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微諧振器可對納米顆粒進行高靈敏度的測量和成像

發布:laserpulse    |    2020-02-06 00:31    閱讀:311
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日本沖繩科學技術大學(OIST)研究生院的科學家開發了一種基于光的設備,該設備可用作生物傳感器,可檢測材料中的生物物質,例如食物中的有害病原體。科學家們說,他們的工具,光學微諧振器,比目前的行業標準生物傳感器靈敏280倍,后者只能檢測顆粒組的累積效應,而不能檢測單個分子。

微諧振器是用于單粒子光熱吸收光譜學新方法的核心,微諧振器可充當微型溫度計,以檢測由光學泵浦的納米靶材散發的熱量。但是,將此技術轉換為化學動力系統需要一個機械穩定、解決方案兼容且透明的平臺。對于這項研究,微泡吸收光譜儀充當了滿足這些要求的平臺。這些微氣泡在回音壁模式微諧振器中集成了一個兩端口微流控設備,可以在諧振器內部交換化學試劑,同時保持無溶液的外部環境。

一個微泡諧振器的光熱圖,既不合焦(左上),又合焦(左下)。 兩個具有不同幾何形狀的微泡諧振器的光學顯微照片(右)。 比例尺:20 µm。由ACS Nano提供。

沖繩科學技術大學研究人員與威斯康星大學的科學家合作,在微泡共振器的內部鍍了金納米棒。他們向納米棒上照射激光束以加熱納米棒,然后觀察納米棒在暴露于某些化學物質和光場時其形狀、方向和表面化學性質如何變化。單個金納米棒的光活化蝕刻為研究人員提供了一種方法,可以在納米顆粒進行化學反應時快速獲取有關納米顆粒的空間和形態信息。納米棒中的溫度升高導致諧振器發出的光頻率發生偏移。然后,科學家能夠以非常高的分辨率對納米顆粒溫度的這些變化進行測量和成像。接下來,科學家計劃將這種光熱傳感技術應用于蛋白質。他們將用蛋白質而不是金納米棒覆蓋共振器的內部,然后觀察蛋白質形狀的變化是否會改變蛋白質的光學和熱學性質。

研究人員認為,他們的方法對于檢測微小病毒或單條DNA鏈也可能有用。研究人員喬納森·沃德說:“通常,如果要獲得微小蛋白質的高分辨率圖像,則需要一臺會損壞蛋白質的電子顯微鏡。”“盡管仍有許多技術挑戰需要克服,但商業化的潛力是巨大的。”

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