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成果速遞|小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在復(fù)旦大學(xué)包文中教授課題組的Z新研究應(yīng)用

Quantum Design中國子公司 2019-10-16 10:05:04 642  瀏覽
  •     隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,集成電路的需求出現(xiàn)了井噴式的增長。使得掩膜的需求急劇增加,目前制作掩膜的主要技術(shù)是電子束直寫,但該制作效率非常低下,并且成本也不容小覷,在這種背景下人們把目光轉(zhuǎn)移到了無掩膜光刻技術(shù)。
        英國Durham Magneto Optics公司致力于研發(fā)小型臺式無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3),為微流控、MEMS、半導(dǎo)體、自旋電子學(xué)等研究領(lǐng)域提供方便GX的微加工方案。傳統(tǒng)的光刻工藝中所使用的鉻玻璃掩膜板需要由專業(yè)供應(yīng)商提供,但是在研發(fā)過程中,掩膜板的設(shè)計(jì)通常需要根據(jù)實(shí)際情況多次改變。無掩膜光刻技術(shù)通過以軟件設(shè)計(jì)電子掩膜板的方法,克服了這一問題。與通過物理掩膜板進(jìn)行光照的傳統(tǒng)工藝不同,激光直寫是通過電腦控制DMD微鏡矩陣開關(guān),經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制,在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。同時其還具備結(jié)構(gòu)緊湊(70cm X 70cm X 70cm)、高直寫速度,高分辨率(XY:<1 um)的特點(diǎn)。采用集成化設(shè)計(jì),全自動控制,可靠性高,操作簡便。

        
         復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院包文中教授課題組主要的研究領(lǐng)域包括二維層狀材料的能帶調(diào)控、器件工藝及應(yīng)用,包括二硫化鉬(MoS2),黑磷等。近日,其課題組利用小型臺式無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3)在新型二維層狀材料MoS2的器件制備、轉(zhuǎn)移和應(yīng)用等方面取得了一系列矚目的研究成果: 

    (一) SMALL: 高性能的具備實(shí)際應(yīng)用前景的晶圓級MoS2晶體管 

        原子層級的過渡金屬二硫化物(TMD)被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體器件的重要研究熱點(diǎn)。然而,目前絕大部分的器件都是基于層間剝離來獲取金屬硫化物層,這樣只能實(shí)現(xiàn)微米級的制備。在本文中,作者提出一種利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制備多層MoS2薄層,進(jìn)而改善所制備器件的相關(guān)性能。采用四探針法測量證明接觸電阻降低一個數(shù)量級。進(jìn)一步,基于該法制備的連續(xù)大面積MoS2薄層,采用小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3)構(gòu)筑了頂柵極場效應(yīng)晶體管(FET)陣列。研究表明其閾值電壓和場效應(yīng)遷移率均有明顯的提升,平均遷移率可以達(dá)到70 cm2V-1s-1,可與層間剝離法制備的MoS2 FETZ 好結(jié)果相媲美。本工作創(chuàng)制了一種規(guī)?;苽涠STMD功能器件和集成電路應(yīng)用的有效方法。 

    圖1. (a-e) 利用CVD法制備大面積多層MoS2的原理示意及形貌結(jié)果。(g, h, i, j) 單層MoS2邊界及多層MoS2片層島的AFM測試結(jié)果,拉曼譜及光致發(fā)光譜結(jié)果

    圖2. 利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在MoS2薄層上制備的多探針(二探針/四探針)測量系統(tǒng),以及在不同條件下測量的接觸電阻和遷移率結(jié)果。證明所制多層MoS2的平均遷移率可以達(dá)到70 cm2V-1s-1

    圖3. 利用無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)制備的大面積規(guī)模級MoS2 FET陣列,及其場效應(yīng)遷移率和閾值電壓的分布性測量結(jié)果,證明該規(guī)模級MoS2 FET陣列具備優(yōu)異且穩(wěn)定的均一特性 

    (二) Nanotechnology: 用于高性能場效應(yīng)晶體管的晶圓級可轉(zhuǎn)移多層MoS2的制備

        利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制備半導(dǎo)體型過渡金屬二硫化物(TMD)是一種制備半導(dǎo)體器件的新途徑,然而實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻的多層TMD薄膜制備仍然需要克服特殊的生長動力學(xué)問題。在本文中,作者利用多層堆疊(layer-by-layer)及轉(zhuǎn)移工藝,制備出均勻、無缺陷的多層MoS2薄膜。同時,利用無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在其基礎(chǔ)上制備場效應(yīng)晶體管(FET)器件。分別實(shí)現(xiàn)1層、2層、3層和4層MoS2 FET的制備,并深入研究不同條件下器件的遷移率變化,Z終發(fā)現(xiàn)隨著MoS2堆疊層數(shù)的增加,電子遷移率隨之增加,但電流開關(guān)比反而減小。綜合遷移率和電流開關(guān)變化,2層/3層MoS2 FET是Z 優(yōu)設(shè)計(jì)器件。此外,雙柵極結(jié)構(gòu)也被證明可以改善對多層MoS2通道的靜電控制。 

    圖4 (a) 多層MoS2結(jié)構(gòu)的制備/轉(zhuǎn)移流程示意;(b) 單層/雙層MoS2薄膜的光學(xué)形貌;(c) 雙層MoS2薄膜的AFM表面形貌結(jié)果;(d) 單層/雙層MoS2薄膜的拉曼譜結(jié)果

    圖5 (a) 背柵極MoS2 FET陣列制備流程示意;(b) 利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)制備的MoS2 FET器件的表面光學(xué)形貌(利用MicroWriter特有的虛擬掩膜對準(zhǔn)技術(shù)(VMA),可以GX直觀地在感興趣區(qū)域?qū)崿F(xiàn)圖形曝光);(c-f) 不同結(jié)構(gòu)的MoS2 FET器件的輸出特性及轉(zhuǎn)移特性測量結(jié)果

    圖6 (a) 利用MicroWriter在Si/SiO2晶圓上制備的大范圍MoS2 FET器件陣列,其中包含1層和2層MoS2;(b) 相應(yīng)陣列區(qū)域的遷移率和閾值電壓分布結(jié)果,證明其優(yōu)異的均一特性

    圖7 (a) 雙柵極MoS2器件的結(jié)構(gòu)原理;(b) 利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)制備的大面積雙柵極MoS2器件的形貌結(jié)果;(c, d) 2層MoS2雙柵極器件的電學(xué)測量結(jié)果。




    相關(guān)參考:

    1. 小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng):http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=297
    2. High-Performance Wafer-Scale MoS2 Transistors toward Practical Application. Small 2018, 1803465
    3. Wafer-scale transferred multilayer MoS2 for high performance field effect transistors. Nanotechnology, 2019, 30,174002


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成果速遞|小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在復(fù)旦大學(xué)包文中教授課題組的Z新研究應(yīng)用
    隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,集成電路的需求出現(xiàn)了井噴式的增長。使得掩膜的需求急劇增加,目前制作掩膜的主要技術(shù)是電子束直寫,但該制作效率非常低下,并且成本也不容小覷,在這種背景下人們把目光轉(zhuǎn)移到了無掩膜光刻技術(shù)。
    英國Durham Magneto Optics公司致力于研發(fā)小型臺式無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3),為微流控、MEMS、半導(dǎo)體、自旋電子學(xué)等研究領(lǐng)域提供方便GX的微加工方案。傳統(tǒng)的光刻工藝中所使用的鉻玻璃掩膜板需要由專業(yè)供應(yīng)商提供,但是在研發(fā)過程中,掩膜板的設(shè)計(jì)通常需要根據(jù)實(shí)際情況多次改變。無掩膜光刻技術(shù)通過以軟件設(shè)計(jì)電子掩膜板的方法,克服了這一問題。與通過物理掩膜板進(jìn)行光照的傳統(tǒng)工藝不同,激光直寫是通過電腦控制DMD微鏡矩陣開關(guān),經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制,在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。同時其還具備結(jié)構(gòu)緊湊(70cm X 70cm X 70cm)、高直寫速度,高分辨率(XY:<1 um)的特點(diǎn)。采用集成化設(shè)計(jì),全自動控制,可靠性高,操作簡便。

    
     復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院包文中教授課題組主要的研究領(lǐng)域包括二維層狀材料的能帶調(diào)控、器件工藝及應(yīng)用,包括二硫化鉬(MoS2),黑磷等。近日,其課題組利用小型臺式無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3)在新型二維層狀材料MoS2的器件制備、轉(zhuǎn)移和應(yīng)用等方面取得了一系列矚目的研究成果: 

(一) SMALL: 高性能的具備實(shí)際應(yīng)用前景的晶圓級MoS2晶體管 

    原子層級的過渡金屬二硫化物(TMD)被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體器件的重要研究熱點(diǎn)。然而,目前絕大部分的器件都是基于層間剝離來獲取金屬硫化物層,這樣只能實(shí)現(xiàn)微米級的制備。在本文中,作者提出一種利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制備多層MoS2薄層,進(jìn)而改善所制備器件的相關(guān)性能。采用四探針法測量證明接觸電阻降低一個數(shù)量級。進(jìn)一步,基于該法制備的連續(xù)大面積MoS2薄層,采用小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3)構(gòu)筑了頂柵極場效應(yīng)晶體管(FET)陣列。研究表明其閾值電壓和場效應(yīng)遷移率均有明顯的提升,平均遷移率可以達(dá)到70 cm2V-1s-1,可與層間剝離法制備的MoS2 FETZ 好結(jié)果相媲美。本工作創(chuàng)制了一種規(guī)?;苽涠STMD功能器件和集成電路應(yīng)用的有效方法。 

