开发了新的纳米天线技术来获取光

时间:2019-11-24 03:58 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

开发了新的纳米天线技术来获取光


庆兰和坎宁安发现了一种利用纳米天线技术获取光线的方法。资料来源:伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校微纳米技术实验室

 

伊利诺伊大学的研究人员开发了纳米天线光吸收的新框架

将光的能量转化为纳米级的体积需要新的工程方法来克服一个被称为“衍射极限”的基本障碍。然而,伊利诺伊大学的研究人员已经突破了这一障碍,他们开发了纳米天线,将从光源(如发光二极管)获取的能量封装成纳米尺度的颗粒,使检测单个生物分子、催化化学反应和产生量子计算所需性质的光子成为可能。

 

结果,它有一个广泛的应用程序可能包括更好的癌症诊断工具,最近发表在《纳米快报,著名的同行评议杂志出版的美国化学学会在一篇名为“Microcavity-Mediated的吸收光谱可调放大电浆Nanoantennas,”这项研究是由美国国家科学基金会资助。

 

为了创造一种能够克服衍射极限的设备,研究生黄庆兰和她的导师,Holonyak实验室主任布莱恩·t·坎宁安(Donald Biggar Willett的工程学教授)将光子晶体与等离子纳米天线耦合起来,这是该领域的一种创新方法。光子晶体作为光接收器,将能量聚焦到比从原始光源(如LED或激光)接收到的能量大数百倍的电磁场中。当“调谐”到相同的波长时,纳米天线从电磁场中吸收能量,并将能量集中到一个更小的体积中,这个体积比强度大两个数量级。光子晶体与奈米天线之间的能量回馈,即所谓的“共振杂化耦合”,可以透过其对反射与透射光谱的影响来观察。

 

“在两件事情之间建立合作关系是令人兴奋的,因为这从未实现过,”黄说。“这是一个通用的概念,我们已经通过实验首次证明了这一点。”

 

为了实现这一目标,研究小组仔细地控制了纳米天线的密度,以最大限度地提高其能量收集效率。他们还开发了一种方法,使纳米天线均匀地分布在光子晶体表面,并调整光子晶体的光学共振波长以匹配纳米天线的吸收波长。

 

除了改变研究人员处理光线的方式,这种新的耦合方法还有可能改变癌症的诊断方式和诊断时间。一种应用是使用金纳米颗粒,比DNA等生物分子大不了多少,作为纳米天线。在这种情况下,反馈提供了一种识别特定类型癌细胞特有的生物标志物的方法,该小组现在将共振杂交耦合技术与新的生物化学方法联系起来,以单分子精度检测癌症特异性RNA和DNA分子。坎宁安和纳米传感器小组的其他成员将很快发表另一篇论文,专门关注这一发现在癌症诊断方面的应用。

 

坎宁安说:“《纳米快报》是一本很难读懂的杂志。“但这项研究中新颖的物理学和广泛应用的潜力使这项研究脱颖而出。这项研究的下一步包括深入研究这一新工艺的潜在应用。

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