Berkeley实验室开发出快速、准确的纳米级传感器

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想象一下,有一天也许可以在你自己的厨房快速检测你的食物是否携带任何致命的微生物。该项研究在劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley实验室)进行,现在正在被Optokey公司商业化。

Optokey是位于California 州Hayward的一家新公司,已经开发出一种基于拉曼光谱的微型传感器,可以实现分子水平上的快速、准确地检测或诊断。“我们的系统可以做化学、生物学、生物化学、分子生物学、临床诊断、和化学分析等工作”,公司总裁和创始人Fanqing Frank Chen说。“我们的系统应用起来非常便宜,而且人为干预很少。”

这项技术基于表面增强拉曼光谱(SERS),虽然SERS是一个高灵敏的分析方法,但结果不容易重现。Berkeley实验室的科学家Chen和他的同事们开发了一种解决这个问题的方法,他们称为“纳米等离子体谐振”的技术,利用这种技术测量纳米结构活性表面光子间的相互作用进行化学和生物传感,使测量方法更加可靠。

“在Optokey,我们能够大规模生产这种纳米等离子体谐振器晶片,” Chen说。“我们从研发领域转变为工业生产。”

这种微型传感器使用微流体控制系统实现“芯片上的实验室”自动化液体取样。“我们利用从高科技半导体制造方法中获得的知识控制芯片的成本、体积和准确性”,制造副总裁Robert Chebi说, Robert Chebi在微电子行业具有丰富的经验,曾在Lam Research and Applied Materials工作。“我们也利用激光和光学领域的所有知识开发这项专业的基于拉曼的检测方法。”

Chebi将Optokey的产品称为“生化的鼻子”,或先进的纳米光子自动化系统,检测灵敏度为单分子水平,远优于当今市场上的传感器。“今天的检测和诊断方法还远不够完美——检测限在PPM(百万分之)和PPB(十亿分之几),”他说。“此外,我们的系统可以在几分钟内提供信息,甚至连续同步,而其他方法,如果样品必须被送到另一个实验室可能需要几小时甚至几天。”

对于应用,他说,潜在的应用非常广阔,包括食品安全环境监测(液体和气体)、医疗诊断和化学分析等。Optokey的客户包括一个欧洲公司(食品安全),中国石化公司(杂质的检测)和一家德国公司(即时诊断等)。

“我想我们处在一个重大转变期间,” Chen说。“我们预计产品是紧凑型的,自动化的,还可以相互关联,它可以进入学校、餐厅、工厂、医院、救护车、机场、甚至战场。”

Chen关注的下一个目标市场是智能家居,在这个领域纳米光子传感器不仅可以用来检测食物,还可以扫描空气和水中的污染物。经过Los Alamos国家实验室和纽约大学西奈山医院的培训, Chen开始作为一个生物化学家致力于生物医学设备的研究工作。他加入Berkeley之后,学习了量子点有关知识(一种具有独特属性的纳米晶体),并开始探索它们在生物学中的应用。这些导致了他对纳米材料的进一步调查和研究。

最终,Chen和他的团队开发了约20项专利,包括混合生物纳米材料。导致Optokey成立的最关键的发现就是纳米等离子体谐振器,它极大地改善了拉曼光谱信号及可靠性。这项技术最初在实验室中用于前列腺癌生物标志物的快速、准确地检测,此项检测使用传统的方法具有较高的假阳性。

Optokey是一家私人公司,约10人。除了Chen,另一个联合创始人Richard Mathies,(加州大学伯克利分校的化学教授、世界知名的拉曼光谱专家)。公司成立于2010年, 2013年正式运营。

 
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