據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，美國(guó)克利夫蘭凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（Case Western Reserve University）物理學(xué)家Guiseppe Strangi領(lǐng)導(dǎo)的一支研究團(tuán)隊(duì)，近日開(kāi)發(fā)出一款比傳統(tǒng)技術(shù)靈敏度高100萬(wàn)倍的新型生物傳感器。

他們開(kāi)發(fā)的生物傳感器能夠探測(cè)的物質(zhì)濃度并非微米級(jí)，甚至也不是納米級(jí)，而是飛米級(jí)（femto scale），1飛米相當(dāng)于10^(-15)米，其靈敏度比最好的獵犬嗅覺(jué)還要高。Strangi稱(chēng)：“我們的新型生物傳感器幾乎能夠探測(cè)單個(gè)分子。”

問(wèn)題是他們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)的呢？

Guiseppe Strangi教授

Strangi利用了納米金的特異性?xún)?yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)證明，超薄納米金薄膜中的電子受到一束激光轟擊時(shí)，會(huì)以一定頻率的振動(dòng)波形式運(yùn)動(dòng)。Strangi稱(chēng)這相當(dāng)于是一種物理學(xué)的新分支，這一概念被稱(chēng)為等離子體光學(xué)（plasmonics）。

超薄納米金薄膜層與氧化鋁層之間形成的三明治結(jié)構(gòu)，獲得了更高密度的等離子體場(chǎng)，極大地提高了傳感器的靈敏度

納米金薄膜層表面的振動(dòng)電子形成的等離子體場(chǎng)，能夠“看到”比光波長(zhǎng)小很多的物體。Strangi開(kāi)發(fā)的生物傳感器由16層納米金薄膜層組成，其厚度僅為數(shù)百個(gè)原子那么厚，在氧化鋁層之間形成三明治結(jié)構(gòu)，它們組成的這種結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為超常介質(zhì)（metamaterial）。這種結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了密度更高的等離子體場(chǎng)，使得這款生物傳感器獲得了超高的靈敏度。

微觀物理學(xué)

靈敏度超高的新型生物傳感器

博士研究生Mohamed ElKabbash展示了這款其貌不揚(yáng)的芯片，該芯片尺寸為厘米級(jí)，頂部有一個(gè)微型的塑料盒。ElKabbash說(shuō)：“在這塊基板上方，可以看到微流體管道，這款生物傳感器的本質(zhì)就是在一塊玻璃基板上方，覆蓋了一層非常薄的薄膜。”

“玻璃上方閃耀著黃綠色光芒的物質(zhì)就是神奇的超常介質(zhì)。在兩端有微流體管道的微型塑料盒的幫助下，這款傳感器就可以工作了，”ElKabbash解釋道，“微流體管道將被測(cè)物分子通過(guò)一段特殊的疏水性介質(zhì)“驅(qū)趕”至傳感器表面。一旦這些被測(cè)分子到達(dá)傳感器表面，超常介質(zhì)就會(huì)開(kāi)始分析工作。”

等離子體場(chǎng)會(huì)“看到”被測(cè)分子，基于從傳感器反射出來(lái)的光譜，就可以用相應(yīng)的圖譜來(lái)展示分子的尺寸和濃度。

在飛米尺度上感測(cè)癌癥

Nima Sharifi博士

美國(guó)克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心的癌癥研究人員Nima Sharifi博士列出了一些他感興趣的分子，他希望利用這款超高靈敏度的生物傳感器來(lái)進(jìn)行分子篩選。Nima Sharifi博士說(shuō)：“這款傳感器或許可以用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)、DNA、RNA，或者也可以用來(lái)探測(cè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞。” Sharifi正和物理學(xué)家Strangi及其團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化這款生物傳感器，將這款生物傳感器應(yīng)用于癌癥的治療。

他說(shuō)盡管這款生物傳感器可以幫助癌癥的早期檢測(cè)，但是，真正需要的是希望它能夠幫助監(jiān)視治療中的癌癥組織的細(xì)微變化。Sharifi稱(chēng)Strangi開(kāi)發(fā)的這款生物傳感器還能夠幫助他讀取由癌癥引起的基因突變。Sharifi說(shuō)：“這類(lèi)技術(shù)最大的潛在應(yīng)用，是在這些特定病例中探測(cè)異常蛋白和正常蛋白的情況。”

這款新型生物傳感器距離真正商業(yè)化還需要幾年的持續(xù)開(kāi)發(fā)，但是凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的物理學(xué)家Guiseppe Strangi稱(chēng)，他們已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了專(zhuān)利，并且正在努力將這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用到臨床實(shí)踐中。

Via：MEMS