新型傳感器可檢測單個蛋白質(zhì)或癌細(xì)胞等微小物體。

據(jù)美國東北大學(xué)官網(wǎng)16日消息，該?？蒲袌F(tuán)隊近日取得突破性進(jìn)展，成功研發(fā)出一款拓?fù)湟龑?dǎo)聲波傳感器，在不縮小傳感器尺寸的前提下實(shí)現(xiàn)了對微米級目標(biāo)的高精度探測，為納米與量子尺度傳感技術(shù)開辟新路徑，未來有望在量子計算、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

傳統(tǒng)傳感器面臨一個長期矛盾：拍攝或探測微小物體時，通常需要縮小傳感器尺寸以提升分辨率，但像素或單元尺寸越小，設(shè)備性能與靈敏度往往隨之下降。例如數(shù)碼相機(jī)的感光像素或傳統(tǒng)相機(jī)膠片，在追求微小目標(biāo)成像時，縮小傳感器雖能捕捉更多細(xì)節(jié)，卻可能因單位面積接收光量不足等問題導(dǎo)致畫質(zhì)模糊、信號弱化。針對這一行業(yè)痛點(diǎn)，東北大學(xué)團(tuán)隊另辟蹊徑，設(shè)計了一款大小僅與皮帶扣相當(dāng)?shù)耐負(fù)湟龑?dǎo)聲波傳感器，通過創(chuàng)新機(jī)制破解“尺寸-精度”困局。

該傳感器的核心技術(shù)在于“引導(dǎo)聲波”與“拓?fù)浣缑鎽B(tài)”的結(jié)合。其中，拓?fù)浣缑鎽B(tài)源自凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，是一種存在于拓?fù)涑瑢?dǎo)體表面或邊界、厚度僅約1納米的特殊量子態(tài)。借助這一特性，傳感器能將能量精準(zhǔn)聚焦至納米級區(qū)域，既避免了傳統(tǒng)微型化過程中因結(jié)構(gòu)壓縮導(dǎo)致的性能衰減，又能以更高靈敏度鎖定目標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中，它可探測單個蛋白質(zhì)、癌細(xì)胞等微米級微小對象，甚至捕捉極微弱信號。

在概念驗證實(shí)驗中，這款傳感器展現(xiàn)了卓越性能：成功探測到直徑僅5微米的低功率紅外激光目標(biāo)——這一尺寸約為人類發(fā)絲直徑的十分之一，相當(dāng)于在宏觀設(shè)備中捕捉到了微觀世界的“指紋”。實(shí)驗數(shù)據(jù)還顯示，傳感器能清晰區(qū)分極微弱信號與高度局部化的參數(shù)變化，證明其具備超精密探測能力。

東北大學(xué)表示，這項成果突破了傳統(tǒng)傳感器依賴“縮小尺寸換精度”的限制，為納米與量子尺度的傳感需求提供了全新解決方案。未來，該技術(shù)或可應(yīng)用于量子計算中微觀環(huán)境的高靈敏度監(jiān)測、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中單細(xì)胞的無損檢測等場景，推動相關(guān)領(lǐng)域向更精細(xì)、更高效的方向發(fā)展。業(yè)界認(rèn)為，這一突破或?qū)⒅匦露x傳感器設(shè)計的底層邏輯，開啟微型化與高性能并存的新篇章。

來源：新華社