一種非線性光學(xué)晶體芯片，將太赫茲光波與微流控裝置結(jié)合

來自大阪大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種非線性光學(xué)晶體芯片（NLOC)，將太赫茲光波與微流控裝置結(jié)合，并充分利用了太赫茲光源與微通道內(nèi)被測(cè)物質(zhì)溶液的緊密近場(chǎng)性。他們的研究發(fā)表在最近一期APLPhotonics雜志上。

“采用這項(xiàng)技術(shù)，即便樣本少于一納升，我們也可以探測(cè)出幾飛克分子的溶液濃度，”通訊作者M(jìn)asayoshiTonouchi表示，“這種無需標(biāo)注基團(tuán)的高靈敏探測(cè)對(duì)未來低介入式臨床技術(shù)有著非常重要的前景?！?/p>

圖一采用裝配式太赫茲微流控芯片進(jìn)行溶液測(cè)量的示意圖

芯片包括局部太赫茲輻射點(diǎn)源，單個(gè)微通道和開口諧振環(huán)陣列。自晶體背面輻射激光束激活產(chǎn)生太赫茲光波，并與微通道內(nèi)流動(dòng)溶液有效互動(dòng)。同時(shí)也展示了裝配式太赫茲微流控芯片的光學(xué)顯微成像。

生物傳感中太赫茲光波的應(yīng)用近來倍受關(guān)注。太赫茲光波具有探測(cè)分子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的能力，無需標(biāo)注基團(tuán)就可以測(cè)量出我們所感興趣的材料物質(zhì)的內(nèi)在特性。

但是，直到今天，太赫茲波的衍射極限以及水對(duì)于它的超強(qiáng)吸收性仍然限制著這一項(xiàng)技術(shù)。微流控裝置是分析系統(tǒng)的潛在希望，因?yàn)闇y(cè)量所需的樣本量很小。

對(duì)于常見疾病早期、迅速的診斷可謂是這項(xiàng)技術(shù)在今后的重要運(yùn)用前景之一。癌癥、糖尿病、流感病毒的檢測(cè)只需要很小一管體液便可以完成，極大的減少了病患的檢測(cè)過程與痛苦。此外，這項(xiàng)技術(shù)還能夠以非創(chuàng)傷型方式分析檢測(cè)活體細(xì)胞，這對(duì)于今后的研究有著眾多的潛在優(yōu)勢(shì)。

圖二 僅在318微微升礦泉水內(nèi)礦物濃度的共振頻率偏移圖

通過觀察純凈水共振頻率的轉(zhuǎn)化，可以探測(cè)出溶質(zhì)，精度可以高達(dá)31.8飛克分子。

大阪大學(xué)所研發(fā)的NLOC芯片可以自行生成太赫茲輻射，與微通道裝置緊密相連，大大提高了其有效性。通過比較純凈水與礦泉水現(xiàn)有離子的頻率轉(zhuǎn)化，傳感芯片可用來分析水中的礦物質(zhì)濃度。采用這項(xiàng)技術(shù)，其靈敏度可以達(dá)到31.8飛克分子。

“無需高能光源或太赫茲光源、近場(chǎng)探針或棱鏡，就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的高靈敏度，這為今后的應(yīng)用提供了多重可能性。”論文的第一作者KazunoriSerita表示，“對(duì)于我們研究結(jié)果今后的潛在應(yīng)用前景，我們感到非常激動(dòng)，這為以后的快速檢測(cè)和緊湊型器件設(shè)計(jì)做出了貢獻(xiàn)。尤為重要的是，我們的發(fā)現(xiàn)勢(shì)必會(huì)加速太赫茲實(shí)驗(yàn)室芯片技術(shù)的發(fā)展與未來。”

這項(xiàng)高度適用性技術(shù)一定會(huì)波及眾多領(lǐng)域，如分析學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等，并將大有作為。