Ang flashlight ng nano ay may kasamang mga bagong application ng ilaw tulad ng pagtuklas ng virus

Well

Scheme ng tatlong magkakaibang mga nano-flashlight para sa pagbuo (kaliwa hanggang kanan) na nakatuon, malawak na kalibre at naka-calibrate na mga ilaw na ilaw. Ang bawat flashlight ay maaaring may iba’t ibang mga application. May-akda: Robin Singh

Ang disenyo ng pinaliit na mga optical system ay maaaring humantong sa hinaharap na mga cell phone na maaaring makakita ng mga virus at marami pa.

Sa isang trabaho na maaaring isang araw ay gawing sensor ang mga cell phone na may kakayahang makakita ng mga virus at iba pang maliliit na bagay, З ang mga mananaliksik ay nagtayo ng isang malakas na flashlight na antas ng nanoscale sa maliit na tilad.

Ang kanilang diskarte sa pagdidisenyo ng isang maliit na sinag ng ilaw sa isang maliit na tilad ay maaari ding magamit upang lumikha ng maraming iba pang mga nano-flashlight na may iba’t ibang mga katangian ng sinag para sa iba’t ibang mga application. Mag-isip ng isang malawak na spotlight laban sa isang sinag ng ilaw na nakatuon sa isang solong punto.

Sa mga dekada, ang mga siyentipiko ay gumamit ng ilaw upang makilala ang materyal sa pamamagitan ng pagmamasid kung paano nakikipag-ugnay ang ilaw sa materyal. Ginagawa nila ito sa pamamagitan ng mahalagang pag-iilaw ng isang sinag ng ilaw sa materyal, pinag-aaralan ang ilaw na iyon pagkatapos na ito ay dumaan sa materyal. Dahil ang lahat ng mga materyales ay naiiba na nakikipag-ugnay sa ilaw, ang pagtatasa ng ilaw na dumadaan sa materyal ay nagbibigay ng isang uri ng “fingerprint” para sa materyal na iyon. Isipin na ginagawa mo ito para sa maraming mga kulay – iyon ay, para sa maraming mga haba ng daluyong ng ilaw – at makuha ang pakikipag-ugnay ng ilaw sa materyal para sa bawat kulay. Magreresulta ito sa mga fingerprint na mas detalyado pa.

Anu Agarwal

Ang Anu Agarwal ay isa sa mga nangungunang mananaliksik sa pagbuo ng mga nano-flashlight. May-akda: Larawan sa kagandahang-loob ni Anu Agarwal

Karamihan sa mga instrumento para dito, na kilala bilang spectrometers, ay medyo malaki. Ang paggawa sa kanila ng mas maliit ay magkakaroon ng isang bilang ng mga benepisyo. Halimbawa, maaari silang maging portable at may mga opsyonal na extra (isipin ang isang futuristic cell phone na puno ng isang standalone sensor para sa isang tukoy na gas). Gayunpaman, kahit na ang mga mananaliksik ay gumawa ng mahusay na mga hakbang sa pag-miniaturize ng sensor upang makita at pag-aralan ang ilaw na dumaan sa materyal, ang isang miniaturized at maayos na hugis na light beam – o flashlight – ay nananatiling isang hamon. Ngayon, ang sinag na ito ng ilaw ay madalas na ibinibigay ng macroscopic kagamitan na katulad ng isang laser system na hindi itinatayo sa chip mismo tulad ng mga sensor.

Buong sensor

Ipasok ang trabaho ng MIT. Sa huling dalawang gawa sa Ulat ng natural science, hindi lamang inilarawan ng mga mananaliksik ang kanilang diskarte sa pagdidisenyo ng mga built-in na flashlight na may iba’t ibang mga katangian ng sinag, iniulat din nila ang paglikha at matagumpay na pagsubok ng isang prototype. Mahalaga, nilikha nila ang aparato gamit ang mga umiiral na teknolohiya ng pagmamanupaktura na pamilyar sa industriya ng microelectronics, kaya tiwala sila na ang pamamaraang ito ay maaaring i-deploy sa isang napakalaking sukat sa mas mababang gastos.

Sa pangkalahatan, maaari nitong payagan ang industriya na lumikha ng isang kumpletong sensor sa isang maliit na tilad na may parehong ilaw na mapagkukunan at isang detektor. Bilang isang resulta, ang trabaho ay kumakatawan sa isang makabuluhang pagsulong sa paggamit ng silicon photonics upang manipulahin ang mga light alon sa mga microchip para sa mga sensor.

“Ang silicon photonics ay may napakahusay na potensyal para sa pagpapabuti at pag-miniaturis ng umiiral na mga biosensitive control scheme. Kailangan namin ng matalinong diskarte sa disenyo upang magamit ang buong potensyal nito. Ang gawaing ito ay nagpapakita ng isang ganoong diskarte, “sabi ni Ph.D. Robin Singh SM ’18, na siyang pinuno ng akda ng parehong papel.

