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研究前沿:全光生物电压传感-量子材料,单层MoS2 | Nature Photonics

来源:上海幂方电子科技有限公司 更新时间:2025-03-06 09:30:10 阅读量:96
导读:研究前沿:全光生物电压传感-量子材料,单层MoS2 | Nature Photonics

单层半导体中的量子限域Quantum confinement效应,导致了光学性质与电子错综复杂地联系在一起,而电子可以通过外部电场来操纵。这些光电特性,为研究生物电活性,提供了尚未开发的潜力。除了相对高的量子产率之外,皮秒级的发射寿命,使得这些材料特别有希望,以用于监测具有高时空分辨率的生物电压。

近日,美国 加利福尼亚大学圣迭戈分校(University of California,San Diego)Yundong Ren,Ertugrul Cubukcu等,在Nature Photonics上发文,研究了埃米级厚半导体中的激子到三重子exciton-to-trion的相互转换,以通过实验证明在具有超高时间分辨率的心肌细胞培养物中,通过光致发光的变化,对电活性进行无标记、双极性、全光学检测。
还设计了一个物理模型,以证明这种转换过程是因为生物活动诱导了背景电子的量子统计所固有的。研究表明,在单层MoS2中,在化学气相沉积期间引入了本征硫空位的大量三重子密度,从而实现完全无偏压的无束缚操作。
这一工作,为使用埃米级厚半导体材料的无标记全光电压传感,开辟了一条尚未探索的机会之路,而这些材料在生物领域的应用一直难以捉摸。在生物学和量子科学的交叉科学领域上,这种思路,有助于发现用于检测生物电活动的新兴量子材料。

Trionic all-optical biological voltage sensing via quantum statistics.

基于量子统计的三重子全光生物电压传感。


图1:电压依赖性三重子光致发光PL。


图2:二硫化钼MoS2电压响应度的时空特性。


图3:光学和电学多模式细胞外的同步记录。


图4:有孔心肌细胞的全光学细胞内成像。

文献链接
Ren, Y., De-Eknamkul, C., Sun, F. et al. Trionic all-optical biological voltage sensing via quantum statistics. Nat. Photon. (2025).
https://doi.org/10.1038/s41566-025-01637-w
本文译自Nature。
来源:今日新材料
声明:仅代表译者观点,如有不科学之处,请在下方留言指正!
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