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2025-01-21 09:34:37定向聲技術: 定向聲技術是一種能夠控制聲音傳播方向的技術，它使聲音主要朝著特定方向傳播，而在其他方向上的聲音強度大大降低。這種技術通過特定的聲學裝置或算法實現，廣泛應用于會議系統、舞臺表演、公共廣播等領域，以提高聲音清晰度、減少噪音干擾。定向聲技術不僅提升了聽眾的聽覺體驗，還有助于保護周圍環境的安靜，是現代聲學技術的重要進展之一。

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上海市啟動“定向聲技術”新型智慧廣場舞系統解決噪音擾民問題

定向聲技術是一項開創性的音頻解決方案，它提供了一種有效的聲音傳播方式，無需使用大型揚聲器陣列，也可以將聲音高度定向的投射到特定區域，創造一個特定的音頻空間。

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2021-08-31
定向聲技術

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定向聲技術問答

2025-02-17 14:30:16多光譜光聲斷層掃描成像原理是什么？: 多光譜光聲斷層掃描成像：開創醫學影像的新篇章多光譜光聲斷層掃描成像（MSPAT）是一項革命性的成像技術，結合了光學和超聲波的優勢，能夠提供高分辨率的圖像，且具有較高的深度穿透能力。隨著技術的不斷發展，MSPAT在醫學成像、癌癥檢測、腦部研究等領域展現了廣泛的應用潛力。本篇文章將深入探討多光譜光聲斷層掃描成像的原理、優勢及其在臨床診斷中的應用。光聲效應與成像原理多光譜光聲斷層掃描成像的核心原理是基于光聲效應。當激光光源照射到組織中時，組織中的水分和血紅蛋白會吸收特定波長的光，導致局部溫度升高并產生快速的熱膨脹。這個過程會激發聲波的產生，聲波的強度和頻率可以通過超聲探頭進行探測，從而反映出組織的內部結構和成分。多光譜光聲斷層掃描成像之所以能稱為“多光譜”，是因為它使用了不同波長的激光源，從而可以獲得組織的不同光學特性。這種技術的優勢在于，它能夠獲取更豐富的組織信息，識別不同的組織成分，如血管、腫瘤以及其他病變區域。多光譜光聲斷層掃描成像的優勢相比傳統的成像技術，如CT（計算機斷層掃描）和MRI（磁共振成像），多光譜光聲斷層掃描成像具有獨特的優勢。MSPAT能夠以較高的分辨率提供結構性圖像，這在微小病變的早期發現上至關重要。尤其是在腫瘤檢測方面，MSPAT能有效區分腫瘤組織和健康組織，有助于提高腫瘤早期篩查的準確性。 MSPAT能夠在不使用放射線的情況下，獲得豐富的血管信息。傳統的成像技術需要注射對比劑來突出血管的顯現，而MSPAT則通過不同波長的激光照射，可以無創性地提供關于血管的詳細信息，且能夠深入體內組織層次，幫助醫生更好地評估腫瘤的血供狀況或病變的演變過程。臨床應用前景在醫學領域，MSPAT已經展現出巨大的應用潛力，尤其在腫瘤檢測和神經系統疾病的診斷中。通過對腫瘤組織的精確成像，醫生可以更加準確地評估腫瘤的大小、位置以及血供情況，從而為方案的制定提供重要依據。MSPAT也在腦血管病變、腦部腫瘤等神經系統疾病的研究中，幫助醫生獲取更加直觀的病變圖像，輔助早期診斷和治果評估。未來，隨著技術的不斷進步，MSPAT的應用范圍將進一步擴展。尤其是與人工智能結合的進展，MSPAT的圖像分析將更加，能夠幫助醫生在極短的時間內做出更加科學的診斷決策，極大地提高醫率和診斷準確率。結論多光譜光聲斷層掃描成像作為一項創新的成像技術，憑借其高分辨率、無創性和多波長成像的優勢，正在醫學影像領域中占據越來越重要的地位。隨著技術的不斷發展，MSPAT將在腫瘤篩查、腦部疾病診斷等方面展現出更加廣泛的應用潛力，并有望成為未來醫學影像的主流技術之一。

