2016休斯顿大学实习项目实习周记（9）

公共篇

本周周一到周五，大家照常按照routine作息，早上去健身房之后再开始忙碌的一天，有所不同的是由于Jin Zhang回国处理事情，晚上需要做饭的同学会先打uber回家准备晚饭。由于万圣节快到了，各大超市都已经开始卖pumpkin了。同时周六时gym在举行击剑的选拔赛，分成了男子组，女子组，还有各个阶段的年龄层组，场地由室内的足球场改造而成。比赛时双方队员往往都是一家人前来助威。星期六的休大，图书馆和体育馆都是人满为患，我们既可以看到在图书馆内热烈讨论project以及埋头苦读的学生，也可以在体育馆内看到羽毛球，乒乓球，篮球等社团活动如火如荼的展开，同学们都按照自己的兴趣自由发展着，校园生活多姿多彩。

万圣节南瓜 击剑比赛现场

同时，周四郎朗受Moores School of Music的邀请来到休大Moores Opera Center开钢琴独奏会，演奏曲目有Albeniz的Suite Espanola，Debussy的Ballade，Granados的Goyescas，以及Liszt的Piano Sonata in B Minor。郎朗的英语讲的非常棒，对于在场同学提出的问题也非常热情的回答，声情并茂的指导学生们。

郎朗

周五晚上在丰田中心对面的酒吧里面有一个小型的rock concert，票价是15$,是由实验室的师兄们带着我们驱车前往。首先酒吧的安保措施很严格，每个人进去都要检查一下，以防带入违禁物品。乐队上场之后首先向休斯顿居民热情地打招呼，然后开始演唱。现场每个人都跟着音乐摆动。吧台上的穿着燕尾服的调酒师也是一道风景，熟练的展示着调鸡尾酒的过程。乐队一直不停的演奏到大约晚上10点。

音乐会现场

周六晚上我们去吃了longhorn steak,来体验一番国外的牛排。服务员黑人小哥非常热情，向我们解释菜单，还不时问我们感觉怎么样，好不好吃。牛排用oz作为计量单位，菜单上有6oz,8oz和12oz供选择。同时我们还要自主选择side,沙拉或是其他。首先上的是刚烤熟的面包，然后再是沙拉，最后上牛排。

烤面包

个人篇

李斌

这周首先和导师Atina讨论了一下拐杖的事情，因为上周我和王冉去问过他，他的建议是最好把teensy和joystick放在一起，然后我就听从了Atina的建议，做好以后Atina也比较满意。

但是我忽略了一件事，以前师兄Jeff建议我把它们两个分开设计，尽量让housing的体积小。于是后来当Jeff发现以后又很含蓄地和我说了这个事。我跟他说这样可能会影响数据的传输，因为上次王冉做了一条比较长的线导致数据无法传输。Jeff让我们判断线最长可以是多少，最好可以改改，但是先要保证可以使用。所以当遇到这种boss和学长意见不同时自己夹在中间真的很难做。当然最后决定还是先按Jeff的来做，我们先测试数据能够传递的最远的距离，然后设计把两个都分开设计。

后来周五的时候开组会又发现了一个挺有意思的现象。这周没有发现有人发paper到群邮件里。后来开组会的时候果然发现没有人讲。于是Pepe老师自己讲了一些课题组的事情。最后当他问下周谁想讲paper的时候没有谁回话，这像极了我们上课的时候老师提问时的场景。最后还是一个资历比较老的学长自告奋勇地举手了。其实我觉得这是一个锻炼自己的好机会，就像Pepe老师在开学时强调的几点研究生应该达到的目标，其中一点就是要会熟练地讲好presentation。我觉得这很重要，因为一个连表达自己都做不好的人是很难做好一件事的。

