Ученые на шаг приблизились к гаджетам, которые могли бы ответить на извечный вопрос, который стал как никогда актуальным с начала пандемии COVID-19: простуда, грипп или что-то еще полностью?

Умные технологии, которые могут помочь диагностировать вас дома, могут стать доступными через несколько лет, по словам группы норвежских ученых, которые говорят, что достигли важной вехи.

Как описано в статье, опубликованной в рецензируемом научном журнале Nature, команда создала «первые высококачественные микрорезонаторы», способные получать доступ к длинноволновому инфракрасному спектру света для лучшего обнаружения и визуализации.

«Мы построили микрорезонатор с режимом шепчущей галереи с наименьшими потерями для длинноволнового инфракрасного спектра», — сказал в пресс-релизе Дингдин Рен, исследователь из отдела электронных систем Норвежского университета науки и технологий (NTNU). «Поскольку длинноволновый инфракрасный спектр дает точную информацию о химических веществах, он открывает новые возможности для сенсорных приложений».

Эта разработка означает, что исследователи могут использовать более длинные волны света, потенциально открывая новые возможности для этой технологии, такие как гаджеты, которые могут быстро выявлять мельчайшие различия в заболеваниях при предъявлении образца.

Учитывая, что симптомы таких вирусов, как грипп, обычная простуда и COVID-19, могут быть схожими или частично совпадать, возможность в один прекрасный день быстро поставить себе диагноз с помощью небольшого бытового гаджета может стать новаторской. В пресс-релизе отмечается, что исследователи считают, что однажды эту технологию можно будет использовать и для выявления диабета.

Микрорезонаторы — это тип оптического резонатора, который может хранить значительный объем оптической информации внутри небольшого контейнера. Внутри микрорезонатора свет движется по кругу, усиливая свои свойства.

«Мы можем сравнить микрорезонатор со звуком в шепчущей галерее собора Святого Павла в Лондоне, — объяснил Рен.

В Соборе Святого Павла, если человек, стоящий в одном конце комнаты, шепчет, человек, стоящий в другом конце, все еще может их слышать, хотя обычно шепот на таком расстоянии услышать невозможно. Происходит то, что собор усиливает звуковые волны за счет точности своей формы и своих стен по отношению друг к другу. В микрорезонаторе то же самое происходит со световыми волнами.

Существует множество применений оптических микрорезонаторов — например, они помогают в передаче данных на большие расстояния по оптическим волокнам и играют ключевую роль в лазерном чтении или записи компакт-дисков и DVD-дисков.

Астрид Акснес, профессор кафедры электронных систем NTNU, заявила в пресс-релизе, что возможность измерения в длинноволновом ИК-диапазоне светового спектра, охватывающем 8-14 микрометров, означает больше возможностей для использования в мониторинге окружающей среды и биомедицине.

«Многие молекулы имеют основные колебательные полосы в средневолновом ИК-диапазоне (2–20 микрометров), так называемую «область молекулярных отпечатков пальцев». Измеряя в этом диапазоне волн, мы достигаем более высокой чувствительности», — сказала она.

«Наш микрорезонатор примерно в 100 раз лучше, чем то, что было доступно ранее для длинноволнового инфракрасного спектра», — сказал Рен.

«Он может удерживать свет в 100 раз дольше, чем предыдущие версии, что усиливает оптическое поле внутри и значительно упрощает нелинейные процессы, такие как генерация частотной гребенки».

Оптические частотные гребенки были впервые разработаны для атомных часов, обеспечивая их точную точность за счет тщательной передачи информации. Теперь частотные гребенки можно найти в вашем GPS и в оптоволоконном оборудовании, используемом в компьютерах и телефонах.

Помимо упрощения генерации частотных гребенок, этот новый микрорезонатор может быть полезен для спектроскопической химической идентификации — использования света для анализа образца на наличие вирусов и бактерий.

«Технология все еще находится на начальной стадии, когда дело доходит до измерений в длинноволновом инфракрасном спектре света. Но наше усовершенствование дает нам возможность в ближайшем будущем идентифицировать несколько различных химических веществ в режиме реального времени», — сказал Рен.

Исследователи создали этот более качественный микрорезонатор, используя самородный германий, химический элемент, обычно используемый в транзисторах или полупроводниковых устройствах во многих электронных устройствах.

Одним из преимуществ использования германия является то, что он не особенно дорог, а это означает, что эта технология может помочь сделать спектроскопические машины более доступными. В настоящее время технология, использующая спектроскопию для идентификации химических веществ, используется только в больницах и других крупных учреждениях.

Исследователи отметили в статье, что для доступа к еще более длинным волнам может потребоваться использование материалов, отличных от германия, таких как алмаз или даже разновидность соли.

Мы все еще далеки от интеллектуальных технологий, которые используют микрорезонаторы для мгновенного выявления наших болезней в нашем доме. Но с этим новым исследованием, кажется, был достигнут прогресс.