圖1. (a-e) 利用CVD法制備大面積多層MoS2的原理示意及形貌結(jié)果。(g, h, i, j) 單層MoS2邊界及多層MoS2片層島的AFM測試結(jié)果,拉曼譜及光致發(fā)光譜結(jié)果

圖2. 利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在MoS2薄層上制備的多探針(二探針/四探針)測量系統(tǒng),以及在不同條件下測量的接觸電阻和遷移率結(jié)果。證明所制多層MoS2的平均遷移率可以達(dá)到70 cm2V-1s-1

圖3. 利用無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)制備的大面積規(guī)模級MoS2 FET陣列,及其場效應(yīng)遷移率和閾值電壓的分布性測量結(jié)果,證明該規(guī)模級MoS2 FET陣列具備優(yōu)異且穩(wěn)定的均一特性 

(二) Nanotechnology: 用于高性能場效應(yīng)晶體管的晶圓級可轉(zhuǎn)移多層MoS2的制備

    利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制備半導(dǎo)體型過渡金屬二硫化物(TMD)是一種制備半導(dǎo)體器件的新途徑,然而實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻的多層TMD薄膜制備仍然需要克服特殊的生長動力學(xué)問題。在本文中,作者利用多層堆疊(layer-by-layer)及轉(zhuǎn)移工藝,制備出均勻、無缺陷的多層MoS2薄膜。同時,利用無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在其基礎(chǔ)上制備場效應(yīng)晶體管(FET)器件。分別實(shí)現(xiàn)1層、2層、3層和4層MoS2 FET的制備,并深入研究不同條件下器件的遷移率變化,Z終發(fā)現(xiàn)隨著MoS2堆疊層數(shù)的增加,電子遷移率隨之增加,但電流開關(guān)比反而減小。綜合遷移率和電流開關(guān)變化,2層/3層MoS2 FET是Z 優(yōu)設(shè)計(jì)器件。此外,雙柵極結(jié)構(gòu)也被證明可以改善對多層MoS2通道的靜電控制。 

圖4 (a) 多層MoS2結(jié)構(gòu)的制備/轉(zhuǎn)移流程示意;(b) 單層/雙層MoS2薄膜的光學(xué)形貌;(c) 雙層MoS2薄膜的AFM表面形貌結(jié)果;(d) 單層/雙層MoS2薄膜的拉曼譜結(jié)果

圖5 (a) 背柵極MoS2 FET陣列制備流程示意;(b) 利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)制備的MoS2 FET器件的表面光學(xué)形貌(利用MicroWriter特有的虛擬掩膜對準(zhǔn)技術(shù)(VMA),可以GX直觀地在感興趣區(qū)域?qū)崿F(xiàn)圖形曝光);(c-f) 不同結(jié)構(gòu)的MoS2 FET器件的輸出特性及轉(zhuǎn)移特性測量結(jié)果

圖6 (a) 利用MicroWriter在Si/SiO2晶圓上制備的大范圍MoS2 FET器件陣列,其中包含1層和2層MoS2;(b) 相應(yīng)陣列區(qū)域的遷移率和閾值電壓分布結(jié)果,證明其優(yōu)異的均一特性

圖7 (a) 雙柵極MoS2器件的結(jié)構(gòu)原理;(b) 利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)制備的大面積雙柵極MoS2器件的形貌結(jié)果;(c, d) 2層MoS2雙柵極器件的電學(xué)測量結(jié)果。




相關(guān)參考:

1. 小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng):http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=297
2. High-Performance Wafer-Scale MoS2 Transistors toward Practical Application. Small 2018, 1803465
3. Wafer-scale transferred multilayer MoS2 for high performance field effect transistors. Nanotechnology, 2019, 30,174002


2019-10-16 10:05:04 642 0
小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)
    小型臺式無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3)是英國Durham Magneto Optics公司專為實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)開發(fā),為微流控、MEMS、半導(dǎo)體、自旋電子學(xué)等研究領(lǐng)域提供方便GX的微加工方案。傳統(tǒng)的光刻工藝中所使用的鉻玻璃掩膜板需要由專業(yè)供應(yīng)商提供,但是在研發(fā)環(huán)境中,掩膜板的設(shè)計(jì)通常需要經(jīng)常改變。無掩膜光刻技術(shù)通過以軟件設(shè)計(jì)電子掩膜板的方法,克服了這一問題。與通過物理掩膜板進(jìn)行光照的傳統(tǒng)工藝不同,激光直寫是通過電腦控制DMD微鏡矩陣開關(guān),經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制,在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。同時其還具備結(jié)構(gòu)緊湊(70cm X 70cm X 70cm)、高直寫速度,高分辨率(XY:<1 um)的特點(diǎn)。采用集成化設(shè)計(jì),全自動控制,可靠性高,操作簡便。

前沿進(jìn)展

(一) SMALL: 高性能的具備實(shí)際應(yīng)用前景的晶圓級MoS2晶體管

    原子層級的過渡金屬二硫化物(TMD)被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體器件的重要研究熱點(diǎn)。然而,目前絕大部分的器件都是基于層間剝離來獲取金屬硫化物層,這樣只能實(shí)現(xiàn)微米級的制備。在本文中,作者提出一種利用化學(xué)氣相沉積(CVD)制備多層MoS2薄層,進(jìn)而改善所制備器件的相關(guān)性能。采用四探針法測量證明接觸電阻降低一個數(shù)量級。進(jìn)一步,基于該法制備的連續(xù)大面積MoS2薄層,采用小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter ML3)構(gòu)筑了頂柵極場效應(yīng)晶體管(FET)陣列。研究表明其閾值電壓和場效應(yīng)遷移率均有明顯的提升,平均遷移率可以達(dá)到70 cm2V-1s-1,可與層間剝離法制備的MoS2 FETZ好結(jié)果相媲美。本工作創(chuàng)制了一種規(guī)模化制備二維TMD功能器件和集成電路應(yīng)用的有效方法。 
 
 圖1. (a-e) 利用CVD法制備大面積多層MoS2的原理示意及形貌結(jié)果。(g, h, i, j) 單層MoS2邊界及多層MoS2片層島的AFM測試結(jié)果,拉曼譜及光致發(fā)光譜結(jié)果
 
圖2. 利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在MoS2薄層上制備多探針(二探針/四探針)測量系統(tǒng),以及在不同條件下測量的接觸電阻和遷移率結(jié)果。證明所制多層MoS2的平均遷移率可以達(dá)到70 cm2V-1s-1 
圖3. 利用無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter)制備的大面積規(guī)模級MoS2 FET陣列,及其場效應(yīng)遷移率和閾值電壓的分布性測量結(jié)果,證明該規(guī)模級MoS2 FET陣列具備優(yōu)異且穩(wěn)定的均一特性 


(二) Adv. Funct. Mater.: 二維超薄非層狀Cr2S3納米片的氣相沉積制備與拉曼表征

    二維磁性材料在自旋磁電子學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值,但是大部分已報道的磁性材料都是具備范德瓦爾斯作用的層狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以通過簡單的剝離方法獲得。與之相反,非層狀超薄磁性材料制備工藝復(fù)雜且非常稀少,其中Cr2S3就是一種典型的反鐵磁性非層狀材料。在本文中,作者通過改進(jìn)化學(xué)氣相沉積(CVD)方法,成功制備出超薄的非層狀Cr2S3納米片(厚度Z薄可達(dá)2.5 nm),并深入研究了材料的Raman振動模式及熱導(dǎo)性,同時利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)在材料表面制備電極結(jié)構(gòu),測試一系列相關(guān)電學(xué)特性。
 
圖4. 超薄Cr2S3納米片的制備流程示意圖及其光學(xué)形貌和AFM表面形貌 
 
圖5. (a) SiO2/Si基底表面的Cr2S3納米片的AFM表面形貌,(b) 利用MicroWriter在Cr2S3納米片上制備測量電極,測量材料隨溫度變化的I-V特性曲線,(c) 隨溫度變化的電導(dǎo)率測量結(jié)果及擬合曲線比較 

(三) Adv. Optical Mater.: 通過對全無機(jī)三鹵鈣鈦礦納米晶的調(diào)控,制備出性能優(yōu)良、空氣穩(wěn)定及可調(diào)諧的單分子層MoS2基混合光探測器件 

    全無機(jī)三鹵鈣鈦礦納米晶在過去的數(shù)年間受到廣泛的關(guān)注,基于其優(yōu)異的光物理特性和環(huán)境穩(wěn)定性,該種新材料在混合光電器件研究領(lǐng)域備受關(guān)注。 在本文中,作者制備出一種單層MoS2與三鹵鈣鈦礦納米晶結(jié)合的異質(zhì)結(jié)光電器件,通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦膠體濃度和表面配體量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)控該異質(zhì)結(jié)器件的光電特性。在空氣環(huán)境中,該異質(zhì)結(jié)光電器件的光響應(yīng)可達(dá)6.4×105 mA/W,同時表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和工作穩(wěn)定性。 
 
