革命性技术，基于芯片级频率梳的高光谱成像系统诞生
2019-08-01 14:00:25   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

普林斯顿大学开发出基于芯片级频率梳的高光谱成像技术，在药物发现和医学诊断方面具有广阔的应用前景。

普林斯顿大学的太赫兹团队：Gerard Wysocki副教授（左）和Jonas Westberg研究员（右）

据麦姆斯咨询报道，近日，普林斯顿大学的研究人员开发出一种基于太赫兹量子级联激光器的芯片级双光学频率梳的高光谱成像系统，其中的激光器体积小且效率高，可以组装在微型芯片上。他们将此项研究成果描述为：“向开发便携式扫描仪迈出了重要一步，这种扫描仪可以快速检测药物中的分子或对患者皮肤中的组织进行分类。”

双光学频率梳高光谱成像系统

“该成像系统以太赫兹频率发射和接收辐射。”普林斯顿大学太赫兹团队表示，“工程师们长期以来一直致力于利用太赫兹辐射实现直接成像，但是创建该频率范围内工作的实用系统的难度非常大，限制了大多数应用，因此工程师们称之为‘太赫兹空白隙（Terahertz Gap）’。”

“我们拥有革命性的技术，没有任何移动部件，直接利用半导体芯片发射太赫兹辐射。”普林斯顿大学电气工程副教授、太赫兹团队领导人之一Gerard Wysocki说道。

上述太赫兹成像系统已经在Optica发表的一篇论文中详细描述，其可以快速检测分子的特性和排列，或者探测材料的结构损伤。

虽然，目前的太赫兹成像系统的生产成本高昂且操作困难，但普林斯顿大学最新开发的系统基于半导体芯片设计，成本低廉且每秒能生成许多图像。这种成像速度使其对药片生产线或其它快节奏工作的实时质量监控非常有用。

“想象一下，如果每100微秒就可以检查一颗药片质量是否合格，包括每种成分组成，那是多么美好的事情。”Gerard Wysocki说，“作为概念验证，我们使用了一种测试药片，其中三个区域含有药物中常见的惰性成分：葡萄糖、乳糖和组氨酸。”

太赫兹成像系统可快速测量药物的化学成分

太赫兹成像系统识别出药片每种成本并勾勒出边界（如上图所示），也可以分析出某种化学物质溢出到不同区域形成的“斑点”。这种类型的“斑点”显示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之中。

虽然这项技术使得太赫兹成像的生物医学和制药工业应用比以前更加可行，但是其中的激光器仍然需要低温冷却，这是实际应用的主要障碍。因此，许多研究人员正在研究可能在室温下工作的激光器。普林斯顿大学太赫兹团队表示，其双光学频率梳高光谱成像技术可与新型室温激光器很好地配合使用，这样可以开启更多的应用领域。

因为太赫兹辐射是非电离的，所以对患者来说是安全的，有潜力作为皮肤癌的诊断工具。此外，该技术对金属的成像能力可用于测试飞机机翼在被飞行物体撞击后的损坏。