化工仪器网手机版
移动端访问更便捷
量子效应原理助力 科学家造出首个自发光生物传感器
2025年07月01日 13:20:10
来源：化工仪器网 点击量：4987
近日，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)科学家利用量子效应原理，首次开发出一种无需外部光源的新型生物传感器，为光学生物传感技术在医疗诊断和环境监测中的应用扫清了一大障碍。
生物传感器是利用生物物质作为识别元件，将生化反应转变成可定量的物理、化学信号，从而能够进行生命物质和化学物质检测和监控的装置。其具有快速、准确、简便的特点，广泛应用于生命科学研究、疾病诊断、环境监控、食品安全等领域。
近日，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)科学家利用量子效应原理，首次开发出一种无需外部光源的新型生物传感器，为光学生物传感技术在医疗诊断和环境监测中的应用扫清了一大障碍。相关研究成果发表在《自然·光子学》杂志上。
光学生物传感器通常依赖光波作为探针来检测生物分子，在精准医疗、个性化诊疗以及环境监测中发挥着关键作用。如果能将光波聚焦到纳米尺度——例如小到足以探测蛋白质或氨基酸，那么这类传感器的灵敏度将大幅提升。
目前，科学家通过在芯片表面构造纳米光子结构，可以将光“压缩”至极小空间，从而增强检测能力。然而，这种纳米光子传感器需要复杂的外部光学设备来提供探测光源，限制了其在便携式检测设备和现场快速诊断中的应用。
针对上述难题，瑞士洛桑联邦理工学院科学家提出一种创新解决方案：利用量子现象——非弹性电子隧穿，实现无需外部光源的生物检测。这一量子效应指的是电子像波动一样穿过一个极薄的绝缘层，并在此过程中释放光子。虽然这种过程发生的概率非常低，但科学家设计了一种特殊的纳米结构，极大地提升了光发射的可能性。
该结构由一层极薄的氧化铝绝缘层和超薄金层组成。当电子在外加电压的作用下穿过氧化铝屏障到达金层时，它们的部分能量会激发被称为“等离激元”的集体电子振荡，进而产生光子。这些光子的强度和光谱特性会随着周围环境中是否存在特定生物分子而变化，从而实现对目标分子的检测。这种检测高度灵敏、实时且无需标记。
这项突破性成果不仅简化了光学生物传感器的结构，还为资源有限地区或需便携设备的应用开辟了新的前景，例如家庭健康监测、偏远地区疾病筛查以及环境污染物快速识别等。未来，随着技术不断优化升级，基于量子物理机制的无光源生物传感技术，有望促进新一代微型化、高性能生物检测设备的研发。
素材来源：科技日报
相关阅读 Related Reading
查看更多+-
最高支持3500万元！怀柔科学城出台20条新政推动科学仪器和传感器产业创新发展
北京怀柔科学城管理委员会发布20条新政精准支持怀柔科学城科学仪器和传感器产业创新发展。2025-07-10 14:24:48 -
近日，丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所团队利用了两种关键技术开发出新型可调量子传感技术——一种混合量子系统，能帮多种技...2025-07-07 13:44:03
-
5月12日至30日，由中国气象局气象探测中心联合锡林浩特国家综合气象观测试验基地，完成国产探空仪湿度传感器的同球比对试验。2025-06-11 11:34:29
-
近日，复旦大学集成电路与微纳电子创新学院研究团队、脑科学研究团队，联合中国科学院上海技术物理研究所团队，经过7年攻关，共同开发出全...2025-06-06 11:27:15
-
赋能智能制造与安全运行的“精准之眼”，高精度压力测量及校准线上会议即将开启
2025年6月4日13:00，为突破测量精度极限、构建全生命周期校准体系，化工仪器网联合福禄克测试仪器(上海)有限公司，共同举办“...2025-06-03 10:37:49
版权与免责声明
- ①凡本网注明“来源：化工仪器网”的所有作品，均为浙江兴旺宝明通网络有限公司-化工仪器网合法拥有版权或有权使用的作品，未经本网授权不得转载、摘编或利用其他方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：化工仪器网”。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
- ②本网转载并注明自其他来源（非化工仪器网）的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品第一来源，并自负版权等法律责任。
- ③如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
