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微型無線天線問世：可高精度監(jiān)測(cè)生物電信號(hào)
2024年12月27日 10:31:03
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4468
美國(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)家研制出一款新型無線天線，這些天線的寬度僅1微米，具有出色的靈敏度，可檢測(cè)低至2.5毫伏的信號(hào)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于神經(jīng)元用于通信的100毫伏信號(hào)。
近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)家研制出一款新型無線天線。它能以較高的精度監(jiān)測(cè)生物系統(tǒng)內(nèi)的電信號(hào)，包括微弱至2.5毫伏的來自心臟和大腦的信號(hào)。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志。
活動(dòng)細(xì)胞或組織(如人體、動(dòng)物組織)不論在靜止?fàn)顟B(tài)還是活動(dòng)狀態(tài)，都會(huì)產(chǎn)生與生命狀態(tài)密切相關(guān)的，有規(guī)律的電現(xiàn)象，稱為生物電。生物電信號(hào)包括靜息電位和動(dòng)作電位，其本質(zhì)是離子的跨膜流動(dòng)。然而，要想精確地記錄這些電信號(hào)成為科學(xué)家們面臨的一大重要難題。
鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了有機(jī)電散射天線(OCEAN)。這款天線能同時(shí)記錄來自數(shù)千個(gè)位點(diǎn)的電信號(hào)，且空間分辨率高達(dá)微米級(jí)別。另外，OCEAN上的天線可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光，使用生物實(shí)驗(yàn)室中常見的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡即可輕松測(cè)量這些光。
為成功研制出這款天線，研究團(tuán)隊(duì)先在玻璃基板上疊加導(dǎo)電和絕緣材料，然后使用聚焦的離子束蝕刻出納米級(jí)的小孔。隨后，他們將這塊芯片浸入含有一種聚合物前體的溶液中。通過向溶液中施加電流，前體材料被吸引到芯片上的小孔內(nèi)，蘑菇形天線從下往上開始“生長(zhǎng)”。
借助該方法，研究團(tuán)隊(duì)在單塊芯片上制造出數(shù)百萬個(gè)天線。這些天線的寬度僅1微米，具有出色的靈敏度，可檢測(cè)低至2.5毫伏的信號(hào)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于神經(jīng)元用于通信的100毫伏信號(hào)。同時(shí)，這些設(shè)備還能捕捉電信號(hào)的快速變化，并在毫秒內(nèi)作出響應(yīng)。
研究團(tuán)隊(duì)表示，有了這款無線天線，他們無需借助電線和放大器，就能對(duì)人體內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行深入研究。這有望為心律失常、阿爾茨海默病等疾病的診斷提供新途徑，從而實(shí)現(xiàn)更有針對(duì)性的治療。
這款微型無線天線的研制成功，不僅為精確記錄電信號(hào)長(zhǎng)期以來的難題提供創(chuàng)新性解決方案，也為人體內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行深入研究貢獻(xiàn)了重要力量。未來，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化升級(jí)，這款微型無線天線將會(huì)在更多領(lǐng)域中發(fā)揮其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。
素材來源：科技日?qǐng)?bào)
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