NKT飞秒激光器应用分享：薄玻璃的激光微加工

飞秒激光器的发展改变了微加工技术。它可以高速、高精度地加工薄、透明和半透明的材料。飞秒激光提供了一种在脆性材料上产生切口、孔和划痕的可靠方法。

薄玻璃广泛用于光子学、微电子学、显示和生物医学芯片中，因此这些领域的科研工作中需要可靠高产量高质量的玻璃加工工艺。 

早先，由于长脉冲会引起热损伤，因此对玻璃进行激光加工的良率很低。如今，飞秒激光器提供超短脉冲，具有非常高的峰值功率，可以对薄透明材料进行表面和块状材料内部修饰。

图1▲  利用ORIGAMI XP激光切割的100 µm厚度的AF32®玻璃

飞秒级超短脉冲宽度比材料中的电子-声子耦合过程都短，因此超短的飞秒脉冲宽度，意味着在飞秒时间尺度传递能量，这能很好的控制热影响区的形成和热损害。这种“冷烧蚀”方式实现了高精度和高分辨率的微加工处理，并具有无与伦比的处理可靠性。紧密聚焦的光束可以在微尺度上非常高分辨率地对复杂形状进行微加工。 

在NKT Photonics的应用实验室中，演示了使用1030nm波长ORIGAMI XP激光通过烧蚀切割50 µm和100 µm薄的AF32®玻璃。图1显示了具有非常干净的边缘的切口，并且没有长脉冲激光经常出现的热损伤或裂纹现象。 

与通过内部修饰玻璃实现的加工（称为“隐形”激光加工）相比，烧蚀工艺总体上更快，并且为切割各种闭合形状（例如圆形）提供了更大的灵活性。

图2▲  在100µm厚的AF32®玻璃上使用ORIGAMI XP激光切割了复杂的线条和曲线。切割轮廓干净，无微裂纹

近年移动终端设备中使用的薄、柔性的显示面板的高速增长，推动了市场对薄玻璃切割技术的关注。 在一种称为划线和折断的技术中，玻璃的划线使用的是激光技术。  

使用超快激光刻划的玻璃可以提供更一致，更可预测的破碎过程，并且切割边缘更直，产量更高。 

在NKT Photonics的应用实验室中，我们展示了在50 µm厚度薄玻璃上深度为20 µm的干净划痕，如下所示。横截面轮廓显示出理想的干净“V形”，没有任何裂纹，这对于随后的断裂过程是最理想的。

图3▲  用ORIGAMI XP激光划刻50 µm厚度 AF32®玻璃。划出一个V形通道，通道度为15 µm，深度为20 µm。

激光提供了一种非接触式和清洁的钻孔技术，该技术通过冲击式的打孔技术来钻出小孔。在NKT Photonics的应用实验室中，使用红外1030nm波长的ORIGAMI XP激光在100 µm厚的玻璃上钻出非常小的15 µm直径的孔。当然使用515nm波长的绿光ORIGAMI XP激光可以打出更小的孔。 

图4▲  使用ORIGAMI XP激光在100 µm厚的AF32®玻璃中钻出四个直径<15 µm的孔。

实验结果表明，NKT Photonics的超快激光器发出的飞秒脉冲非常适合薄玻璃的微加工。

ORIGAMI XP系统基于紧凑的啁啾脉冲放大技术平台，能够在1030 nm处提供高达75µJ的脉冲能量，5 W的平均功率以及小于400 fs的脉冲持续时间。

• 风冷，单箱，易于集成

• <400 fs标准脉冲宽度

• 5 W / 75 µJ @ 1030nm

• 2.5 W / 40 µJ @ 515 nm

• 1 W / 20 µJ @ 343nm

• 单发(Single-shot)和按需脉冲(Pulse-on-Demand)

