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科学家们利用太赫兹等离子体技术开发出可调谐生物成像装置
发布时间:2019-04-12 09:39:56 阅读:130

来源:东京工业大学(Tokyo Institute of Technology);电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 肖丰 编译

(a)螺旋牛眼(SBE)结构的照片,(b)双波纹器件的显微镜图像,以及(c)位于SBE结构中心的八尖Siemens星形孔的扫描电子显微镜图像。来源:科学报告(Scientific Reports

    东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员开发了一种易于使用的、可调谐的太赫兹系列生物传感器。使用新装置获得的小鼠器官图像验证了传感器能够区分不同组织。这项成果扩大了太赫兹在生物分析和未来诊断中的应用可能性。

    等离子体电子学是安全、传感和医疗领域中应用于设备的热门技术。它们包括利用被称为表面等离子体的金属中自由电子的激发。等离子体材料最有前景的应用之一是超灵敏生物传感器的发展。

    迄今为止,将等离子技术与新兴太赫兹(THz)技术相结合以检测微小的生物样品的能力已经被证明具有挑战性,主要是因为THz光波的波长比可见光、红外线和紫外线的波长更长。

    现在,东京工业大学未来跨学科科学技术研究实验室的Yukio Kawano及其同事与东京医科大学的研究人员合作,通过设计一种基于频率可调谐等离子体的THz装置,找到了克服这一障碍的方法。

    新设备的一个关键特性是其螺旋牛眼(SBE)设计(见图1)。Kawano在他们发表在科学报告(Scientific Reports)中的研究报告中说,由于沟槽的平滑变化,“沟槽周期随着直径方向不断变化,从而产生连续频率可调特性。”

对小鼠皮肤、心脏、肾脏、肺部、脾脏、大脑和股骨的器官组织切片进行THz医学检查。通过旋转SBE测量透射光谱。光谱显示器官组织具有不同的透射峰特征。来源:科学报告(Scientific Reports

    新设计的另一个优点是它结合了一个所谓的西门子星形孔,通过简单地改变螺旋等离子体结构的旋转来实现用户友好的选择所需频率的方法。

    Kawano说:“该装置还增加了亚波长孔径处的电场强度,从而显著放大了传输。”

    在评估新装置对生物组织的可视化程度的初步实验中,研究人员获得了各种小鼠器官的THz透射光谱,如图2所示。为了进一步探索,他们还对小鼠尾巴进行了THz映射。通过对比使用和不使用SBE设计获得的图像,研究表明,前者显著提高了区分头发、皮肤和骨骼等不同组织的能力(见图3)。

使用常规设置(上图像)和SBE(下图像)对鼠尾样本进行太赫兹映射。使用SBE可清楚地区分头发(黄色和红色)、皮肤(浅蓝色)和骨骼(深蓝色)。来源:科学报告(Scientific Reports

 
 

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