2022-07-20 13:38:49光聲成像材料 | 腫瘤微環境激活的光聲成像顯影劑: 在生物成像和光診療學領域，通過對材料的結構調整以控制其光學性質是探索新材料，發現新應用的重要且常見方式。貴金屬就是其中較為主要的一類原料，但通常的貴金屬材料存在兩個明顯缺點：一、激發波長通常落在可見光和近紅外一區（NIR-I，700 – 1000 nm），這使得成像的深度降低，同時無法與組織發生明顯的作用；二、該類材料通常不具備激活功能（即始終在線，Always-on），使得難以從成像中分辨目標和其他無關組織，同時可能會存在未知副反應。在這樣的背景下，作者Chunyu Zhou等人將目標放在更高信噪比、更大成像深度的近紅外二區（NIR-II，1000 – 1700 nm），開發能夠對腫瘤微環境進行響應的貴金屬納米材料。該材料以金納米粒子（Gold nanoparticles，AuNPs）為主體（見圖1），在乙醇和水的混合體系中使其形成納米鏈（Nanochain）。之后引入Tetraethyl orthosilicate，（TEOS），水解后包裹金納米鏈，形成核鞘結構（Core-sheath nanostructure，AuNCs@SiO2）。注射至小鼠體內后，因腫瘤微環境（Tumor microenvironment，TME）中高H2O2水平觸發鄰近金納米顆粒在AuNCs@SiO2的有限局部空間內融合，從而產生了具有強NIR-II吸收的串狀結構。圖1：AuNCs@SiO2作用示意圖因AuNCs@SiO2具有TME激活特性，因此不容易受其他組織的影響，表現出優異的光聲成像性能（圖2）。圖2：正常組織與腫瘤組織的超聲、光聲成像對比同時，AuNCs@SiO2在1064 nm處光熱轉換效率高達82.2%（圖3），可導致癌細胞嚴重死亡，顯著抑制腫瘤生長（圖4、5、6）。圖3：AuNCs@SiO2與其他已報道的光熱治療試劑的轉換效率對比：1) AuNCs@SiO2; 2) Au3Cu@PEG TPNCs; 3) Au-wires-on-AuNR; 4) Pt Spiral; 5) Cu2MnS2 NPs; 6) Nb2C (Mxene); 7) Cu3BiS3 NRs; 8) L-Pdots; 9) TBDOPV-DT NPs; 10) SPN-DT圖4：注射PBS和AuNCs@SiO2的荷4T1瘤小鼠光熱紅外熱成像（1064 nm NIR-II激光，0.5 W/cm2）圖5：注射PBS和AuNCs@SiO2后，腫瘤部位溫度與照射時長的變化趨勢圖6：接受相應治療后的小鼠腫瘤大小對比（I：PBS；II：AuNCs@SiO2；III：PBS+Laser；IV：AuNCs@SiO2+Laser）總結：作者成功合成出具有TME響應的、同時具有光聲成像和光熱治療功能的二氧化硅包裹自組裝金納米鏈。通過TME中高濃度H2O2水，使金納米粒子表面檸檬酸氧化，進而脫離納米粒子表面，導致金納米粒子融合，產生強NIR-II吸收。這一新型材料或許能夠為準確非侵入性診療打開新的大門。美國PhotoSound 小動物3D光聲/熒光成像系統 (PAFT) 美國PhotoSound小動物全身3D光聲/熒光成像系統(PAFT)為小動物活體成像和表征提供了完整的解決方案。