Forskare och ingenjörer vid University of Nottingham har byggt världens minsta ultraljudsgivare som kan generera och detektera ultraljud. Dessa revolutionerande givare som är storleksordningar mindre än nuvarande system - är så små att upp till 500 av de minsta kan placeras tvärs över ett människohår.
Medan dessa enheter i ett tidigt skede erbjuder en myriad av möjligheter för avbildning och mätning i skalor som är tusen gånger mindre än konventionella ultraljud. De kan göras så små att de kan placeras inuti celler för att utföra intracellulära ultraljud. De kan producera ultraljud med så hög frekvens att dess våglängd är mindre än för synligt ljus. Teoretiskt gör de det möjligt för ultraljudsbilder att ta finare bilder än de mest kraftfulla optiska mikroskopen.
Arbetet, av Applied Optics Group i Division of Electrical Systems and Optics har bedömts vara så potentiellt innovativ att den förra året belönades med en £850, 000 femårigt plattformsbidrag från Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) för att utveckla avancerade ultraljudstekniker. Teamet har också fått stöd av ytterligare finansiering på £350, 000 alltifrån ett EPSRC-anslag till underpin aerospaceforskning.
Matt Clark, från Applied Optics Group, sa:"Med framväxten av nanoteknik behöver du mer kraftfulla diagnostiska verktyg, speciellt de som kan fungera oförstörande och de som kan användas för att komma åt de mekaniska och kemiska egenskaperna hos proverna i denna skala. Dessa nya givare är oerhört spännande och tar kraften med ultraljud till nanoskalan."
Ultraljudsgivarna består av sandwich- eller skalliknande strukturer noggrant konstruerade för att ha både optiska och ultraljudsresonanser. När de träffas av en puls av laserljus ställs de in på att ringa med hög frekvens som sänder ut ultraljudsvågor in i provet. När de exciteras av ultraljud deformeras givarna mycket lätt och detta ändrar deras optiska resonanser som detekteras av en laser.
Enheterna kan konstrueras antingen med mikro/nano-litografitekniker liknande de som används för mikrochips eller genom molekylär självmontering där omvandlarna är konstruerade kemiskt.
Den kanske mest välkända tillämpningen av ultraljud är medicinsk bildbehandling, men den används också i stor utsträckning i tekniska tillämpningar och för kemisk avkänning. Dessa små givare öppnar upp möjligheten att använda dessa tekniker på de minsta skalorna, till exempel inuti celler och på nanokonstruerade komponenter.
Dr Clark sa:"Föreställ dig avbildning inuti celler på samma sätt som ultraljudsavbildning utförs inuti kroppar. Teoretiskt skulle vi kunna få högre upplösning med nano-ultraljud än vad du kan med optiska mikroskop och kontrasten skulle vara mycket intressant. Dessutom omvandlarna kan göras till mycket känsliga kemiska sensorer — ultraljud SAW-sensorer används i normal skala för elektroniska näsor — detta skulle tillåta dig att distribuera kemiska sensorer i vävnad eller i färg — så att du kan göra färg med kemiska sensorer för att upptäcka korrosion eller explosiva ämnen i den."
