2020-02-26 23:23:02
光收缩装置可检测超微量物质

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加利福尼亚大学圣地亚哥分校和加利福尼亚大学伯克利分校的工程师已经创造了基于光的技术,该技术可以检测分子量比以前的分子小两个数量级以上的生物物质。通过制造一种在利用光奇收缩的同时利用被称为特殊点(EP)的数学奇点的设备,可以实现这一进步。

这项发表在《自然物理学》上的研究可能会导致超灵敏设备的开发,该设备可以快速检测人血中的病原体,并大大减少患者从血液检测中获得结果所需的时间。

劳伦斯·伯克利国家实验室的电气工程和计算机科学副教授,教授,他是加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程教授期间的负责人。 “我真正令我感到兴奋的是,能够以如此小的规模实现如此的奇异之处。其结果从根本上令人兴奋,而且实际上很重要。”

光的波长远大于大多数生物相关物质的大小。为了使光与这些小物质强烈相互作用,必须减小其波长。

研究人员使用了等离激元,它们是可以在金属纳米结构中来回移动的小型电子波流体。

该小组将两个等离激元纳米天线阵列彼此叠放在一起,每个阵列产生等离激元共振,以控制特定频率的光波。然后,研究人员“耦合”了纳米天线阵列,将这两个波推到一起,直到它们最终以相同的频率谐振,并且最关键的是,以相同的速率损失了能量,这一时刻被称为例外点。这标志着研究人员首次将EP用于等离子体激元。

当外部物质与EP接触并干扰同步的能量损失速率时,设备将以更高的灵敏度检测到该物质。

“虽然已经探索了许多方法来提高生物传感器的灵敏度,但使用耦合等离子体纳米天线阵列的EP来提高灵敏度是一种独特的方法。它改变了信号与目标浓度(或拷贝数)之间的基本关系。与平方根方程的简单线性关系,这是设计出色灵敏度的关键,”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的电气和计算机工程教授,这项研究的合著者罗宇华说。

该设备检测到血液中的抗免疫球蛋白G,这是人类血液中对抗感染的最常见抗体,其分子量比使用等离子阵列的先前报道轻267倍。

坎特说,在原始设备上增加额外的等离子体阵列也可以进一步提高EP的灵敏度。

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