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比血细胞还小:科学家打造出全球最小超音波探测器

  据外媒报道,德国科学家成功研制出有史以来最小的超声波探测器,它不仅比血细胞还小,而且还为超分辨率成像开辟了新的可能性。研究人员称这一结果令人震惊并希望这项技术能对生物组织展开前所未有的详细研究。

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  据悉,这个由亥姆霍兹慕尼黑中心(环境与健康研究中心)和慕尼黑工业大学的们开发的新设备代表了一种不同于传统超声成像背后的技术,后者通常依赖于压电设备--超声波产生的压力会把它变成一个电压。通过这种方法产生的图像质量直接跟压电探测器的大小有关,探测器越小、分辨率越高,但这反过来会损害器件的灵敏度。但在这项新研究中,研究人员转向了一种依赖于硅光子学的成像技术。

  据了解,硅光子学技术在下一代计算和数据传输等领域有着巨大的潜力,它可以将微型光学组件组装在小型硅芯片上。硅可以将光限制在很小的范围内,科学家们则可以利用这种能力来制造出他们的开创性设备。

  这个被叫做硅波导-标准具探测器(SWED)的装置其工作原理是设备在光通过小型光子电路传播时捕捉光强度的变化,而不再是通过压电晶体追踪电压。该团队表示,该设备比血细胞还小,着标志着该种尺寸的检测器首次被用于检测超声波。

  该项研究小组负责人、来自慕尼黑工业大学的Vasilis Ntziachristos教授指出,由于使用了硅光电子技术,所以他们能够使新探测器小型化,而与此同时又能保持高灵敏度。

  SWED设备尺寸约0.5微米,比临床使用的最小压电探测器至少小上1万倍,这使得它能对小于1微米的特征进行成像。这种被称为超分辨率成像的方法可以应用于细胞和组织,它将不仅能为生物医学研究和临床诊断开辟新的可能性,而且也可以让超声波以以往不可能实现的方式被研究。

  Ntziachristos表示:“最初开发这种探测器是为了推进光声成像的性能,这是我们在亥姆霍兹慕尼黑中心和慕尼黑大学的主要研究重点。然而,我们现在预见它将能应用于更广泛的传感和成像领域。”

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