Research on High Speed And High Accuracy Laser Processing Methods And Systems

激光雕刻技术，是激光在先进制造技术上的成功运用。与传统雕刻技术相比， 激光雕刻技术应用范围广，不受材料的限制，雕刻精度高，雕刻效果一致性好， 安全环保。 为了提高激光雕刻以及其他类似激光加工技术如激光毛化技术等的加工速 度， 本文提出了一种多束光合成聚焦的激光加工方法。 即用多束激光通过光束偏 转装置照射到同一聚焦镜聚焦， 从而可以一次完成一个微坑组的加工，加工的速 度随光束的数目线性增加。光束偏转由安装在电机上的反射镜实现，因而光束的 位置随反射镜的偏转而变动，通过调节反射镜的偏转角可以实现微坑间距的调 节。 本文还提出了一种三维激光雕刻方法，该方法将激光分层雕刻方法与层内变 深度雕刻方法结合起来，利用三维建模软件得到待雕刻三维轮廓表面模型或者 通过扫描得到三维轮廓点的数据云集，然后将模型切片分层之后再把每一层都 转换为灰度图，每个灰度图像素点对应一个激光输出点，灰度值的大小与激光能 量输出相对应。与单一的分层雕刻相比，该方法可以实现在相同的加工速度下提 高加工精度以及在相同的加工精度要求下提高加工速度的目标。 还能通过合适 的参数设置同时提高雕刻速度与雕刻精度。 针对上述提出的激光加工方法设计了一套实验系统，该实验系统可以同时实 现上述加工方法，利用该实验系统进行了大量的实验，验证了上述加工方法的可 行性及其所具备的优势。 本文针对实际应用， 提出了多束光合成聚焦激光加工方法，提高了激光加工 速度， 提出了实际可行三维激光雕刻方法， 实现了高速高精度的三维激光雕刻并 通过研发实验系统并进行大量实验验证了本文所提加工方法切实可靠，具有实 际应用前景