該系統集成了三種互補的三維成像模式：光聲成像(PAT)、熒光成像(FMT)、生物發光成像(BLT)，可同時實現小動物的3D光聲、3D熒光和3D生物發光成像,該系統可為生物組織提供高分辨率、高對比的解剖學成像效果。可實現近紅外一區和近紅外二區（670-2600 nm）小鼠全身3D光聲/熒光成像系統，采用OPO可調式激光器，提供670-2600 nm連續脈沖激光、完全3D光聲成像(具有100 um等向分辨率的完全三維成像，非切片疊加成像)、高通量 (256個電子通道)、靈敏度高(60 nM ICG )、桌面式設計，方便使用、成像速度快 (完成一次3D掃描需30秒)。往期回顧● 美國PhotoSound小動物全身3D光聲/熒光成像系統● 小鼠解剖應用筆記 —— 美國PhotoSound小動物全身3D光聲/熒光成像系統● 光聲成像應用 | 探尋動脈粥樣硬化斑塊

2022-10-28 10:18:55光聲應用 | 腎小管間質纖維化診斷: 背景慢性腎病，以其高發生率和強大的潛伏性，已越來越成為一種常見的疾病。如果能夠及時地檢測到該疾病的發生進程，將大大改善后續的醫療成效。在眾多病理特征中，腎小管間質纖維化（Tubulointerstitial fibrosis）作為眾多腎臟疾病發展進程中的常見中間體，是反映腎臟狀態的重要指標。目前，臨床方法仍然只能做到減緩病程，并不能阻止或者扭轉疾病對于組織的破壞。因此，醫療和科研工作人員將注意力放在了疾病的早期階段——如果能在該階段確定病變，則有更大的幾率阻止疾病惡化。研究思路在此背景下，Dingyuan等人嘗試對腎小管間質纖維化進行實時檢測。傳統的方法使用的腎活組織切片（Kidney biopsy）容易導致大量出血，因而作者更偏向于非接觸式檢測。而在該領域，通常選用CT、核磁共振等方式，但這些方式輻射風險相對較大，因此作者選擇了光聲/熒光成像方式。而在顯影劑的選擇上，相對于無機材料，有機材料具有更好的生物降解能力、純度以及聚集誘導發光效應（Aggregation-induced emission, AIE）——一種在溶液中分散時幾乎不發光，但在聚集狀態時發光大大增強的現象——因而被作者看中。同時，現有的大部分具有AIE的光聲顯影劑為疏水性材料，不利于均勻分散和體內代謝，因此作者開發了一款水溶性AIE腎小管間質纖維化檢測顯影劑。顯影劑設計及表征作者首先獲得的是AIE-4COOH分子——一個攜帶4個羧基的具有AIE效應的分子。為了增加其水溶性，作者將4個羧基全部PEG化，成為AIE-4PEG550。AIE-4PEG550在DMSO/水體系中溶解良好，并能夠自組裝形成納米粒子（AIE-4PEG550 NPs，圖1）。表征結果顯示該粒子有以下兩個優點：一、粒徑約26 nm，質量約3.3 kDa，能夠有效通過腎臟的濾過作用（截留質量通常為30-50 kDa）；二、光穩定性好：在660 nm波長持續照射30 min后，僅有微小強度下降，而作為對照的顯影劑ICG則已完全猝滅。在645 nm處具有強吸收峰，而發射峰則在893 nm。圖1 AIE-4PEG550納米粒子設計思路圖2 AIE-4PEG550 NPs的左）吸收、發射圖譜；右）粒徑檢測（溶液均為水）體外和體內實驗體外實驗著眼于該有機分子的生物兼容性。在0 – 100 μg/mL該分子溶液中孵育24 h后，HK-2細胞（Human kidney -2，人腎皮質近曲小管上皮細胞）的存活率仍在95%以上（圖3）。圖3 在不同濃度AIE-4PEG550 NPs環境下孵育的HK-2細胞存活率在正常體內實驗中，作者同時進行了熒光和光聲成像，相互驗證了該顯影劑主要聚集于腎臟而非肝臟（圖4），隨著時間流逝，腎臟中的含量逐漸降低，膀胱中的含量逐漸增加，表明該顯影劑可由腎臟代謝，并由尿液排出。