纳米芯片器

据每日科学网报道，美国斯坦福大学的研究人员开发出一种新型的传感器芯片，可以大大加快药物开发过程。这种由高度敏感的纳米传感器构成的微芯片，可以分析蛋白质如何相互结合，在评估药物的有效性及可能带来的副作用方面迈出了关键一步。 　　这种新型生物传感器只需要一厘米大小的纳米传感器阵列，就能以高于现有任何传感器数千倍的能力持续不断地监测蛋白质的结合活动。新的传感器可以同时监测成千上万种反应，而且比目前的“金标准”方法敏感性更强，并能更快地提供检测结果。 　　该纳米传感器阵列有两大重大进步。首先是将磁性纳米标记附着在被研究的蛋白质上，大大地提高了监测的灵敏度。其次，研究人员开发了一种新的分析模型，以监测数据为依据，只要几分钟就能准确地预测结果。而目前其他的技术只能同时监测四种反应，需要长达数小时的时间才能获得结果。 　　研究人员在数年前就开发出了磁性纳米传感器技术，在检测小鼠血液中癌症相关蛋白的生物标志物时发现，其敏感性远高于其他技术，检测浓度为其他技术检测浓度的千分之一。 　　研究人员将磁性纳米标记附着在特定的蛋白质上，当其与另一个连接到纳米传感器的蛋白相结合时，磁性纳米标记改变纳米传感器周围的磁场。为了确定蛋白与药物之间的结合强度，研究人员将乳腺癌的蛋白放入纳米传感器阵列，同时将从肝脏、肺、肾脏及其他组织获得的蛋白也放入纳米传感器阵列，然后测量附着了磁性纳米标记的药物与各种蛋白的结合强度。这样可以不通过临床实验，就可以初步断定该药物的副作用。虽然目前的芯片每平方厘米只有1000个传感器，但研究人员表示，同样大小的芯片传感器可以增加到数万个之多。 　　下一步研究人员将利用这种新型生物传感器微芯片来研究正在开发的药物，研究人员确信这将极大地加快药物开发的进程。

据北京大学官方网站公布的消息，该校科研团队在下一代芯片技术领域取得重大突破，成功研发出世界首个基于碳纳米管的张量处理器芯片，可实现高能效的卷积神经网络运算。随着人工智能技术的飞速发展，尤其是ChatGPT等大模型应用的崛起，未来世界的数据将呈爆发式增长，海量数据的处理对芯片的算力和能量效率提出了严峻挑战。然而，高能效计算芯片的发展正遭遇芯片架构、晶体管性能两个重大瓶颈：传统的冯诺依曼架构已经无法满足高速、高带宽的数据搬运和处理需求，未来的高能效运算芯片必须在硬件架构上进行革新，以适用于神经网络等模型的张量数据运算。同时，构建芯片的硅基互补金属氧化物半导体晶体管也处于尺寸缩减、功耗剧增的困境，亟须发展超薄、高载流子迁移率的半导体作为沟道材料，期望构建比硅基CMOS晶体管具有更好可缩减性和更高性能的晶体管。碳纳米管具有优异的电学特性和超薄结构，碳纳米管晶体管已经展现出超越商用硅基晶体管的性能和功耗潜力，因此有望成为构建未来高效能运算芯片的主要器件技术。只有在系统架构和底层晶体管两个方面共同实现突破，才能最大化地提升芯片的算力和能效。目前成熟的硅基器件技术的运算芯片主要依赖于架构的创新，而基于新材料电子器件的研究，主要集中在提升晶体管的性能，尚未有研究工作将二者结合起来。北京大学研究团队基于碳纳米管晶体管这一新型器件技术，结合高效的脉动阵列架构设计，成功制备了世界首个碳纳米管基的张量处理器芯片。该芯片采用新型器件工艺和脉动阵列架构，将3000个碳纳米管晶体管集成为张量处理器芯片，将碳基电子学从器件研究推向系统演示，显著提升卷积神经网络的运算效率，功耗极低，且准确率达到88％。此外，碳基晶体管展现出比硅基CMOS晶体管更优的速度、功耗等综合优势，碳基张量处理器在180纳米技术节点具有3倍性能优势，并有延续至先进技术节点的潜力，有望满足人工智能时代对高性能、高能效芯片的需求。

近日，英国豪迈旗下的微型光谱仪的领导者海洋光学发布了一款全新纳米海绵状SERS芯片。该芯片具有更低背景噪音、更高激光功率承受力、更宽泛波长激光选择与更长货架存放期，实属拉曼增强的理想选择。同时，还提供各种不同波段范围的拉曼模块和ID Raman系列(包括638nm的拉曼系列)。　　纳米海绵状SERS芯片的优势　　更低的背景噪音：这对非常低浓度物质的拉曼分析非常有利 　　高激光功率承受能力：有别于之前发布的纸质基板的SERS芯片，这款金属/玻璃基底的SERS芯片能承受功率非常高的激光入射(为了提高拉曼信号强度)，而样品的性能不会发生改变 　　适用于不同波长激光：新的SERS芯片包括了金(Au)和银(Ag)基底，532拉曼系统推荐使用Ag基底的，785拉曼系统推荐使用Au基底。而处于这两者中间波长的632nm的拉曼系统对Au和Ag基底响应都很好 　　更长货架存放期：在长时间存放后，新版SERS芯片的纳米海绵结构相对于纸质基板的会更稳定，而且不会受室温环境的影响，从生产到货架存放6个月以后，还能保证纳米材料结构的稳定，甚至在存放1年或者更久之后，SERS芯片还能在拉曼测试中展示很好的性能。　Sers 芯片Sers芯片细节图　　适用于532,638和785拉曼，针对638nm的拉曼响应度最好 　　更长的存放期，相对于纸质基板的1--3个月的保存期，SP 纳米海绵SERS芯片可以在常温下存储6个月或更久 　　适用于高能量激光，而且可以确保SERS芯片的整个性能稳定，背景基线也非常低。　　典型应用　　爆炸物　　纳米海绵技术的开发就是为了检测爆炸物和化学武器，与其他生产技术相比，这款SERS芯片的性能明显优于同类产品。　　食品安全　　基于新版SERS芯片对大多数农残的测试 ，最低检出限能到1ppm，另外比如对违法食品添加剂三聚氰胺的检测，在痕量水平都能被检测到。　　反伪造　　通过在燃油中添加拉曼标记物，来判定燃油的真伪，便于政府部门监管。　　痕量污染物检测　　通过痕量污染物拉曼监测，可以对产品生产和化学反应进行反应、过程监控。　　该如何选择SERS芯片?　　海洋光学使用不同的激发波长和测量样品对三种SERS芯片进行了测试和研究，比如，使用785nm的激光配合SERS-Ag，发现三聚氰胺有最强的拉曼响应，但是SERS-Au和SERS-SP的表现也相当不错。　　下表对不同激发波长的拉曼测试情况作了总结，可供大家参考：Laser wavelengthRAM-SERS-AURAM-SERS-AGRAM-SERS-SP532nm-Rhodamine 6G-638nmMalachite green, crystal violetRhodamine BExplosives785nmBPE,E.coli,pesticidesMelamine-