Effects of the Laplace Pressure on the Cells during Cytokinesis

胞质分裂是细胞有丝分裂过程的最后环节，发生在核分裂之后，是细胞质分裂产生两个新细胞最关键的过程之一。胞质分裂开始于细胞赤道位置的收缩，在子细胞之间的连接切断之后结束。胞质分裂过程涉及收缩环收缩、皮层骨架与细胞膜的动态响应、染色体在纺锤体的作用下向细胞两极的运动等，是一个高度依赖力学作用的复杂过程。 细胞Laplace压力是细胞内外的液压差，它是调节细胞形态结构与功能的基本物理量之一，是由细胞皮层骨架的收缩以及渗透压变化引起的。Laplace压力在细胞生命过程中不断发生变化，合适的细胞Laplace压力是细胞正常地完成各项生命活动的前提条件。细胞进入有丝分裂时，一方面，通过Na+ 转运蛋白控制细胞质中Na+ 的浓度，改变胞内渗透压，导致水进入细胞，造成细胞Laplace压力增加（可达10倍以上）。另一方面，细胞收缩环和细胞两极皮层骨架的收缩会挤压细胞质，导致细胞Laplace压力升高。胞质分裂过程中升高的细胞Laplace压力及其动态变化对于胞质分裂过程的意义尚不明确。 为研究胞质分裂过程中Laplace压力对胞质分裂过程中细胞的行为调节及其作用机制，我们选择胞质分裂期的HeLa细胞为研究对象，通过改变细胞外溶液渗透压来调节细胞的Laplace压力，结合微管吮吸、局部显微给药、细胞免疫荧光以及活细胞图像动态采集分析等技术研究了胞质分裂过程中Laplace压力对细胞的作用，主要内容和结论如下： 1、通过改变细胞外溶液渗透压来改变细胞的Laplace压力。设置了五个胞外溶液渗透压浓度，分别为180、240、300、360、420 mOsm/kg并通过搭建换液装置实现快速平稳更换细胞外溶液，并利用活细胞工作站实现在培养条件下对胞质分裂细胞进行分析研究。为了验证细胞外溶液渗透压对细胞Laplace压力的影响，利用微管吮吸系统测量了改变细胞外溶液渗透压时细胞Laplace压力的改变。测量结果显示刚进入胞质分裂时细胞的平均Laplace压力为236 &plusmn; 57 Pa，在180、240mOsm/kg低渗溶液中，Laplace压力最大分别增加约为39%和20%。在360、420mOsm/kg低渗溶液中，Laplace压力分别减少约50%和74%。 2、基于活细胞成像技术统计分析了细胞在不同渗透压溶液中进行胞质分裂时的形态变化，并依据统计结果定义了将胞质分裂阶段量化细分的胞质分裂系数Cf。随着细胞胞质分裂过程的进行，Cf的值从卵裂沟出现到分裂结束近似线性地由1变为0，并且与细胞外溶液渗透压几乎无关。 3、基于活细胞成像技术统计分析了胞质分裂过程中细胞Laplace压力对细胞出泡的尺寸大小和出泡数目的影响，并基于Cf值将胞质分裂过程平分为五个阶段并统计了细胞Laplace压力对出泡分布规律的影响。结果表明：细胞的Laplace压力越大，细胞出泡尺寸越大、出泡数越少并且出泡发生在胞质分裂早期所占的比例越高，出泡越充分。 4、研究了胞质分裂过程中细胞Laplace压力对细胞分裂对称性的影响，并探究了胞质分裂过程中细胞出泡与胞质分裂对称性之间的关联。结果显示：在胞质分裂过程中增大细胞的Laplace压力会促进细胞的对称分裂；Laplace压力对细胞分裂对称性的影响是通过影响细胞出泡实现的。 5、采用活细胞免疫荧光、局部显微给药等技术对Laplace压力通过影响细胞出泡进而影响细胞分裂对称性的机制进行了研究。研究结果表明：在胞质分裂过程中，子细胞边界的力学性质可以决定细胞分裂的对称性，而细胞出泡的过程是一个细胞骨架在细胞膜下重组的过程，对细胞边界的缺陷有修复作用。细胞的Laplace压力可以通过影响细胞出泡来调节细胞边界的力学性质，进而影响细胞分裂的对称性。 综上所述，本文研究了Laplace压力对胞质分裂细胞的形态变化、细胞出泡以及细胞分裂对称性的影响。揭示了胞质分裂过程中Laplace压力调节细胞对称分裂的机制：细胞通过增加Laplace压力促进出泡来调节边界力学性质的均匀性，进而确保细胞的对称分裂。</p

胞质分裂过程中的力学因素对细胞分裂速度的调控研究

目的细胞进行胞质分裂时,位于细胞赤道区域的收缩环产生的收缩力使细胞质膜内陷形成卵裂沟将细胞一分为二。胞质分裂过程是一个高度依赖于力学作用的过程,在胞质分裂过程中收缩环的收缩力、细胞赤道区域之外的两极皮层骨架产生的力以及细胞的内压都对细胞胞质分裂过程具有重要影响。胞质分裂过程中的力学因素对于胞质分裂速度的影响目前尚不明确

Interplay of Nanoparticle Properties during Endocytosis

Nanoparticles (NPs) have been widely applied as drug carriers in drug delivery, due to their unique physical and structural properties. To achieve the drug delivery purpose, receptor-mediated endocytosis is a primary explored mechanism to internalize NPs into tumor cells. During the endocytosis process, properties of NPs, including size, shape, and surface functionality, play an important role in determining the final drug delivery efficacy. Many of these NP properties have been extensively explored individually. However, the multiple NP properties naturally interplay with each other in the endocytosis process to determine the internalization efficiency together. Therefore, it is significantly important to understand the interplay of different NP properties to improve the NP's final delivery efficacy. In this review, we focus on the interplay of NPs properties on the endocytosis process to summarize the relevant experimental observations and physical mechanisms. Particularly, three different aspects are discussed in detail, including the interplay between size and shape; size and elasticity; shape and elasticity. We have summarized the most recent works and highlighted that building up systematic understandings for the complex interplay between NP properties can greatly help a better design of NP platforms for drug delivery

