纳米技术传感器可以将分子指纹转换成条形码

来源:纳米氧化铝_广西新兴纳米科技研究公司 发布时间:2019-04-24 点击次数:

     红外光谱法是检测和分析有机化合物的一种基准方法,但它需要复杂的程序和昂贵的大型仪器,这使得微型化具有挑战性,阻碍了其在工业和医疗应用以及现场数据收集(如测量污染物浓度)中的应用。此外,它基本上受低灵敏度的限制,因此需要大量的样品。
    
     然而,EPFL工程研究所和澳大利亚国立大学(ANU)的科学家们已经开发出一种紧凑而敏感的纳米光子系统,不用传统的光谱学就能识别分子的吸收特性。
    
     他们的系统由一个覆盖着数百个被称为元像素的微小传感器的工程表面组成,可以为每个被表面接触的分子生成独特的条形码。这些条形码可以使用先进的模式识别和分类技术(如人工神经网络)进行广泛的分析和分类。在物理学、纳米技术和大数据的十字路口,RCH已经发表在《科学》杂志上。
    
     有机分子中的化学键具有特定的取向和振动模式,这意味着每个分子都有一组特征水平,通常位于中红外范围内,相当于4到10微米的波长。因此,每种类型的分子吸收不同频率的光,带来独特的每个分子的特征。红外光谱通过观察样品是否以分子的特征频率吸收光来检测给定分子的存在。但是,这种分析需要具有大尺寸和价格标签的实验室仪器。
    
     EPFL科学家开发的先驱系统是高度敏感和小型化的;它使用纳米结构来捕获纳米级的光,从而为表面样品提供了非常高的检测水平。我们要检测的分子是纳米级的,因此弥合这个缺口是一个必不可少的步骤,EPFL生物纳米光子主管Hatice Altug说。系统实验室和该研究的合著者。
    
     系统的纳米结构被分成所谓的元像素,这样每一个元素都能以不同的频率共振。当一个分子接触到一个表面时,它吸收光线的方式改变了它所接触到的所有像素的行为。
    
     重要的是,像素的排列将不同的振动频率映射到表面的不同区域,这项研究的主要作者AndreasTittl说。
    
     这就创建了一个像素化的光吸收图,可以转换成分子条形码,而不需要使用分光计。
    
     科学家们已经使用他们的系统来检测聚合物、杀虫剂和有机化合物。更重要的是,他们的系统与CMOS技术兼容。
    
     由于我们的传感器具有独特的光学特性,我们甚至可以使用宽带光源和探测器来产生条形码,这项研究的共同作者AleksandrsLeitis说。


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