ITL医疗器械洞察:化学家用一根纳米线制造最小的光谱仪!

该装置可为微型分析仪器铺平道路。

金属电极(垂直条)将纳米线(顶部)分成几个部分,测量可见光谱的不同部分。这种电线位于芯片(底部)的硅衬底上,芯片收集来自纳米线的电信号。

世界上最小的光谱仪,该设备由一根长度小于100微米的纳米线制成,可以测量可见光谱中的彩色光强度,最终可能会产生可安装在手机中的微型光谱仪。

剑桥大学的tawfique hasan说:“我们的光谱仪比人们以前演示过的任何光谱仪都要小一千倍。”

科学家通常使用光学光谱仪来研究物质的组成,包括系外行星的大气和人体组织样本。电子和光学的进步已经带来了手持式光谱仪。但是,哈桑说,建造甚至小于几毫米宽的光谱仪是一个巨大的挑战,尤其是因为很难将像干扰光栅这样的光学元件微型化,然而干扰光栅将白光分解成其组件的颜色。

纳米线光谱仪对这头1厘米x 1厘米的纹章狮子(左)进行了900次测量,以重建一幅30×30像素的彩色图像(右)。

他的团队的光谱仪不使用任何光学元件,而是依靠硫化镉和硒化镉蒸汽逐渐变的半导体纳米线。在一端,纳米线主要是硒化镉,它吸收深红色光。这种成分沿着电线的长度逐渐变化,因此相对的一端主要是硫化镉,它能吸收蓝光。

在新的光谱仪中,研究人员将其中一根纳米线安装在硅衬底上,然后用一组铟金电极将其覆盖,沿着纳米线形成38个不同的区域。每个区域响应不同波长的可见光,在其周围的一对电极之间产生电流,软件分析这些信号并将其转换成频谱。哈桑称赞他以前的博士生杨宗银提出了光谱仪的想法,现在的学生汤姆·奥尔布朗·欧文让光谱仪可靠地工作。

澳大利亚国立大学的ChennupatiJagadish说:“这是一项出色的研究。”“能够将纳米线用作光谱仪是一件独特的事情。”

为了证明纳米线的能力,哈桑的团队扫描了一张纹章狮子的照片,结合一系列的测量来重建彩色图像。他们还用它来可视化红洋葱细胞,显示光谱仪的空间分辨率约为1微米。

微型光谱仪不仅对电子领域带来突破性成就,还给生物医疗产业打下了良好的基础。

由于极小的尺寸,不同于以往的细胞成像技术,该光谱成像可以让图像中的每个像素包含丰富的光谱信息,从而可以分析细胞每个部分的化学变化。通过后续的开发这种微型光谱仪将有望可以通过注射植入到人体,用于实时监测人体健康状况,为癌症等疾病检测提供一种新的方法。

拥有40年行业经验的ITL集团将进一步研究开展创新型医疗器械设计,目前微型医疗器械的开发和应用成为ITL主要的工作重心之一,并与多个创新器械公司成功合作,未来有望将这些微型医疗技术广泛得应用到科研,生产以及生活中去。

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