网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

AI视频丨荷叶露珠给灵感,让样品自带“透镜”

0
分享至

▲研究开发出荷叶仿生气包液腔增强光学传感(视频由AI生成)

雨后荷叶上常滚着一颗颗露珠,阳光一照凹陷处的露珠格外亮眼,像镶在叶面的一颗颗小水晶。

在科学家看来,这种“亮眼”并非偶然。超疏水的荷叶表面与凹陷的几何结构“联手”,让液滴被一层空气轻轻托起,形成天然的“气包液”结构,光线在液滴与空气的交界面上发生反射和偏折。

这个自然界的光学机关,如今被科学家“搬”进了检测容器。近日,中国科学院成都生物研究所和四川大学等研究团队受荷叶凹陷处形成的露珠启发,将荷叶超疏水界面调控液滴形态的自然机制引入光学传感,开发出一种仿生自发形成气包液腔(BIOSAC)。该结构使液体样品加入后,自发形成带空气包覆界面的稳定液滴,相当于内置了一枚液体“透镜”,无需附加任何元件即可实现多模态光谱信号增强。

01

让样品成为光路的一部分

在光学检测中,微弱信号能否被有效捕获,直接影响检测的灵敏度。传统的信号增强通常依赖性能更高的光学元件,或通过富集、浓缩等前处理提高目标物浓度,但前者往往意味着更复杂、更昂贵的仪器系统,后者则增加了检测流程和操作成本。

BIOSAC的思路则不同,它让样品自己参与光路调控。研究团队将超疏水界面与V形容器结构结合,液体加入后,便自发形成带空气包覆界面的稳定液滴。

液滴的曲面形貌,加上液体与空气之间的折射率差,共同改变了光的传播方向和收集效率。部分光线在气液界面发生全内反射,被“定向”送往探测器方向。整个过程既不需要复杂的富集浓缩前处理,也不必加装额外的光学元件。

在荧光、表面增强拉曼散射和紫外-可见吸收三种检测模式下,BIOSAC分别实现了最高40.3倍、56.4倍和8.6倍的信号增强。样品由此从被测对象变成了光路的一部分,相当于给每滴样品配了一位免费的“打光师”。


▲BIOSAC的仿生设计与光学增强原理

02

给一条光路“画像”

这一设计的背后,是一个跨尺度的光学问题。信号始于荧光分子尺度的发光,经过界面与液滴曲面,最终在厘米乃至毫米尺度的容器和检测光路中被收集。

要完整描述这一过程,需要同时兼顾微观发光、界面作用与宏观光传播,并跨越波动光学与射线光学各自适用的尺度范围,很难用统一的模型做出定量预测。流体模拟与理想化射线追迹可以解释液滴形貌和光路的变化趋势,却难以阐明实际测量中的信号变化规律。

为此,研究团队进行了大规模系统实验。研究从不同的底部形状和内径出发,考察了23类V底结构、107种几何结构与体积的组合,并叠加6个测量高度以及超疏水处理前后的配对对照。由此构建出包含1284组容器与测量条件搭配的实验矩阵。每一组均独立重复多次,累计完成近万次测试。

这些数据清晰揭示了结构尺寸、锥角、样品体积与测量高度之间的关联,也为不同检测需求下的参数选择提供了直接依据。


▲多参数系统实验矩阵

03

从仿生界面到生物检测

为了进一步验证BIOSAC的实际应用价值,研究团队将其与无需预扩增的 CRISPR/Cas13a检测体系相结合,并利用常规酶标仪完成生物检测。结果显示,该体系能够在30分钟内检测出目标物。与此同时,研究团队还验证了冻干试剂与智能手机荧光读出的可行性。

研究表明,仿生界面产生的光学增强效应能够进一步与分子识别和生物传感技术结合,并有望与便携式检测设备、冻干试剂和手机读出等技术融合,推动仿生传感从实验室光学检测向简化、便携和现场化检测发展。

来源:中国科学院成都生物研究所

责任编辑:梁春雨

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
詹姆斯18分加盟首败!76人无缘21分逆转活塞 坎宁安26+8+8

詹姆斯18分加盟首败!76人无缘21分逆转活塞 坎宁安26+8+8

醉卧浮生
2026-10-26 10:12:59
中方宣布:贡纳尔斯多蒂尔,将访华

中方宣布:贡纳尔斯多蒂尔,将访华

政知新媒体
2026-10-26 15:13:55
一名入伍才三个月的俄军逃兵,在乌东村落枪杀了五名熟睡的乌军无人机操作员,得手后端着枪一头扎进了乌克兰控制的百万人口大城市

一名入伍才三个月的俄军逃兵,在乌东村落枪杀了五名熟睡的乌军无人机操作员,得手后端着枪一头扎进了乌克兰控制的百万人口大城市

扶苏聊历史
2026-10-26 11:49:51
猛龙懵了!伦纳德宣布不打,没有复出时间

猛龙懵了!伦纳德宣布不打,没有复出时间

湖人侃球师
2026-10-26 09:33:37
多地幼儿园改为养老院

多地幼儿园改为养老院

第一财经资讯
2026-10-25 16:03:17
逆势翻盘!80岁卢拉连任巴西总统

逆势翻盘!80岁卢拉连任巴西总统

界面新闻
2026-10-26 08:33:21
妻子拒绝和丈夫亲热,被丈夫送情夫家羞辱,2008年情夫还为她杀死妻子

妻子拒绝和丈夫亲热,被丈夫送情夫家羞辱,2008年情夫还为她杀死妻子

汉史趣闻
2026-10-26 11:10:02
顾全下课!深圳男篮倒数第三,3场狂输125分,贺希宁躺平!

