微小藻类的玻璃外壳激发了用于医学成像的微型超声探测器

来自Skoltech的多学科研究小组发现了硅藻视锥体的共振频率。这些结构错综复杂的单细胞微藻二氧化硅壳为受自然启发的电子和光学设备提供了一个有前途的模型，例如用于先进医学成像的微型超声探测器和用于未来微芯片中超快信号处理的组件。 　　

然而，要实现这些令人兴奋的应用，需要更好地了解硅藻视锥体的性质，而最近发布在《应用物理快报》上的研究是朝着这个方向迈出的重要一步。 　　

硅藻藻约占地球氧气供应的五分之一和地球生物量的四分之一，是浮游生物的主要成分，也是在世界海洋、水道和土壤中普遍存在的生命形式。 　　

硅藻的进化成功——其坚硬而轻巧的外壳由二氧化硅制成，并标有复杂的孔图案——促使科学家们研究它们的特性和结构，并在一系列材料和消费品中利用它们，从金属抛光磨料和牙膏到水净化系统和猫砂。现在，技术更先进的应用程序正在等待轮到他们。 　　

“这项研究将计算机模拟与实验相结合，”该论文的主要作者，Skoltech研究科学家Julijana Cvjetinovic评论道。“模拟使我们能够预测硅藻在1-8 MHz范围内的共振频率，我们使用原子力显微镜对这些频率进行了首次实验验证。测量由Skoltech高级研究科学家Sergey Luchkin进行。

“在这种设备中，模拟硅藻壳的结构可以用作主要组件，在这方面，我们的发现与麦克风和其他基于振动的传感器的设计特别相关，”Cvjetinovic说。“但除此之外，它们还可以用作减振器。您会看到，在如此小规模运行的设备中，即使是相对轻微的振动也会对性能产生不利影响。模仿硅藻视锥体的结构可以缓解这种情况。 　　

该研究的联合首席研究员、Skoltech教授Dmitry Gorin是Skoltech生物光子学实验室的负责人，他放大了麦克风的潜在应用之一：“我们的实验室正在研究一种称为光声学的先进医学诊断技术，该技术涉及在某些物体中激发超声波振动、毛细血管、血管等——在体内由激光脉冲引起的热变形，然后通过非常灵敏的超声波探测器精确定位它们的位置。 　　

“这是一种精确且无X射线的成像技术，可以从基于PIC的超声波探测器中受益，该探测器具有模拟硅藻壳的膜。 　　

此前，Skoltech的研究人员提出了一种用于显微外科手术和医学诊断的光声内窥镜探头。他们还在一项严格的实验中使用了扫描电子显微镜，该实验揭示了硅藻视锥体的静态和动态机械性能与其结构的关系。 　　

这些知识为最近发布在《应用物理快报》上的论文中的计算机模拟提供了信息，如果没有Skoltech教授Alexander Korsunsky在硅藻共振频率计算方面的开创性理论工作，这也是不可能的，他也是这项新研究的联合首席研究员。 　　

据该团队称，继续这一研究的可能性包括开发人造硅藻启发的结构，并研究将它们作为高灵敏度膜集成到基于PIC的超声检测器中。