Skoltech 的多学科研究团队发现了硅藻壳的共振频率。这些结构复杂的单细胞微藻二氧化硅外壳为受自然启发的电子和光学设备提供了一个有前途的模型，例如用于先进医学成像的微型超声波探测器和用于未来微芯片中超快信号处理的组件。

然而，要实现这些令人兴奋的应用，需要更好地了解硅藻壳的特性，《应用物理快报》最近的研究是朝这个方向迈出的重要一步。

硅藻约占地球氧气供应的五分之一和地球生物量的四分之一，是浮游生物的主要组成部分，也是世界海洋、水道和土壤中普遍存在的生命形式。

硅藻的进化成功——其坚硬而轻质的外壳由二氧化硅制成，并带有复杂的孔图案——促使科学家们研究其特性和结构，并将其应用于一系列材料和消费品中，从金属抛光磨料到牙膏。水净化系统和猫砂。现在，技术含量更高的应用程序正在等待出现。

“这项研究将计算机模拟与实验结合起来，”该论文的主要作者、Skoltech 研究科学家 Julijana Cvjetinovic 评论道。“模拟使我们能够预测 1-8 MHz 范围内的硅藻共振频率，并且我们使用原子力显微镜对这些频率进行了首次实验验证。” 测量由 Skoltech 高级研究科学家 Sergey Luchkin 进行。

了解这些微观结构的谐振频率对于在将移动部件与光学器件(光子集成电路或 PIC)或电子器件(微机电系统，又名 MEMS 器件)相结合的微型设备中利用其自然优化的设计至关重要：麦克风便携式设备中的压力传感器、虚拟现实设备中的加速度计、入耳式助听器的扬声器、飞机导航系统核心的传感器等。

“在此类设备中，模拟硅藻壳的结构可以用作主要组件，在这方面，我们的发现与麦克风和其他基于振动的传感器的设计特别相关，”Cvjetinovic 说。“但除此之外，它们还可以充当减振器。你看，在如此小规模运行的设备中，即使相对轻微的振动也会对性能产生不利影响。模仿硅藻壳的结构可以减轻这种影响。”

该研究的联合首席研究员、Skoltech 生物光子学实验室负责人 Dmitry Gorin 教授重点介绍了麦克风的潜在应用之一：“我们的实验室正在研究一种称为光声学的先进医疗诊断技术，该技术涉及在某些物体中激发超声波振动体内的血细胞、毛细血管、血管等，由激光脉冲引起热变形，然后通过非常灵敏的超声波探测器精确定位它们的位置。”

“这是一种精确且无 X 射线的成像技术，可以受益于带有模拟硅藻壳膜的基于 PIC 的超声波探测器。”

此前，Skoltech 研究人员提出了一种用于显微外科和医学诊断的光声内窥镜探头。他们还使用扫描电子显微镜进行了一项严格的实验，揭示了硅藻壳的静态和动态机械特性与其结构的关系。

这些知识为计算机模拟提供了最近发表在《应用物理快报》上的论文，如果没有 Skoltech 教授 Alexander Korsunsky 在硅藻共振频率计算方面的开创性理论工作，这也是不可能的，他也是这项新研究的联合首席研究员。

该团队表示，继续这一研究的可能性包括开发人造硅藻结构，并研究它们作为高灵敏膜集成到基于 PIC 的超声波探测器中。