18:38 2024-04-26
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Codurile de bare optice extind gama de senzori de înaltă rezoluție
_ Codurile de bare optice extind gama de înalte -senzor de rezoluție
Aceeași ciudățenie geometrică care permite vizitatorilor să murmure mesaje în jurul cupolei circulare a galeriei șoapte de la Catedrala Sf. Paul din Londra sau peste arcul șoptit al St. Louis Union Station permite, de asemenea, construirea de înalte senzori optici de rezoluție. Rezonatoarele în modul galerie de șoaptă (WGM) au fost folosite de zeci de ani pentru a detecta semnături chimice, fire de ADN și chiar molecule individuale.
În același mod în care arhitectura unei galerii de șoaptă îndoaie și concentrează undele sonore, Microrezonatoarele WGM limitează și concentrează lumina pe o cale circulară minusculă. Acest lucru permite rezonatoarelor WGM să detecteze și să cuantifice caracteristicile fizice și biochimice, făcându-le ideale pentru aplicații de detecție de înaltă rezoluție în domenii precum diagnosticarea biomedicală și monitorizarea mediului.
Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a rezonatoarelor WGM a fost limitată. prin intervalul lor dinamic îngust, precum și prin rezoluția și acuratețea lor limitate.
Într-un studiu recent publicat în jurnalul IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Lan Yang, profesorul Edwin H. & Florence G. Skinner, și Jie Liao, un asociat de cercetare postdoctoral, ambele în cadrul Departamentului de Inginerie Electrică și Sisteme Preston M. Green din Școala de Inginerie McKelvey de la Universitatea Washington din St. Louis, demonstrează o abordare transformatoare pentru a depăși aceste limitări: coduri de bare optice WGM pentru multimode detecție.
Tehnica inovatoare a lui Liao și Yang permite monitorizarea simultană a mai multor moduri de rezonanță într-un singur rezonator WGM, luând în considerare răspunsurile distinctive din fiecare mod, extinzând considerabil gama de măsurători realizabile.
WGM detectarea folosește o lungime de undă specifică a luminii care poate circula în jurul perimetrului microrezonatorului de milioane de ori. Când senzorul întâlnește o moleculă, frecvența de rezonanță a luminii circulante se schimbă. Cercetătorii pot măsura apoi această schimbare pentru a detecta și a identifica prezența unor molecule specifice.
„Sențiarea multimodală ne permite să detectăm mai multe modificări de rezonanță ale lungimii de undă, mai degrabă decât una singură”, a explicat Liao. „Cu mai multe moduri, putem extinde detectarea optică WGM la o gamă mai mare de lungimi de undă, putem obține o rezoluție și precizie mai mari și, în cele din urmă, putem detecta mai multe particule.”
Liao și Yang au găsit limita teoretică a detectării WGM și au folosit aceasta pentru a estima capacitățile de detectare ale unui sistem multimodal. Ei au comparat un singur mod convențional cu senzorul multimod și au stabilit că, în timp ce detectarea monomod este limitată la o gamă foarte îngustă - aproximativ 20 picometri (pm), constrânsă de hardware-ul laser - intervalul pentru detectarea multimod este potențial nelimitat folosind aceeași configurație.
„Mai multă rezonanță înseamnă mai multe informații”, a spus Liao. „Am obținut un interval teoretic infinit, deși suntem practic limitati de aparatul de detectare. În acest studiu, limita experimentală pe care am găsit-o a fost de aproximativ 350 de ori mai mare cu noua metodă decât metoda convențională pentru detectarea WGM.”
Aplicațiile comerciale ale detectării WGM multimodale ar putea include utilizări biomedicale, chimice și de mediu, a spus Yang. În aplicațiile biomedicale, de exemplu, cercetătorii ar putea detecta modificări subtile ale interacțiunilor moleculare cu o sensibilitate fără precedent pentru a îmbunătăți diagnosticul bolii și descoperirea medicamentelor.
În monitorizarea mediului, cu capacitatea de a detecta modificări minuscule ale parametrilor de mediu, cum ar fi temperatura și presiunea, detectarea multimodală ar putea permite sisteme de avertizare timpurie pentru dezastre naturale sau facilita monitorizarea nivelurilor de poluare în aer și apă.
Această nouă tehnologie permite, de asemenea, monitorizarea continuă a reacțiilor chimice, așa cum s-a demonstrat în experimentele recente efectuate de grupul lui Yang. Această capacitate este promițătoare pentru analiza și controlul în timp real al proceselor chimice, oferind potențiale aplicații în domenii precum farmaceutice, știința materialelor și industria alimentară.
„Sensibilitatea ultraînaltă a rezonatoarelor WGM ne permite să detectăm particule individuale. și ioni, dar potențialul acestei tehnologii puternice nu a fost utilizat pe deplin, deoarece nu putem folosi acest senzor ultrasensibil direct pentru a măsura o necunoscută completă”, a adăugat Liao.
„Detecția multimodală permite această analiză necunoscut. Prin extinderea gamei noastre dinamice pentru a privi milioane de particule, ne putem asuma proiecte mai ambițioase și putem rezolva problemele din lumea reală.”
Comentarii:
Adauga Comentariu