內容摘要：生物感應成像傳感器上方蝴蝶的藝術描繪。鳴謝:uux.cn/伊利諾伊大學香檳分校格蘭杰工程學院神秘的地球uux.cn）據伊利諾伊大學格蘭杰工程學院：在我們的星球上有許多比人類擁有更高級感官的生物。海龜可
生物感應成像傳感器上方蝴蝶的藝術描繪。鳴謝:uux.cn/伊利諾伊大學香檳分校格蘭杰工程學院
（神秘的蝴蝶何幫地球uux.cn）據伊利諾伊大學格蘭杰工程學院：在我們的星球上有許多比人類擁有更高級感官的生物。海龜可以感知地球磁場。助科
螳螂蝦可以檢測偏振光。發現大象能聽到比人類低得多的癌癥頻率。蝴蝶可以感知更廣泛的東西顏色，包括紫外線。蝴蝶何幫
受鳳蝶增強視覺系統的助科啟發，一組研究人員開發了一種成像傳感器，發現能夠“看到”人眼無法到達的癌癥紫外線范圍。該傳感器的東西設計使用堆疊的光電二極管和鈣鈦礦納米晶體(PNC ),能夠對紫外范圍內的不同波長進行成像。利用生物醫學標記物(如氨基酸)的蝴蝶何幫
光譜特征，這種新的助科成像技術甚至能夠以99%的置信度區分癌細胞和正常細胞。
這項由伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校電氣和計算機工程教授維克多·格魯夫(Viktor Gruev)和生物工程教授舒明·聶(Shuming Nie)領導的發現新研究，最近發表在《科學進展》雜志上。癌癥
小變化
“我們從蝴蝶的視覺系統中獲得了靈感，它們能夠感知紫外光譜中的多個區域，并設計了一種復制這種功能的相機，”格魯夫說。“我們通過使用新型鈣鈦礦納米晶體，結合硅成像技術來實現這一點，這種新的相機技術可以檢測多個紫外區域。”
紫外光是波長比可見光短(但比X射線長)的電磁輻射。我們最熟悉來自太陽的紫外線輻射及其對人類健康的危害。基于不同的波長范圍，紫外光被分為三個不同的區域——UVA、UVB和UVC。由于人類無法看到紫外線，因此捕捉紫外線信息具有挑戰性，尤其是辨別每個區域之間的微小差異。
然而，蝴蝶可以看到紫外光譜中的這些微小變化，就像人類可以看到藍色和綠色的陰影一樣。格魯夫指出，“我很好奇它們是如何發現這些微小的變化的。紫外光難以置信地難以捕捉，它會被所有東西吸收，而蝴蝶成功地做到了這一點。”
《模仿游戲》
人類有三色視覺，有三個光感受器，感知的每種顏色都可以由紅、綠、藍組合而成。然而，蝴蝶有復眼，有六種(或更多)具有不同光譜敏感度的光感受器。特別是黃鳳蝶，一種黃色的亞洲鳳蝶，不僅有藍色，綠色和紅色，還有紫色，紫外線和寬帶受體。此外，蝴蝶有熒光色素，使它們能夠將紫外光轉化為可見光，然后可以很容易地被它們的光感受器感知。這使他們能夠感知周圍環境中更廣泛的顏色和細節。
除了光感受器數量的增加，蝴蝶還在其光感受器中表現出獨特的分層結構。為了復制鳳蝶的紫外感應機制，UIUC團隊通過將一薄層PNC與硅光電二極管的分層陣列相結合來模擬這一過程。
PNC是一類半導體納米晶體，表現出類似于量子點的獨特屬性——改變粒子的大小和組成會改變材料的吸收和發射屬性。在過去的幾年中，PNC已經成為不同傳感應用的有趣材料，如太陽能電池和led。PNC在探測紫外(甚至更低)波長方面非常出色，而傳統的硅探測器卻不行。在新的成像傳感器中，PNC層能夠吸收紫外光子并重新發射可見(綠色)光譜的光，然后被分層的硅光電二極管檢測到。對這些信號的處理允許繪制和識別紫外信號。
醫療保健及其他
癌癥組織中存在各種生物醫學標記物，其濃度高于健康組織中的濃度——氨基酸(蛋白質的構建模塊)、蛋白質和酶。當受到紫外光激發時，這些標記物會發光，并在紫外光和部分可見光譜中發出熒光，這一過程稱為自體熒光。“紫外區域的成像受到限制，我認為這是科學進步的最大障礙，”聶解釋說。“現在我們已經提出了這項技術，我們可以以高靈敏度成像紫外光，還可以區分微小的波長差異。”
因為癌癥和健康細胞具有不同濃度的標記物，因此具有不同的光譜特征，這兩類細胞可以根據它們在紫外光譜中的熒光來區分。該團隊評估了他們的成像設備區分癌癥相關標記的能力，發現能夠以99%的置信度區分癌癥和健康細胞。
Gruev，Nie和他們的合作研究小組設想能夠在手術中使用這種傳感器。最大的挑戰之一是知道切除多少組織以確保清晰的邊緣，當外科醫生切除癌性腫瘤時，這種傳感器可以幫助促進決策過程。
“這種新的成像技術使我們能夠區分癌細胞和健康細胞，并開辟了除健康以外的新的令人興奮的應用，”聶說。除了蝴蝶之外，還有許多其他物種能夠在紫外線中看到東西，擁有一種檢測光線的方法將為生物學家提供有趣的機會，以了解更多關于這些物種的信息，例如它們的狩獵和交配習慣。將傳感器帶到水下也有助于更好地了解環境。雖然大量的紫外線被水吸收，但仍有足夠的紫外線通過產生影響，水下有許多動物也能看到并使用紫外線。