脂筏对细胞黏附蛋白键合作用的影响

目的细胞黏附通过受体、配体蛋白的键合作用介导实现,其调控着信号转导、组织成形、癌症转移、免疫应答等诸多关键的细胞生命活动。深刻认识受体与配体的键合作用对理解细胞通讯、促进药物研发具有重要的理论和现实意义。脂筏作为细胞膜上富含胆固醇与鞘磷脂的信号转导平台,通过募集蛋白质调控着大量的细胞生物学功能。目前关于脂筏对细胞黏附中受体-配体键合作用的影响研究仍处于探索阶段,其具体的调控机制尚不明确。方法 基于统计力学理论与Monte Carlo计算机模拟方法,针对细胞-细胞黏附与细胞-基质黏附两种典型的细胞黏

渗透压对细胞分裂对称性的影响

目的细胞的尺寸对细胞的行为和命运有着重要影响,细胞有丝分裂过程中存在许多调节机制使得两个子细胞体积趋于一致(误差通常在15%以内)。目前对决定细胞有丝分裂对称性的机制研究主要集中在中心体以及细胞分裂平面的位置的决定机制上。然而,近期研究表明:在胞质分离期通常伴随着细胞膜出泡以及细胞质的振荡并对细胞分裂的对称性有很大的影响。说明还存在其他的机制调节细胞分裂的对称性。方法 利用荧光标记及活细胞成像对细胞膜出泡过程中膜与皮层骨架的动态行为进行了分析,并通过改变溶液的渗透压来改变细胞的出泡

多束光合成聚焦的辊类表面毛化激光加工系统及加工方法

本发明提供一种多束光合成聚焦的辊类表面毛化激光加工系统及加工方法，该系统包括带动辊类工件旋转的机床、将两束以上不同方向的入射光进行合成并经一聚焦组件会聚的多束光合成聚焦装置、安装在机床上并能带动多束光合成聚焦装置沿辊类工件分别径向和轴向移动的激光加工装置以及能控制辊类工件旋转、多束光合成聚焦装置的轴向、径向移动以及多束光合成聚焦装置在辊类工件表面光斑的间距的控制系统。本发明提高了激光毛化的加工速度；不易产生干涉条纹；便于规则和无规则分布参数的设定；便于实现更多光束的合成；在主轴速度受限的情况下提高激光毛化的加工速度；微坑组内微坑重合，用多台低功率激光器实现大光斑,高能量密度的特殊毛化加工

Influence of lipid rafts on pattern formation during T-cell adhesion

Adhesion of T cells to antigen presenting cells is mediated by the TCR-MHCp and LFA1-ICAM1 protein complexes. These intercellular protein complexes segregate and form characteristic special patterns in the cell contact zone. Previous studies have attempted to explain the mechanisms of formation of these patterns. While emphasis has been put on membrane elasticity and active cytoskeletal transport, it remains unclear whether and how the pattern formation process is related to lipid rafts, which are nanoscale molecular clusters enriched in cholesterol and saturated phospholipids in cell membranes. Using Monte Carlo simulations of a statistical mechanical model for T-cell adhesion, we find that lipid rafts can lead to the formation of intermediate pattern with a ring of LFA1-ICAM1 complexes around a central domain of TCR-MHCp complexes even in the absence of active transport of T-cell receptor (TCR) molecules toward the center of the contact zone. In the presence of active TCR transport, lipid rafts can accelerate the formation of this monocentric pattern. We also find that lipid rafts have a strong stabilizing effect on the monocentric pattern after removal of the active TCR transport. Our results not only help to explain recent experimental observations, but also demonstrate that lipid rafts can cooperate with active cytoskeletal transport during the immunological synapse formation