圖6. CsPbBr3 PNC/monolayer MoS2異質(zhì)結(jié)光電器件的物理結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理示意 
圖7. 不同溶液濃度的鈣鈦礦前驅(qū)體所制備得到的異質(zhì)結(jié)器件的光電特性比較
 

    在該異質(zhì)結(jié)的制備過程中,首先需要在所制備的單層MoS2表面制備Cr/Au電極,利用小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng)(MicroWriter),可以將所設(shè)計(jì)的電極圖案直接在MoS2層表面進(jìn)行曝光,避免由與制備圖形掩膜版所帶來的時間及工藝成本,同時利用MicroWriter所特有的虛擬掩膜對準(zhǔn)(Visual Mask Alignment, VMA)功能,可以在實(shí)際圖形曝光過程中,準(zhǔn)確地找到MoS2目標(biāo)位置,這樣極大地提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施的靈活性。

圖8. CsPbBr3 PNC/monolayer MoS2異質(zhì)結(jié)光電器件的制備流程,紅色框所示為利用無掩膜激光直寫系統(tǒng)(MicroWriter)所制備電極結(jié)構(gòu)示意
 
圖9. (左)利用MicroWriter制備的MoS2基器件的I-V特性曲線,其中所示單層MoS2形貌及表面電極;(右)MicroWriter虛擬掩膜功能(VMA)結(jié)果示意
 

相關(guān)參考

1. 小型無掩膜光刻直寫系統(tǒng):http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=297
 
 

文獻(xiàn)匯總 

2019年:
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[2] Mortet V, Drbohlavova L, Lambert N, et al. Conductivity of boron-doped diamond at high electrical field[J]. Diamond and Related Materials, 2019, 98: 107476.
[3] Armistead F J, De Pablo J G, Gadêlha H, et al. Cells Under Stress: An Inertial-Shear Microfluidic Determination of Cell Behavior[J]. Biophysical journal, 2019, 116(6): 1127-1135.
[4] Salzillo T, Campos A, Mas-Torrent M. Solution-processed thin films of a charge transfer complex for ambipolar field-effect transistors[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7(33): 10257-10263.
[5] Chen H, Liu G, Zhang S, et al. Fundus-simulating phantom for calibration of retinal vessel oximetry devices[J]. Applied optics, 2019, 58(14): 3877-3885.
[6] Zhang S, Xu H, Liao F, et al. Wafer-scale transferred multilayer MoS2 for high performance field effect transistors[J]. Nanotechnology, 2019, 30(17): 174002.
[7] Martin E L, Bryan M T, Pagliara S, et al. Advanced Processing of Micropatterned Elasto-Magnetic Membranes[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2019.
[8] Liu J, Singh A, Llandro J, et al. A low-temperature Kerr effect microscope for the simultaneous magneto-optic and magneto-transport study of magnetic topological insulators[J]. Measurement Science and Technology, 2019.
[9] Ye K, Liu L, Liu Y, et al. Lateral Bilayer MoS2–WS2 Heterostructure Photodetectors with High Responsivity and Detectivity[J]. Advanced Optical Materials, 2019: 1900815.
[10] Gilboa T, Zvuloni E, Zrehen A, et al. Automated, Ultra‐Fast Laser‐Drilling of Nanometer Scale Pores and Nanopore Arrays in Aqueous Solutions[J]. Advanced Functional Materials, 2019: 1900642.
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2019-10-18 10:47:51 644 0
無掩膜直寫光刻系統(tǒng)助力二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)電輸運(yùn)性能研究,意大利

期刊:ACS Nano

IF:18.027

文章鏈接: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09131

 

【引言】


      MoS2是一種典型的二維材料,也是電子器件的重要組成部分。研究者發(fā)現(xiàn),當(dāng)MoS2與石墨烯接觸會產(chǎn)生van der Waals作用,使之具有良好的電學(xué)特性,可廣泛應(yīng)用于各類柔性電子器件、光電器件、傳感器件的研究。然而,MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)背后的電輸運(yùn)機(jī)理尚不明確。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)器件只有兩個接觸點(diǎn),不能將MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電學(xué)輸運(yùn)特性與二維材料自身的電學(xué)特性所區(qū)分。此外,電荷轉(zhuǎn)移、應(yīng)變、電荷在缺陷處被俘獲等因素也會對器件的電輸運(yùn)性能產(chǎn)生影響,進(jìn)一步提高了相關(guān)研究的難度。盡管已有很多文獻(xiàn)報道MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運(yùn)性能,但這些研究主要基于理論計(jì)算,缺乏對MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運(yùn)性能在場效應(yīng)器件中的實(shí)驗(yàn)研究。

 

【成果簡介】


     2021年,意大利比薩大學(xué)Ciampalini教授課題組利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3 制備出基于MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多場效應(yīng)管器件,在場效應(yīng)管器件中直接測量了MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運(yùn)特性。通過比較MoS2的跨導(dǎo)曲線和石墨烯的電流電壓特性,發(fā)現(xiàn)在n通道的跨導(dǎo)輸運(yùn)被抑制,這一現(xiàn)象明顯不同于傳統(tǒng)對場效應(yīng)的認(rèn)知。借助第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)這一獨(dú)特的輸運(yùn)抑制現(xiàn)象與硫空位相關(guān)。


     本文中所使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3無需掩膜版,可在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。設(shè)備采用集成化設(shè)計(jì),全自動控制,可靠性高,操作簡便,同時其還具備結(jié)構(gòu)緊湊(70cm X 70cm X 70cm)、高直寫速度,高分辨率(XY:<1 μm)等特點(diǎn)。靈活多變的前沿光刻技術(shù),有助于MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多場效應(yīng)管器件的研發(fā)。

 

【圖文導(dǎo)讀】


圖1. 多場效應(yīng)管器件結(jié)構(gòu)。(a)通過化學(xué)氣相沉積法合成的石墨烯。(b)同樣用氣相沉積法合成的MoS2。(c)多場效應(yīng)管器件的光學(xué)照片。右側(cè)示意圖中AB為石墨烯作為接觸點(diǎn)的MoS2場效應(yīng)管,CD為MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管。


圖2. MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的拉曼測量結(jié)果。(a)MoS2被轉(zhuǎn)移到石墨烯前和轉(zhuǎn)移后的MoS2拉曼測量結(jié)果。(b)MoS2拉曼光譜中A1g峰與E2g峰的變化關(guān)系。圖中紅色實(shí)線代表MoS2無應(yīng)變時A1g峰與E2g峰間的變化關(guān)系,藍(lán)色實(shí)線代表無摻雜時A1g峰隨E2g峰的變化。(c)在MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中A1g峰的圖譜。(d)石墨烯未被MoS2覆蓋和被覆蓋后的拉曼結(jié)果。(e)石墨烯拉曼光譜中2D峰與G峰間的關(guān)系圖。圖中紅色實(shí)線代表無應(yīng)變時2D峰與G峰間的變化關(guān)系,藍(lán)色實(shí)線代表無摻雜時2D峰隨著G峰的變化。(f)在MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中2D峰的圖譜。


圖3. MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光致螢光光譜(PL)測量結(jié)果。(a)有石墨烯時MoS2的PL光譜(橘色),無石墨烯時MoS2的PL光譜(藍(lán)色)。通過高斯擬合,獲得A和B激子吸收峰的位置。(b)MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中A激子吸收峰的強(qiáng)度。(c)A激子吸收峰在MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的半高寬圖譜。


圖4. MoS2的輸運(yùn)特性。(a)室溫條件下,MoS2在0-80V的VG范圍內(nèi)的I-V特性曲線。(b)轉(zhuǎn)移特性顯示出強(qiáng)烈的遲滯。紅色箭頭表面掃頻方向,紅色虛線為場效應(yīng)移動的預(yù)計(jì)值。其中插圖為測量器件的光學(xué)照片,電極用黑色圓點(diǎn)表示。



圖5. MoS2覆蓋層對石墨烯的電子輸運(yùn)的影響。(a,b)石墨烯上不同MoS2覆蓋面積的器件光學(xué)照片。(c-g)石墨烯上不同MoS2覆蓋面積的轉(zhuǎn)移特性,黑色覆蓋率0%,橘色48%,藍(lán)色 55%,黃色69%,紫色79%。


圖6. 硫空位對場效應(yīng)的影響。(a)MoS2-石墨烯界面的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。(b)不同門電壓條件下,場效應(yīng)所導(dǎo)致的電子和空位的分布。藍(lán)色表示電子,紅色表示空位。(c,d)在不同門電壓條件下,MoS2-石墨烯界面的側(cè)視圖以及硫空位(綠色)的位置。


圖7. 不同硫空位密度條件下,石墨烯導(dǎo)電性能計(jì)算值。

 

【結(jié)論】


      Ciampalini教授課題組首先制備了MoS2-石墨烯二維材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上使用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備了多場效應(yīng)管器件。通過對多場效應(yīng)管器件的直接測量,發(fā)現(xiàn)了MoS2覆蓋層對石墨烯電輸運(yùn)性能的獨(dú)特抑制作用。為了更好地理解這一獨(dú)特電輸運(yùn)現(xiàn)象,采用第一性原理的方法,計(jì)算了硫空位對石墨烯導(dǎo)電性能的影響。該工作為后續(xù)的石墨烯場效應(yīng)電學(xué)及光電器件的研究和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。同時,從文中也可以看出,課題組最主要的優(yōu)勢是能夠制備出基于MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多場效應(yīng)管器件。在制備該器件過程中,需要及時修改相應(yīng)的參數(shù),得到優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,十分依賴靈活多變的光刻手段,小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3可以任意調(diào)整光刻圖形,對二維材料進(jìn)行精準(zhǔn)套刻,幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)器件制備,助力電輸運(yùn)研究。


小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3


2023-06-14 16:49:45 290 0
無掩膜直寫光刻系統(tǒng)助力二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)電輸運(yùn)性能研究,意大利科學(xué)家揭秘其機(jī)理!

