原標題:化學傳感晶片迎新進展:接近量子極限,手持設備就能探測痕量化學物質
來自布法羅大學的研究人員宣布,一種化學傳感晶片取得了新進展,這種晶片可以讓手持設備探測痕量化學物質,從非法藥物到汙染物質,而且速度就像酒精測醉儀識別酒精一樣快。
12月17日發表在《先進光學材料》(Advanced Optical Materials)雜誌封面上的一項研究描述了這種晶片,它可能用於食品安全監測、防偽和其他痕量化學物質分析領域。
「在許多領域,尤其是藥物濫用領域,對可攜式和經濟有效的化學傳感器有著極大需求。」該研究的主要作者Qiaoqiang Gan博士說,他是布法羅大學工程與應用科學學院的電氣工程教授。
Gan實驗室之前的研究涉及到創造一種晶片,可以捕捉到金和銀納米顆粒邊緣的光。這為如今的新研究奠定基礎。
當生物或化學分子落在晶片表面時,一些被捕獲的光與分子相互作用並「散射」到新能量的光中。這種效應發生在可識別的模式中,作為化學或生物分子的指紋,揭示了存在的化合物的信息。
由於所有的化學物質都有獨特的光散射特徵,通過技術利用好這一特性,最終集成到一種手持設備,可以檢測血液、呼吸、尿液和其它生物樣本中的藥物。它也可以被整合到其他設備中,以識別空氣、水以及其它表面的化學物質。
這種傳感方法被稱為表面增強拉曼光譜(SERS)。
雖然有效,Gan研究小組之前創造的晶片在設計上並不統一。由於金和銀的間隔不均勻,分散的分子很難識別,特別是當它們出現在晶片的不同位置時。
Gan和研究團隊——包括他在UB的實驗室成員、中國上海科技大學和沙特阿卜杜拉國王科技大學的研究人員——一直在努力彌補這一缺陷。
研究團隊在製作過程中採用了四種不同長度的分子(BZT、4-MBA、BPT和TPT)來控制金和銀納米粒子之間空隙的大小。這種新的製造工藝基於兩種技術,原子層沉積和自組裝單層膜,而不是更常見和更昂貴的SERS晶片方法——電子束光刻。
但卻創造出了一種具有空前均勻性的SERS晶片,生產成本相對低廉。更重要的是,它接近量子極限傳感能力,Gan認為,這對傳統的SERS晶片是一個挑戰。
「我們認為,該晶片除了手持藥物檢測設備之外還有很多用途。」該研究的第一作者、Gan實驗室的博士後Nan Zhang博士說,「例如,它可以用來評估空氣、水汙染或食品安全。它可能在安全和國防領域有用,在醫療保健領域也有巨大的潛力。」
(文章來源:前瞻網)
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