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新型超紧凑高灵敏度传感器来袭
2015-06-11 16:42:01 慕雪发布 来源:益择网
益择网讯（慕雪/译编）纳米光学和等离子初期实验室的两个年轻的研究员，Dmitry Fedyanin和Yury Stebunov，发明了一种超紧凑型高灵敏度纳米机械传感器，它可用于分析物质的化学成分和检测生物对象，例如病毒性疾病标志物，即免疫系统响应不可对付或难以治愈的疾病时所出现的物质，包括艾滋病毒、肝炎、疱疹等。传感器将使医生能识别肿瘤标记物，它们在体内存在并且传达肿瘤细胞的出现和增长的信号。
准确地说，该设备是一个光机械芯片。“我们已经持续关注微-纳米机械生物传感器方面的进展很久了，没有人能提供可并行监测实验室外应用的简单、可扩展的技术。因此我们的目标不仅是实现紧凑型高灵敏度传感器，还要让它能与标准微电子技术相容且具有可拓展性。”研究人员说。新设备拥有最好的灵敏度是因为“传感器可实时跟踪只有几千道尔顿重的悬臂质量的变化”这一关键特征。1道尔顿大约是一个质子或中子的质量，几千道尔顿是单个蛋白质和DNA分子的质量。因此新型光学传感器可以检测之前任何手段都无法检测的疾病，这为新一代诊断铺平了道路。与类似设备不同的是，新型传感器没有复杂的连接，可通过标准的CMOS工艺生产技术用于微电子。传感器没有电路，并且它的设计非常简单。它包括两个部分：一个光子(或电浆)纳米波导控制光信号，和悬在波导上方的悬臂。
悬臂是一个细长的微观带(5微米长、1微米宽、90纳米厚)，与芯片紧密相连。它的工作原理如下：将悬臂想象成尺子，尺子的一端被紧紧按在桌子边上，另一端悬空；如果拨动尺子的悬空端，尺子会开始以特定的频率进行机械振动。尺子和悬臂振动之间唯一的区别就是频率，且频率取决于材料和几何形状，尺子的振动在几万赫兹，悬臂的振动频率在兆赫级。在振荡过程中有两个光学信号穿过波导：第一个是设置悬臂的运动，第二个是阅读包含运动信息的信号。控制信号的非均匀电磁场的光学模式传送悬臂的偶极矩，同时影响偶极子，悬臂开始振荡。振荡确定第二个信号的参数，输出功率取决于悬臂的位置。高度本地化的纳米波导光学模式创建了一个强大的电场强度梯度，这是诱导悬臂振荡的关键。悬臂振荡可确定芯片的环境化学成分。研究表明，新型传感器的高灵敏度以及其易造性和微尺寸让它适用于所有便携式设备，比如智能手机、可穿戴电子产品等。
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