據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)3月22日(北京時間)報道,美國科學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,科學家幾十年來很難將拉曼散射付諸于實踐。
上世紀70年代,科學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。
而普林斯頓大學電子工程系教授斯蒂芬·周領(lǐng)導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)探測化學物質(zhì)、生物試劑和炸藥。
增強拉曼散射傳感器靈敏度提高10億倍
時間:2011-03-23
導語: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。
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