伯克利实验室开发出具有单分子水平灵敏度的纳米传感器

　　（Nanowerk新闻）想象一下能够在自己的厨房测试你的食物，并且迅速判断它是否携带致命微生物。在劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）进行的研究并且现在被Optokey商业化使这成为可能。

　　Optokey，总部在加利福尼亚的Hayward，已经开发出一种基于拉曼光谱技术的微型传感器，这种传感器可以快速、准确地检测和诊断分子水平的物质。“我们的系统可以做化学，生物学，生物化学，分子生物学，临床诊断，以及化学分析，”公司的总裁、共同创始人陈帆青说。“我们的系统可以很便宜地实现，没有太多的人为干预。”

　　该技术是基于表面增强拉曼光谱，一种分子指纹技术。而SERS是一个高度敏感的分析工具，其结果不容易复制。作为在伯克利实验室的一位科学家，陈帆青和他的同事利用他们所谓的“等离子谐振器”开发了一个解决这个问题的办法，利用纳米结构来测量光子与活化表面的相互作用，以便进行化学和生物传感。该方法的测量结果更加可靠。

Optokey的Robert Chebi (左)和陈帆青将在伯克利实验室开发的一个纳米传感器进行商业化。（照片由Julie Chao拍摄）

　　“在optokey我们能够批量生产等离子谐振器在一个晶片的比例上，” 陈帆青说。“我们从研发领域借鉴了一些东西，然后把它变成了某种工业力量。”

　　这个小型化的传感器利用一个微流体控制系统来进行“芯片实验室”的自动液体采样。该公司正在从半导体产业中借鉴来制作他的芯片。“我们利用从高科技的半导体制造方法获得的知识来获得芯片的成本、数量和精度。” 制造业副总裁Robert Chebi说，他是微电子行业的资深人士，之前在Lam Research and Applied Materials工作。“为了这个特定的基于拉曼的方法，我们也充分利用了激光器和光学系统的所有的知识。”

　　Robert Chebi将Optokey的产品称为“生化鼻子”，或一种先进的纳米光子的自动化系统，有着远远高于目前市场上传感器的单分子水平的灵敏度。“今天的检测和诊断方法是远远不够完善的——检测限在ppm和ppb，”他说，“此外，我们的系统可以在几分钟内提供信息，或是甚至在一个连续的基础上，而其他方法，如果样品必须发送到另一个实验室可能需要数小时或数天。”

　　他说，潜在的应用是巨大的，包括食品安全、环境监测（液体和气体）、医疗诊断、以及化学分析。Optokey的客户主要包括对食品安全感兴趣的欧洲公司，对其产品中杂质的检测感兴趣的中国石化分公司，和对点护理诊断感兴趣的一个德国公司。

　　“我认为我们正处于一个非常重要的领域的一个重大转折点上，”陈帆青说。“我们设想的产品是紧凑的、自动的而且连贯的，它能进入学校，餐馆，工厂，医院，救护车，机场，甚至战场。”

　　陈帆青将未来市场定位在智能家居，在这个领域纳米光子传感器不仅可以扫描食物中的污染物而且还可以扫描空气和水中的污染物。

　　在NYU的洛斯阿拉莫斯国家实验室和西奈山医院的培训，使陈帆青开始作为一个生物化学家致力于生物医学设备。约在2000年，他加入伯克利实验室后，了解到量子点这种具有特殊性质的纳米晶体，并开始探索其在生物学中的应用。这使他对纳米材料有了进一步的研究。一个成就就是用金纳米颗粒与DNA链结合的所谓的分子统治者，它使用等离子体共振技术，能够检测蛋白质与DNA的相互作用。

　　最终，陈帆青和他的团队开发了约20项涉及混合生物纳米材料的ZL。促成Optokey 成立的关键发现是等离子谐振器的发展极大地提高了拉曼光谱的信号和可靠性。该方法最初是在研究实验室中使用，来快速、准确地检测前列腺癌的生物标志物，而使用传统的诊断工具具有较高的误报率。

　　Optokey是一家私人控股公司，拥有约10名员工。除了陈帆青，另一个联合创始人是Richard Mathies，伯克利化学教授，世界著名的拉曼光谱专家。该公司成立于2010，并于2013日推出业务。

　　“有十年的研究进入这个领域，这些研究是由NIH、DARPA、联邦政府、私人基金会等资助的，”陈帆青说，“伯克利实验室有一个非常好的多学科研究的文化、优秀的工程、很强的基础科学。另外它对初创公司给了很大的支持。”