美國開發(fā)出生物友好型納米級光源 
          據(jù)physorg日前日報告，美國能源部勞倫斯·伯克利國家實驗室和加州大學(xué)伯克利分校的研究小組開發(fā)出一種能夠在可見光譜范圍內(nèi)發(fā)出相干光的生物友好型納米級光源。一旦該技術(shù)得到加強(qiáng)和改進(jìn)，這種納米級光源的應(yīng)用前景將十分廣闊，這些應(yīng)用包括單細(xì)胞內(nèi)窺鏡檢查、其它形式的“亞波長”生物成像技術(shù)、基于納米光子技術(shù)的集成電路和先進(jìn)的新型計算機(jī)加密法。

　　該項目的主要研究員之一，化學(xué)家楊培東說：“我們利用個體納米線開發(fā)出了*種無電極的，持續(xù)可調(diào)式相干光源，這種光源可以與生理環(huán)境相互兼容。”楊培東是納米科學(xué)界的人士，他在伯克利國家實驗室分子鑄造分部、材料科學(xué)分部和加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)系身兼數(shù)職。“我們的試驗還表明，這種光源可以利用光學(xué)鑷子誘捕并操縱單一納米線，這種能力十分重要，它不僅可以應(yīng)用于生物成像技術(shù)，還可以應(yīng)用于納米光子集成電路。”

　　生物物理學(xué)家簡·里法茨是另一名主要的研究人員，他身兼伯克利國家實驗室物理生物科學(xué)分部和加州大學(xué)伯克利分校物理系的兩項任職。里法茨說：“有了這種納米線光源好比有了一個微型手電筒，我們可以利用它來掃描整個活細(xì)胞，從而在與細(xì)胞進(jìn)行機(jī)械式接合的同時用肉眼觀察細(xì)胞。”

　　楊培東和里法茨等人發(fā)表的文章出現(xiàn)在2007年6月28日版《自然》雜志的封面上，文章的標(biāo)題是：“可調(diào)式納米非線性光學(xué)探測器。這篇文章的其它合著者分別為：尤里.納卡亞瑪、彼得.鮑左斯基、亞歷山德拉.拉德諾維克、羅伯特.奧諾拉托和理查德.塞卡里。

　　這些研究員在文章中闡述了一種技術(shù)，在這項技術(shù)中，鈮酸鉀納米線被合成為特殊的熱水溶液并利用超聲波使其分離。這些納米線的大小高度統(tǒng)一，它們的長度均為數(shù)微米，而直徑僅為50納米左右。紅外線激光器發(fā)出的一道光束被用于創(chuàng)造允許捕獲和操縱個體納米線的光學(xué)“陷阱”。由于鈮酸鉀具有*的光學(xué)屬性，這種紅外線激光光束還可以充當(dāng)促使納米線發(fā)出可見光的光泵，而這種可見光的色彩是可以選擇的。為了展示該技術(shù)的潛力，這些納米線光源被用于從經(jīng)過特殊處理的光束中產(chǎn)生熒光。

　　“我們的鈮酸鉀納米線的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見光的波長，”楊培東說：“它們還具有的光電屬性和低毒性，此外，它們在常溫條件下的化學(xué)屬性是穩(wěn)定的。因此，它們可以為“亞波長”激光和成像技術(shù)提供理想的光源。”里法茨說：“對于顯微鏡觀察法而言，通常的規(guī)則是，你要么可以觀察物體，要么可以觸摸物體，利用我們的納米線光源技術(shù)，我們把這些能力結(jié)合在一個單一的設(shè)備中。這將使得我們在肉眼觀察樣本的同時能夠操縱樣本。”

　　納米線光源取得成功的關(guān)鍵之處在于鈮酸鉀的非線性光學(xué)屬性。這種光學(xué)屬性使得正在進(jìn)入的紅外線光束在被作為可見光發(fā)射出去之前，通過相關(guān)技術(shù)，即二次諧波產(chǎn)生技術(shù)（SHG）或和頻產(chǎn)生技術(shù)（SFG），其頻率可以被合成或加倍。其結(jié)果是光即是可調(diào)的，又是相干的，從而實現(xiàn)了相關(guān)的技術(shù)需求，而這種技術(shù)需求曾經(jīng)一度成為“亞波長”光學(xué)中的光電成像和光電控測的主要難題。

　　楊培東和他的研究小組以前曾創(chuàng)造出紫外線納米線納米激光并研制出可以引導(dǎo)和指引光線通過電路的納米帶光學(xué)波導(dǎo)，現(xiàn)在他們又開發(fā)出新的納米級光源，這些成果為未來的納米光子學(xué)技術(shù)打下了堅實的基礎(chǔ)。在光子技術(shù)中，光波運(yùn)動取代電子運(yùn)動成為信息的載體。光子技術(shù)有望使未來的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)比現(xiàn)在快數(shù)千倍。“激光、波導(dǎo)、非線性光學(xué)轉(zhuǎn)換器和光電探測器都是光子技術(shù)的重要組成部分，”楊培東說：“一套成熟的納米光子技術(shù)將需要這些組成部分創(chuàng)造出納米光子集成電路。它們在其它方面也有著十分重要的應(yīng)用價值，比如“芯片型實驗室技術(shù)（lab-on-a-chip）”或量子加密技術(shù)。

　　納米級光源zui為重要的影響有可能是在生物成像領(lǐng)域。光學(xué)或可見光顯微鏡技術(shù)始終是生物學(xué)研究的zui前沿，因為它允許科學(xué)家研究活細(xì)胞和組織。然而，鑒于衍射使得光學(xué)顯微鏡的分辨率受到限制，通過“亞波長”技術(shù)，科學(xué)家將可以利用波長小于可見光的光源肉眼觀察物體。對于生物學(xué)而言，該技術(shù)將使正常條件下看不到的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)入人們的視線。里法茨說：“我們假設(shè)單一鈮酸鉀納米線被光線捕獲后可以使該光線的頻率加倍，然后始終為這種本地產(chǎn)生的光線提供波導(dǎo)，這樣一來，開發(fā)一種全新的光掃描顯微鏡觀察法將成為可能。除了示范這種掃描傳輸方式，我們還示范了一種熒光模式。”

　　當(dāng)納米線光源與熒光光束相接觸時，熒光光束在接觸點發(fā)射出一種明顯的橙色熒光。當(dāng)納米線被移開時，橙色熒光立即減弱了80倍，這證明納米線是一種的熒光激發(fā)源。“這項試驗表明我們可以在液體環(huán)境中創(chuàng)造并操作生物友好型納米級相干光源并利用它們來進(jìn)行‘亞波長’成像，”楊培東說：“我們下一步希望推動單一細(xì)胞內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)，在該技術(shù)中，我們將利用納米級光源和‘亞波長’波導(dǎo)在個體細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行高分辨率成像。監(jiān)控活細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)程的能力將極大地改善我們對細(xì)胞功能、細(xì)胞內(nèi)生理進(jìn)程和細(xì)胞信號路徑的基本認(rèn)知。

　　楊培東和里法茨警告稱，納米線光源技術(shù)的發(fā)展才剛剛起步。里法茨把它比喻為10年前的原子顯微鏡觀察法，那時原子顯微鏡技術(shù)也是剛剛起步。里法茨說，這種技術(shù)不會取代現(xiàn)有的顯微鏡技術(shù)，但是它將幫助科學(xué)家做到現(xiàn)在不能做到的事情。“當(dāng)然，這種納米線光源的潛力如果得到全面發(fā)掘，它將會大量的新知識。”