期刊速递 | 《Light Sci. Appl.》超宽带光热电机理研究,推动碳纳米管传感器在制药质控中的实际应用

前沿摘要

近日,日本中央大学与东京工业大学联合研究团队在Light: Science & Applications期刊上发表了一项突破性研究(https://doi.org/10.1038/s41377-025-01957-0)。该研究成功开发出一种基于碳纳米管(CNT)光热电成像技术的超宽带、多波长、无损在线监测系统,可用于药品药片的质量控制与异物检测。

核心内容

1.技术原理:

研究团队利用碳纳米薄膜光热电(PTE)成像器,实现了从太赫兹(subTHz)到红外(IR)的超宽带多波长光学监测。该系统通过不同波长下的透射率差异,识别药片内部成分和隐藏异物。

2.系统优势:

超宽带操作:覆盖4.33μm至909μm波长范围,远超传统窄带传感器。

无损非接触:无需破坏样品,即可实现成分分析与异物识别。

在线动态监测:最高扫描速度达3mm/s,可集成于制药流水线中实时运行。

高灵敏度与分辨率:碳纳米管薄膜具备超过90%的光吸收率,支持高空间分辨率成像。

3.实验验证:

成功区分不同药剂(镇静剂、退烧药、抗血小板药)的成分类别。

精准检测出药片中隐藏的塑料、玻璃、金属等异物。

实现了在模拟产线环境下的连续、自动、实时药片分类与缺陷检测。

研究意义

1.制药行业质量控制升级:

该技术可在药品出厂前实现全检而非抽检,极大降低缺陷药品流入市场的风险,提升用药安全性。

2.替代传统光谱技术的潜力:

传统FTIR、THzTDS等设备体积庞大、操作复杂且不适合在线动态监测。本研究提出的CNT成像系统小巧、灵活、可贴附集成,更适合工厂环境。

3.材料科学与传感技术的融合典范:

碳纳米管不仅具备超宽带光吸收特性,还支持溶液法打印制备,使得传感器可大面积、低成本制造,具备产业化应用前景。

4.互补于X射线检测:

与X射线擅长金属检测不同,该技术特别擅长非金属材料的成分识别,两者结合可构建更全面的无损检测体系。

图1:本研究工作原理示意图

图2:超宽带成像器基本工作原理

图3:药物片剂的制备及其基本光学性质

图4:采用CNT薄膜PTE成像器对缺陷药物片剂进行的无损超宽带多波长光学检测

图5:采用CNT薄膜PTE成像器对缺陷药物片剂进行的无损在线动态超宽带检测

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