期刊:ACS Nano

IF:18.027

文章鏈接: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09131


引言

MoS2是一種典型的二維材料,也是電子器件的重要組成部分。研究者發(fā)現(xiàn),當(dāng)MoS2與石墨烯接觸會產(chǎn)生van der Waals作用,使之具有良好的電學(xué)特性,可廣泛應(yīng)用于各類柔性電子器件、光電器件、傳感器件的研究。然而,MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)背后的電輸運(yùn)機(jī)理尚不明確。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)器件只有兩個接觸點(diǎn),不能將MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電學(xué)輸運(yùn)特性與二維材料自身的電學(xué)特性所區(qū)分。此外,電荷轉(zhuǎn)移、應(yīng)變、電荷在缺陷處被俘獲等因素也會對器件的電輸運(yùn)性能產(chǎn)生影響,進(jìn)一步提高了相關(guān)研究的難度。盡管已有很多文獻(xiàn)報道MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運(yùn)性能,但這些研究主要基于理論計(jì)算,缺乏對MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運(yùn)性能在場效應(yīng)器件中的實(shí)驗(yàn)研究。


成果簡介

2021年,意大利比薩大學(xué)Ciampalini教授課題組利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3 制備出基于MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多場效應(yīng)管器件,在場效應(yīng)管器件中直接測量了MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運(yùn)特性。通過比較MoS2的跨導(dǎo)曲線和石墨烯的電流電壓特性,發(fā)現(xiàn)在n通道的跨導(dǎo)輸運(yùn)被抑 制,這一現(xiàn)象明顯不同于傳統(tǒng)對場效應(yīng)的認(rèn)知。借助第 一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)這一獨(dú)特的輸運(yùn)抑 制現(xiàn)象與硫空位相關(guān)。


本文中所使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3無需掩膜版,可在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。設(shè)備采用集成化設(shè)計(jì),全自動控制,可靠性高,操作簡便,同時其還具備結(jié)構(gòu)緊湊(70cm X 70cm X 70cm)、高直寫速度,高分辨率(XY:<1 μm)等特點(diǎn)。靈活多變的前沿光刻技術(shù),有助于MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多場效應(yīng)管器件的研發(fā)。


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圖文導(dǎo)讀


圖1. 多場效應(yīng)管器件結(jié)構(gòu)。(a)通過化學(xué)氣相沉積法合成的石墨烯。(b)同樣用氣相沉積法合成的MoS2。(c)多場效應(yīng)管器件的光學(xué)照片。右側(cè)示意圖中AB為石墨烯作為接觸點(diǎn)的MoS2場效應(yīng)管,CD為MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管。


圖2. MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的拉曼測量結(jié)果。(a)MoS2被轉(zhuǎn)移到石墨烯前和轉(zhuǎn)移后的MoS2拉曼測量結(jié)果。(b)MoS2拉曼光譜中A1g峰與E2g峰的變化關(guān)系。圖中紅色實(shí)線代表MoS2無應(yīng)變時A1g峰與E2g峰間的變化關(guān)系,藍(lán)色實(shí)線代表無摻雜時A1g峰隨E2g峰的變化。(c)在MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中A1g峰的圖譜。(d)石墨烯未被MoS2覆蓋和被覆蓋后的拉曼結(jié)果。(e)石墨烯拉曼光譜中2D峰與G峰間的關(guān)系圖。圖中紅色實(shí)線代表無應(yīng)變時2D峰與G峰間的變化關(guān)系,藍(lán)色實(shí)線代表無摻雜時2D峰隨著G峰的變化。(f)在MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中2D峰的圖譜。


圖3. MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光致螢光光譜(PL)測量結(jié)果。(a)有石墨烯時MoS2的PL光譜(橘色),無石墨烯時MoS2的PL光譜(藍(lán)色)。通過高斯擬合,獲得A和B激子吸收峰的位置。(b)MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中A激子吸收峰的強(qiáng)度。(c)A激子吸收峰在MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的半高寬圖譜。


圖4. MoS2的輸運(yùn)特性。(a)室溫條件下,MoS2在0-80V的VG范圍內(nèi)的I-V特性曲線。(b)轉(zhuǎn)移特性顯示出強(qiáng)烈的遲滯。紅色箭頭表面掃頻方向,紅色虛線為場效應(yīng)移動的預(yù)計(jì)值。其中插圖為測量器件的光學(xué)照片,電極用黑色圓點(diǎn)表示。


圖5. MoS2覆蓋層對石墨烯的電子輸運(yùn)的影響。(a,b)石墨烯上不同MoS2覆蓋面積的器件光學(xué)照片。(c-g)石墨烯上不同MoS2覆蓋面積的轉(zhuǎn)移特性,黑色覆蓋率0%,橘色48%,藍(lán)色 55%,黃色69%,紫色79%。


圖6. 硫空位對場效應(yīng)的影響。(a)MoS2-石墨烯界面的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。(b)不同門電壓條件下,場效應(yīng)所導(dǎo)致的電子和空位的分布。藍(lán)色表示電子,紅色表示空位。(c,d)在不同門電壓條件下,MoS2-石墨烯界面的側(cè)視圖以及硫空位(綠色)的位置。


圖7. 不同硫空位密度條件下,石墨烯導(dǎo)電性能計(jì)算值。


若您對設(shè)備有任何問題,歡迎掃碼咨詢!



結(jié)論

Ciampalini教授課題組首先制備了MoS2-石墨烯二維材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上使用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備了多場效應(yīng)管器件。通過對多場效應(yīng)管器件的直接測量,發(fā)現(xiàn)了MoS2覆蓋層對石墨烯電輸運(yùn)性能的獨(dú)特抑 制作用。為了更好地理解這一獨(dú)特電輸運(yùn)現(xiàn)象,采用第 一性原理的方法,計(jì)算了硫空位對石墨烯導(dǎo)電性能的影響。該工作為后續(xù)的石墨烯場效應(yīng)電學(xué)及光電器件的研究和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。同時,從文中也可以看出,課題組最主要的優(yōu)勢是能夠制備出基于MoS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多場效應(yīng)管器件。在制備該器件過程中,需要及時修改相應(yīng)的參數(shù),得到優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,十分依賴靈活多變的光刻手段,小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3可以任意調(diào)整光刻圖形,對二維材料進(jìn)行精 準(zhǔn)套刻,幫助用戶快速實(shí)現(xiàn)器件制備,助力電輸運(yùn)研究



小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3


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2023-06-29 10:11:54 295 0
成果速遞|超高分辨散射式近場光學(xué)顯微鏡在超快研究領(lǐng)域ZX應(yīng)用

    近年來,范德瓦爾斯(vdW)材料中的表面極化激元(SP)研究,例如等離極化激元、聲子極化激元、激子極化激元以及其他形式極化激元等,受到了廣大科研工作者的關(guān)注,成為了低維材料領(lǐng)域納米光學(xué)研究的熱點(diǎn)。其中,范德瓦爾斯原子層狀晶體存在獨(dú)特的激子極化激元,可誘導(dǎo)可見光到太赫茲廣闊電磁頻譜范圍內(nèi)的光學(xué)波導(dǎo)。同時,具有較強(qiáng)的激子共振可以實(shí)現(xiàn)非熱刺激(包括靜電門控和光激發(fā))的光波導(dǎo)調(diào)控。

    前期的眾多研究工作表明,掃描近場光學(xué)顯微鏡(SNOM)已經(jīng)被廣泛用于穩(wěn)態(tài)波導(dǎo)的可視化表征,非常適合評估范德瓦爾斯半導(dǎo)體的各向異性和介電張量。 如上所述,范德瓦爾斯材料中具有異常強(qiáng)烈的激子共振,這些激子共振能產(chǎn)生吸收和折射光譜特征,這些特征同樣被編碼在波導(dǎo)模式的復(fù)波矢量qr中,鑒于范德瓦爾斯半導(dǎo)體在近紅外和可見光范圍內(nèi)對ab-平面的光學(xué)極化率有重大影響,因此引起了人們的研究興趣。

