最小超聲波探測器只有髮絲百分之一大

【大紀元2020年10月06日訊】（大紀元記者張妮編譯報導）德國慕尼黑赫姆霍茨中心（Helmholtz Zentrum München）和慕尼黑工業大學（TUM）的研究人員開發了世界上最小的一個超聲波探測器，只有一根頭髮百分之一的大小，卻具有超分辨率成像的能力。

自從上世紀50年代醫療超聲波技術發明以來，超聲波探測技術主要是使用壓電探測器，把超聲波造成的壓力轉變為電壓。成像分辨率取決於壓電探測器的大小。探測器越小，分辨率越高。然而，小到一定尺寸以後，更小的探測器將使敏感度大幅降低，這就導致不實用。

另一種硅光子技術廣泛用於縮小光學元件的大小，可以把它們緊湊地排列在硅芯片很小的平面上。雖然硅沒有壓電特性，但是它可以把光鎖定在比光波更小的空間內，這個特性廣泛地用於開發極小的光子電路。

這項新研究在這種技術的基礎上，造出了世界上最小的一個超聲波探測器——硅波導標準具探測器（SWED）。與記錄電壓的壓電探測器不同的是，這種探測器監控光波在微型光子電路中傳播時強度的變化值。

「這是第一次用一個比血液細胞更小的探測器，通過硅光子技術探測超聲波。」負責研發該設備的施奈德曼（Rami Shnaiderman）說：「如果一個壓電探測器被縮小到這樣的尺寸，敏感度將降低1億倍。」

研究負責人恩齊亞赫克里斯托斯（Vasilis Ntziachristos）說，SWED的大小只有半微米，只有現在醫療成像所用的最小的壓電探測器的萬分之一，也只有超聲波波長的200分之一。這意味著該探測器可以顯示不到一微米的細節，實現超分辨率成像。

而且，硅芯片成本不高，研究稱生產一個壓電探測器的成本足夠生產大量這種新的探測器，具有批量生產的可行性。

這種探測器開發之初以提升光聲成像質量為目標，後來研究人員發現它其實有更廣泛的感應和成像應用前景。超高的分辨率可用於研究人體組織或材料超高精度的細節，比如可以為組織內部微脈管系統和細胞拍攝超高分辨率圖像，還可用於研究超聲波的基礎特性，並在微觀層面觀察它們與各種物質互動的情況。

這份研究近期發表在《自然》期刊上。◇

責任編輯：朱涵儒