استعراض

في الآونة الأخيرة، والباحثين EPFL باستخدام رقاقة الضوئية وكاميرا عادية، في عينة صغيرة العد شو تشو قه جزيء حيوي ويحدد موقفها. أجهزتهم و الحصادات صغيرة تقنيات تحليل الصور البصرية، والتي يمكن الكشف فقط حتى ورقة الجرافين سميكة ذرة واحدة. في المستقبل، فإن مثل هذه المجسات تلعب دورا هاما في مجال الطب شخصية.

خلفية

المادة الخارقة (المادة الخارقة)، المعروف أيضا باسم المادة الخارقة، يشير يتحقق عموما من خلال تصميم هيكل الصناعي، المواد المركبة ذات خصائص فيزيائية استثنائية من مواد طبيعية ليس لديهم. على سبيل المثال، المادة الخارقة لديه قدرة قوية على التعامل مع موجات الضوء، والموجات الصوتية، والموجات الكهرومغناطيسية وغيرها، لتحقيق غريبة يتميز لا يمكن أن يتحقق المواد المشتركة.

دون الحاجة إلى أشباه الموصلات الأجهزة الدقيقة جعلت من المادة الخارقة (المصدر: جامعة كاليفورنيا، سان دييغو تطبيقات الكهرومغناطيسية المجموعة)

سطح الترا (metasurface)، وهيكل مستو ثنائي الأبعاد يتألف من ذرات الاصطناعية مع الخصائص الكهرومغناطيسية الخاصة وفقا لترتيب معين مكونة، يسمح للتنظيم مرن وقوع الحادث السعة الخفيفة، المرحلة، والاستقطاب، وما إلى ذلك، وجود قدرة قوية للسيطرة على المجال خفيفة . بالمقارنة مع المادة الخارقة التقليدية ثلاثي الأبعاد، فائقة سطح خسارة منخفضة، وسهولة التكامل، عملية إعداد بسيطة وغيرها من المزايا، وتسهيل التكامل والتصغير من جهاز نانو البصرية، له آفاق تطبيق واسع النطاق.

عباءة الخفي مصنوعة من غلاة السطحية (المصدر: مختبر بيركلي)

ابتكار

اليوم، دعونا نعمل معا للتركيز على الابتكار القائم على الأبحاث على السطح.

في المستقبل القريب، قد يكون كل واحد منا بما فيه الكفاية صغيرة لتناسب على طاولة أو سرير الجانب جيب صغير من جهاز بسيط. هذا الجهاز يسمح لنا أن نعرف وضعهم الصحي، والاعتراف وحتى تتبع سيئة الدم أو البول المؤشرات الحيوية، بمثابة أمراض الجهاز الإنذار المبكر، ومن المتوقع أن يصبح العلاج الطبي شخصية.

في الآونة الأخيرة، والمعهد الاتحادي السويسري للتكنولوجيا في لوزان (EPFL) النظام الحيوي النانو الضوئية الباحثين (BIOS) مختبر طورت أداة قوية، ومن المتوقع أن تعزز الابتكار التكنولوجي. وهو يتألف من رقائق البصرية رقيقة صغيرة، عندما بالإضافة إلى كاميرا CMOS القياسية لتحليل الصور، وعينة يمكن حساب شو تشو قه جزيء حيوي ويحدد الموقف منها. وقد تم نشر أبحاثهم في "الطبيعة الضوئيات (الطبيعة الضوئيات)" المجلات.

(المصدر: EPFL)

تكنولوجيا

وتستند هذه التقنية الرائدة على سطح فائقة (الضوئيات النجم الصاعد). سطح الترا هو ورقة المواد الاصطناعية من قبل الملايين من عناصر النانو رتبت بطريقة خاصة تغطيتها. على تردد معين، ويمكن لهذه العناصر توجيه أشعة الضوء في مساحة صغيرة جدا، وخلق "النقاط الساخنة" الحساسة فائض البصرية.

عندما يشرق ضوء على سطح فائقة وضرب جزيء حيث سيتم الكشف عن الحارة، والجزيئات على الفور. في الواقع، من خلال تغيير الطول الموجي للجزيئات المشع هو ضوء، وفضح نفسه.

باستخدام ألوان مختلفة من الضوء على سطح مرارا ومن خلال كل كاميرا CMOS، الكاميرا، يمكن للباحثين حساب عدد الجزيئات في العينة، وبدقة معرفة ما يجري على رقاقة الاستشعار. المؤلف الأول من الورقة، وقال فيليز يشيل كوي: "ثم، ونحن نستخدم أدوات تحليل البيانات الذكية ملايين العلمية بكسل CMOS من خلال الحصول على هذه العملية، وتحديد الاتجاهات أننا أثبتنا أن نتمكن من التركيز على الجزيئات البيولوجية الفردية. أو حتى مجرد ورقة واحدة الجرافين سمك الذرات والكشف والتصوير ".

سطح سوبر جميع الكهربائي من المتوسط، استنادا إلى مبدأ الجزيئات الحيوية الكشف عن التصوير فوق الطيفي (المصدر: مرجع [2])

استخدام فائقة سطح الاستشعار عازلة من أجهزة الاستشعار وتجهيز الحيوي القائم من بيانات الصورة (المصدر: مرجع [2])

الباحثون من خلال إجراء مزيد من البحوث، تطوير النسخة الثانية من النظام الخاص بهم. في النسخة الثانية، فإنه يمكن تعيين على سطح صداها عند أطوال موجية مختلفة في مناطق مختلفة. وقال ادواردو R. ارفيلو شارك في تأليف ورقة: "هذه التقنية هي أبسط، ولكن دقة جزيئات موقعها لتكون أقل من ذلك."

قيمة

مدير المختبر BIOS، يرى رئيس المشروع هاتيس التوج إمكانات كبيرة في مجال البصريات. وقال: "ضوء لديها العديد من الخصائص، مثل كثافة، مرحلة والاستقطاب، ويمكن أن تمر عبر الفضاء مما يعني أن أجهزة الاستشعار البصرية استجابة للتحديات المستقبل، وخاصة من حيث الطب الشخصية، ويلعب دورا هاما .."

الكلمة

أجهزة الاستشعار، والطبية، والبصرية، فائقة السطح

المواد المرجعية

[1] https://actu.epfl.ch/news/harnessing-photonics-for-at-home-disease-detection/

. [2] فيليز يشيل كوي، إدواردو R. ارفيلو، Yasaman جهاني، Mingkai ليو، أندرياس Tittl، فولكان سيفر، يوري Kivshar، خديجة التوج الفائق التصوير فوق الطيفي وbiodetection تمكين كتبها metasurfaces عازل الطبيعة الضوئيات، 2019، دوى :. 10.1038 / s41566- 019-0394-6