光收縮裝置可檢測(cè)超微量物質(zhì)

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的工程師已經(jīng)創(chuàng)造了基于光的技術(shù)，該技術(shù)可以檢測(cè)分子量比以前的分子小兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上的生物物質(zhì)。通過(guò)制造一種在利用光奇收縮的同時(shí)利用被稱為特殊點(diǎn)(EP)的數(shù)學(xué)奇點(diǎn)的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)這一進(jìn)步。

這項(xiàng)發(fā)表在《自然物理學(xué)》上的研究可能會(huì)導(dǎo)致超靈敏設(shè)備的開發(fā)，該設(shè)備可以快速檢測(cè)人血中的病原體，并大大減少患者從血液檢測(cè)中獲得結(jié)果所需的時(shí)間。

勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授兼系科學(xué)家BoubacarKanté說(shuō)：“我們的目標(biāo)是克服光學(xué)設(shè)備的基本局限性，并發(fā)現(xiàn)可以使以前認(rèn)為不可能或非常具有挑戰(zhàn)性的新物理原理。” ，當(dāng)時(shí)是圣地亞哥大學(xué)UC的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授的職位。“我真正令我感到興奮的是，能夠以如此小的規(guī)模實(shí)現(xiàn)如此的奇異之處。其結(jié)果從根本上令人興奮，而且實(shí)際上很重要。”

光的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于大多數(shù)生物相關(guān)物質(zhì)的大小。為了使光與這些小物質(zhì)強(qiáng)烈相互作用，必須減小其波長(zhǎng)。

研究人員使用了等離激元，它們是可以在金屬納米結(jié)構(gòu)中來(lái)回移動(dòng)的小型電子波流體。

該小組將兩個(gè)等離激元納米天線陣列彼此疊放在一起，每個(gè)陣列產(chǎn)生等離激元共振，以控制特定頻率的光波。然后，研究人員“耦合”了納米天線陣列，將這兩個(gè)波推到一起，直到它們最終以相同的頻率諧振，并且最關(guān)鍵的是，以相同的速率損失了能量，這一時(shí)刻被稱為例外點(diǎn)。這標(biāo)志著研究人員首次將EP用于等離子體激元。

當(dāng)外部物質(zhì)與EP接觸并干擾同步的能量損失速率時(shí)，設(shè)備將以更高的靈敏度檢測(cè)到該物質(zhì)。

“雖然已經(jīng)探索了許多方法來(lái)提高生物傳感器的靈敏度，但使用耦合等離子體納米天線陣列的EP來(lái)提高靈敏度是一種獨(dú)特的方法。它改變了信號(hào)與目標(biāo)濃度(或拷貝數(shù))之間的基本關(guān)系。與平方根方程的簡(jiǎn)單線性關(guān)系，這是設(shè)計(jì)出色靈敏度的關(guān)鍵，”加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授，這項(xiàng)研究的合著者羅宇華說(shuō)。

該設(shè)備檢測(cè)到血液中的抗免疫球蛋白G，這是人類血液中對(duì)抗感染的最常見(jiàn)抗體，其分子量比使用等離子陣列的先前報(bào)道輕 267倍。

坎特說(shuō)，在原始設(shè)備上增加額外的等離子體陣列也可以進(jìn)一步提高EP的靈敏度。

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