新型光学传感器:可检测到单个纳米级对象

北京大学肖云峰和龚旗煌教授领导的团队与位于Erlangen 的Max Planck(马克斯普朗克)光科学研究所的合作者一起发展了一种新的传感机制,即利用一种光学微腔探测单个纳米对象和生物分析物。该机制可用有效地检测单个病毒,胶体粒子或者空气中微小的颗粒物。这对应用于早期疾病的诊断、环境监测、应急响应和国土安全等广泛领域是至关重要的。

光学共振器件在超灵敏光学生物传感方面显示出巨大的潜力,因为他们可以大大提高光与物质间的相互作用。突出的例子是光学回音壁微腔,该命名来源于与之类似的声学回音壁(首次由Lord Rayleigh在研究圣保罗大教堂回音壁问题时解释)。然而这些光学器件通常检测共振波长的位移或模式分裂,因此对各种噪声敏感或严重依赖于微腔的超高Q因子。新的传感机理通过改变检测信号为共振模式线宽的展宽,显着的降低了无论来自探针或环境的噪音影响,并在保持高灵敏度的同时降低了对腔体超高Q值的要求。

在实验中,研究人员制备了一个特殊的有聚二甲基硅氧烷涂层的变形微腔,用于更好的测量共振模式的线宽。当纳米粒子附着到微腔的表面时,纳米粒子会引起损失,导致线宽变宽。通过这个机制,单个半径为70nm的聚苯乙烯(PS)纳米颗粒,和半径约50nm的慢病毒被成功的检测到。但是该器件对PS纳米颗粒的预期检测极限为半径在亚10纳米,进一步可以通过结合其他增强检测的方法改进,如等离子体共振。

肖云峰教授这样评述道:“它在检测像蛋白分子类的生物纳米颗粒方面具有巨大的潜力,因此可能为微腔生物传感器走向实际应用铺平道路。”

原文:New optical sensor can detect individual nanoscale objects

翻译:肖军燕