• 双输出波长模块

• 出色的脉冲能量和指向稳定性

• 工业，坚固的设计

• 可以任意方向安装

• 实时脉冲能量测量和控制

• 高可靠性

• 亦可用水冷   

飞秒激光器的发展改变了微加工技术。它可以高速、高精度地加工薄、透明和半透明的材料。飞秒激光提供了一种在脆性材料上产生切口、孔和划痕的可靠方法。

薄玻璃广泛用于光子学、微电子学、显示和生物医学芯片中，因此这些领域的科研工作中需要可靠高产量高质量的玻璃加工工艺。 

早先，由于长脉冲会引起热损伤，因此对玻璃进行激光加工的良率很低。如今，飞秒激光器提供超短脉冲，具有非常高的峰值功率，可以对薄透明材料进行表面和块状材料内部修饰。

图1▲  利用ORIGAMI XP激光切割的100 µm厚度的AF32®玻璃

飞秒级超短脉冲宽度比材料中的电子-声子耦合过程都短，因此超短的飞秒脉冲宽度，意味着在飞秒时间尺度传递能量，这能很好的控制热影响区的形成和热损害。这种“冷烧蚀”方式实现了高精度和高分辨率的微加工处理，并具有无与伦比的处理可靠性。紧密聚焦的光束可以在微尺度上非常高分辨率地对复杂形状进行微加工。 

在NKT Photonics的应用实验室中，演示了使用1030nm波长ORIGAMI XP激光通过烧蚀切割50 µm和100 µm薄的AF32®玻璃。图1显示了具有非常干净的边缘的切口，并且没有长脉冲激光经常出现的热损伤或裂纹现象。 

与通过内部修饰玻璃实现的加工（称为“隐形”激光加工）相比，烧蚀工艺总体上更快，并且为切割各种闭合形状（例如圆形）提供了更大的灵活性。

图2▲  在100µm厚的AF32®玻璃上使用ORIGAMI XP激光切割了复杂的线条和曲线。切割轮廓干净，无微裂纹

近年移动终端设备中使用的薄、柔性的显示面板的高速增长，推动了市场对薄玻璃切割技术的关注。 在一种称为划线和折断的技术中，玻璃的划线使用的是激光技术。  

使用超快激光刻划的玻璃可以提供更一致，更可预测的破碎过程，并且切割边缘更直，产量更高。 

在NKT Photonics的应用实验室中，我们展示了在50 µm厚度薄玻璃上深度为20 µm的干净划痕，如下所示。横截面轮廓显示出理想的干净“V形”，没有任何裂纹，这对于随后的断裂过程是最理想的。

图3▲  用ORIGAMI XP激光划刻50 µm厚度 AF32®玻璃。划出一个V形通道，通道度为15 µm，深度为20 µm。

激光提供了一种非接触式和清洁的钻孔技术，该技术通过冲击式的打孔技术来钻出小孔。在NKT Photonics的应用实验室中，使用红外1030nm波长的ORIGAMI XP激光在100 µm厚的玻璃上钻出非常小的15 µm直径的孔。当然使用515nm波长的绿光ORIGAMI XP激光可以打出更小的孔。 

图4▲  使用ORIGAMI XP激光在100 µm厚的AF32®玻璃中钻出四个直径<15 µm的孔。

实验结果表明，NKT Photonics的超快激光器发出的飞秒脉冲非常适合薄玻璃的微加工。

ORIGAMI XP系统基于紧凑的啁啾脉冲放大技术平台，能够在1030 nm处提供高达75µJ的脉冲能量，5 W的平均功率以及小于400 fs的脉冲持续时间。

• 风冷，单箱，易于集成

• <400 fs标准脉冲宽度

• 5 W / 75 µJ @ 1030nm

• 2.5 W / 40 µJ @ 515 nm

• 1 W / 20 µJ @ 343nm

• 单发(Single-shot)和按需脉冲(Pulse-on-Demand)

