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植入式丝绸超材料可能会促进生物医学,生物传感

时间:2021-02-06 15:16:10 | 来源:

塔夫茨大学工程学院和波士顿大学的研究人员制造并表征了在可植入的,生物相容的丝绸基质上构图的第一个大面积超材料结构。

超材料是通常由高导电金属制成的人造电磁复合材料,其结构以对天然材料中的原子没有反应的方式对电磁波做出响应。最具未来主义意义的超材料将吸收所有光,以产生热量来破坏癌变组织,或将光完全弯曲到物体周围,使该物体不可见,这对于科幻小说或间谍小说的爱好者来说是一种想象中的乐趣。

“但是,超材料的真正力量在于可以以用户设计的电磁响应在精确控制的目标频率下构造材料。这为诸如负折射率,完美的透镜,完美的吸收体和隐形斗篷等新颖的电磁行为打开了大门。”负责研究团队的塔夫茨大学生物医学工程教授Fiorenzo Omenetto解释说。Omenetto还在塔夫茨艺术与科学学院的物理系任职。

该团队专注于在太赫兹频率下共振的超材料丝复合材料。这是许多化学和生物制剂显示出独特“指纹”的频率,可以将其用于生物传感。

小型天线发挥作用研
究人员使用荫罩蒸发技术,将金基超材料结构直接喷涂在带有微细模板的预制丝膜上。将超材料喷涂到柔性丝膜上,可以制成一种柔软的复合材料,可以将其包裹在小的胶囊状圆柱体中。

丝膜在太赫兹频率下是高度透明的,因此超材料丝复合材料显示出很强的共振电磁响应。每个制造的样本均为1平方厘米,并包含10,000个超材料谐振器,这些谐振器在所需的频率下具有独

特的谐振响应。根据Fiorenzo Omenetto的说法,研究小组将这一概念比喻为“一种非常特殊的天线-实际上,许多小型天线像一个。蚕丝超材料复合材料对蚕丝基质的介电性能敏感,可以监测蚕丝与局部环境之间的相互作用。例如,超材料可能表示已经掺杂了蛋白质或酶的生物反应性丝绸基质的变化。”

波士顿大学Omenetto合作者之一,超材料专家Richard Averitt教授说,在金超材料中添加诸如丝绸之类的纯生物基质会为无法预见的应用增加巨大的自由度和机会。

共同作者胡涛说,该共振反应可以用作造影剂或生物跟踪应用的可植入电磁信号,他是前波士顿大学研究生,现为奥梅涅托实验室的博士后研究员。

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