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

2021-01-15 中國科學技術館

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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 

責任編輯：科幻世界雜誌社更新時間：2021-01-12 17:52:00

圖片來源：Huaxiu Chen, University at Buffalo

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。」

翻譯/前瞻經濟學人APP資訊組

本文來自： 前瞻網

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