據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國克利夫蘭凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）物理學家Guiseppe Strangi領(lǐng)導的一支研究團隊，近日開發(fā)出一款比傳統(tǒng)技術(shù)靈敏度高100萬倍的新型生物傳感器。

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

問題是他們?nèi)绾螌崿F(xiàn)的呢？

Guiseppe Strangi教授

Strangi利用了納米金的特異性優(yōu)勢。實驗證明，超薄納米金薄膜中的電子受到一束激光轟擊時，會以一定頻率的振動波形式運動。Strangi稱這相當于是一種物理學的新分支，這一概念被稱為等離子體光學（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，極大地提高了傳感器的靈敏度

納米金薄膜層表面的振動電子形成的等離子體場，能夠“看到”比光波長小很多的物體。Strangi開發(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，使得這款生物傳感器獲得了超高的靈敏度。

微觀物理學

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的芯片，該芯片尺寸為厘米級，頂部有一個微型的塑料盒。ElKabbash說：“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，“微流體管道將被測物分子通過一段特殊的疏水性介質(zhì)“驅(qū)趕”至傳感器表面。一旦這些被測分子到達傳感器表面，超常介質(zhì)就會開始分析工作。”

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

在飛米尺度上感測癌癥

Nima Sharifi博士

美國克利夫蘭醫(yī)學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進行分子篩選。Nima Sharifi博士說：“這款傳感器或許可以用來檢測蛋白質(zhì)、DNA、RNA，或者也可以用來探測循環(huán)腫瘤細胞。” Sharifi正和物理學家Strangi及其團隊展開合作，來進一步優(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。

他說盡管這款生物傳感器可以幫助癌癥的早期檢測，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微變化。Sharifi稱Strangi開發(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：“這類技術(shù)最大的潛在應(yīng)用，是在這些特定病例中探測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)開發(fā)，但是凱斯西儲大學的物理學家Guiseppe Strangi稱，他們已經(jīng)將這項技術(shù)申請了專利，并且正在努力將這項技術(shù)從實驗室應(yīng)用到臨床實踐中。

Via：MEMS