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化學傳感芯片迎新進展:接近量子極限,手持設備就能探測痕量化學物質

2021-01-12 14:58 前瞻網   

 

化學傳感芯片迎新進展:接近量子極限,手持設備就能探測痕量化學物質

圖片來源:Huaxiu Chen, University at Buffalo

來自布法羅大學的研究人員宣佈,一種化學傳感芯片取得了新進展,這種芯片可以讓手持設備探測痕量化學物質,從非法藥物到污染物質,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芯片,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,對便攜式和經濟有效的化學傳感器有着極大需求。”該研究的主要作者Qiaoqiang Gan博士説,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。

當生物或化學分子落在芯片表面時,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芯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芯片的不同位置時。

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芯片方法——電子束光刻。

但卻創造出了一種具有空前均勻性的SERS芯片,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芯片是一個挑戰。

“我們認為,該芯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博士説,“例如,它可以用來評估空氣、水污染或食品安全。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

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責任編輯: 4114RWL

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