    2020年7月,美國哥倫比亞大學(xué)Aaron J. Sternbach和D.N. Basov教授等研究者在Nature Communications上發(fā)表了題為:”Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides”的研究文章。研究者以范德瓦爾斯半導(dǎo)體中的WSe2材料為例,利用德國neaspec公司的納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng),通過飛秒激光激發(fā)研究了WSe2材料中光波導(dǎo)在空間和時間中的電場分布,并成功提取了飛秒光激發(fā)后光學(xué)常數(shù)的時間演化關(guān)系。同時,研究者也通過監(jiān)視波導(dǎo)模式的相速度,探測了WSe2材料中受激非相干的A-exciton漂白和相干的光學(xué)斯塔克(Stark)位移。                                                                原文導(dǎo)讀:

①    在納米空間分辨超快光譜和成像(tr-SNOM)實(shí)驗(yàn)中(圖1,a),研究者首先將Probe探測光(藍(lán)色)照到原子力顯微鏡(AFM)探針JD的頂點(diǎn)上,從探針JD頂點(diǎn)(光束A)散射回的光被離軸拋物面鏡(OAPM)收集并發(fā)送到檢測器。同時,WSe2材料的中的波導(dǎo)被激發(fā)并傳播到樣品邊緣后,進(jìn)而波導(dǎo)被散射到自由空間(光束B)。第二個Pump泵通道(紅色)可均勻地擾動樣本并改變波導(dǎo)的傳播。 通過在WSe2/SiO2界面處的近場tr-SNOM的振幅圖像(圖1b)可明顯觀察到約120 nm厚WSe2材料邊緣(白色虛線)處形成的特征周期條紋—光波導(dǎo)電場分布。研究者進(jìn)一步通過定量分析數(shù)據(jù),分別獲取了穩(wěn)態(tài)和光激發(fā)態(tài)下,WSe2中波導(dǎo)的光波導(dǎo)的相速度q1,r和q1,p。

圖1:納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng)對WSe2材料中光波導(dǎo)的納米成像結(jié)果。

a:實(shí)驗(yàn)示意圖(藍(lán)色為Probe光,紅色為Pump光);b:近場納米光學(xué)成像 c: 在穩(wěn)態(tài)下,WSe2邊緣的近場光學(xué)振幅圖像;d: 光激發(fā)態(tài)下,延遲時間 Δt=1ps的WSe2邊緣的近場光學(xué)振幅圖像;e: 分別對c、d進(jìn)行截面分析,獲取定量數(shù)據(jù)。Probe探測能量,E=1.45 eV

②    研究者通過變化Probe探測能量范圍(1.46–1.70 eV)及其理論計(jì)算成功獲取了WSe2晶體穩(wěn)態(tài)下的色散關(guān)系和理論數(shù)據(jù)顯示A-exciton所對應(yīng)的能量。

圖2:WSe2晶體穩(wěn)態(tài)動力學(xué)的時空納米成像研究。

a: 不同Probe能量的近場光學(xué)振幅;b: 傅里葉變換(FT)分析; c:  Lorentz擬合的WSe2塊體材料介電常數(shù)面內(nèi)組成;d: 基于Lorentz模型理論計(jì)算的能量動量分布(吸收光譜)。Probe探測能量,E 1.46–1.70 eV。

③    為了進(jìn)一步研究光激發(fā)下WSe2中波導(dǎo)的色散和動力學(xué),研究者進(jìn)一步在90 nm的WSe2材料上,通過探測能量E = 1.61 eV,泵浦能量E = 1.56 eV,泵浦功率1.5 mW的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了一列的納米空間分辨超快光譜和理論研究。研究結(jié)果表明(圖3a,b),研究者成功獲取到了不同延遲時間Δt與δq2和δq1的關(guān)系。結(jié)果表明:光激發(fā)后的DY個ps內(nèi),虛部q2(圖3a)突然下降(δq2<0)并迅速恢復(fù)。另一方面,理論計(jì)算結(jié)果(圖3,c)顯示了在A-exciton附近(黑色虛線箭頭),初始能量Ex處,穩(wěn)態(tài)(黑色虛線)和激發(fā)態(tài)A-exciton能量Ex’(藍(lán)色箭頭)分別的色散關(guān)系。

    為了弄清各種瞬態(tài)機(jī)制,微分色散關(guān)系被研究者引入。首先,研究者定義了微分關(guān)系:δqj=qj,p – qj,r,(j=1,2 分別代表波矢的實(shí)部和虛部,p, pump激發(fā)態(tài),r 穩(wěn)態(tài))。研究者的理論及實(shí)驗(yàn)微分色散關(guān)系結(jié)果(圖3 d、e)成功顯示了光誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變中A-exciton的動力學(xué)行為。結(jié)果表明:A-exciton附近微分色散的特征是由兩個伴隨效應(yīng)引起的:(i)僅在Δt=0時觀察到的A-exciton的7 meV藍(lán)移; (ii)A-exciton的漂白(定義為光譜頻譜展寬和/或振蕩強(qiáng)度降低(見圖3d)。 趨勢(i)在1 ps內(nèi)恢復(fù),與YZ耗散的動力學(xué)一致(圖3a)。因此,研究者得出結(jié)論,A-exciton共振的瞬態(tài)藍(lán)移是由于相干的光誘導(dǎo)過程所引起。 趨勢(ii)持續(xù)時間更長,因此歸因于非相干激子動力學(xué)。


圖3:WSe2中波導(dǎo)模的微分色散和動力學(xué)研究。

a: δq2與Δt曲線;b: δq1與Δt曲線;  c: 平衡和非平衡條件下洛倫茲模型計(jì)算的色散關(guān)系;d: 理論微分色散關(guān)系;e: 實(shí)驗(yàn)微分色散關(guān)系

    綜上所述,波導(dǎo)的瞬態(tài)納米超快成像使我們能夠以亞皮秒(ps)時間分辨率來量化光誘導(dǎo)變化的WSe2光學(xué)特性。研究者在WSe2上成功觀察到了光誘導(dǎo)相速度的大幅變化,這表明所觀察到的效應(yīng)可能在范德瓦爾斯半導(dǎo)體中普遍存在。此外,研究者的研究結(jié)果表明,我們可以按需調(diào)諧范德瓦爾斯半導(dǎo)體的光學(xué)雙折射行為。另一方面,研究者的工作開創(chuàng)性地發(fā)展了利用tr-SNOM探測超快激子動力學(xué)的工作,并為利用波導(dǎo)作為定量光譜學(xué)工具研究納米級光誘導(dǎo)動力學(xué)鋪平了道路。研究者認(rèn)為這種超快泵浦探測方法的高空間和時間分辨率,可能同樣適用于新奇拓?fù)洳牧现械倪吘壞J胶瓦吘壭?yīng)的研究。

    neaspec公司利用十?dāng)?shù)年在近場及納米紅外領(lǐng)域的技術(shù)積累,開發(fā)出的全新納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng),其Pump激發(fā)光可兼容可見到近紅外的多組激光器,Probe探測光可選紅外(650-2200 cm-1)或太赫茲(0.5-2 T)波段,實(shí)現(xiàn)了在超高空間分辨(20 nm)和超高時間分辨(50 fs)上對被測物質(zhì)的同時表征,可廣泛用于二維拓?fù)洳牧?、范德瓦爾斯(vdW)材料、量子材料的超快動力學(xué)研究。

 

參考文獻(xiàn):

[1]. Aaron J. Sternbach et.al. Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides, Nature Communications , 11, 3567 (2020);https://www.nature.com/articles/s41467-020-17335-w


2020-09-03 12:37:49 511 0
科學(xué)物理Z新成果
 
2007-04-09 02:28:27 292 2
復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系倪秀元課題組怎么樣
 
2017-05-27 11:13:10 590 1
文獻(xiàn)速遞?動物活體成像系統(tǒng)在白血病耐藥機(jī)制研究中的應(yīng)用

慢性髓系白血病(Chronic myeloid leukemia, CML)是一種由造血干細(xì)胞染色體t(9;22)(q34;q11)易位引起,并在分子水平上形成Bcr-Abl融合基因的骨 髓增生性疾病。使用酪氨酸激酶抑 制劑(Tyrosine kinase inhibitors, TKIs)可以緩解疾病,但TKIs耐藥性是治 療失敗或誘發(fā)急性白血病的主要問題。


根據(jù)Abl激酶結(jié)構(gòu)域點(diǎn)突變的不同,TKIs的耐藥機(jī)制主要包括Bcr-Abl依賴型和非Bcr-Abl依賴型。Bcr-Abl依賴型的耐藥性最常見,它會干擾小分子酪氨酸激酶抑 制劑伊馬替尼(Imtatinib, IM)結(jié)合和隨后的激酶抑 制。然而,超過50%的耐藥CML患者中并沒有Bcr-Abl突變。


▲ 慢性髓系白血病


蛋白激酶C(Protein kinases C, PKCs)在細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、增殖、凋亡和造血干細(xì)胞分化等多種細(xì)胞過程中發(fā)揮作用,并和Bcr-Abl協(xié)調(diào)參與對惡性細(xì)胞轉(zhuǎn)化至關(guān)重要的幾種信號通路。實(shí)驗(yàn)和臨床證據(jù)表明,使用PKC抑 制劑可以有效地治 療CML。最近,不同的PKC亞型也被報道參與CML細(xì)胞的耐藥,但是,PKC信號在CML TKIs耐藥中的作用并不清楚。


