利用光子学检测家庭疾病

在不久的将来，我们每个人都可能有一个简单的设备——一个足够小的床头柜或口袋——让我们知道自己的健康水平，甚至识别血液中微量的不良生物标志物或唾液，并作为疾病的早期预警系统。这是个性化医疗的承诺之一。

感谢EPFL生物纳米光子系统(BIOS)实验室研究人员开发的强大工具，这一技术革命可能更近了一步。它由超薄和小型光学芯片组成，当与标准CMOS相机配合使用并由图像分析供电时，可以逐一计数样品中的生物分子并确定它们的位置。他们的研究发表在《自然光子学》上。

一个非常强大的传感器。

这项开创性的技术是基于元表面-冉冉在光子学领域的后起之秀。超级颖表面是一片由数百万纳米大小的元素覆盖的人造材料，以特殊的方式排列。在一定的频率下，这些元件可以将光挤压到非常小的体积内，从而形成超灵敏的光学“热点”。当光照射在表面上并击中分子的一个热点时，分子立即被检测到。事实上，分子通过改变照射到它身上的光的波长来消除自己。

扫描分子并拍照。

通过在表面使用不同颜色的光，每次都用CMOS相机拍照，研究人员可以计数样品中的分子数量，并确切知道传感器芯片上发生了什么。“然后我们使用智能数据科学工具来分析通过这一过程获得的数百万个CMOS像素，并确定趋势，”文章的第一作者Filiz Yesilkoy说。“我们已经证明，我们不仅可以检测热点上的单个生物分子并对其成像，还可以检测只有一个原子厚的单个石墨烯片。”

研究人员将他们的工作向前推进了一步，开发了他们系统的第二个版本，其中超表面被编程为在不同区域以不同波长产生共振。“这种技术更简单，但在定位分子时也不太准确，”文章的合著者之一爱德华多r阿韦洛说。

疾病检测的游戏规则改变者？

管理BIOS实验室并领导该项目的Hatice Altug看到了光学领域的巨大潜力。“光有许多特性——如强度、相位和偏振——并且可以在空间中传播。这意味着光学传感器可以在应对未来挑战方面发挥重要作用——特别是在个性化医疗方面。”

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