醫學成像設備的案例
江蘇省原子醫學研究所楊敏研究員/嚴駿杰副研究員課題組《CEJ》：解密脂肪族聚酰胺的熒光多樣性-合成，聚合誘導發光及細胞器成像
圖6 聚酰胺納米探針用于細胞器成像
當開環試劑選用1-甲基哌嗪，巰基封端試劑選用甲基丙烯酸叔丁酯時，所得兩親性脂肪族聚酰胺能自組裝成納米顆粒，并帶正電荷，能夠很好地富集在溶酶體用于細胞器特異性顯像（見圖6）。
綜上所述，硫代內酯化學豐富了脂肪族聚酰胺的合成途徑，通過改變酰胺間或與環境之間的分子間作用力實現了對脂肪族聚酰胺NTIL的調節，對現有NTIL理論的補充和擴展具有重要意義。論文的共同第一作者為江蘇省原子醫學研究所嚴駿杰副研究員和王辛宇副研究員，嚴駿杰副研究員和楊敏研究員為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金（No.22075114, 51803082, 31971316）、江蘇省“六大人才高峰”和江蘇省醫學創新團隊基金（CXTDA2017024）的支持。
論文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132142
https://authors.elsevier.com/a/1dhdf4x7R2YoEZ
展開 通過仿真優化核磁共振成像設備中的磁場分布
磁共振成像(MRI)系統必須產生高分辨率的圖像，使醫生能夠準確地為病人診斷。為了獲得這種高水平的圖像質量，在磁共振成像儀和它的組件(如鳥籠線圈)內必須有一個已知的穩定的基礎磁場分布。這就是仿真發揮作用的地方。通過用 COMSOL Multiphysics? 軟件設計核磁共振鳥籠線圈，我們就可以控制和優化磁場，改善磁共振儀產生的掃描數據。
磁共振系統簡介
磁共振成像是一種非侵入性的技術，可以生成身體內部結構的詳細圖像。這種圖像被廣泛用于醫學和生物醫學領域，幫助醫生檢測、診斷和監測疾病和其他健康問題。
一臺 MRI 機器（頂部）和一個 MRI 生成的頭部圖像（底部）。頂部圖片由liz west制作 – 自己的作品。根據 CC BY 2.0授權，通過Flickr Creative Commons共享。底部圖片：Mikael Voss – 自己的作品。根據 CC BY-SA 4.0授權，通過 Wikimedia Commons共享。
簡單來說，磁共振儀的圖像工作原理是讓病人在一個狹小的密閉空間內接受一個強磁場，這個磁場會改變他們體內質子的排列。磁共振儀還會產生一種電流，影響質子的旋轉。RF 場被關閉后，質子回到平衡狀態，釋放出能量。一個接收線圈，如鳥籠線圈，會檢測到這一變化，隨后被轉化為圖像。
核磁共振儀產生的圖像能讓醫生看到人體內部的情況，使他們能夠準確地為病人診斷。然而，如果鳥籠線圈內的磁場分布由于其設計而發生波動，圖像質量就會很差，這對醫生診斷病人的能力產生負面影響。為了幫助醫生避免這個問題，工程師可以通過仿真來優化 MRI 鳥籠線圈的設計。
展開 通過仿真優化核磁共振成像設備中的磁場分布
磁共振成像(MRI)系統必須產生高分辨率的圖像，使醫生能夠準確地為病人診斷。為了獲得這種高水平的圖像質量，在磁共振成像儀和它的組件(如鳥籠線圈)內必須有一個已知的穩定的基礎磁場分布。這就是仿真發揮作用的地方。通過用 COMSOL Multiphysics? 軟件設計核磁共振鳥籠線圈，我們就可以控制和優化磁場，改善磁共振儀產生的掃描數據。
磁共振系統簡介
磁共振成像是一種非侵入性的技術，可以生成身體內部結構的詳細圖像。這種圖像被廣泛用于醫學和生物醫學領域，幫助醫生檢測、診斷和監測疾病和其他健康問題。
一臺 MRI 機器（頂部）和一個 MRI 生成的頭部圖像（底部）。頂部圖片由liz west制作 – 自己的作品。根據 CC BY 2.0授權，通過Flickr Creative Commons共享。底部圖片：Mikael Voss – 自己的作品。根據 CC BY-SA 4.0授權，通過 Wikimedia Commons共享。
簡單來說，磁共振儀的圖像工作原理是讓病人在一個狹小的密閉空間內接受一個強磁場，這個磁場會改變他們體內質子的排列。磁共振儀還會產生一種電流，影響質子的旋轉。RF 場被關閉后，質子回到平衡狀態，釋放出能量。一個接收線圈，如鳥籠線圈，會檢測到這一變化，隨后被轉化為圖像。