▲ 蛋白激酶C的晶體結(jié)構(gòu)


近日,貴州醫(yī)科大學(xué)王季石教授課題組根據(jù)先前的研究結(jié)果:一種泛PKCs抑 制劑星孢菌素(Stauroporine)在低濃度下可以有效地逆轉(zhuǎn)K562R細(xì)胞(沒有任何突變)的IM耐藥,因此推測Bcr-Abl非依賴型IM耐藥可能是由PKC亞型介導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上,鑒于白血病干細(xì)胞(Leukemia stem cells)在CML TKIs耐藥中起基礎(chǔ)性作用,研究首次在Bcr-Abl非依賴型TKI耐藥的CML患者CD34+細(xì)胞中檢測到9種PKCs亞型的表達(dá)。對PKC亞型異常表達(dá)所介導(dǎo)的機(jī)制進(jìn)行深入研究時,使用博鷺騰AniView100多模式動物活體成像系統(tǒng)拍攝的活體成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從體內(nèi)進(jìn)一步證明PKC-β的過表達(dá)與腫瘤耐藥密切相關(guān),表明靶向PKC-β過表達(dá)可能是克服CML耐藥的一種新的治 療機(jī)制。


相關(guān)成果已發(fā)表在期刊《Journal of Cellular Physiology》。


▲抑 制PKC-β可增強(qiáng)IM對CML細(xì)胞的體內(nèi)殺傷作用

(a) 博鷺騰AniView100拍攝的不同藥物處理的CML小鼠模型中白血病細(xì)胞的活體示蹤成像圖。LY333531: PKCβ 抑 制劑。

(b) 流式細(xì)胞儀檢測各組小鼠CD33+和CD45+細(xì)胞。

(c) 直方圖顯示流式細(xì)胞儀檢測的各組小鼠CML細(xì)胞的差異。

(d) 各組小鼠的生存曲線。

(e、f) 比較各組小鼠脾 臟體積和重量。

(g、h) Wright‘s染色檢測各組小鼠外周血中CML的進(jìn)展情況。統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用t檢驗(yàn)。**表示p<0.01,*表示p<0.05。



參考文獻(xiàn)

1、Ma D, et al. PKC‐β/Alox5 axis activation promotes Bcr‐Abl‐independent TKI‐resistance in chronic myeloid leukemia[J]. Journal of Cellular Physiology, 2021.

2、Zubair M S, et al. Cembranoid Diterpenes as Antitumor: Molecular Docking Study to Several Protein Receptor Targets[C]// International Conference on Computation for Science & Technology. 2015.


2021-08-20 17:33:32 515 0
包信和的主要成果
 
2018-12-05 11:43:37 344 0
文獻(xiàn)速遞?多模式活體成像系統(tǒng)在肝癌藥物載體研究中的應(yīng)用

肝癌是最常見的致命癌癥之一。目前臨床上主要采用手術(shù)切除癌變肝組織,同時以化療、放療等方式阻止正常肝細(xì)胞被感染惡化來治 療肝癌;但是,化療會濫殺濫傷各組織的正常細(xì)胞,并產(chǎn)生極大的副作用,而且在肝癌細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移或再生后也難以治愈。


因此,設(shè)計(jì)與制造出更好的用于肝癌治 療的藥物,是醫(yī)藥研究人員亟待解決的難題。如何提高藥物療 效,不僅可以從藥物結(jié)構(gòu)本身出發(fā),而且可以從藥物載體入手。選擇新型藥物載體或靶向基團(tuán),可以使有效藥物分子直接作用于癌癥患處,提高藥物靶向性,減少藥物對正常組織的傷害,減輕患者的疼痛。


近日,遼寧新藥研發(fā)重 點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李麗教授課題組成功構(gòu)建并制備了兩種甘草次酸修飾的金屬有機(jī)框架藥物載體,并通過組織分布和活體成像實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證載體具有明顯的肝靶向性。該成果已發(fā)表在納米技術(shù)與精密工程領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Nanotechnology》。



1. 甘草次酸(GA)

甘草次酸(Glycyrrhetininc Acid,GA)是從中草藥甘草中提取分離出來的具有抗 炎、抗病毒、抗?jié)兊榷喾N藥理活性的甘草酸苷元。近期研究發(fā)現(xiàn),在肝細(xì)胞膜上鑲嵌著許多GA特異性受體,可與GA特異性結(jié)合,因此,GA作為藥物靶向分子進(jìn)行修飾的藥物載體已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)和一種新的靶向性治 療肝癌的有效途徑。


2. 金屬有機(jī)框架(MOFs)

金屬有機(jī)框架材料(Metal-organic Frameworks,MOFs),是一類通過組裝無機(jī)金屬離子與有機(jī)配體形成的具有多孔隙、高比表面積的新型材料。它的最 大的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的生物相容性,而且會在體內(nèi)特定環(huán)境中自行分解,減少藥物在體內(nèi)的副作用,降低耐藥性,提高藥物治 LX率。


通過在MOFs表面修飾GA,可以實(shí)現(xiàn)MOFs的肝靶向性,并且MOFs的孔隙率高,具有超大比表面積,可以有效裝載藥物,提高載藥能力。

兩種MOFs載體:Uio-66-COOH-1,4-丁二胺-GA與UiO-66-NH2-GA。


3. 小鼠體內(nèi)靶向性研究

DiR熒光染料,DiR@Uio-66-COOH-1,4-丁二胺-GA和DiR@Uio-66-NH2-GA 在小鼠體內(nèi)不同時間段的熒光成像圖

DiR熒光染料,DiR@Uio-66-COOH-1,4-丁二胺-GA和DiR@Uio-66-NH2-GA 在心、肝、脾、肺、腎的熒光成像圖


關(guān)于多模式動物活體成像系統(tǒng)

AniView100多模式動物活體成像系統(tǒng)是廣州博鷺騰生物科技有限公司全新推出的高靈敏度、多模式動物活體成像系統(tǒng)。其采用一級背部薄化、背部感光超低溫CCD相機(jī),具有極高的檢測靈敏度。大功率全波長鹵素?zé)艏ぐl(fā)光源配合精密復(fù)雜的全局光源和萬向鵝頸管點(diǎn)狀光源光路系統(tǒng),再加上頂 級的光譜轉(zhuǎn)換能力和多組濾光片組合,極大的提高了熒光信號的特異性,并大大縮短曝光時間。


2021-08-26 17:16:31 554 0
NBR綜述:痛覺研究重要進(jìn)展!尤浩軍教授課題組提出痛覺內(nèi)源性調(diào)控新理念

疼痛是一種不愉快的感覺和情感體驗(yàn),其產(chǎn)生與實(shí)際存在或潛在的組織損傷有關(guān)。進(jìn)入21世紀(jì),疼痛已被WHO(世界衛(wèi)生組織)和IASP(國際疼痛研究協(xié)會)認(rèn)為是除呼吸、脈搏、體溫和血壓這四大生命體征之外的“第五大生命體征”,由此體現(xiàn)了疼痛研究在生命和健康科學(xué)研究領(lǐng)域的重要性。近年來,得益于分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,疼痛研究在細(xì)胞和分子水平上取得了長足的進(jìn)展。然而,疼痛學(xué)基礎(chǔ)研究與臨床治療之間仍存在著明顯的脫節(jié)現(xiàn)象。尤其是疼痛的生理和病理機(jī)制,特別是病理性痛的產(chǎn)生、維持和調(diào)控機(jī)制仍未闡明,相關(guān)臨床治療/效果也不佳。近年來,延安大學(xué)“感覺與運(yùn)動疾病轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心”尤浩軍教授課題組對痛覺內(nèi)源性調(diào)控作用及其可塑變化開展了較為細(xì)致的研究。2022年8月,課題組在Neuroscience and Biobehavioral Reviews(中科院大類一區(qū)Top期刊)上發(fā)表題為“Thalamus:The ‘promoter’ of endogenous modulation of pain and potential therapeutic target in pathological pain”科研論文。該論文聚焦病理性疼痛的誘導(dǎo)、發(fā)生和發(fā)展相關(guān)科學(xué)問題,回顧了百年疼痛研究中所遇到的科學(xué)問題及臨床疼痛治療難點(diǎn),提出相關(guān)科學(xué)問題,據(jù)此重點(diǎn)闡述了以丘腦作為啟動子(Promotor)在外周傷害性信息的傳入識別和痛覺內(nèi)源性調(diào)控中的作用及相關(guān)機(jī)制。

