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研究成果

“超材料超透鏡”有望檢測(cè)早期癌細(xì)胞

超材料光學(xué)特性的研究者、紐約州立大學(xué)布法羅分校（University of Buffalo）的Natalia Litchinitser教授近日在她的論文中介紹了由她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的一款可進(jìn)行單個(gè)分子成像和癌細(xì)胞檢測(cè)的透鏡--超材料超透鏡。這種由微小的黃金薄片和透明聚合體超材料制成的透鏡能在可見光下工作，并解決傳統(tǒng)光學(xué)透鏡的折射問題。

受量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理的制約，光學(xué)設(shè)備存在衍射極限，為半波長(zhǎng)量級(jí)，衍射會(huì)導(dǎo)致“消逝波”，即光波逐漸消散在傳統(tǒng)透鏡中。為了能看到更精細(xì)的尺度，需要突破衍射極限。提高成像分辨率是近場(chǎng)光學(xué)的一個(gè)熱門領(lǐng)域，達(dá)到這些超高分辨率需配合昂貴的高精度儀器設(shè)備，而利用超材料來(lái)實(shí)現(xiàn)超高分辨率無(wú)疑是一種低成本的辦法。

這種微結(jié)構(gòu)的尺度小于它作用的波長(zhǎng)，因此得以對(duì)波施加影響，實(shí)現(xiàn)讓光波、雷達(dá)波、無(wú)線電波、聲波甚至地震波彎曲的夢(mèng)想，這是傳統(tǒng)材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。超材料超透鏡能將漸散的光波轉(zhuǎn)化成能被標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備收集傳播的光線，繼而突破散射的限制。

傳統(tǒng)透鏡由銀和隔絕材料按照環(huán)形間隔排列制成。Litchinitser教授帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)摒棄傳統(tǒng)方法，將黃金和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）超材料按照放射型排列制成了一種新型的超透鏡。在《自然通訊》雜志（《Nature》子刊，SCI一區(qū)，影響因子高達(dá)10.742）的一篇論文中，Litchinitser教授的團(tuán)隊(duì)闡述了使用光刻和電鍍來(lái)制作這種超透鏡的方法，并提供了光學(xué)試驗(yàn)的波導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)顯示，在可見光下，光學(xué)內(nèi)視鏡僅能成像1萬(wàn)納米左右的物體，而使用超透鏡后，分辨率可提高至250納米或更好。

超材料超透鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)

“醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展急需我們提高觀測(cè)微小物體的能力，而超材料超透鏡的研發(fā)或許會(huì)幫助我們跨出一大步”，Litchinitser教授舉例道，“超材料超透鏡能用于觀察卵巢或腺體腫瘤活體切片組織中的單個(gè)癌細(xì)胞，而現(xiàn)有醫(yī)療條件下這兩種癌細(xì)胞還難以在早期被檢測(cè)。”

超材料超透鏡：淺色區(qū)域?yàn)辄S金，深色為PMMA超材料

對(duì)于超材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)研究者和研究機(jī)構(gòu)也已在展開探索，如2011年，深圳光啟高等理工研究院揭牌成立了“超材料技術(shù)生物醫(yī)療應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)室”。

隨著超材料領(lǐng)域研究和應(yīng)用的深化，超材料能否引領(lǐng)生物醫(yī)療領(lǐng)域的顛覆性變革，讓我們拭目以待。

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