纳米传感器

纳米粒子领域的主要技术之一是利用光学黄金的性质。剑桥大学的马修·米尔亚德(Matthew Millyard)在他的传感器工作中使用了金纳米粒子，他与凯特·阿尼(Kat Arney)进行了交谈。

凯特-那么，给我讲讲金纳米颗粒吧。他们有相当丰富的历史，说实话，丰富多彩的历史。

马特-是的，黄金纳米颗粒已经在彩色玻璃中使用了近2000年。实际上，它们最初是由罗马人使用的，大英博物馆里有一个非常神奇的例子叫做莱库格斯杯它的外观不同取决于你看的是反射在它上面的光还是透射在它上面的光。这是因为它含有各种不同的金和银纳米粒子，它们以不同的方式吸收光并与光发生反应。

凯特-跟我说说这些金纳米颗粒吧。我们讨论的是什么样的尺寸它们有哪些特殊的性质?

那么，这些金纳米粒子大概在20纳米到几百纳米之间。它们是如此之小，以至于它们能捕获通常在大块黄金中传输电流的电子。所以，当你用光照射纳米粒子时，这些电子从纳米粒子的一边移动到另一边，这意味着纳米粒子的每一边都带电了。正因为如此，纳米粒子与磁铁并没有太大的不同。所以，如果你把两个纳米粒子靠近，它们之间的电场就会增强。如果你把两块磁铁放在一起，你可以感受到这种吸引力。这是因为磁场被磁铁两侧的两种不同电荷所吸引。它类似于纳米粒子，可以用作一种光的放大镜。所以，光线被聚焦到这个缝隙里，我们就能看到里面有什么。

Kat:所以这大概就是传感器的作用所在，因为如果你有两个纳米粒子，你就会在两者之间有一个缝隙，你可以透过它看到东西。然后你可以检测到其他东西进入那里。

马特:没错。所以，这个想法是，如果你把光照射到纳米粒子上，它们会发出某种颜色，但如果你在缝隙里放一些东西，你看到的颜色就会改变。所以，作为一个传感器，你可以观察颜色的变化，从而告诉你到底是什么在你的缝隙里。

Kat:所以，你需要确切地知道这种特殊化学物质对颜色的影响，然后你可以说，“对，这是检测X分子的传感器。”

马特:对，没错。所以，这是一个非常非常微小的变化在你看到的光的变化中。所以，你必须有非常非常灵敏的探测器才能看到里面到底有什么。但这是分子的特征。举个例子，苯环是一个由6个碳原子组成的环它的特征和其他原子很不一样。

凯特:你用这种传感器能探测到什么样的东西?我们说的是什么灵敏度?我的意思是，已经有一些传感器非常高效，可以降低到相当低的水平。这些会明显更好吗?

很有可能，人们已经用这种传感器实现了单分子检测。所以，你只需要观察两个纳米颗粒之间空隙中的一个分子，你就能知道它是什么。但实际上，你可以用它来做的是，寻找食物中的污染物。所以，新加坡的一个研究小组最近一直在研究在橙汁和牛奶中会导致儿童各种出生缺陷的令人讨厌的分子。如果他们把一块受污染的牛奶放在由这些金纳米结构组成的传感器上，你就能得到比食品和药物管理局所说的安全水平高得多的检测水平。所以，这就成为了一种非常灵敏的方法来观察溶液中有多少分子，有多少潜在的有害分子。

这听起来确实很令人兴奋，但当你去找你的资助者说，“是的，我们需要购买大量的黄金，对不起。”这一切都很昂贵吗?

马特:当你制造这些传感器时，你说的是金纳米粒子。它们非常小，所以你只需要用非常非常小的量。在20毫升的金纳米颗粒溶液中，你看起来比金粉还小。所以，我们真的不用担心费用金。更多的是制造过程的成本。

你希望这种技术的未来走向何方?简而言之，你认为最令人兴奋的事情在哪里?

马特:所以，最令人兴奋的事情是，因为你只检测这些传感器发出的光，如果你在相机前面有一个传感器，你甚至可以在手机相机中使用它。你可以在对着它呼吸后把它举到太阳下，并且能够分辨出你呼出的东西是否有什么有趣的东西。所以，任何病毒或类似的东西。这可能有点不切实际，但实际上，因为你只感知光，而不是其他任何东西，你可以看到一些真正令人兴奋的想法和应用。