向杰伟

上周六，导师叫我和Tisa学姐和他见面，主要讨论了Tisa学姐项目的进展情况，因为学姐的项目需要在11月初做出成果，所以时间比较紧，所以教授叫我也尽力帮助学姐完成实验。因为我所做的50 um光纤项目和学姐做的300 um光纤的项目基本上是相似的，只不过在一些细节问题上的处理有所差异。在和学姐交流了实验的一些细节和步骤之后，我便开始帮助学姐进行具体实验的部分。我主要帮助学姐做的是光纤buffer layer和conductor layer。同样我首先清洁了300 um的光纤表面，因为其表面还有resist layer，所以在使用前还需将其除去。我首先用styrene在光纤上面镀一层较薄的保护层，由于styrene本身强度不高，所以我们还需要将其通过离子束撞击让其crosslink，从而提升其强度。在每一层镀好后，都需要在SEM下进行观察，检验其光滑和平整程度，还有镀层的厚度是否与理论相符合。因为光纤的制作步骤比较繁复，一共有13步之多而且，每步耗时都比较长，所以我和学姐讨论后，也在尝试将一些可以整合的步骤整合，让过程更加高效。

除此之外，这周我也去听了两个seminar，一个是讲的关于波前整形技术在天文望远镜和显微镜上应用，另一个讲的是关于纳米镀层的应用。其题目本身比较有趣，seminar的时常大都是1个小时，所以教授主要还是对其项目做了一个大致的介绍，其深入的原理涉及并不太多。

赵雪妍

这一周Dr. Brankovic又出差了，下周一才能回来。好在，他在走之前给我们开了组会安排了这周的任务。因为10月2日-10月7日，Dr. Brankovic、Dongjun和Kamyar要去夏威夷参加Parcific Rim Meeting，Kamyar和Dongjun需要对他们分别负责的硫传感器和化学镀Co两个项目作介绍和展示，因此我们需要更多的数据和更好的样品。这一到两周，Dhaivat和Nikhil还有我都要帮助他们做实验。大概是在实验室的时间比较久了，我也在向一个好助手的方向发展，Dongjun抬头看了我一眼，我也就自然而然地拿起他眼前的烧杯和量筒去洗了。

Dr.Brankovic这周另外安排我的事情就是学会使用之前看过Manual的CV27和picoscope软件。周三的时候，我和Dhaivat把实验室的每一台电脑都试过了，除了Kamyar常用的那台，其他的电脑不是不能安装程序就是不能连接picoscope，Dhaivat还笑话我说我一要做实验了它们全都害怕坏掉了，因此我需要等Kamyar做完实验后才能做实验。好在，也不是一件很难的事情，软件和仪器都十分容易上手，我已经基本掌握了标定峰和绘制CV曲线的方法，在其他时间我也学习了一下循环伏安法的其他用法。

周五中午我去了一个关于“纳米技术和材料如何改变人类生活”的讲座，是由一位物理学院的教授讲的，时间只有一个小时，所以内容比较少，就是举了几个如染料太阳能电池、敏化太阳能电池等的实例。主要是体验了一下国外大学的讲座，虽然有一些人睡觉，但是老师讲的还是很风趣的。

商尚炀

这一周可称得上是工作量最大的一周，由于新的项目要用到心电测试和脑电测试，涉及到繁杂的实验设备，所以在前三天，我和我的印度伙伴一直致力于从实验室的一片混乱中找到所需的仪器。实在找不到便只有托导师订购新品，幸运的是我的sheth导师一如既往地可靠，爽快地帮我们解决了补货事宜。软件的找寻同样也费了一番周折，收集心电信号的copwin软件的说明书莫名遗失，我们面对实验室十数个电脑主机，只得捏着鼻子耐心寻找，但是令人泄气的是，结果还是没有找到。与此同时，主持心理学实验必须经过资格认证，所以我和小哥两人把一部分时间花在了上网课上，希望我们能顺利通过下周一的资格认证测试。

