探测微米大小的化学标识颗粒 新型显微镜有办法

　　探测微米大小的化学标识颗粒 新型显微镜有办法。研究人员目前开发出了一种新型显微镜,可以识别单个微米大小的颗粒。这种新方法可能会在机场或其他高安全场所使用,作为一种高度敏感和低成本的方式,能够迅速筛选出潜在携带危险微小物质的人员。

　　在光学学会(OSA)的《光学快报》期刊中,美国麻省理工学院林肯实验室的研究人员,通过测量个体大小3微米的二氧化硅或丙烯酸球星的红外光谱证实了他们的新显微镜的功能。这种新技术所使用的是一个简单的光学装置组成的紧凑的组件,使仪器小型化到一个鞋盒大小的便携式装置。

　　“我们的这项新技术最重要的优点是高度敏感,但其设计非常简单,” Ryan Sullenberger说,他是麻省理工学院林肯实验室的员工并且是该论文的第一作者。“它提供了新的应用机会,可实施非破坏性的化学分析,同时铺平了更敏感更紧凑传感仪器的应用道路。”

　　显微镜识别单个粒子的能力可以使它用于化学威胁或受控物质的快速检测。它的高灵敏度也是科学分析非常小的样品或测量材料的光学性质的理想选择。

　

　　红外光谱通常用于识别未知的材料,因为几乎每一种材料可以通过其独特的红外吸收光谱,或指纹进行识别。而新方法检测红外指纹,无需使用红外探测器。传统仪器中的这些探测器大大增加了仪器的体积,这限制了设备的便携性,因为他们对冷却的要求很大。

　　这项新技术的工作原理是用红外线激光和绿色激光照射粒子。红外激光将能量沉积到粒子中,使它们受热膨胀。然后绿色的激光被这些加热粒子散射。一个可见光波长照相机被用来监视这种散射,通过显微镜的透镜跟踪单个粒子的物理变化。

　　该仪器可用于识别单个粒子的材料组合物,通过调整红外激光到不同的波长,并收集在每个波长处的可见光散射光。微粒的轻微加热不会给材料带来永久性的变化,使得该技术成为无损分析的理想选择。

　　激发红外光粒子然后观察它们在可见光波长的散射,这个光调制过程称为米氏散射,自上世纪80年代已经就使用的技术。这项新的研究使用更先进的光学组件制造和检测,首次利用米氏散射和成像配置检测多个粒子。

　　“我们实际上是对我们所研究的领域进行成像,”Alexander Stolyarov说,他是该研究的技术人员和合著者。“这意味着我们可以同一时间同时探测表面上的多个粒子。”

　　新的显微镜使用可见光波长进行成像,使它的空间分辨率约1微米,相比传统的红外光谱方法的约10微米分辨率要好很多。这种增加的分辨率允许新的技术用来区分和识别尺寸非常小的紧密结合在一起的个别颗粒。

　　“如果视野中有非常不同的两个粒子,我们能够分别识别它们,”Stolyarov说。“而利用传统的红外技术,这将永远不可能实现,图像将无法区分。”

　　紧凑可调谐的红外激光器

　　紧凑可调谐的量子级联红外激光器的发展是新技术可以实现的关键技术。研究人员将量子级联激光器与一个非常稳定的可见激光源和一台商用的科学级相机相结合。

　　“我们希望看到在高功率可调谐量子级联激光器中的改进,”Sullenberger说。“一个更强大的红外激光使我们能够在相同的时间内,允许更多的粒子被同时探测出来。”

　　研究人员计划用额外的材料来测试他们的显微镜,包括形状不呈球形的粒子。他们还想在更现实的环境中可能含有的颗粒不敏感的化学物质干扰他们的安装测试。

　　“存在的干扰物或许是我们预计中需要克服的最大的挑战,”Stolyarov说。“虽然干扰是任何测量少量材料时所遇到的一个常见问题,但我认为我们的技术可以解决这个问题,因为它能够实现一次一个粒子的探测。”