High definition diagnostisk ultralyd på nanoskala

Forskere og ingeniører ved University of Nottingham har bygget verdens mindste ultralydstransducere, der er i stand til at generere og detektere ultralyd. Disse revolutionerende transducere, som er størrelsesordener mindre end nuværende systemer - er så små, at op til 500 af de mindste kan placeres på tværs af bredden af ​​et menneskehår.

Mens disse enheder på et tidligt tidspunkt tilbyder et utal af muligheder for billeddannelse og måling på skalaer, der er tusind gange mindre end konventionelle ultralydsapparater. De kan gøres så små, at de kan placeres inde i celler for at udføre intracellulære ultralydsundersøgelser. De kan producere ultralyd med så høj en frekvens, at dens bølgelængde er mindre end synligt lys. Teoretisk gør de det muligt for ultralydsbilleder at tage finere billeder end de mest kraftfulde optiske mikroskoper.

Arbejdet, af Applied Optics Group i Division of Electrical Systems and Optics er blevet anset for at være så potentielt innovative, at den sidste år blev tildelt en £850, 000 femårig platformsbevilling fra Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) til at udvikle avancerede ultralydsteknikker. Holdet er også blevet støttet af yderligere finansiering på £350, 000 fra en EPSRC-bevilling til at understøtte rumfartsforskning.

Matt Clark, fra Applied Optics Group, sagde:"Med fremkomsten af ​​nanoteknologi har du brug for mere kraftfulde diagnostiske værktøjer, især dem, der kan fungere ikke-destruktivt, og dem, der kan bruges til at få adgang til prøvernes mekaniske og kemiske egenskaber i denne skala. Disse nye transducere er enormt spændende og bringer kraften fra ultralyd til nanoskalaen."

Ultralydstransducerne består af sandwich- eller skallignende strukturer omhyggeligt konstrueret til at have både optiske og ultralydsresonanser. Når de bliver ramt af en puls af laserlys, bliver de sat til at ringe ved høj frekvens, som sender ultralydsbølger ind i prøven. Når de exciteres af ultralyd, er transducerne meget let deformeret, og dette ændrer deres optiske resonanser, som detekteres af en laser.

Enhederne kan konstrueres enten ved mikro/nano litografi-teknikker svarende til dem, der bruges til mikrochips eller ved molekylær selvsamling, hvor transducerne er konstrueret kemisk.

Den måske mest kendte anvendelse af ultralyd er medicinsk billeddannelse, men den er også meget udbredt i tekniske applikationer og til kemisk sensing. Disse små transducere åbner muligheden for at bruge disse teknikker på de mindste skalaer, for eksempel inde i celler og på nano-konstruerede komponenter.

Dr. Clark sagde:"Forestil dig billeddannelse inde i celler på samme måde, som ultralydsbilleddannelse udføres inde i kroppe. Teoretisk set kunne vi få højere opløsning med nano-ultralyd, end du kan med optiske mikroskoper, og kontrasten ville være meget interessant. Derudover ville transducerne kan laves om til meget følsomme kemiske sensorer — ultralyds SAW-sensorer bruges på normal skala til elektroniske næser — dette vil give dig mulighed for at distribuere kemiske sensorer i væv eller i maling — så du kan lave maling med kemiske sensorer til at detektere korrosion eller eksplosiver i det."