如上图所示,该技术由银或铝薄膜镜子和硅或氧化铝介电层构成。介电分离镜子,镜子由细小金属纳米颗粒随机分布在衬底顶部构成。(图片来源:Qiaoqiang Gan)
从机场安全检测爆炸物到艺术史学家鉴定画作,都迫切需要发展越来越有效的传感器。
鉴于此,很少传感技术可以匹配由表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)产生的嗡嗡声。
发现于20世纪70年代的SERS是一项因识别化学和生物分子而闻名的传感技术。虽然已经商业化,但不广泛,因为传感性能所需的材料在使用过程中会消耗,昂贵且制备复杂。
这种情况可能会很快发生改变。
一项由布法罗分校工程师领导的国际研究开发出了旨在使SERS更简化更实惠的纳米技术。
相关结果发表于《先进材料界面》(Advanced Materials Interfaces),论文指出光子学发展目标在于提高疾病、化学武器、假画、环境污染以及更多其他领域中的痕量分子的检测能力。
“我们正在开发的技术——SERS普通衬底——具有独特的、潜在的、革命性的性能,通过可陷光的宽纳米结构,可以快速识别和测量化学和生物分子。”该论文第一作者、UB电气工程助理教授Qiaoqiang Gan如是说。
该论文其他作者有:布法罗分校电气工程博士候选人Nan Zhang、Kai Liu、Haomin Song、Xie Zeng, Dengxin Ji和Alec Cheney;材料科学副教授Suhua Jiang;中国复旦大学和布法罗分校博士候选人Zhejun Liu。
强激光与化学、生物分子反应,可激发这些分子的振动并产生光的非弹性散射,也称之为拉曼散射。由于光束击中这些分子,可产生具有不同频率的光子。具体来说,散射信号很弱,没有非常强的激光很难读取。
SERS利用显著增强表面光场,进而增强拉曼散射强度的纳米图案衬底解决了这个问题。不幸的是,传统衬底通常设计成只有非常窄的波段。
这是有问题的,因为如果想用不同的激光去测试相同的分子的话,将需要不同的衬底。反之,这就需要更多的化学分子和衬底,增加了测试的成本和时间。
普通衬底解决了这个问题,因为它能陷住宽范围的波长,并将其挤压成很小的间隙,从而产生极大增强的光场。
该技术由银或铝薄膜镜子和硅或氧化铝介电层构成。介电分离镜子,镜子由细小金属纳米颗粒随机分布在衬底顶部构成。
“它的作用类似于万能钥匙。检测不同波长激发的拉曼信号不再需要所有这些不同的衬底了,只需要一个。就像一把可以打开多个门的万能钥匙一样。”Zhang如是说。
“这种装置的应用深远。”Kai Liu说,“更少量的化学和生物分子的检测可能对那些用于检测癌症、疟疾(Malaria)、艾滋病(HIV)及其他疾病的生物传感器有帮助。”
它可能识别应用于某些类型涂料的化学品。这可能有助于检测伪造艺术作品以及老化修复的艺术作品。同时,该技术可以提高空气、水中以及其他导致健康问题的地方的微量毒素。还可能有助于化学武器的检测。
来源:新材料在线