“Ang gawaing ito ay makabuluhan at kumakatawan sa isang bagong tularan ng disenyo ng aparato ng photon na maaaring mapabuti ang pagmamanipula ng optical beam,” sabi ni Dawn Tan, isang associate professor sa Singapore University of Technology and Design na hindi kasangkot sa pag-aaral.

Robin Singh

Si Robin Singh ay isa sa mga nangungunang mananaliksik sa pagbuo ng mga nano-flashlight. May-akda: Larawan sa kabutihang loob ni Robin Singham

Ang mga nakatatandang kapwa may-akda ng unang papel ay sina Anuradha “Anu” Merti Agarwal, punong mananaliksik sa Massachusetts Institute of Technology’s Materials Research Laboratory, ang Center for Microphatics at ang Initiative for Knowledge and Innovation in Manufacturing; at Brian W. Anthony, Chief Research Fellow sa MIT Engineering. Ang mga kapwa may-akda ni Singh sa pangalawang artikulo ay si Agarwal; Anthony; Yuqi Nie, ngayon y unibersidad ng Princeton; at Mingi Gao, isang nagtapos na mag-aaral sa Kagawaran ng Electrical Engineering at Computer Science sa Massachusetts Institute of Technology.

Paano nila ito nagawa

Si Singh at ang kanyang mga kasamahan ay lumikha ng isang karaniwang disenyo gamit ang maraming mga tool sa simulasi ng computer. Kasama rito ang mga maginoo na diskarte batay sa pisika na kasangkot sa paglaganap at pagmamanipula ng ilaw, at mas advanced na mga diskarte sa pag-aaral ng makina kung saan itinuro sa mga computer na mahulaan ang mga potensyal na solusyon gamit ang malawak na dami ng data. “Kung ipapakita namin sa computer ang maraming mga halimbawa ng mga nano-flashlight, matututunan kung paano gumawa ng pinakamahusay na mga flashlight,” sabi ni Anthony. Sa huli, “maaari nating sabihin sa computer ang pattern ng ilaw na gusto natin, at sasabihin nito sa amin kung ano ang dapat na disenyo ng flashlight.”

Ang lahat ng mga tool sa simulation na ito ay may mga kalamangan at kawalan; sama-sama na humantong sa isang panghuli, pinakamainam na disenyo na maaaring iakma upang lumikha ng mga flashlight na may iba’t ibang mga uri ng light ray.

Susunod, ginamit ng mga mananaliksik ang disenyo na ito upang lumikha ng isang tukoy na flashlight na may isang naka-calibrate na sinag o ilaw kung saan ang mga sinag ng ilaw ay ganap na parallel sa bawat isa. Ang pinagsamang mga beam ay susi para sa ilang mga uri ng sensor. Ang kabuuang flashlight, na ginawa ng mga mananaliksik, ay nagsama ng halos 500 mga hugis-parihaba na istraktura ng nanoscale na may iba’t ibang laki, na, ayon sa mga simulation ng pangkat, nagsasama ng isang collimated beam. Ang mga nanosucture na may iba’t ibang laki ay humantong sa iba’t ibang mga uri ng mga beam, na siya namang susi ng iba pang mga application.

Gumagana ang isang maliit na flashlight na may isang collimated beam. Hindi lamang iyon, nagbigay ito ng isang sinag na limang beses na mas malakas kaysa sa posible sa mga maginoo na disenyo. Bahagi ito sapagkat “ang makontrol nang mas mahusay ang ilaw ay nangangahulugang mas kaunting pagkalat at nawala,” sabi ni Agarwal.

Inilalarawan ni Singh ang kaguluhan na naramdaman niya noong lumilikha ng unang flashlight. “Napakagandang makita sa pamamagitan ng isang mikroskopyo kung ano ang nabuo ko sa computer. Pagkatapos ay sinubukan namin ito at gumana ito! “

Mga Sanggunian:

“Reverse Photon Structure Design for Beam Collimation by Sensing on Chips,” Robin Singh, Yuki Ni, Minge Gao, Anurada Merti Agarwal, at Brian W. Anthony, Marso 5, 2021, Mga ulat ng siyentipiko.
DOI: 10.1038 / s41598-021-84841-2

“Disenyo ng mga optikal na sukat na gumagamit ng radiation engineering na gumagamit ng malalim na pag-aaral,” Robin Singh, Anu Agarwal at Brian W. Anthony, Nobyembre 16, 2020, Mga ulat ng siyentipiko.
DOI: 10.1038 / s41598-020-76225-9

Ang pag-aaral na ito ay bahagyang suportado ng pagkukusa ng MIT Skoltech.

Ang mga karagdagang institusyon at departamento ng MIT na ginawang posible ang gawaing ito ay ang Kagawaran ng Materyal na Agham at Teknolohiya, ang Materyales sa Pananaliksik sa Materyal, ang Institute of Medical Engineering at Agham, at MIT.nano.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.