在这一周里，我和印度小哥吃饭工作都在一起，相互磨合之下，他那带有浓郁南亚大陆风味的英语终于向美音转变，我那令人捉急的听力也有了很大提升，工作空隙我们就中印两国的文化生活等方面做了探讨，两人都涨了不少见识。巧合的是，我们都吃饭口味非常相似，都是以素食为主，偶尔吃荤，偏爱酸甜口味，我们这周在一起探寻了学校周边不少餐厅，收获颇丰。

陈丽莎

本周一与Dr. Grossman通话讨论关于上周日提问的内容，得知灰质区域白色线条有可能代表anxon，而不同运动神经元组所包含的运动神经元的大小和形状有可能不同。然而由于切片有可能切过球状细胞的任何一个截面，所以切片中细胞的大小并不能反映实际细胞的大小，反而可能产生误导。目前认为最直接的方式还是聚类，但是可以根据具体的信息加入不同的约束条件，提升聚类的效果。

另一个问题是衡量聚类算法的有效性需要一个评价标准，这可能需要一些先验知识。我考虑让Dr. Grossman为我提供一些ground truth，而在与Dr. Grossman来往的邮件中他也提出让专家划分带有很多主观色彩，不同专家划分的类别不同，没有统一标准。

本周继续在聚类上下功夫，尝试了不同的聚类方法。如Kmedoids，DBSCAN，ISODATA等。结果显示，Kmedoids可以避免Kmeans中存在的聚类中心落到某些边界上，也就是点密度较小的地方；DBSCAN可以滤除一些远离聚类中心的不确定点；ISODATA只用事先指定一个聚类的大致范围，而不需认为给定聚类数，可以自行merge或split。此外还学习了一篇发表在Science上简洁优美的聚类算法“clustering by fast search and density peaks”，此算法主要优点在于可以选出density较大的点作为聚类中心，且可以根据两个指标的乘积大小从一定程度上区分聚类中心和非聚类中心，从而自动指定聚类中心个数。此算法包含完整一套聚类方法，也可以单独用来指定聚类中心，为其他需要人为指定聚类中心的算法做第一步。这个方法或许能给这个问题带来一些启发。

同时找到了有关文献描述motor neuron column在整个spinal cord的分布如下图：

接下来就是利用先验知识和先进的聚类算法尝试将聚类效果提升。

马雅尧

本周开始了纳米孔相关的工作。我们实验室首先与biomedical engineering的Dr.Wilson进行了会议。我们向他的实验室提供纳米孔阵列平台，以此作为基础进行生物细胞的检测。

纳米孔阵列利用的是extrodinary optical transmission。 光通过在金属片上刻蚀出来的波长量级的小孔阵列时透过率会急剧增大，会比普通孔径原理算出来的透过率大几个数量级。在光学显微镜下观察会看到明显的光点阵列。Dr.Wilson要做的就是在金片的孔阵列上附上官能基团，当细胞表面含有这种抗体时，结合之后便会附着在孔上形成小球，那么光通过率就会降低，通过检测被填满的小孔数可以反映出细胞是否是靶细胞。

第一步是在没有加细胞液时在光学显微镜下测量小孔的透过率。值得提出的是在调整焦距的时候我们观测到了明显的SPR现象，之前微纳光学中学到的一系列现象全都展现在了显微镜下。我的任务就是利用ImageJ测量透过率。第二步是在超净间内将孔阵列与细胞液融合，利用SEM可看到哪些小孔被堵住，第三步是再次在光镜下测量透过率，通过前后透过率比较看这种细胞液是否合适这种测量方法。

