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国际前沿周报第5期

1351    2022-04-30    发布者:中国测试杂志社    来源:中国测试杂志社

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本期导读:

1. 实时超快湿敏光学传感器

2. 一种由氢分子构成量子传感器

3. 基于金纳米粒子的快速准确病毒检测方法


实时超快湿敏光学传感器

原产于南美洲的大力神甲虫具有一个迷人的特性,即根据外部湿度条件改变外壳颜色,这是因为甲虫壳的内部是带有方孔的多孔晶格结构 。当特定波长的光照射到外壳上时,会反射并显示不同的颜色,而波长会随湿度变化而变化。

最近,来自韩国浦项科技大学的研究团队提出了一种像这种甲虫一样根据湿度改变颜色的传感器,其速度比传统基于法布里-珀罗干涉仪的光学传感器快10,000倍。

该研究的结果发表在学术期刊《科学进展》上。

在我们的日常生活中,光传感器已经用于心电图和空气质量测量,这些传感器利用光线检测周围环境的变化并将其转换为数字信号。

研究小组制作了一个由金属-水凝胶-金属结构组成的比色传感器,使用无序的金属纳米颗粒层(壳聚糖水凝胶)和反射衬底。当外界湿度变化时,由于壳聚糖水凝胶在潮湿状态下膨胀,在干燥状态下收缩的特性,传感器的谐振频率也会发生变化。

超快全色比色湿度传感器原理图和原理

牵头这项研究的罗教授解释说:“这种新的湿度传感器特殊之处在于,即便使用了纳米材料和纳米结构,仍能实现较低成本扩展生产。在安全代码中引入对湿度敏感的彩色像素,可应用于对湿度敏感的电子设备、钞票、护照和身份证的安全标签。”


来源:Nanowerk


一种由氢分子构成量子传感器

加州大学欧文分校的物理学家已经在配备太赫兹激光的扫描隧道显微镜中证实了氢分子作为量子传感器的用途,这种技术能以前所未有的时间和空间分辨率测量材料的化学性质。

借助持续万亿分之一秒的激光脉冲,科学家们能够激发氢分子并检测其在低温和仪器的超高真空环境下的量子态变化,从而呈现原子级的延时图像样品。

在扫描隧道显微镜的超高真空中,一个氢分子被夹在银尖端和图案之间。太赫兹激光的飞秒脉冲激发分子,将其变成一个量子传感器。(图片来源:威尔逊·何实验室,UCI)

该研究的合著者——物理学、天文学和化学教授威尔逊·何说,氢分子是两能级系统的一个例子,因为它在两个位置之间向上和向下移动,并略微水平倾斜。通过激光脉冲,科学家们可以诱使系统以循环方式从基态变为激发态,从而导致两种状态的叠加。循环振荡的持续时间非常短暂——仅持续数十皮秒——但通过测量这种“退相干时间”和循环周期,科学家们能够看到氢分子如何与其环境相互作用。

“氢分子成为了量子显微镜的一部分,因为无论显微镜扫描到哪里,氢都存在于针尖和样品之间,”何说。“它是一个极其敏感的探头,使我们能够看到低至 0.1埃的变化。在这个分辨率下,我们可以看到样品上的电荷分布如何变化。”

扫描隧道显微镜(STM)的针尖和样品之间的空间极小,大约6埃或0.6纳米。何和他的团队组装的扫描隧道显微镜能够检测在这个空间中流动的微小电流,并产生光谱读数,证明氢分子和样品元素的存在。何说,这个实验代表了基于太赫兹感应整流电流通过单个分子的化学敏感光谱的首次演示。

何表示,基于氢的量子相干性在这种细节水平上表征材料的能力在催化剂的科学和工程中非常有用,因为它们的功能通常取决于单个原子尺度的表面缺陷。只要氢可以吸附到材料上,原则上,就可以使用氢作为传感器,通过观察材料本身的静电场分布来表征材料本身。


来源:Nanowerk



基于金纳米粒子的快速准确病毒检测方法

德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员研制了一种病毒快速检测方法,该方法可以在30分钟内提供与实验室检测一样准确的结果。目前,该研究集中在呼吸道合胞病毒 (RSV),但该技术可以应用于其他病毒,如流感病毒和新冠肺炎病毒,同时,研究人员还打算使用该平台来识别癌症的生物标志物。

该技术的准确度是传统快速检测的150倍,与聚合酶链式反应(PCR)检测的准确度相当。新技术比PCR检测更快获得结果,后者通常需要一天或更长时间才能确定结果。此外,这些检测费用低廉,不需要复杂的液体处理或大量的样品制备。

数字等离子纳米气泡检测(DIAMOND)方法将金纳米粒子附着在需检测的病毒抗体上,然后将这些组合分子与患者的鼻拭子样本混合。如果样本中含有病毒,则被金纳米粒子标记的抗体将与病毒表面的蛋白质结合。研究人员使用注射器将样品注入玻片上的微通道内,该通道与细意大利面条一样窄。当液体流经微通道时,它会经过两道激光的照射,这一过程类似于机场安检时,行李在传送带上移动进行扫描的方式。

第一道激光激活金纳米颗粒,金纳米颗粒吸收激光能量并膨胀。如果膨胀足够强,纳米颗粒会使周围的水沸腾,产生气泡。纳米气泡的大小决定了测试结果。如果病毒存在,它将产生一个很大的纳米气泡信号;如果没有病毒,粒子只会发出微小的纳米气泡信号,这样我们就可以区分样本的状态。

此图显示了一个带有可识别病毒的金纳米粒子的患者样本,该样本正在通过激光检查点。


来源:Nanowerk



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