超材料光学特性的研究者、纽约州立大学布法罗分校（University of Buffalo）的Natalia Litchinitser教授近日在她的论文中介绍了由她的团队设计的一款可进行单个分子成像和癌细胞检测的透镜——超材料超透镜。这种由微小的黄金薄片和透明聚合体超材料制成的透镜能在可见光下工作，并解决传统光学透镜的折射问题。

受量子力学的测不准原理的制约，光学设备存在衍射极限，为半波长量级，衍射会导致“消逝波”，即光波逐渐消散在传统透镜中。为了能看到更精细的尺度，需要突破衍射极限。提高成像分辨率是近场光学的一个热门领域，达到这些超高分辨率需配合昂贵的高精度仪器设备，而利用超材料来实现超高分辨率无疑是一种低成本的办法。

超材料是一类具有特殊性质的人造材料，其成分并无特别之处，特殊性源于其精密的微结构。这种微结构的尺度小于它作用的波长，因此得以对波施加影响，实现让光波、雷达波、无线电波、声波甚至地震波弯曲的梦想，这是传统材料无法实现的。超材料超透镜能将渐散的光波转化成能被标准设备收集传播的光线，继而突破散射的限制。

传统透镜由银和隔绝材料按照环形间隔排列制成。Litchinitser教授带领他的团队摒弃传统方法，将黄金和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）超材料按照放射型排列制成了一种新型的超透镜。在《自然通讯》杂志（《Nature》子刊，SCI一区，影响因子高达10.742）的一篇论文中，Litchinitser教授的团队阐述了使用光刻和电镀来制作这种超透镜的方法，并提供了光学试验的波导。实验显示，在可见光下，光学内视镜仅能成像1万纳米左右的物体，而使用超透镜后，分辨率可提高至250纳米或更好。

超材料超透镜内部结构

“医疗技术的发展急需我们提高观测微小物体的能力，而超材料超透镜的研发或许会帮助我们跨出一大步”，Litchinitser教授举例道，“超材料超透镜能用于观察卵巢或腺体肿瘤活体切片组织中的单个癌细胞，而现有医疗条件下这两种癌细胞还难以在早期被检测。”

超材料超透镜：浅色区域为黄金，深色为PMMA超材料

对于超材料在生物医疗领域的应用，国内研究者和研究机构也已在展开探索，如2011年，深圳光启高等理工研究院揭牌成立了“超材料技术生物医疗应用工程实验室”。

随着超材料领域研究和应用的深化，超材料能否引领生物医疗领域的颠覆性变革，让我们拭目以待。

（作者：冷光，转载请注明出处及作者）

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