SEM成像

陈宇遥

这一周的工作重点从原来的在BVO上生长FeMnP的计划调整为了研究在BVO样品上生长CoPi，NiOOH的性质，所以又有新的制备方法需要研究。

之前的CoPi样品都是用的光沉积法进行的生长，而这一周秦师兄和我交流一篇英国皇家理工发表的论文上使用的光电沉积的方法进行了生长，但是他们在论文中给出的条件不明确，他们给出的电压为0.1-0.4V，时间是400-750s。我们于是先用0.2V，600s的条件在280W的模拟太阳光源下进行了生长，测得的CoPi-BVO的样品光电流有显著上升，我们大受鼓舞，所以我们用在光照下在Na（NO3）2能够用相对Ag/AgCl标准电极为0.6V的电压下生长600s得到的样品使用同样的光电沉积法得到了CoPi-NiOOH-BVO样品，测得的光电流有2.89mA,电流密度为7.2mA/mm2这可以算是至今测得的较大光电流了。

同时在泡沫镍上生长InSe的工作也在同步进行，主要为在管式炉中将In粉距离泡沫镍5cm左右，过量的Se粉距离泡沫镍20cm左右，In和泡沫镍在管式炉的中心用700度加热，而In粉因为离中心较远，还需要使用加热带维持300度的温度。在Ar气流中加热1h后，带样品冷却后取出样品，发现样品非常的脆，甚至用镊子一碰就碎。于是用碳纤维纸也重复了同样的工作并进行了生长，发现不如泡沫镍生长的脆性大。最后在显微镜下观察了上一次制作的InSe的样品，对于在泡沫镍上生长InSe的样品上发现了多孔的金属层状结构，并且在测量电阻为0.6~0.7Ω左右，而另一片在carbon fiber paper上生长InSe的样品测得的电阻则有7Ω左右，且在电镜下没有观察到明显的变化，所以还是准备继续制作InSe生长在泡沫镍上的样品。

图，利用管式炉和加热带进行InSe生长

常晟源

本周是对前面几周一直进行的测试工作的收尾。首先，上周提到Mayerich教授试图在HSIproc软件中加入A-Sync技术使得软件能根据输入的文件大小自动划分缓存区大小，从而加速文件格式转换。这一设想在周一就已经被实现，并及时在Git项目上推送给我们。在编译完成这一最新版本之后，我重新进行了BSQ->BIL和BSQ->BIP转换的两项测试，从结果上来看，处理速度相较原来的版本提升了100%到40%不等（对于不同的图像尺寸），当处理大尺寸图像时，这一技术可以保证处理速度稳定在一个可观的水平，约70MB/s，相比原来的37MB/s有着巨大提升。

然后，我这周又有了新的测试任务：在上周，Sebastian学长和Rupali学姐前往M.D.Anderson医学中心，在那里利用成像仪器取得了一组骨细胞（正常/癌变）的图像。教授希望我能对这组图像进行一下K-Means聚类分析，来说明HSIproc软件的功能齐全。

骨细胞在Baseline Correction后的结果

原本我以为这是一个很轻松的任务，因为所需要的指令并不复杂，步骤虽然多但是很明确。然而，当我第一次走完整个流程时却发现，距雷达结果居然只有一类！这是绝对有问题的，毫无疑问。于是，我赶紧向Sebastian学长求助，请他和我一起分析数据。学长仔细观察了图像后认为，可能是存在INF和NaN这样的奇异值像素点扰乱了主成分分析的结果，也可能是图像本身不适合聚类。针对他的这两点设想，我分别对图像进行了去除奇异点的掩膜以及分割图像到单个细胞级别单独进行聚类。功夫不负有心人，在单独对各个细胞进行聚类后，我们发现每列最后一个细胞可以正常聚类。我们将这一结果报告给了Mayerich博士，他没有什么头绪，就拷贝了数据，准备在家里再行测试。

白小龙

本周主要是对球形智能传感器的进一步制作做准备。这一组五个球的内部PZT部分是已经买来的现成材料，因此后续试验之前需要进行阻抗对比分析，以保证初始状态的相近。我首先花了较短的时间熟悉阻抗分析仪，并且由配套软件连接到电脑进行数据采集。接着设定扫描波频率40Hz到200KHz以及采样点数801，分别测试五组小球没有涂绝缘层的阻抗。