顾全下课!深圳男篮倒数第三,3场狂输125分,贺希宁躺平!

体坛卡卡说
2026-10-26 09:01:18
我问了美院油画系的同学,王诗龄的绘画水平到底怎么样。同学轻轻叹气:我们最羡慕的,是她爷爷用画笔陪她长大。

我问了美院油画系的同学,王诗龄的绘画水平到底怎么样。同学轻轻叹气:我们最羡慕的,是她爷爷用画笔陪她长大。

背包旅行
2026-10-26 09:49:31
东契奇52+10创球队纪录,湖人逆转爵士3连胜里夫斯29分

东契奇52+10创球队纪录,湖人逆转爵士3连胜里夫斯29分

湖人崛起
2026-10-26 07:40:39
杰伦威重伤!雷霆3将伤退力克快船开局3连胜 亚历山大34+6+5

杰伦威重伤!雷霆3将伤退力克快船开局3连胜 亚历山大34+6+5

醉卧浮生
2026-10-26 09:28:13
胡歌杨幂刘诗诗袁弘陈龙结伴去埃及,二十多岁穿着随意表情搞怪

胡歌杨幂刘诗诗袁弘陈龙结伴去埃及,二十多岁穿着随意表情搞怪

草莓解说体育
2026-10-26 14:37:06
传奇谢幕,武契奇再见!

传奇谢幕,武契奇再见!

胜研集
2026-10-26 09:30:16
热播日剧公开抹黑中国,高市早苗点名要看:把中国人拍成施暴者,设计中方人员对日本情报人员实施切指、刺穿腹部情节

热播日剧公开抹黑中国,高市早苗点名要看:把中国人拍成施暴者,设计中方人员对日本情报人员实施切指、刺穿腹部情节

极目新闻
2026-10-25 10:45:51
大瓜!网传佛山三水钓虾场手撕小三,原配当众持械暴打,全场钓友停下看大戏

大瓜!网传佛山三水钓虾场手撕小三,原配当众持械暴打,全场钓友停下看大戏

火山詩话
2026-10-26 09:29:27
形势挺严重了!这5个行业,发不下工资来了!

形势挺严重了!这5个行业,发不下工资来了!

细说职场
2026-10-26 12:59:40
A股午评:创业板指半日跌1.65%,铜箔/覆铜板、玻纤、CPO等概念走弱

A股午评:创业板指半日跌1.65%,铜箔/覆铜板、玻纤、CPO等概念走弱

界面新闻
2026-10-26 11:33:31
成本260元,爸爸为女儿手搓“PVC水管天文望远镜”,在阳台带全家观月球表面,“看到月表陨石坑,超级震撼,心跳加速……”

成本260元,爸爸为女儿手搓“PVC水管天文望远镜”,在阳台带全家观月球表面,“看到月表陨石坑,超级震撼,心跳加速……”

都市快报橙柿互动
2026-10-25 22:47:01
凌晨,美国飞北京航班起飞后突然返航,机上有262人,航司回应

凌晨,美国飞北京航班起飞后突然返航,机上有262人,航司回应

南方都市报
2026-10-26 08:21:39
涉案11.66亿!全国最大酒商倒塌,这一造富神话彻底破灭

涉案11.66亿!全国最大酒商倒塌,这一造富神话彻底破灭

纳食
2026-10-26 10:26:22
2026-10-26 16:31:00
中科院之声 incentive-icons
中科院之声
中国科学院官方账号
13979文章数 53807关注度
往期回顾 全部

科技要闻

K3.1 Pro发布才两天,Kimi道歉补额度!

头条要闻

梅德韦杰夫喊话特朗普:泽连斯基有"十宗罪" 危害很大

头条要闻

梅德韦杰夫喊话特朗普:泽连斯基有"十宗罪" 危害很大

体育要闻

文班、约基奇和扬尼斯各自的处境

娱乐要闻

名导尤小刚:三婚两离 64岁首次做父亲

财经要闻

全球AI产业链迎“去杠杆”,何处是底?

汽车要闻

云辇-M上车 第二代海豹07让驾驶者也能爱上的家用车

态度原创

手机
健康
教育
游戏
房产

手机要闻

前9月6K+分析:苹果占六成以上,华为占两成以上

痘痘能根治吗?皮肤科医生说实话

教育要闻

综合素质评价:初一不填、初三慌死——三年素材怎么归档才不抓瞎

GameSpot评测《影之刃零》:战斗惊艳但难度失衡

房产要闻

使用率超120%!低密纯板洋房!海口这个盘,比四代宅还猛

无障碍浏览 进入关怀版