• 双输出波长模块

• 出色的脉冲能量和指向稳定性

• 工业，坚固的设计

• 可以任意方向安装

• 实时脉冲能量测量和控制

• 高可靠性

• 亦可用水冷   

 NKT Photonics新推出60W工业级可调谐高功率飞秒激光器AeroPULSE FS60。基于NKT Photonics的光子晶体光纤平台，AeroPULSE FS60专为要求苛刻的24/7 OEM和学术应用而开发，具有高重复性、出色的长期期稳定性和脉冲稳定性，且性价比高，易于集成。
        AeroPULSE FS60专为各种应用而设计，包括薄膜切割、玻璃切割、划线、OPA泵浦和材料加工等。AeroPULSE FS60引入可编程放大脉冲串控制，可以在微纳加工处理上实现更高的烧蚀速率。
        AeroPULSE FS60是一款灵活，经济的高功率飞秒激光器。标准配置可在1030 nm波长提供高达60 W的输出功率，可调脉冲宽度和重复频率。AeroPULSE FS60还可提供二次谐波倍频模块（SHG），可以获得515 nm/20μJ和1030 nm/40μJ，波长可通过软件选择。

一直以来，对于乙炔锁频激光系统的科学研究，要求1542nm种子激光器具有窄线宽、无跳模、高可靠特性。例如在频率梳、光谱学、计量学或激光冷却及俘获的科研领域，长久的稳定性和精确的波长控制对于锁定和稳定波长至关重要。

基于KOHERAS BASIK X15的高稳定和窄线宽激光器系统

基于乙炔锁频激光技术，可以获得更高的波长稳定性系统, 对此，NKT Photonics针对1542nm激光器优化产品性能，目前Koheras BASIK X15已经逐步成为基于乙炔锁频系统中种子激光器的选择。更为重要的是，Koheras BASIK X15模块是目前商用级别中线宽最窄且无跳模的激光器，洛伦兹线宽＜100Hz。

基于乙炔吸收的稳频激光器系统结构如上图所示，其中种子激光是NKT Photonics的Koheras BASIK X15，波长为1542nm。

相位噪声指标规格如下：

Koheras BASIK X15既可以用于石油钻井平台，因为其具有更高的可靠性，也可以用于科研实验平台，因其具有良好的规格指标。

Koheras光纤激光器结构紧凑，在恶劣环境中可以正常运行的寿命超过10年，且故障率低于1%，因其优异的光学和结构设计，使得Koheras激光器免校准和免维护，使用起来更加便捷且可靠。

NKT Photonics工业级OEM激光器结构设计可靠、抗环境影响能力强，无论室外和室内的工作环境，都可以保证性能指标，其已经为众多先进的实验室提供了激光器，例如丹麦国家计量研究所和尼尔斯玻尔研究所的量子光学和光子学实验室等。

NKT Photonics已经销售了超过15000台Koheras激光器，该激光器可以用于石油钻井平台勘探、潜艇侦查、风力涡轮机检测，甚至在太空探索中也有应用。NKT对于窄线宽激光器的研究已经超过20年，并且NKT在窄线宽激光领域会持续领先，相信不久的将来，它将出现在您的实验室中。

参考文献

[1]Comb-locked frequency-swept synthesizer for high precision broadband spectroscopy by Riccardo Gotti, Thomas Puppe, Yuriy Mayzlin, Julian Robinson-Tait, Szymon Wójtewicz, Davide Gatti, Bidoor Alsaif, Marco Lamperti, Paolo Laporta, Felix Rohde, Rafal Wilk, Patrick Leisching, Wilhelm G. Kaenders, Marco Marangoni published in Scientific Reports, 2020.

[2]Optical Frequency References thesis by Martin Romme Henriksen, Niels Bohr Institute, 2019.

[3]Optical frequency standard of continuous wave for fiber communication based on optical comb by Ruiyuan Liu, Ye Li, Cheng Qian, Dawei Li, Jianxiao Leng, Jianye Zhao published in Optics Communications, 2018.

