增強拉曼散射傳感器靈敏度提高10億倍

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摘要：據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)3月22日（北京時間）報道，美國科學(xué)家研制出一種超靈敏傳感器，可使用其增強的拉曼散射來探測包括癌癥信號、炸藥等物質(zhì)，其靈敏度比普通拉曼散射傳感器增強了10億倍。 拉曼散射是指光通     據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)3月22日（北京時間）報道，美國科學(xué)家研制出一種超靈敏傳感器，可使用其增強的拉曼散射來探測包括癌癥信號、炸藥等物質(zhì)，其靈敏度比普通拉曼散射傳感器增強了10億倍。

    拉曼散射是指光通過介質(zhì)時由于入射光與分子運動相互作用而引起光的頻率變化，1928年由印度物理學(xué)家錢德拉塞卡拉·拉曼發(fā)現(xiàn)。在拉曼散射中，一束單色光照射到一個物體后，其反射光會包含另外兩種頻率的光，這兩種光的頻率僅與該物體的分子組成相關(guān)，這就潛在地提供了一種有效識別物質(zhì)的方法。但由于這種額外的光太微弱，科學(xué)家?guī)资陙砗茈y將拉曼散射付諸于實踐。

    上世紀(jì)70年代，科學(xué)家研制出表面增強拉曼散射（SERS）技術(shù)，可以通過將所鑒別物質(zhì)放在粗糙的金屬表面或金、銀小粒子之上來增強拉曼信號。但科學(xué)家隨后發(fā)現(xiàn)，這種增強的拉曼信號僅出現(xiàn)在傳感器表面的幾個隨機點上，很難預(yù)測其具體位置，仍然非常微弱。

    而普林斯頓大學(xué)電子工程系教授斯蒂芬·周領(lǐng)導(dǎo)的團隊摒棄了以往設(shè)計和制造拉曼傳感器的方法，研發(fā)出一種全新的SERS結(jié)構(gòu)：一塊芯片上布滿一行行由金屬和半導(dǎo)體組成的小柱子。

    新傳感器獲勝的“秘密武器”就是這些小柱子的排列方式：每個柱子上部和底部各有一個由金屬制成的中空部分；柱壁上布滿直徑約為20納米的金屬粒子（等離子體納米點），金屬粒子之間有2納米左右的空隙。金屬粒子和空隙能顯著增強拉曼信號；中空部分能捕捉光信號，讓光多次而不是僅一次地通過等離子體納米點，從而也能增強拉曼信號。迄今為止，該芯片的靈敏度比不經(jīng)過拉曼增強而研制出的傳感器高10億倍，而且其靈敏度非常穩(wěn)定，能可靠地應(yīng)用于感應(yīng)設(shè)備中。

    除靈敏度大增之外，借助納米壓印技術(shù)和納米粒子自組裝技術(shù)，新芯片能實現(xiàn)高質(zhì)量、規(guī)?；圃?，研究人員已經(jīng)在4英尺的晶片上制造出這些傳感器。

    美國海軍研究實驗室的科學(xué)家也在進行相關(guān)實驗，希望軍隊也能使用該技術(shù)探測化學(xué)物質(zhì)、生物試劑和炸藥。