通過回顧百余年來疼痛學(xué)研究進(jìn)展,該綜述分別論述了疼痛學(xué)三大理論(特異學(xué)說、型式學(xué)說和閘門學(xué)說)的內(nèi)容及相關(guān)局限性,辨析了疼痛學(xué)基礎(chǔ)研究和臨床治療應(yīng)用中存在的矛盾現(xiàn)象。例如,上述疼痛學(xué)三大理論均不能對痛覺中/樞敏化現(xiàn)象的維持和發(fā)展給予很好的解釋。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合課題組發(fā)表的系列相關(guān)科研成果(15篇SCI論文),作者創(chuàng)新性提出了以丘腦(MD核和VM核)為啟動子(Promotor)介導(dǎo)的痛覺內(nèi)源性調(diào)控時空特異科研假說,為疼痛學(xué)特異性、型式和閘門學(xué)說提供了全新擴(kuò)展。在文章中,作者創(chuàng)新性地提出圍繞“丘腦內(nèi)側(cè)背側(cè)核(MD)-扣帶皮層-背外側(cè)中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)/背柱-脊髓背角淺層(Ⅰ-Ⅱ?qū)樱焙汀扒鹉X腹內(nèi)側(cè)核(VM)-島葉皮質(zhì) - 腹外側(cè)中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)-背外側(cè)索-脊髓背角深部(Ⅳ-Ⅵ層)”的痛覺內(nèi)源性調(diào)控雙特異通路,進(jìn)而分別執(zhí)行迥異的痛覺內(nèi)源性易化和抑/制調(diào)控作用。

(圖1,丘腦介導(dǎo)的痛覺內(nèi)源性調(diào)控雙特異通路示意圖)
上述科研假說全新闡釋了當(dāng)前痛覺研究所面臨的相關(guān)關(guān)鍵科學(xué)問題,如痛覺中/樞敏化的含義,a片“鎮(zhèn)痛-痛敏”現(xiàn)象,針刺鎮(zhèn)痛與“小痛鎮(zhèn)大痛”的相關(guān)科學(xué)問題等,尤其針對病理性痛的臨床治療,該論文進(jìn)一步提出了“不引起明顯痛感”43℃溫?zé)嵛锢碇瓮春头D(zhuǎn)“痛覺內(nèi)源性下行易化和下行抑/制激活閾值”的藥物治痛新理念。
(圖2,丘腦“痛覺識別器”控制的內(nèi)源性痛覺下行控制觸發(fā)閾值變化示意圖)
綜上,文章提出的創(chuàng)新性理念為生理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、針灸學(xué)、康復(fù)學(xué)及麻醉學(xué)涉及痛與鎮(zhèn)痛的基礎(chǔ)科研及臨床治療提供了新思路和治療方案。上述系列論點(diǎn)也得到Neuroscience and Biobehavioral Reviews審稿人和編輯的肯定性評價,認(rèn)為具有科研原創(chuàng)性和新穎性。該文章極大地完善并豐富了現(xiàn)有的疼痛學(xué)理論和調(diào)控機(jī)制,為疼痛學(xué)基礎(chǔ)研究和臨床治療提供了重要參考。
論文原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2022.104745

延安大學(xué)“感覺與運(yùn)動疾病轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心”課題組簡介

延安大學(xué)“感覺與運(yùn)動疾病轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心”(簡稱“感運(yùn)中心”)一直致力于痛覺基礎(chǔ)研究與臨床治療轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究工作。通過緊密圍繞“痛覺內(nèi)源性調(diào)控作用及機(jī)制”這一科學(xué)問題,感運(yùn)中心團(tuán)隊(duì)對生理及病理狀態(tài)下的痛覺內(nèi)源性調(diào)控作用及機(jī)制給予了較為系統(tǒng)的觀察和研究,提出了系列科研新論點(diǎn):(1)“痛覺內(nèi)源性調(diào)控時空影響”論點(diǎn);(2)“不引起明顯痛感”溫針治痛新理念;(3)丘腦介導(dǎo)的“超前鎮(zhèn)痛”麻醉鎮(zhèn)痛新觀點(diǎn),為疼痛學(xué)、麻醉學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、中醫(yī)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的基礎(chǔ)和臨床工作者對“痛與治痛”神經(jīng)調(diào)控機(jī)制的深入理解和有效治療(如中醫(yī)“灸法”治痛)提供了新資料和證據(jù)。

團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有教授4名,副教授3人,講師5人,碩/博士研究生20余人,課題組骨干成員均有海外留學(xué)背景。目前,團(tuán)隊(duì)已主持和/或完成近20項(xiàng)國內(nèi)、外科研基金,其中11項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)成員在“Neuroscience and Biobehavioral Reviews”、“J.Physiol.”、“Pain”和“Neuroscience”等國際專業(yè)性學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表SCI論文50余篇,研究成果得到較為廣泛引用。


2022-10-17 09:20:40 280 0
NBR綜述:痛覺研究重要進(jìn)展!尤浩軍教授課題組提出痛覺內(nèi)源性調(diào)控新理念

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文獻(xiàn)精讀第33期

文章概述

成癮復(fù)發(fā)是a片類藥物導(dǎo)致死亡的主要原因。已有的研究表明,伏隔核(Nucleus Accumbens core, NAcore)中突觸谷氨酸失調(diào)是成癮行為復(fù)發(fā)的一個關(guān)鍵因素。在動物成癮模型中,谷氨酸失調(diào)在很大程度上是由于表達(dá)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體GLT-1的NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生了變化,包括星形膠質(zhì)細(xì)胞的突起從神經(jīng)元突觸上縮回以及星形膠質(zhì)細(xì)胞GLT-1的表達(dá)下調(diào),但是它們在成癮復(fù)發(fā)中的作用和機(jī)制仍然有待進(jìn)一步明確。

2022年8月10日,南卡羅萊納醫(yī)科大學(xué)的研究人員在《Science Advances》雜志上發(fā)表題為“Plasticity in astrocyte subpopulations regulates heroin relapse”的文章。該研究揭示了大鼠NAcore中表達(dá)GLT-1的星形膠質(zhì)細(xì)胞是如何適應(yīng)并促進(jìn)hailuoyin尋求的。hailuoyin線索會導(dǎo)致NAcore中不同的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群產(chǎn)生兩種短暫的可塑性:一個亞群的細(xì)胞突起與神經(jīng)元突觸的鄰接性增加,另一個亞群中星形膠質(zhì)細(xì)胞的GLT-1在神經(jīng)元突觸外表達(dá)增加。抑/制星形膠質(zhì)細(xì)胞上述兩種可塑性會促進(jìn)線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求。該研究結(jié)果表明,hailuoyin線索會通過短暫誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群不同形式的可塑性來抑/制hailuoyin的復(fù)吸,這也為藥物成癮復(fù)發(fā)的治療提供了一種有前景的途徑。

核心觀點(diǎn)

1、hailuoyin線索會在不同的星形膠質(zhì)亞群中產(chǎn)生兩種短暫的可塑性:其中一個亞群的細(xì)胞突起與鄰近神經(jīng)元突觸的鄰接性增加;而在另一個亞群中,星形膠質(zhì)細(xì)胞GLT-1的表達(dá)在鄰近神經(jīng)元的突觸外顯著增加;

2、通過反義核酸靶向抑/制上述星型膠質(zhì)細(xì)胞亞群的兩種短暫可塑性會促進(jìn)線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求;

3、hailuoyin線索會選擇性地增加星形膠質(zhì)細(xì)胞的突起與D2中型多棘神經(jīng)元(Medium Spiny Neurons, MSNs)樹突突觸的鄰接性,而星形膠質(zhì)細(xì)胞GLT-1在神經(jīng)元突觸外的表達(dá)增加則無神經(jīng)元亞型特異性。

研究結(jié)果分析

1. hailuoyin線索導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞表面近端GLT-1的表達(dá)短暫升高

為了探討NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞在hailuoyin尋求中的變化機(jī)制,作者利用操作性學(xué)習(xí)的自身給藥范式來模擬動物成癮-戒斷-復(fù)發(fā)行為,并利用膜結(jié)合的熒光報告基因?qū)Acore星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了標(biāo)記。大鼠在訓(xùn)練后接受10天的自身給藥(hailuoyin或蔗糖)、10天的戒斷、以及部分小鼠接受隨后的線索誘導(dǎo)hailuoyin尋求(不給予實(shí)際的hailuoyin或蔗糖獎勵,其中線索誘導(dǎo)15分鐘作為藥物渴望或?qū)で蟮慕Y(jié)果,線索暴露120分鐘作為線索戒斷的結(jié)果)。在對大鼠NAcore切片突觸前的Synapsin I 和GLT-1進(jìn)行免疫標(biāo)記后,利用共聚焦顯微鏡進(jìn)行成像。

免疫組化結(jié)果顯示,在hailuoyin戒斷后,星形膠質(zhì)細(xì)胞質(zhì)膜與Synapsin I的共定位減少,GLT-1的總表達(dá)減少,但是GLT-1在星形膠質(zhì)細(xì)胞表面的比例沒有改變。在戒斷之后,15分鐘的線索誘導(dǎo)增加了hailuoyin組大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞與突觸的接觸,以及表面近端(表面250nm內(nèi))GLT-1表達(dá)高水平星形膠質(zhì)細(xì)胞的比例。這種突觸近端星形膠質(zhì)細(xì)胞突起和GLT-1表面水平的增加都是短暫的,在120分鐘的線索暴露后會恢復(fù)到戒斷水平,這一時間過程與成癮復(fù)發(fā)期間細(xì)胞外谷氨酸的上升和下降相平行。hailuoyin戒斷導(dǎo)致了GLT-1與Synapsin I的共定位減少。盡管hailuoyin尋求會導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞表面近端GLT-1的增加,但是并不能恢復(fù)階段后GLT-1與Synapsin I的共定位,相反,線索誘導(dǎo)的表面近端GLT-1的增加都是在突觸之外的。