图1相同的5组PZT小球 图2阻抗分析过程

后来等到范老师在小球上涂的绝缘胶干掉之后，又采集获取了5组阻抗曲线，根据曲线看来，五个小球的差别是很小的，这也将为后面的试验打下良好的基础。下面列出S1，S2两个小球为例。

图3小球S1涂绝缘层前（左）后（右）的阻抗分布

图4小球S2涂绝缘层前（左）后（右）的阻抗分布

另外，用来浇筑混凝土外壳的模子也按照之前的建模用3D打印完成了，相比之前用乒乓球导致不均匀的状况将会由很大改善。

图5用于浇筑混凝土球壳的模子

王冉

这一周制作了新的原型板，将teensy和屏幕，摇杆，按钮的接口集中在一块板子上，缩小体积以便放入crutch前端的housing。制作完后开始调试，一开始屏幕又一次出现了不能正常工作的情况，一直显示SD卡读取失败，根据上次的经验，问题应该出在供电上，仔细排查之后，猜想是不是用来连接屏幕和板子的线过长，引起了过大的衰减。于是选用较粗的单芯线又做了一根短排线，再次测试，成功。和Atilla讨论了一下通信方式，我希望能用串口，无论是代码还是接线，后续扩展都更有优势，但由于beaglebone的通信似乎并不顺利，他希望我用最简单的方法，也就是用digital pin模拟并口。所以就修改了代码，增加了接口。Jeff给大家分享了一个matlab的入门教程，还挺不错的，周末没事跟着学了一下，挺基础的，不过也弥补了一些原来忽略的东西。实验室的Prasad学长有一天更新了一下Nao机器人的代码，做了几个简单的动作。我才发现我们实验室居然有一支Nao机器人足球队！

这一周根据老师实验的数据进行数据分析。实验是给猴子信号，让他向8个方向伸手，同时测量每个通道的神经电峰。分析时使用matlab，首先根据信号时间，截取神经数据的一段，检测电峰分布并绘出raster图，再将同一个神经元不同方向时的数据提取出来，在raster图的基础上画出直方图，这样就可以直观地看出该神经元是否和动作的方向有关，最后做曲线拟合，找出该神经元活动最强烈的动作方向。后续还将截取的时间根据指令信号和动作的时间进行改变，绘出直方图后可以看出该神经元是否参与了动作的计划。Cybathlon的项目下周讨论后最终决定通信方式，现在teensy的布置有两种选择，即可以放在crutch前端的小盒子里和屏幕在一起，这样避免了线太长电源和信号受影响的问题，不过会让小盒子体积大一些。第二种方式是放在crutch手臂部分的后方，这样需要单独做个小盒子，需要加长线，可能会出现上周的问题，不过和主控连接部分就会短一些，并且crutch前端的小盒子也会相应的小一些。感觉实际制作一个作品的时候会有很多需要权衡的地方，组里的队员们需要一起综合大家的想法，决定出最有利的方案，这个方案肯定也不完美，但应该是综合考虑最合适的。有了3d打印机之后做原型版确实方便了很多，可以较快的把想法实现出来，毕竟拿在手里的实物要比电脑上的模型要直观的多，很多时候也能再体现出问题和需要改进的地方。

周六和美国家庭一起去了博物馆，里面有从生命诞生开始各个时期的生物化石，不禁惊叹生命和进化的神奇。在现代生物的展厅，展出了德州当地的野生动物标本，整个展厅做成森林的样子，用灯光模拟出白天黑夜的变化，啄木鸟响尾蛇等还做成了电动模型，小朋友们一定非常感兴趣。展厅的电视里，播放着号召大家不要乱扔垃圾污染环境的公益片，看来在景区扔垃圾祸害动物这个问题全世界都有……也许几十年后我们在这方面也能世界领先呢，到时候中国人就是文明的使者了。