比頭髮直徑還要小100倍的超聲波探頭!

2021-02-15 S 系統

比頭髮直徑還要小100倍的超聲波探頭！

德國慕尼黑亥姆霍茲中心和慕尼黑工業大學（簡稱TUM）的研究人員基於矽晶片上的微型光子電路，研製出了世界上最小的超聲波探測器。這種新型探測器的尺寸比一般人的頭髮直徑還小100倍，有了它，比以前小得多的許多特徵都能被可視化，從而實現所謂的超解析度成像。

圖為帶有多個探測器的晶片（尺寸約3mmx6mm），晶片表面的細黑色雕刻是光子電路連接探測器（肉眼無法看到）。

矽光子學技術被廣泛應用於將光學元件小型化，並將其密集地封裝在矽晶片的小表面上。慕尼黑亥姆霍茲中心和慕尼黑工業大學的研究人員利用這些小型化光子電路的優勢，設計了世界上最小的超聲波探測器——矽波導-標準具探測器（silicon waveguide-etalon detector，簡稱SWED）。SWED不是記錄壓電晶體的電壓，而是監測光強通過小型化光子電路傳播的變化。

「由於採用了矽光子學技術，我們能夠在保持高靈敏度的同時，將探測器小型化做到驚人的程度。SWED的大小約為0.5微米。這個尺寸所對應的面積至少比在臨床成像應用中使用的最小的壓電探測器小10,000倍。SWED的波長也比超聲波波長小200倍，這意味著它可以用來觀察小於1微米的特徵，這就是所謂的超解析度成像。

由於該技術利用了矽平臺的堅固性和易製造性，只需以壓電式檢測器成本的一小部分就能生產大量的檢測器，使大規模生產成為可能。

      雖然研究人員的主要目標是應用於臨床診斷和基礎生物醫學研究，但工業應用也可能受益於這項新技術。提高的成像解析度可以進一步研究組織和材料的細節。目前，該研究的第一步應用是涉及細胞的超解析度光聲成像和組織中的微血管，但SWED也可以用於研究超聲波的基本特性及其與物質之間的相互作用，這在以前是不可能的。

原文連結：Researchers develop the worlds smallest ultrasound detector (phys.org)

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