新型传感器借助声波实现微观尺度检测
在各类成像设备中，传感器始终是核心组件——无论是基于光敏像素的数字传感器，还是传统的35毫米胶片。然而，当目标对象小到需要微型传感器时，传感器本身的性能往往会显著下降，从而限制了成像精度。
为应对这一挑战，东北大学的研究团队近期在传感技术方面取得突破。他们开发出一种无需减小传感器尺寸，便可检测单个蛋白质或单个癌细胞的设备。该方法结合导波技术和拓扑界面态原理，在极小的空间尺度上实现了高灵敏度和高精度。
这款传感器的体积仅与皮带扣相当，却在纳米甚至量子尺度上展现出强大潜力，为多个前沿领域，包括量子计算和精准医疗，带来了全新的可能性。
小型化成像的挑战
传统上，科学家在拍摄微小物体时，往往需要将相机系统本身缩小。然而，随着成像设备小型化，技术障碍也逐渐显现。电子与计算机工程系副教授克里斯蒂安·卡塞拉指出，当像素尺寸缩小到一定程度后，传感器的性能和灵敏度都会随之下降。
卡塞拉是微机电系统（MEMS）领域的专家，长期研究在微米甚至纳米尺度下工作的电子和机械系统。他提出一个关键问题：“我们能否在不缩小像素尺寸的前提下，获得与像素尺寸减小相同的效果？”这一看似矛盾的思考促使他与同事展开深入探索。
研究团队包括卡塞拉、助理教授马可·科兰杰洛以及悉达多·戈什，三人均在东北大学的EXP大楼共享实验平台。科兰杰洛专注于凝聚态物理，研究固体材料在原子尺度下的特性。
这项突破依赖于拓扑界面态——一种在凝聚态物理中观察到的独特现象。该效应使研究人员能够在纳米级区域内实现高度局域化的能量聚焦，从而避免了整体设备小型化带来的性能损失。一纳米，即十亿分之一米，正是该技术实现高精度检测的关键尺度。
卡塞拉认为，这项技术具备广泛的应用前景，特别是在量子传感与生物医学成像领域。他将这项研究描述为“开创性的进展”，为传感技术的发展提供了全新方向。
戈什则指出，该方法成功规避了传统小型化过程中的物理限制，通过引入巧妙的物理机制，实现了突破。
开启新传感范式的实验验证
研究团队将该设备命名为拓扑导波声波传感器（Topological Guided-Wave Acoustic Sensor）。在初步实验中，他们成功探测到直径仅5微米的低功率红外激光。这一尺寸仅相当于人类发丝直径的十分之一。
“我们能够区分极为微弱的激励信号和高度局域化的参数，”科兰杰洛表示。他特别强调，这项研究为探索新的物理现象打开了大门。“当前关于这些传感器的物理机制仍存在许多未解之谜，”他补充道，“但这些谜题的解答将有助于推动实际应用的拓展。”
戈什对这项技术的未来持有审慎乐观态度，尽管他相信其潜力巨大，仍强调需要进一步研究以验证长期可行性。
在合作过程中，两位研究者对彼此的贡献表达了充分肯定。科兰杰洛赞扬卡塞拉在项目推进中的领导作用，而卡塞拉则强调，项目的启动得益于科兰杰洛所获得的研究资助。
“我们或许还需要十年时间才能充分掌握这项技术的潜力，”卡塞拉总结道。