新型法布里-珀罗谐振器，能够检测“更小”纳米颗粒的空间运动

由 judy 提交于周三, 17 十一月 2021 - 11:31

新型光学谐振器可用于蛋白质、DNA折纸或病毒的表征（来源：KIT）

据麦姆斯咨询报道，德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology，KIT）开发了一种新型光学谐振器，用于追踪纳米颗粒在空间中的运动。

纳米颗粒在我们的环境中无处不在：室内空气中的病毒、人体内的蛋白质、或作为电子新材料的组成部分、或在表面涂层中。然而，这些微小颗粒的可视化可能是个问题：因为它们是如此之小，以至于通常无法在传统的光学显微镜下被观察到。

德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员开发了一种新型谐振器，利用该谐振器，他们不仅可以检测纳米颗粒，还可以确定它们的特性并追踪其空间运动。他们在Nature Communications上介绍了所开发的极其灵敏且紧凑的探测器——一种新型法布里-珀罗（Fabry-Pérot）谐振器。

法布里-珀罗微腔器件和测量信号。a）微腔及其与具有直接激光写入（DLW）结构（黄色）的玻璃卡套集成形成微流控通道的示意图。b）微流控器件的照片。c）微腔传输信号T/T0的示例。

传统的显微镜可以放大微小结构或物体的图像。然而，由于纳米颗粒的尺寸非常小，几乎不吸收或散射光线，因此它们仍然是不可见的。另一方面，光学谐振器加强了光与纳米颗粒之间的相互作用：通过在两个镜子之间反射光线数千次，它们将光线困在一个小空间内。

如果被困的光场中有一个纳米颗粒，那么该颗粒会与光发生数千次的相互作用，从而可以测量光强度的变化。卡尔斯鲁厄理工学院物理研究所的Larissa Kohler博士评论道：“由于光场在空间的不同点具有不同的光强度，因此我们可以得出关于纳米颗粒在三维空间中的位置信息。”

卡尔斯鲁厄理工学院的物理学家Larissa Kohler

新型谐振器使纳米颗粒的运动可见

这款新型法布里-珀罗谐振器使纳米颗粒的运动可见。不仅如此，她还补充道：“当纳米颗粒在水中时，它会和水分子发生碰撞，水分子由于热能而向任意方向运动。”

她说：“由于受到撞击，纳米颗粒会进行一种震颤运动。我们现在也能理解这种布朗运动了。使用这款光学谐振器不仅可以探测该颗粒是否在光场中，还能追踪纳米颗粒的空间运动。”

此外，基于光纤的新型法布里-珀罗谐振器（其中高反射率镜子位于玻璃光纤的端面上）开启了从三维运动推导粒子流体动力学半径（即周围水化层的厚度）的可能性。

这很重要，因为它改变了纳米颗粒的特性。Kohler说：“例如，由于水化层的存在，纳米颗粒仍然可以被检测到，如果没有这个壳层，它就太小了。”蛋白质或其他生物纳米颗粒周围的水化层也可能对生物过程产生影响。

研究人员“看到”了他们的新型光学谐振器在未来高时间分辨率的三维运动检测和生物纳米颗粒（如蛋白质、DNA折纸或病毒）的光学特性表征方面的可能用途。因此，该谐振器可以洞察尚未了解的生物过程。