微型無線天線問世：可高精度監(jiān)測生物電信號
近日，美國麻省理工學院科學家研制出一款新型無線天線。它能以較高的精度監(jiān)測生物系統(tǒng)內(nèi)的電信號，包括微弱至2.5毫伏的來自心臟和大腦的信號。相關論文發(fā)表于最新一期《科學進展》雜志。
活動細胞或組織(如人體、動物組織)不論在靜止狀態(tài)還是活動狀態(tài)，都會產(chǎn)生與生命狀態(tài)密切相關的，有規(guī)律的電現(xiàn)象，稱為生物電。生物電信號包括靜息電位和動作電位，其本質(zhì)是離子的跨膜流動。然而，要想精確地記錄這些電信號成為科學家們面臨的一大重要難題。
鑒于此，研究團隊開發(fā)出了有機電散射天線(OCEAN)。這款天線能同時記錄來自數(shù)千個位點的電信號，且空間分辨率高達微米級別。另外，OCEAN上的天線可將電信號轉(zhuǎn)換為光，使用生物實驗室中常見的標準光學顯微鏡即可輕松測量這些光。
為成功研制出這款天線，研究團隊先在玻璃基板上疊加導電和絕緣材料，然后使用聚焦的離子束蝕刻出納米級的小孔。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”。
借助該方法，研究團隊在單塊芯片上制造出數(shù)百萬個天線。這些天線的寬度僅1微米，具有出色的靈敏度，可檢測低至2.5毫伏的信號，遠遠低于神經(jīng)元用于通信的100毫伏信號。同時，這些設備還能捕捉電信號的快速變化，并在毫秒內(nèi)作出響應。
研究團隊表示，有了這款無線天線，他們無需借助電線和放大器，就能對人體內(nèi)的細胞進行深入研究。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，從而實現(xiàn)更有針對性的治療。
這款微型無線天線的研制成功，不僅為精確記錄電信號長期以來的難題提供創(chuàng)新性解決方案，也為人體內(nèi)的細胞進行深入研究貢獻了重要力量。未來，隨著技術的不斷優(yōu)化升級，這款微型無線天線將會在更多領域中發(fā)揮其獨特的應用價值。
素材來源：科技日報
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