2. hailuoyin線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞可塑性表現(xiàn)出細(xì)胞亞群異質(zhì)性

hailuoyin線索誘導(dǎo)15分鐘后,星形膠質(zhì)細(xì)胞與突觸的鄰近性短暫增加,但表面近端GLT-1的表達(dá)增加沒有與Synapsin I共定位,這表明這些線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞可塑性可能發(fā)生在不同的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群中。利用主成分分析,根據(jù)星形膠質(zhì)細(xì)胞與突觸的鄰接性和表面近端GLT-1的水平,作者將NAcore中的星形膠質(zhì)細(xì)胞分成了高突觸鄰接性(1型)、表面近端GLT-1高水平(2型)、以及低至中度突觸鄰接和表面GLT-1表達(dá)(3型)三個亞群。生理鹽水組大鼠的大部分NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞主要為1型和3型。hailuoyin戒斷大鼠中1型星形膠質(zhì)細(xì)胞減少,2型星形膠質(zhì)細(xì)胞增加。15分鐘的hailuoyin線索誘導(dǎo)導(dǎo)致1型星形膠質(zhì)細(xì)胞短暫恢復(fù),2型星形膠質(zhì)細(xì)胞質(zhì)比例進(jìn)一步增加。120分鐘的hailuoyin線索暴露后,3型星形膠質(zhì)細(xì)胞占主導(dǎo)地位。

3. 在NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞中,Gq信號增加了細(xì)胞突起與突觸的鄰接性,但不增加細(xì)胞表面GLT-1的水平

培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞上,Gq偶聯(lián)信號通過代謝性谷氨酸受體mGluR5促進(jìn)ezrin依賴的星形膠質(zhì)細(xì)胞突起精細(xì)的運(yùn)動。為了確定Gq型mGluR信號是否會觸發(fā)線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞突起運(yùn)動,作者在線索誘導(dǎo)時利用化學(xué)遺傳學(xué)的方法激活NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞,并對星形膠質(zhì)細(xì)胞的突觸鄰接性和表面近端GLT-1的表達(dá)進(jìn)行了分析。星形膠質(zhì)細(xì)胞激活增加了星形膠質(zhì)細(xì)胞突起與Synapsin I的共定位,但不影響表面近端GLT-1水平。這些數(shù)據(jù)表明,在藥物尋求過程中,Gq信號在NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞中能夠觸發(fā)形態(tài)可塑性,而突觸外GLT-1表達(dá)的增加可能涉及不同的信號級聯(lián)。

4.在星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群中,線索誘導(dǎo)的可塑性降低會增加hailuoyin尋求

為了確定線索誘導(dǎo)的1型和2型星形膠質(zhì)細(xì)胞塑性是否影響hailuoyin尋求,作者在動物戒斷后利用反義核酸特異性的阻斷GLT-1或ezrin。hailuoyin線索誘導(dǎo)15分鐘后,大鼠的hailuoyin尋求恢復(fù),ezrin或GLT-1基因的下調(diào)增強(qiáng)了動物對hailuoyin的渴求。因此,1型或2型星形膠質(zhì)細(xì)胞可塑性在線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求過程中起著抑/制hailuoyin渴求的代償作用。形態(tài)學(xué)結(jié)果表明,ezrin敲除降低了NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞的突觸鄰接性,而GLT-1敲除進(jìn)一步降低了GLT-1的總水平,并阻斷了線索誘導(dǎo)的表面近端GLT-1的表達(dá)增加。此外,GLT-1敲除不改變NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞的突觸鄰近性,ezrin敲除不影響GLT-1總水平或表面近端GLT-1水平。正如預(yù)期的那樣,GLT-1或ezrin的獨(dú)立敲除降低了GLT-1與Synapsin I的共定位。


5. 在hailuoyin成癮及復(fù)發(fā)前后,NAcore星形膠質(zhì)細(xì)胞與D1-MSNs和D2-MSNs形成有差異的關(guān)聯(lián)

NAcore中兩個主要的神經(jīng)元亞型D1-MSNs和D2-MSNs的活性分別驅(qū)動藥物尋求和尋求消退。因此,作者推測NAcore中不同類型的星形膠質(zhì)細(xì)胞與D1-MSNs和D2-MSNs獨(dú)特相關(guān),從而有助于它們在減少線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求方面的功能作用。為了驗(yàn)證這一假設(shè),作者在動物訓(xùn)練前對D1和D2神經(jīng)元進(jìn)行了標(biāo)記,在一系列的成癮-戒斷-復(fù)發(fā)實(shí)驗(yàn)后對孤立的星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行成像,并定量觀察其與病毒標(biāo)記的D1-MSNs和D2-MSNs樹突以及突觸標(biāo)記的Synapsin I或GLT-1的關(guān)系。免疫組化結(jié)果顯示,星形膠質(zhì)細(xì)胞在戒斷后從NAcore樹突上縮回,在線索誘導(dǎo)后星形膠質(zhì)細(xì)胞突起重新向突觸插入。在戒斷訓(xùn)練后,星形膠質(zhì)細(xì)胞在D1-MSNs突觸中與Synapsin I的共定位增加,在D2-MSNs突觸中與Synapsin I的共定位減少。暴露于hailuoyin線索15分鐘后,星形膠質(zhì)細(xì)胞與兩種突觸的關(guān)聯(lián)恢復(fù)到對照水平。

在分析D1-MSNs和D2-MSNs樹突相關(guān)GLT-1時,作者觀察到樹突相關(guān)的GLT-1在戒斷訓(xùn)練后減少,在暴露于hailuoyin線索15分鐘后恢復(fù)到生理鹽水對照水平,類似于大鼠在線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋找15分鐘內(nèi)表面近端GLT-1的增加。與D1樹突相比,與D2樹突相鄰的GLT-1水平更高。戒斷后樹突相關(guān)的GLT-1減少發(fā)生在D2樹突,而不是D1樹突。線索暴露15分鐘后,GLT-1的表面近端增加與D1或D2樹突沒有相關(guān)。

總之,這些數(shù)據(jù)表明,線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求過程中1型星形膠質(zhì)細(xì)胞的增加可能與D2樹突周圍星形膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)可塑性有關(guān),但線索誘導(dǎo)的2型星形膠質(zhì)細(xì)胞增加,表現(xiàn)出高水平的突觸外GLT-1,而與D1或D2樹突無關(guān)。


總結(jié)

該研究發(fā)現(xiàn),在線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求過程中,NAcore中的星形膠質(zhì)細(xì)胞通過形態(tài)和GLT-1表達(dá)的可塑性這兩種機(jī)制來抑/制hailuoyin尋求的強(qiáng)度。線索誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞突起與突觸的鄰近性和表面GLT-1表達(dá)增加發(fā)生在不同的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群中,并由不同的信號級聯(lián)觸發(fā),星形膠質(zhì)細(xì)胞Gq信號選擇性激活星形膠質(zhì)細(xì)胞精細(xì)過程運(yùn)動,而不影響表面GLT-1表達(dá)。1型星形膠質(zhì)細(xì)胞在NAcore中與突觸鄰接性增加,而2型星形膠質(zhì)細(xì)胞表面GLT-1表達(dá)增加。選擇性地抑/制1型或2型星形膠質(zhì)細(xì)胞的可塑性可增強(qiáng)線索誘導(dǎo)的hailuoyin尋求,顯示了線索短暫誘導(dǎo)這些星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群的功能相關(guān)性。最后,作者證明了在hailuoyin尋求過程中,1型星形膠質(zhì)細(xì)胞的增加具有D2-MSNs選擇性,但2型星形膠質(zhì)細(xì)胞的增加,與D1-MSNs和D2-MSNs均無關(guān)??傊?,這些數(shù)據(jù)表明,星形膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)可塑性具有神經(jīng)元亞型選擇性,在不同的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群中,hailuoyin線索會短暫地誘導(dǎo)兩種不同形式的星形膠質(zhì)細(xì)胞可塑性,從而抑/制hailuoyin的尋求。


研究方法亮點(diǎn)

這項(xiàng)工作闡述了NAcore中表達(dá)的星形膠質(zhì)細(xì)胞在適應(yīng)并促進(jìn)hailuoyin尋求過程中的作用機(jī)制。研究用到了自身給藥成癮造模、腦立體定位注射、微量導(dǎo)管給藥以及免疫組化等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。瑞沃德深耕生命科學(xué)研究領(lǐng)域20年,一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務(wù),能夠提供該研究所涉及的自身給藥成癮造模、腦立體定位注射、微量導(dǎo)管給藥以及免疫組化等實(shí)驗(yàn)的完整解決方案。截至目前,瑞沃德產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋海內(nèi)外 100 多個國家和地區(qū),客戶涵蓋全/球700+醫(yī)院,1000+科研院所,6000+高等院校,已助力全/球科研人員發(fā)表SCI文章14500+,獲得行業(yè)廣泛認(rèn)可。


原文鏈接:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7044


2022-10-18 15:54:34 375 0

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