測得的24 h清除效率為93.1 ± 1.7%（圖5）。圖4 在注射顯影劑后，腎臟的熒光（A）和光聲（B）、膀胱的熒光（C）和光聲（D）隨時間的成像效果變化。在腎臟中，4 min達到頂峰，而在膀胱中，60 min達到頂峰。E和F分別為相應的數值變化柱狀圖圖5 腎臟清除效率隨注射后時間變化曲線（每只小鼠200 μg劑量，n = 3）而在腎病模型小鼠上，同樣的劑量表現出截然不同的結果：直到180 min之前，腎臟中的顯影劑含量一直在增加，說明腎臟代謝功能降低，本該代謝到膀胱的化合物積聚在腎臟中（圖6），這一現象也在相應的熒光信號強度上有所驗證（圖7）。通過這種區別，能夠較為直觀地評估腎臟代謝功能。圖6 在注射顯影劑后，腎臟的熒光（A）和光聲（B、C）、膀胱的熒光（D）和光聲（E、F）隨時間的成像效果變化。圖7 腎病模型小鼠注射顯影劑后180 min的熒光信號強度變化（紅：腎臟；藍：膀胱）小結作者設計并開發了一種新型熒光/光聲顯影劑，其優點主要有：一、體積小，可通過腎臟過濾；二、腎臟清除效率較高；三、得益于AIE效應，成像效果優異；四、良好的生物兼容性；五、優良的光穩定性。在文獻中，作者將其應用于非侵入式地診斷腎小管間質纖維化情況，祝愿在不久的將來，這項技術可以用于臨床，幫助醫生快速診斷腎臟功能，從而幫助患者更好地恢復。參考文獻[1] Yan, D., Li, T., Yang, Y., Niu, N., Wang, D., Ge, J., Wang, L., Zhang, R., Wang, D. and Tang, B.Z. (2022), A Water-soluble AIEgen for Noninvasive Diagnosis of Kidney Fibrosis via SWIR Fluorescence and Photoacoustic Imaging. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2206643. https://doi.org/10.1002/adma.202206643

2022-11-18 16:15:48反應離子刻蝕技術: 反應離子刻蝕概述：反應離子腐蝕技術是一種各向異性很強、選擇性高的干法腐蝕技術。它是在真空系統中利用分子氣體等離子來進行刻蝕的，利用了離子誘導化學反應來實現各向異性刻蝕，即是利用離子能量來使被刻蝕層的表面形成容易刻蝕的損傷層和促進化學反應，同時離子還可清除表面生成物以露出清潔的刻蝕表面的作用。主要用于Si、SiO2、SiNx、半導體材料、聚合物、金屬的刻蝕以及光刻膠的去除等，廣泛應用于物理，生物，化學，材料，電子等領域。工作原理：通常情況下，反應離子刻蝕機的整個真空壁接地, 作為陽極, 陰極是功率電極, 陰極側面的接地屏蔽罩可防止功率電極受到濺射。要腐蝕的基片放在功率電極上。腐蝕氣體按照一定的工作壓力和搭配比例充滿整個反應室。對反應腔中的腐蝕氣體, 加上大于氣體擊穿臨界值的高頻電場, 在強電場作用下, 被高頻電場加速的雜散電子與氣體分子或原子進行隨機碰撞, 當電子能量大到一定程度時, 隨機碰撞變為非彈性碰撞, 產生二次電子發射, 它們又進一步與氣體分子碰撞, 不斷激發或電離氣體分子。這種激烈碰撞引起電離和復合。當電子的產生和消失過程達到平衡時, 放電能繼續不斷地維持下去。由非彈性碰撞產生的離子、電子及及游離基(游離態的原子、分子或原子團) 也稱為等離子體, 具有很強的化學活性, 可與被刻蝕樣品表面的原子起化學反應, 形成揮發性物質, 達到腐蝕樣品表層的目的。