核磁共振儀產生的圖像能讓醫生看到人體內部的情況，使他們能夠準確地為病人診斷。然而，如果鳥籠線圈內的磁場分布由于其設計而發生波動，圖像質量就會很差，這對醫生診斷病人的能力產生負面影響。為了幫助醫生避免這個問題，工程師可以通過仿真來優化 MRI 鳥籠線圈的設計。
展開 用長纖維制造的微流體設備可用于化學或生物醫學測試和研究
這些基于纖維的微流體系統可以為醫學篩查開辟新的可能性。
研究人員通過將導線與微流體通道集成在長纖維中，使其具有細胞分類的能力——在這微流體裝置中，利用細胞對電場的反應不同將活細胞與死細胞分離。圖中活細胞（綠色）被拉向通道的外邊緣，而死細胞（紅色）被拉向中心，允許它們被送入單獨的通道。
微流體裝置是一種具有微觀通道的微小系統，可用于化學或生物醫學測試和研究。麻省理工學院的研究人員已經將微流體系統引入到單個纖維中，從而以更復雜的方式處理更大體積的流體。從某種意義上說，推進開辟了微流體的一個新的“宏觀”時代。環氧樹脂
過去幾十年中在制造在微芯片樣結構上廣泛開發和使用的傳統微流體裝置，并規定在微觀體積中混合、分離和測試流體的方法。例如，在少量血液的醫學測試通常依賴微流體。但是這些裝置的小體積也帶來了限制；例如，它們不能用在更大體積的液體來檢測微量存在的物質的程序。
麻省理工學院的一個研究小組找到了一種在纖維內部制造微流體通道的方法。這些纖維可以適應更大的生產量，并且它們在通道的形狀和尺寸上提供了極大的控制和靈活性。本周，麻省理工學院的研究生Rodger、Yuan Joel Voldma和Yoel Fin以及其他四位學者在《美國國家科學院院刊》“Proceedings of the National Academy of Sciences,”上發表了一篇論文，論文中詳細描述了這一新概念。
多學科方法
這個項目是Fink在擔任麻省理工學院電子研究實驗室主任時發起的“快速風暴”活動（頭腦風暴與速配的融合——Jeffrey Grossman教授的一個想法）的結果。這些活動旨在幫助研究人員開發新的合作項目，讓學生和博士后一對一頭腦風暴6分鐘，并在一個小時內提出數百個想法，這些想法由一個小組進行排名和評估。
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Lumerical案例 | 近紅外鈣鈦礦發光二極管光提取效率優化
在生物醫學領域，800-950nm的近紅外光具有良好的組織穿透性，可用于熒光成像、光動力治療和生物傳感器等。優化后的高亮度、高效率近紅外PeLED有望成為下一代生物醫學成像設備的理想光源。
在通信與傳感領域，近紅外波段是光纖通信的常用窗口，高效率的近紅外PeLED可用于短距離光通信和環境監測傳感器。此外，在夜視成像、激光雷達（LiDAR）和安防監控等領域，近紅外PeLED也具有重要應用價值，其高亮度和低功耗特性可顯著提升設備性能。
結論：邁向高效近紅外光電子時代
本研究通過FDTD仿真指導的層厚度優化與活性層吸收調控策略，成功將近紅外PeLED的光提取效率提升至42.89%，為PeLED的性能提升提供了一條簡單有效的技術路徑。從科學意義上講，該研究證實了通過精確的光學結構設計和材料特性調控，可以有效克服全內反射限制，為高效光提取提供了理論和實驗依據。從應用角度看，高亮度、高效率的近紅外PeLED將推動生物醫學、通信傳感和夜視成像等領域的技術進步，加速PeLED從實驗室走向實際應用的進程。隨著研究的深入和技術的不斷創新，鈣鈦礦基光電子器件將在未來光電子技術發展中扮演更加重要的角色，為人類社會帶來更多創新應用和技術突破。
Lumerical軟件試用申請，委托仿真，歡迎聯系摩爾芯創。
參考文獻：
[1] Tabibifar N, Eskandari M, Boroumand F A, et al. Enhanced light extraction by optimizing near-infrared perovskite-based light emitting diode (PeLED)[J]. Scientific Reports, 2024, 14(1): 29165.
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