[4]Investigating the use of the hydrogen cyanide (HCN) as an absorption media for laser spectroscopy by Martin Hosek, Simon Rerucha, Lenka Pravdova, Martin Cizek, Jan Hrabina, Petr Jedlicka and Ondrej Cip, published in SPIE Proceedings of the 21st Czech-Polish-Slovak Optical Conference on Wave and Quantum Aspects of Contemporary Optics, 2018.

[5]Enhancement of the performance of a fiber-based frequency comb by referencing to an acetylene-stabilized fiber laser by Thomas Talvard, Philip G. Westergaard, Michael V. DePalatis, Nicolai F. Mortensen, Michael Drewsen, Bjarke Gøth, Jan Hald, published in Optics Express 2017.

[6]Optical frequency standard using acetylene-filled hollow-core photonic crystal fibers by Marco Triches, Mattia Michieletto, Jan Hald, Jens Kristian Lyngsø, Jesper Lægsgaard, Ole Bang published in Optics Express, 2015.

翻译：翟宇佳

PCR（polymerase chain reaction，PCR)即聚合酶链反应，是利用一段DNA为模板，在DNA聚合酶和核苷酸底物共同参与下，将该段DNA扩增至足够数量，以便进行结构和功能分析。PCR应用场景广泛，不仅在基础研究方面，还包括医学诊断、法医学和农业科学等各大领域。

近期多篇医学研究多篇文献中均应用到PCR技术及PCR仪产品，小编为大家做一下简要分享。

近期南方医科大学临床医学博士生导师、主任医师王雅棣课题组在医学期刊《Oncology Research and Treatment》上发表题为Preliminary Clinical Validation of a Filtration-Based CTC Assay for Tumor Burden and HER2 Status Monitoring in Metastatic Breast Cancer的文章，探索研究基于过滤的CTC测定转移性乳腺癌肿瘤负荷和HER2状态监测的初步临床验证情况。

背景介绍：

循环肿瘤细胞(CTC，CirculatingTumorCell)是存在于外周血中的各类肿瘤细胞的统称，因自发或诊疗操作从实体肿瘤病灶(原发灶、转移灶)脱落，大部分CTC在进入外周血后发生凋亡或被吞噬，少数能够逃逸并锚着发展成为转移灶，增加恶性肿瘤患者死亡风险。CTC检测通过捕捉检测外周血中痕量存在的CTC，监测CTC类型和数量变化的趋势，以便实时监测肿瘤动态、评估治疗效果，实现实时个体治疗。循环肿瘤细胞 (CTC) 承载着从基因组改变到蛋白质组构成的多维肿瘤相关信息，是一种很有前途的液体活检材料。 CTC 的临床有效性在转移性乳腺癌 (MBC) 中得到了最广泛的研究。  CELLSEARCH®检测是目前使用最广泛的方法，研究者们同时也在寻求替代策略。一种基于过滤的微流体装置已被用于富集 CTC，但其临床相关性仍然未知。

方法：在这项初步研究中，作者研究团队招募了 47 名 MBC 患者，并评估了上述 CTC 检测在肿瘤负荷监测和人表皮生长因子受体 2 (HER2) 状态测定方面的性能。结果：在基线时，51.1% 的患者 (24/47) 为 CTC 阳性。在伴随着较差的放射学反应评估的样本中，CTC 计数和阳性率也显著升高。连续抽血表明，与血清标志物癌胚抗原和癌抗原 15-3 相比，CTC 计数能够更准确地监测肿瘤负荷。此外，与之前的报告相比，CTC-HER2 状态与肿瘤-HER2 状态中度一致。选定样本中的 HER2 拷贝数测量进一步支持了 CTC-HER2 状态评估。

结论：这项研究的初步结果表明，CDC 检测在几个方面都有希望，包括敏感的 CTC 检测、准确的疾病状态反映和 HER2 状态确定。目前需要更多的研究来验证这些发现，并进一步表征CTC测定的价值。