同時, 由于陰極附近的電場方向垂直于陰極表面, 高能離子在一定的工作壓力下, 垂直地射向樣品表面, 進行物理轟擊, 使得反應離子刻蝕具有很好的各向異性。所以，反應離子刻蝕包括物理和化學刻蝕兩者的結合。刻蝕氣體的選擇對于多晶硅柵電極的刻蝕，腐蝕氣體可用Cl2或SF6，要求對其下層的柵氧化膜具有高的選擇比。刻蝕單晶硅的腐蝕氣體可用Cl2/SF6或SiCl4/Cl2；刻蝕SiO2的腐蝕氣體可用CHF3或CF4/H2；刻蝕Si3N4的腐蝕氣體可用CF4/O2、SF6/O2或CH2F2/CHF3/O2；刻蝕Al（或Al-Si-Cu合金）的腐蝕氣體可用Cl2、BCl3或SiCl4；刻蝕W的腐蝕氣體可用SF6或CF4；刻蝕光刻膠的腐蝕氣體可用氧氣。對于石英材料, 可選擇氣體種類較多, 比如CF4、CF4+ H2、CHF3 等。我們選用CHF3 氣體作為石英的腐蝕氣體。其反應過程可表示為：CHF3 + e——CHF+2 + F (游離基) + 2e，SiO 2 + 4F SiF4 (氣體) + O 2 (氣體)。SiO 2 分解出來的氧離子在高壓下與CHF+2 基團反應，生成CO ↑、CO 2↑、H2O ↑、O F↑等多種揮發性氣體。對于鍺材料、選用含F 的氣體是十分有效的。然而, 當氣體成份中含有氫時, 刻蝕將受到嚴重阻礙, 這是因為氫可以和氟原子結合, 形成穩定的HF, 這種雙原子HF 是不參與腐蝕的。實驗證明, SF6 氣體對Ge 有很好的腐蝕作用。反應過程可表示為：SF6 + e——SF+5 + F (游離基) + 2e，Ge + 4F——GeF4 (揮發性氣體) 。設備：典型的（平行板）RIE系統包括圓柱形真空室，晶片盤位于室的底部。晶片盤與腔室的其余部分電隔離。氣體通過腔室頂部的小入口進入，并通過底部離開真空泵系統。所用氣體的類型和數量取決于蝕刻工藝;例如，六氟化硫通常用于蝕刻硅。通過調節氣體流速和/或調節排氣孔，氣體壓力通常保持在幾毫托和幾百毫托之間的范圍內。存在其他類型的RIE系統，包括電感耦合等離子體（ICP）RIE。在這種類型的系統中，利用RF供電的磁場產生等離子體。雖然蝕刻輪廓傾向于更加各向同性，但可以實現非常高的等離子體密度。平行板和電感耦合等離子體RIE的組合是可能的。在該系統中，ICP被用作高密度離子源，其增加了蝕刻速率，而單獨的RF偏壓被施加到襯底（硅晶片）以在襯底附近產生定向電場以實現更多的各向異性蝕刻輪廓。操作方法：通過向晶片盤片施加強RF（射頻）電磁場，在系統中啟動等離子體。該場通常設定為13.56兆赫茲的頻率，施加在幾百瓦特。振蕩電場通過剝離電子來電離氣體分子，從而產生等離子體。在場的每個循環中，電子在室中上下電加速，有時撞擊室的上壁和晶片盤。同時，響應于RF電場，更大質量的離子移動相對較少。當電子被吸收到腔室壁中時，它們被簡單地送到地面并且不會改變系統的電子狀態。然而，沉積在晶片盤片上的電子由于其DC隔離而導致盤片積聚電荷。這種電荷積聚在盤片上產生大的負電壓，通常約為幾百伏。由于與自由電子相比較高的正離子濃度，等離子體本身產生略微正電荷。由于大的電壓差，正離子傾向于朝向晶片盤漂移，在晶片盤中它們與待蝕刻的樣品碰撞。離子與樣品表面上的材料發生化學反應，但也可以通過轉移一些動能來敲除（濺射）某些材料。由于反應離子的大部分垂直傳遞，反應離子蝕刻可以產生非常各向異性的蝕刻輪廓，這與濕化學蝕刻的典型各向同性輪廓形成對比。RIE系統中的蝕刻條件很大程度上取決于許多工藝參數，例如壓力，氣體流量和RF功率。 RIE的改進版本是深反應離子蝕刻，用于挖掘深部特征。