來(lái)自布法羅大學(xué)的研究人員宣布，一種化學(xué)傳感芯片取得了新進(jìn)展，這種芯片可以讓手持設(shè)備探測(cè)痕量化學(xué)物質(zhì)，從非法藥物到污染物質(zhì)，而且速度就像酒精測(cè)醉儀識(shí)別酒精一樣快。

近日發(fā)表在《先進(jìn)光學(xué)材料》（Advanced Optical Materials）雜志封面上的一項(xiàng)研究描述了這種傳感芯片，它可能用于食品安全監(jiān)測(cè)、防偽和其他痕量化學(xué)物質(zhì)分析領(lǐng)域。

“在許多領(lǐng)域，尤其是藥物濫用領(lǐng)域，對(duì)便攜式和經(jīng)濟(jì)有效的化學(xué)傳感器有著極大需求。”該研究的主要作者Qiaoqiang Gan博士說(shuō)，他是布法羅大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的電氣工程教授。

Gan所在的實(shí)驗(yàn)室之前的研究涉及到創(chuàng)造一種傳感芯片，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(chǔ)。

當(dāng)生物或化學(xué)分子落在傳感芯片表面時(shí)，一些被捕獲的光與分子相互作用并“散射”到新能量的光中。這種效應(yīng)發(fā)生在可識(shí)別的模式中，作為化學(xué)或生物分子的指紋，揭示了存在的化合物的信息。

由于所有的化學(xué)物質(zhì)都有獨(dú)特的光散射特征，通過(guò)技術(shù)利用好這一特性，最終集成到一種手持設(shè)備，可以檢測(cè)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(shè)備中，以識(shí)別空氣、水以及其它表面的化學(xué)物質(zhì)。

這種傳感方法被稱(chēng)為表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)。

雖然有效，Gan所在的研究小組之前創(chuàng)造的傳感芯片在設(shè)計(jì)上并不統(tǒng)一。由于金和銀的間隔不均勻，分散的分子很難識(shí)別，特別是當(dāng)它們出現(xiàn)在傳感芯片的不同位置時(shí)。

Gan和研究團(tuán)隊(duì)——包括他在UB的實(shí)驗(yàn)室成員、中國(guó)上海科技大學(xué)和沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究人員——一直在努力彌補(bǔ)這一缺陷。

研究團(tuán)隊(duì)在制作過(guò)程中采用了四種不同長(zhǎng)度的分子(BZT、4-MBA、BPT和TPT)來(lái)控制金和銀納米粒子之間空隙的大小。這種新的制造工藝基于兩種技術(shù)，原子層沉積和自組裝單層膜，而不是更常見(jiàn)和更昂貴的SERS芯片方法——電子束光刻。

但卻創(chuàng)造出了一種具有空前均勻性的SERS芯片，生產(chǎn)成本相對(duì)低廉。更重要的是，它接近量子極限傳感能力，Gan認(rèn)為，這對(duì)傳統(tǒng)的SERS芯片是一個(gè)挑戰(zhàn)。

“我們認(rèn)為，該傳感芯片除了手持藥物檢測(cè)設(shè)備之外還有很多用途。”該研究的第一作者、Gan實(shí)驗(yàn)室的博士后Nan Zhang博士說(shuō)，“例如，它可以用來(lái)評(píng)估空氣、水污染或食品安全。它可能在安全和國(guó)防領(lǐng)域有用，在醫(yī)療保健領(lǐng)域也有巨大的潛力。”

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：接近量子極限，手持設(shè)備就能探測(cè)痕量化學(xué)物質(zhì)

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