作者:Helmholtz Zentrum München 硅片(大约
3毫米x 6毫米)带多个探测器
芯片表面精细的黑色雕刻是连接探测器的光子电路(肉眼看不到)
背景技术硅晶片上的大规模光子电路
荣誉:亥姆霍兹·曾特拉姆·慕尼黑/罗曼·施耐德曼 亥姆霍兹·曾特鲁姆·慕尼黑和慕尼黑技术大学的研究人员开发了世界上最小的超声波探测器
它基于硅芯片上的微型光子电路
这种新的探测器的尺寸比普通人的头发小100倍，可以观察到比以前小得多的特征，这就是所谓的超分辨率成像
自20世纪50年代医学超声成像发展以来，超声波的核心检测技术主要集中于使用压电检测器，该检测器将超声波的压力转换成电压
利用超声波获得的成像分辨率取决于所采用的压电检测器的尺寸
减小该尺寸导致更高的分辨率，并且可以提供更小、更密集的一维或二维超声阵列，其具有更好的辨别成像组织或材料中的特征的能力
然而，进一步减小压电检测器的尺寸会大大降低其灵敏度，使其不能用于实际应用
利用计算机芯片技术制造光学超声波探测器 硅光子技术被广泛用于使光学元件小型化，并将它们密集地封装在硅芯片的小表面上
虽然硅不表现出任何压电性，但是它将光限制在小于光波长的尺寸的能力已经被广泛用于小型化光子电路的开发
亥姆霍兹·曾特鲁姆·芒奇和图姆大学的研究人员利用这些小型化光子电路的优势，建造了世界上最小的超声波探测器:硅波导标准具探测器，或称SWED
SWED不是记录压电晶体的电压，而是监测通过微型光子电路传播的光强变化
“这是第一次利用硅光子技术，用比血细胞还小的探测器来探测超声波，”SWED的开发者拉米·施耐德曼说
“如果压电探测器缩小到SWED的规模，灵敏度将降低1亿倍
" 超分辨率成像 “由于硅光子学的使用，我们能够在保持高灵敏度的同时使新探测器小型化的程度令人惊叹，”教授说
Vasilis Ntziachristos，研究小组组长
SWED的尺寸大约是半微米
该尺寸对应于比临床成像应用中使用的最小压电检测器小至少10，000倍的面积
SWED也比所用的超声波波长小200倍，这意味着它可以用来观察小于1微米的特征，从而产生所谓的超分辨率成像
便宜又强大 由于该技术利用了硅平台的坚固性和易制造性，因此可以用压电检测器的一小部分成本生产大量的检测器，使得大规模生产变得可行
这对于开发许多基于超声波的不同检测应用是很重要的
“我们将继续优化这项技术的每一个参数——灵敏度、SWED在大阵列中的集成及其在手持设备和内窥镜中的实施，”施耐德曼补充道
未来发展和应用 “该探测器最初是为了提高光声成像的性能而开发的，这是我们在亥姆霍兹·曾特鲁姆·慕尼黑和图姆研究所的主要研究重点
然而，我们现在预见到在更广泛的传感和成像领域的应用，”恩齐阿克里斯托斯说
虽然研究人员的主要目标是在临床诊断和基础生物医学研究中的应用，但工业应用也可能受益于新技术
成像分辨率的提高可能导致研究组织和材料中的超细细节
第一条研究路线涉及组织中细胞和微脉管系统的超分辨率光声(光声)成像，但SWED也可以用于研究超声波的基本特性及其与物质的相互作用，这在以前是不可能的
这项研究发表在《自然》杂志上
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