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最高傑作: エンジニアが新しい「全光学式」ナノスケール力センサーを発見

機械的な力は、多くの物理的および生物学的プロセスにとって不可欠な機能です。高感度と空間分解能を備えた機械信号の遠隔測定は、ロボット工学から細胞生物物理学や医学、さらには宇宙旅行に至るまで、幅広い用途に必要とされています。ナノスケール発光力センサーはピコニュートン力の測定に優れており、より大きなセンサーはマイクロニュートン力の調査に強力であることが証明されています。しかし、表面下または界面サイトから遠隔で調査できる力の大きさには大きなギャップが残っており、多くのシステムを理解するために必要な広いダイナミックレンジにわたる測定を行える個別の非侵襲センサーはまだありません。 新しい、応答性の高いナノスケールの力センサー 本日発表された論文では、 自然、 コロンビアエンジニアリングの研究者と共同研究者が率いるチームは、新しいナノスケールの力センサーを発明したと報告している。これらは、押したり引いたりすると強度や色が変化する発光ナノクリスタルです。これらの「全光学式」ナノセンサーは光のみでプローブされるため、完全な遠隔読み取りが可能になり、配線や接続は必要ありません。 「私たちの発見は、光学式力センサーで達成可能な感度とダイナミックレンジに革命をもたらし、ロボット工学から細胞生物物理学、医学から宇宙旅行に至るまでの分野の技術を直ちに破壊すると期待しています」とシュック氏は言う。 新しいナノセンサーは、同じナノセンサーで初めて高解像度のマルチスケール機能を実現します。これは、一連の異なるクラスのセンサーではなく、このナノセンサーだけを、胚の発生などの工学的および生物学的システムにおける細胞内レベルからシステム全体のレベルまでの力の継続的な研究に使用できることを意味するため、重要です。 、移動するセル、バッテリー、または統合されたNEMS、ナノメートルスケールの構造の物理的な動きが電子回路によって制御される、またはその逆の非常に敏感なナノ電気機械システム。 「これらの力センサーが比類のないマルチスケール感知能力とは別にユニークであるのは、良性で生体適合性があり、深く浸透する赤外線で動作することです」とファルディアン・メラメド氏は言う。 「これにより、さまざまな技術的および生理学的システムを深く覗き込み、遠くから健康状態を監視できるようになります。これらのシステムの誤動作や故障の早期検出を可能にするこれらのセンサーは、人間の健康からエネルギー、持続可能性に至るまでの分野に大きな影響を与えるでしょう」 。」 光子雪崩効果を利用したナノセンサーの構築 研究対象のナノ結晶内の光学活性成分は、希土類元素としても知られる、周期表の元素のランタニド列からの原子イオンであり、ナノ結晶にドープされている。この論文では、チームはツリウムを使用しました。 チームは驚くべき観察を調査します 次は何ですか 研究チームは現在、これらの力センサーを、コロンビア大学の機械工学教授カレン・カザが研究しているような、発育中の胚など、重大な影響を与えることができる重要なシステムに適用することを目指している。センサー設計の面では、研究者らはナノクリスタルに自己校正機能を追加し、各ナノクリスタルがスタンドアロンセンサーとして機能できるようにしたいと考えている。シュック氏は、これはナノ結晶合成中に別の薄いシェルを追加することで簡単に実現できると考えている。 「新しい力センサー開発の重要性は、2021年ノーベル賞受賞者のアーデム・パタプーティアン氏によって最近強調され、マルチスケールシステム内の環境に敏感なプロセス、つまりほとんどの物理的および生物学的プロセスを調査することの難しさを強調しました。（Nature Reviews Mol. Cell Biol. 18, 771 (2017))」と Schuck 氏は述べています。 「私たちは、センシングのパラダイムを変革し、今日のテクノロジーでは到達できない現実世界の環境における力と圧力の重大な変化を敏感かつ動的にマッピングできるようにするこれらの発見に参加できることを大変うれしく思っています。 #最高傑作 #エンジニアが新しい全光学式ナノスケール力センサーを発見