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隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項(xiàng)目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項(xiàng)目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項(xiàng)目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。應(yīng)用范圍 本項(xiàng)目可用于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）制備；干細(xì)胞分化前準(zhǔn)備和成骨、成脂以及成軟骨分化；體內(nèi)骨、軟骨再生；骨關(guān)節(jié)炎的早期干預(yù)和對癥治療；細(xì)胞治療；細(xì)胞分泌因子調(diào)控等領(lǐng)域。 項(xiàng)目階段 1.納秒脈沖電場是新興的、能夠精確控制場強(qiáng)和脈寬的電場技術(shù)，可以比傳統(tǒng)電場更加精準(zhǔn)地控制參數(shù)，以及提升場強(qiáng)到KV/cm。它有效地穿透細(xì)胞膜、作用到細(xì)胞器和染色質(zhì)，發(fā)揮廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。 2.我們發(fā)現(xiàn)納秒脈沖電場的不同參數(shù)組合（場強(qiáng)、脈寬、頻率、刺激個數(shù)、應(yīng)用時間點(diǎn)等）會引起不同的生物學(xué)作用。基于該理念，實(shí)驗(yàn)室前期工作發(fā)展了使用納秒脈沖電場：a.選擇性DNA去甲基化；b.提升干細(xì)胞干性；c.促進(jìn)干細(xì)胞分化（成骨、成脂和成軟骨）；d.促進(jìn)處理后的干細(xì)胞體內(nèi)軟骨再生的能力；e.提升細(xì)胞分泌因子能力；f. 改良傳統(tǒng)的“電擊杯”(BTX electroporationcuvette #45-0125)，開發(fā)出能夠連續(xù)為細(xì)胞施加刺激的導(dǎo)電薄膜。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項(xiàng)目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。

基于金屬納米粒子的局域表面等離激元因其高局域強(qiáng)度，小局域尺度，高靈敏度等特點(diǎn)，被大量應(yīng)用在不同領(lǐng)域。但是，幾個飛秒的超短模式壽命(dephasing time)大大限制了其應(yīng)用的廣泛性和實(shí)用性。該工作設(shè)計(jì)的多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了局域表面等離激元和傳播表面等離激元的強(qiáng)耦合(圖1(a))。動態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果也清晰地證明在強(qiáng)耦合下局域表面等離激元模式和傳播表面等離激元模式之間的能量交換。近場方面，光電子顯微鏡對表面等離激元模式進(jìn)行直接成像，大大突破了原有的遠(yuǎn)場探測技術(shù)的限制。并且結(jié)合不同激發(fā)光源，實(shí)現(xiàn)不同維度的探測。結(jié)合波長可調(diào)的激光光源，光電子顯微鏡在頻域記錄下表面等離激元模式隨波長變化的強(qiáng)度演化過程(圖1(b))。結(jié)合超快泵浦探測技術(shù)，光電子顯微鏡在時域記錄下表面等離激元模式隨時間變化的演化趨勢。該工作更加深入并直觀地探測強(qiáng)耦合體系中的能量轉(zhuǎn)換過程，并通過強(qiáng)耦合中失諧量的改變實(shí)現(xiàn)模式壽命的操控，相較于未耦合的局域表面等離模式，強(qiáng)耦合的模式壽命由6飛秒(10-15秒)提高到10飛秒。這一研究成果對進(jìn)一步發(fā)展基于表面等離激元的人工光合成、生物傳感等應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價值。圖1、（a）光電子顯微鏡和多層結(jié)構(gòu)示意圖，（b）遠(yuǎn)場和近場探測曲線、不同波長激光激發(fā)下光電子顯微鏡記錄的局域表面等離激元模式分布圖。 此研究是由北京大學(xué)和日本北海道大學(xué)共同合作完成，北京大學(xué)物理學(xué)院博士生楊京寰和重大儀器項(xiàng)目的國際合作者、北海道大學(xué)助理教授孫泉為該文章的共同第一作者，北京大學(xué)龔旗煌院士和北海道大學(xué)Misawa教授為共同通訊作者。除了自然科學(xué)基金委的國家重大科研儀器研制項(xiàng)目，該工作還得到了科技部、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、“2011計(jì)劃”量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、日本文部科學(xué)省及學(xué)術(shù)振興會、北海道大學(xué)納米技術(shù)平臺等單位的支持。目前國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“飛秒-納米時空分辨光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”的研制正在有序推進(jìn)中，已經(jīng)取得了一批包括此工作在內(nèi)的階段性成果。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心儀器是附帶低能電子顯微功能的光電子顯微鏡(PEEM), 其激發(fā)光的波長覆蓋范圍從極紫外到近紅外(圖2)。下一步該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有望在二維材料、光電材料與器件、表面介觀物理等研究領(lǐng)域大顯身手、發(fā)揮積極作用。圖2、北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的飛秒納米時空分辨系統(tǒng)

