化工儀器網(wǎng)手機版
移動端訪問更便捷
量子效應(yīng)原理助力 科學家造出首個自發(fā)光生物傳感器
2025年07月01日 13:20:10
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：2143
近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)科學家利用量子效應(yīng)原理，首次開發(fā)出一種無需外部光源的新型生物傳感器，為光學生物傳感技術(shù)在醫(yī)療診斷和環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用掃清了一大障礙。
生物傳感器是利用生物物質(zhì)作為識別元件，將生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成可定量的物理、化學信號，從而能夠進行生命物質(zhì)和化學物質(zhì)檢測和監(jiān)控的裝置。其具有快速、準確、簡便的特點，廣泛應(yīng)用于生命科學研究、疾病診斷、環(huán)境監(jiān)控、食品安全等領(lǐng)域。
近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)科學家利用量子效應(yīng)原理，首次開發(fā)出一種無需外部光源的新型生物傳感器，為光學生物傳感技術(shù)在醫(yī)療診斷和環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用掃清了一大障礙。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·光子學》雜志上。
光學生物傳感器通常依賴光波作為探針來檢測生物分子，在精準醫(yī)療、個性化診療以及環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。如果能將光波聚焦到納米尺度——例如小到足以探測蛋白質(zhì)或氨基酸，那么這類傳感器的靈敏度將大幅提升。
目前，科學家通過在芯片表面構(gòu)造納米光子結(jié)構(gòu)，可以將光“壓縮”至極小空間，從而增強檢測能力。然而，這種納米光子傳感器需要復雜的外部光學設(shè)備來提供探測光源，限制了其在便攜式檢測設(shè)備和現(xiàn)場快速診斷中的應(yīng)用。
針對上述難題，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院科學家提出一種創(chuàng)新解決方案：利用量子現(xiàn)象——非彈性電子隧穿，實現(xiàn)無需外部光源的生物檢測。這一量子效應(yīng)指的是電子像波動一樣穿過一個極薄的絕緣層，并在此過程中釋放光子。雖然這種過程發(fā)生的概率非常低，但科學家設(shè)計了一種特殊的納米結(jié)構(gòu)，極大地提升了光發(fā)射的可能性。
該結(jié)構(gòu)由一層極薄的氧化鋁絕緣層和超薄金層組成。當電子在外加電壓的作用下穿過氧化鋁屏障到達金層時，它們的部分能量會激發(fā)被稱為“等離激元”的集體電子振蕩，進而產(chǎn)生光子。這些光子的強度和光譜特性會隨著周圍環(huán)境中是否存在特定生物分子而變化，從而實現(xiàn)對目標分子的檢測。這種檢測高度靈敏、實時且無需標記。
這項突破性成果不僅簡化了光學生物傳感器的結(jié)構(gòu)，還為資源有限地區(qū)或需便攜設(shè)備的應(yīng)用開辟了新的前景，例如家庭健康監(jiān)測、偏遠地區(qū)疾病篩查以及環(huán)境污染物快速識別等。未來，隨著技術(shù)不斷優(yōu)化升級，基于量子物理機制的無光源生物傳感技術(shù)，有望促進新一代微型化、高性能生物檢測設(shè)備的研發(fā)。
素材來源：科技日報
相關(guān)閱讀 Related Reading
查看更多+-
5月12日至30日，由中國氣象局氣象探測中心聯(lián)合錫林浩特國家綜合氣象觀測試驗基地，完成國產(chǎn)探空儀濕度傳感器的同球比對試驗。2025-06-11 11:34:29
-
腦科學與微電子技術(shù)相融合 尋找賦予失明者光明的途經(jīng)
近日，復旦大學集成電路與微納電子創(chuàng)新學院研究團隊、腦科學研究團隊，聯(lián)合中國科學院上海技術(shù)物理研究所團隊，經(jīng)過7年攻關(guān)，共同開發(fā)出全...2025-06-06 11:27:15 -
賦能智能制造與安全運行的“精準之眼”，高精度壓力測量及校準線上會議即將開啟
2025年6月4日13:00，為突破測量精度極限、構(gòu)建全生命周期校準體系，化工儀器網(wǎng)聯(lián)合福祿克測試儀器(上海)有限公司，共同舉辦“...2025-06-03 10:37:49 -
中國科學院自動化研究所從自然界魚類身上的側(cè)線系統(tǒng)獲得啟發(fā)，開發(fā)了一種名為FlowSight的仿生側(cè)線傳感器。2025-05-22 11:40:00
-
致力于推動國產(chǎn)工業(yè)溫控智能化 普泰克驚艷亮相CIBF2025
作為工業(yè)溫控領(lǐng)域的技術(shù)型企業(yè)，普泰克(上海)制冷設(shè)備技術(shù)有限公司(以下簡稱“普泰克”)攜其核心產(chǎn)品——新能源部件測試溫控系統(tǒng)驚艷亮...2025-05-19 10:48:45
版權(quán)與免責聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
- ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權(quán)行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權(quán)等法律責任。
- ③如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