在实验验证中，柏恒科技RePure-A 梯度PCR仪发挥了一定作用，助力作者实验研究进行。

而在另一篇发表在《Frontiers in Molecular Biosciences》期刊上的论文，柏恒科技PCR仪也发挥了不小作用。哈尔滨医科大学附属二院肾内科主任医师、博士生及硕士生导师李冰课题组发表的题为Bioinformatic Analysis Combined With Experimental Validation Reveals Novel Hub Genes and Pathways Associated With Focal Segmental Glomerulosclerosis的文章，作者研究团队利用生物信息学分析与实验验证相结合，揭示了与局灶性节段性肾小球硬化相关的新型Hub基因和通路。

 背景介绍：局灶节段性肾小球硬化症 (focal segmental glomerulosclerosis, FSGS)是一种临床病理综合征，临床表现为大量蛋白尿或肾病综合征，病理以局灶节段分布的肾小球硬化病变及足细胞变性所致足突融合或消失为特征，多数表现为激素治疗抵抗，并进行性发展至终末期肾病 (ESRD)。本研究旨在探索与FSGS相关的枢纽基因和通路，以确定潜在的诊断和治疗靶点。

方法：作者团队从 Gene Expression Omnibus (GEO) 数据库下载了微阵列数据集 GSE121233 和 GSE129973。数据集包括 25 个 FSGS 样本和 25 个正常样本。使用R包“limma”识别差异表达基因（DEG）。Gene Ontology (GO)功能和（KEGG）通路富集分析使用数据库进行注释，可视化和集成发现 (DAVID)，用于识别 DEG 的通路和功能注释。蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）是基于检索相互作用基因（STRING）数据库的搜索工具构建的，并使用 Cytoscape 软件进行可视化。然后使用 Cytoscape 的 cytoHubba 插件评估 DEG 的中心基因。使用 FSGS 大鼠模型通过定量实时聚合酶链反应 (qRT-PCR) 验证中shu基因的表达，并进行接受者操作特征 (ROC) 曲线分析以验证这些中(shu)枢基因的准确性。

结果：在两个 GSE 数据集（GSE121233 和 GSE129973）中共识别出 45 个 DEG，包括 18 个上调和 27 个下调的 DEG。其中，选择了5个具有高度连通性的枢纽基因。在 PPI 网络中，前 5 个中(shu)枢基因中，FN1 上调，而 ALB、EGF、TTR 和 KNG1 下调。 FSGS大鼠的qRT-PCR分析证实FN1的表达上调，EGF和TTR的表达下调。 ROC 分析表明 FN1、EGF 和 TTR 对 FSGS 显示出相当大的诊断效率。

结论：通过生物信息学分析结合实验验证，鉴定出三个新的 FSGS 特异性基因，这可能会促进对 FSGS 的分子基础的理解，并为临床管理提供潜在的治疗靶点。

实验验证中，实验团队应用了柏恒科技荧光定量PCR仪进行样品测定并分析。

除了以上列出的几篇文献，柏恒科技PCR仪在生物科研、动物疫病等方面均有广泛应用，下期我们再继续分享。

文献中PCR仪产品简介

RePure系列智能二维梯度PCR仪

本系列PCR仪具有二维梯度摸索功能，多种梯度摸索模式；

自适应压杆式热盖，合盖紧盖一步到位；

前进后出式风道，机器可并排放置，节约实验空间；

Q3200系列荧光定量PCR仪

本系列荧光PCR仪采用四通道双16孔模块设计，可实现一机多用；

最大升降温速率8℃/s，大大节约实验时间；

体积小，重量轻，方便携带；

更多PCR仪技术应用，欢迎关注柏恒科技，我们提供各类梯度PCR仪、荧光PCR仪等，并为客户提供生物学相关检测解决方案。