電子束團(tuán)在時間－能量的相空間內(nèi)形成角狀分布，具有強(qiáng)而窄的電流尖峰和較長的低電流拖尾，只有尖峰部分有足夠的強(qiáng)度產(chǎn)生自由電子激光，從而可獲得幾百阿秒的X射線脈沖。通過優(yōu)化加速器參數(shù)及電子束團(tuán)電荷量，產(chǎn)生了200阿秒、光子能量為5.6 千電子伏和9千電子伏的X射線激光脈沖。這一方案不需對現(xiàn)有XFEL裝置進(jìn)行任何復(fù)雜的升級改造，因此也可在國際上其它類似的XFEL裝置上實(shí)現(xiàn)阿秒X射線脈沖。

激光打標(biāo)機(jī)和激光整形機(jī)可應(yīng)用于產(chǎn)品商標(biāo)制作及激光防偽應(yīng)用，也可應(yīng)用于薄材質(zhì)的切割,在各種金屬材料、有色塑料、晶體管、集成電路及各種工具、刃具上刻蝕各種字符、漢字和圖形。可用于硅、鍺、砷化鎵和其他半導(dǎo)體襯底材料的劃片與切割。提供產(chǎn)品標(biāo)簽和防偽條形碼的設(shè)計(jì)和制作。同時，也用于對有機(jī)玻璃、膠合板、皮革、紙板等材料進(jìn)行圖文切割，也可以在各種金屬薄膜上進(jìn)行圖文切割。例如，我們利用該機(jī)器在各種厚度的硅片上進(jìn)行了打孔，最小孔徑達(dá)100微米；最大（厚度）深度為500微米。激光刻蝕技術(shù)應(yīng)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李曉光團(tuán)隊(duì)在前期研究基礎(chǔ)上，基于鐵電隧道結(jié)量子隧穿效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了具有亞納秒信息寫入速度的超快原型存儲器，并可用于構(gòu)建存算一體人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該成果在線發(fā)表《自然通訊》雜志上。研究人員制備了高質(zhì)量Ag/BaTiO3/Nb:SrTiO3鐵電隧道結(jié)，其中鐵電勢壘層厚為6個單胞（約2.4nm）。基于隧道結(jié)能帶的設(shè)計(jì)，以及其對阻變速度、開關(guān)比、操作電壓的調(diào)控，該原型存儲器信息寫入速度快至600ps（注：機(jī)械硬盤的速度約為1ms, 固態(tài)硬盤的約為1-10ms）、開關(guān)比達(dá)2個數(shù)量級，且其600ps的阻變速度在85℃時依然穩(wěn)定（工業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)）；寫入電流密度4×103A/cm2，比目前其他新型存儲器低約3個量級；一個存儲單元具有32個非易失阻態(tài)；寫入的信息預(yù)計(jì)可在室溫穩(wěn)定保持約100年；可重復(fù)擦寫次數(shù)達(dá)108-109次，遠(yuǎn)超商用閃存壽命（約105次）。即使在極端高溫（225℃）環(huán)境下仍能進(jìn)行信息的寫入，可實(shí)現(xiàn)高溫緊急情況備用。