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研究成果

“超材料超透鏡”有望檢測早期癌細胞

超材料光學特性的研究者、紐約州立大學布法羅分校（University of Buffalo）的Natalia Litchinitser教授近日在她的論文中介紹了由她的團隊設計的一款可進行單個分子成像和癌細胞檢測的透鏡--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，并解決傳統光學透鏡的折射問題。

受量子力學的測不準原理的制約，光學設備存在衍射極限，為半波長量級，衍射會導致“消逝波”，即光波逐漸消散在傳統透鏡中。為了能看到更精細的尺度，需要突破衍射極限。提高成像分辨率是近場光學的一個熱門領域，達到這些超高分辨率需配合昂貴的高精度儀器設備，而利用超材料來實現超高分辨率無疑是一種低成本的辦法。

這種微結構的尺度小于它作用的波長，因此得以對波施加影響，實現讓光波、雷達波、無線電波、聲波甚至地震波彎曲的夢想，這是傳統材料無法實現的。超材料超透鏡能將漸散的光波轉化成能被標準設備收集傳播的光線，繼而突破散射的限制。

傳統透鏡由銀和隔絕材料按照環(huán)形間隔排列制成。Litchinitser教授帶領他的團隊摒棄傳統方法，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10.742）的一篇論文中，Litchinitser教授的團隊闡述了使用光刻和電鍍來制作這種超透鏡的方法，并提供了光學試驗的波導。實驗顯示，在可見光下，光學內視鏡僅能成像1萬納米左右的物體，而使用超透鏡后，分辨率可提高至250納米或更好。

超材料超透鏡內部結構

“醫(yī)療技術的發(fā)展急需我們提高觀測微小物體的能力，而超材料超透鏡的研發(fā)或許會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癌細胞，而現有醫(yī)療條件下這兩種癌細胞還難以在早期被檢測。”

超材料超透鏡：淺色區(qū)域為黃金，深色為PMMA超材料

對于超材料在生物醫(yī)療領域的應用，國內研究者和研究機構也已在展開探索，如2011年，深圳光啟高等理工研究院揭牌成立了“超材料技術生物醫(yī)療應用工程實驗室”。

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

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