（文章來源：騰訊新聞）

超材料（metamaterial），又稱超穎材料，通常是指通過人工設計結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，具有天然材料無法具備的超常物理特性的復合材料。舉例來說，超材料對光波、聲波、電磁波等具有強大的操控能力，能實現(xiàn)普通材料無法實現(xiàn)的奇特功能。

超表面（metasurface），是由具有特殊電磁屬性的人工原子按照一定的排列方式組成的二維平面結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對入射光的振幅、相位、偏振等靈活的調(diào)控，具有強大的光場操控能力。相比于傳統(tǒng)三維超材料，超表面具有低損耗、易集成、制備工藝簡單等優(yōu)勢，有利于納米光學器件的集成化和小型化，具有更廣闊的應用前景。

不久的將來，我們每個人都可能擁有一個小到足以放在床頭邊的小桌上或者口袋中的簡單設備。該設備使我們能獲知自己的健康狀況，識別甚至追蹤血液或尿液中的不良生物標記物，充當疾病早期預警系統(tǒng)，并有望成為一種個性化的醫(yī)療手段。

近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）生物納米光子系統(tǒng)（BIOS）實驗室的研究人員們開發(fā)出一種強大的工具，有望推進這項技術革新。它由一個小型超薄光學芯片組成，當外加一個標準CMOS攝像頭進行圖像分析時，可在樣本中逐個數(shù)算生物分子并判斷它們的位置。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在《自然光子學（Nature Photonics）》期刊上。

這項開創(chuàng)性技術基于超表面（光子學領域的后起之秀）。超表面是由幾百萬個以特殊方式排列的納米級元件覆蓋的人造材料薄片。在特定的頻率下，這些元件能將光線引導到極小的空間中，創(chuàng)造出超靈敏的光學‘熱點’。當光線照射到超表面上并擊中其中一個熱點上的某個分子時，分子會被立即檢測出來。實際上，分子是通過改變照射光線的波長，暴露了自己。

通過采用超表面上不同顏色的光線，并每次通過CMOS攝像頭拍照，研究人員們可以計算出樣本中分子的數(shù)量，并精準地學習到傳感器芯片上正在發(fā)生什么。論文第一作者 Filiz Yesilkoy 表示：“然后，我們采用智能數(shù)據(jù)科學工具分析通過這個過程獲取到的幾百萬個CMOS像素點，并判斷趨勢。我們已經(jīng)展示了我們能對熱點上單獨的生物分子，甚至是只有單個原子厚度的單層石墨烯薄片，進行檢測和成像。”

研究人員們通過進一步的研究，開發(fā)出了他們系統(tǒng)的第二個版本。在第二個版本中，超表面能被設定在不同區(qū)域以不同波長產(chǎn)生共振。論文合著者之一的 Eduardo R. Arvelo 表示：“這項技術更簡單，然而它定位分子的精準度要低一些。”

BIOS 實驗室負責人、項目領頭人 Hatice Altug 看到了光學領域的巨大潛力。他說：“光線擁有許多特性，例如強度、相位和偏振，并能穿越空間。這意味著，光學傳感器在應對未來挑戰(zhàn)，特別是個性化醫(yī)療方面，扮演著重要角色。”
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