2017 年任杰出教授,2019年任南方科技大学讲席教授。作为所长,他五年内先后组建了澳洲科研基金委资助的可集成生物医学器件与技术转化中心,中澳科学与研究基金资助的便携式体外诊断技术联合研究中心,悉尼科大-南科大生物医学材料和器件联合研究中心, 和悉尼科大生物医学材料及仪器研究所。金大勇教授已发表SCI高水平论文150余篇、其中包括Nature及其子刊25篇。他的专业领域涵盖了生物工程光学、纳米探针技术、生物医疗诊断、精密光学仪器、微流控芯片等领域。并于2015年荣获澳洲科研最高奖尤里卡奖交叉学科创新奖,2016年当选澳大利亚百名科技创新领军人物,2017年荣获澳洲科学院工程科学奖,以及2017年荣获澳大利亚总理奖 – 年度理学家奖。        王帆博士,2014年在澳洲新南威尔士大学获得博士学位。博士期间,他致力于研究光镊操作纳米颗粒的研究。之后,王博士于2013年加入澳洲国立大学Prof Chennupati Jagadish (澳洲物理工程学院院士) 课题组,负责领导和管理光学方向。期间从事纳米激光,二维材料以及凝聚态物理的研究。从2015年开始,王博士开始转向生物光子学,加入了麦考瑞大学澳洲纳米光子学国家研究中心,以及金大勇课题组。期间负责领导课题组的生物光子学方向,博士生导师。同年加入悉尼科技大学金大勇教授团队,以及生物材料器件中心(IBMD), 继续担任生物光子学方向的负责人,博士生导师。并且开始帮助金大勇教授组建在悉尼科技大学的初始团队。王博士于2020年在悉尼科技大学电子工程系成立课题组进行光镊、激光制冷以及器件化超分辨成像技术的研究。        王帆博士一直致力于生物光子学,光子学,凝聚态物理等多学科,跨学科研究。从2010年起王帆博士一共发表了SCI 论文62篇,其中第一/通讯作者文13篇(包括Nature Nanotechnology 1篇,Nature Communication 2篇,Light: Science & Application 1篇,Nano Letters 5篇,Small 1篇,Nanoscale 2篇,APL Photonics 1篇)。其他文章49篇,其中有重要贡献的有22篇(包括Nature 1篇,Nature Photonics 2篇,Nature Communication 3篇,Nano Letters 6篇,Light: Science & Application 3篇, ACS Nano 2篇  Advanced Materials 2篇)。从2011年至今,Web of Science 引用1729次,h-index 20。            金大勇课题组以及王帆博士诚招有从事生物光子学意向的优秀硕士以及博士学生。

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