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一种新的成像技术可以快速测量固体的化学成分。传统的药丸样本图像显示在左边;在右边,用太赫兹频率观察同一个表面,会发现不同颜色的不同成分。这样的图像将有助于药品生产的质量控制和发展,以及医疗诊断和治疗。信贷Sterczewski et al。
一种新的成像技术可以快速测量固体的化学成分。传统的药丸样本图像显示在左边;在右边,用太赫兹频率观察同一个表面,会发现不同颜色的不同成分。这样的图像将有助于药品生产的质量控制和发展,以及医疗诊断和治疗。斯特切夫斯基等人。

摘要:
研究人员发明了一种成像系统,该系统使用激光,体积小、效率高,足以安装在微芯片上。

缩小太赫兹差距:微型激光是迈向新传感器的重要一步

美国新泽西州普林斯顿大学商学院于2019年7月25日宣布

该系统发射并探测太赫兹频率的电磁辐射——高于无线电波,但低于用于热成像的长波红外线。vwin徳赢官网使用太赫兹辐射成像一直是工程师们的一个目标,但在这个频率范围内创建实用系统的难度阻碍了大多数应用,并导致了工程师们所说的“太赫兹间隔”。

“在这里,我们有一项革命性的技术,它没有任何移动部件,而是使用半导体芯片发出的太赫兹辐射,”普林斯顿大学(Princeton University)电气工程副教授、该研究团队的领导者之一杰拉德·维索基(Gerard Wysocki)说。

太赫兹辐射可以穿透织物和塑料等物质,它是非电离的,因此在医疗上是安全的,可以用来观察在其他频率下难以成像的材料。发表在《光学学报》(Optica) 6月刊上的一篇论文描述了这种新系统,它可以快速探测分子的身份和排列,或暴露材料的结构损伤。

该设备使用精确频率的稳定辐射束。这种装置被称为频率梳,因为它包含多个“齿”,每个齿发出不同的、定义明确的辐射频率。辐射与样品材料中的分子相互作用。双梳结构使仪器能够有效地测量反射辐射。反射辐射中独特的模式或光谱特征使研究人员能够识别样品的分子组成。

虽然目前的太赫兹成像技术生产成本高,操作不便,但新系统基于半导体设计,成本更低,每秒可以生成很多图像。这样的速度对于制药片剂在生产线上的实时质量控制和其他快节奏的应用非常有用。

威索基说:“想象一下,每100微秒就有一个平板电脑经过,你可以检查它是否有一个一致的结构,以及你所期望的每种成分是否足够。”

作为概念的证明,研究人员创造了一种包含三个区域的片剂,其中包含了药物中常见的惰性成分——葡萄糖、乳糖和组氨酸。太赫兹成像系统识别出每种成分,并揭示出它们之间的界限,以及一种化学物质溢出到不同区域的几个点。这类“热点”代表了制药生产中经常出现的问题,即活性成分没有正确地混合到药片中。

该团队还展示了该系统的分辨率,用它来描绘一个美国季。像鹰翅膀上的羽毛,只有五分之一毫米宽,这样的细节清晰可见。

尽管该技术使得太赫兹成像在工业和医疗上的应用比以前更加可行,但它仍然需要冷却到低温,这是实际应用的一个主要障碍。许多研究人员正在研究一种可以在室温下工作的激光器。普林斯顿大学的研究小组说,他们的双梳高光谱成像技术可以很好地与这些新的室温激光光源配合使用,从而可以开辟更多的用途。

因为太赫兹辐射是非电离的,所以对病人来说是安全的,有可能被用作皮肤癌的诊断工具。此外,这项技术对金属的成像能力可以用于测试飞机机翼在飞行中被物体撞击后的损伤。

除了威索基,论文的普林斯顿作者还包括前访问研究生卢卡兹·斯特切维斯基(目前是美国宇航局喷气推进实验室的博士后学者)和副研究员乔纳斯·韦斯特伯格。其他合著者还有来自麻省理工学院的杨洋、大卫•伯霍夫和胡庆;和Sandia国家实验室的John Reno。美国国防高级研究计划局(Defense Advanced research Projects Agency)和美国国防部为这项研究提供了部分支持能源部。

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莫莉Sharlach

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