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一种可以将分子指纹转换成条形码的纳米技术传感器

  

 

  【据瑞士洛桑联邦理工学院2018年6月7日报道】瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)工程学院和澳大利亚国立大学(ANU)的科学家们已经开发出了一种简洁而灵敏的纳米光子系统,可以在不使用常规光谱法的情况下识别出分子的吸收特性。

  红外光谱是检测和分析有机化合物的基准方法。但它需要复杂的程序和大型昂贵的仪器,使设备小型化具有挑战性,并阻碍其用于某些工业和医疗应用和现场收集数据。此外,它从根本上受到灵敏度低的限制,因此需要大量的样本数量。

  有机分子中的化学键都有特定的方向和振动模式。它影响分子吸收光的方式,这给了每个分子一个独特的“特征”。由EPFL科学家开发的首创系统由一个被数百个微型传感器覆盖的工程表面组成,它可以为每一个表面接触到的分子生成一个不同的条形码。这些条形码可以通过高级模式识别和人工神经网络等分类技术进行大规模的分析和分类。

  它使用的纳米结构可以捕捉纳米尺度上的光,从而为表面上的样品提供非常高的检测水平。该系统的纳米结构被归类为“元像素”(metapixels),这样每一个都能在不同的频率上共振。当一个分子与表面接触时,分子吸收光线的方式会改变它接触到的所有元像素的行为。重要的是,元像素的排列方式是将不同的振动频率映射到表面的不同区域。这样就创建了一个像素化的吸收光的图,这可以转换成分子条形码,而实现所有这些都不需要使用光谱仪。

  这个新系统有许多潜在的应用,例如,它可以用于制造便携式医疗测试设备,为血液样本中发现的每一个生物标志物生成条形码。另外,人工智能也可以与这项新技术结合起来,为研究人员提供一种新的工具,可以快速、准确地发现复杂样品中存在的少量化合物。

  相关研究论文《Imaging-based molecular barcoding with pixelated dielectric metasurfaces》发表在Science上。

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