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一种化学传感芯片取得了新进展,手持设备就能探测痕量化学物质

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来自布法罗大学的研究人员宣布,一种化学传感芯片取得了新进展,这种芯片可以让手持设备探测痕量化学物质,从非法药物到污染物质,而且速度就像酒精测醉仪识别酒精一样快。

近日发表在《先进光学材料》(Advanced Optical Materials)杂志封面上的一项研究描述了这种传感芯片,它可能用于食品安全监测、防伪和其他痕量化学物质分析领域。

 

“在许多领域,尤其是药物滥用领域,对便携式和经济有效的化学传感器有着极大需求。”该研究的主要作者Qiaoqiang Gan博士说,他是布法罗大学工程与应用科学学院的电气工程教授。

Gan所在的实验室之前的研究涉及到创造一种传感芯片,可以捕捉到金和银纳米颗粒边缘的光。这为如今的新研究奠定基础。

当生物或化学分子落在传感芯片表面时,一些被捕获的光与分子相互作用并“散射”到新能量的光中。这种效应发生在可识别的模式中,作为化学或生物分子的指纹,揭示了存在的化合物的信息。

由于所有的化学物质都有独特的光散射特征,通过技术利用好这一特性,最终集成到一种手持设备,可以检测血液、呼吸、尿液和其它生物样本中的药物。它也可以被整合到其他设备中,以识别空气、水以及其它表面的化学物质。

这种传感方法被称为表面增强拉曼光谱(SERS)。

虽然有效,Gan所在的研究小组之前创造的传感芯片在设计上并不统一。由于金和银的间隔不均匀,分散的分子很难识别,特别是当它们出现在传感芯片的不同位置时。

Gan和研究团队——包括他在UB的实验室成员、中国上海科技大学和沙特阿卜杜拉国王科技大学的研究人员——一直在努力弥补这一缺陷。

研究团队在制作过程中采用了四种不同长度的分子(BZT、4-MBA、BPT和TPT)来控制金和银纳米粒子之间空隙的大小。这种新的制造工艺基于两种技术,原子层沉积和自组装单层膜,而不是更常见和更昂贵的SERS芯片方法——电子束光刻。

但却创造出了一种具有空前均匀性的SERS芯片,生产成本相对低廉。更重要的是,它接近量子极限传感能力,Gan认为,这对传统的SERS芯片是一个挑战。

“我们认为,该传感芯片除了手持药物检测设备之外还有很多用途。”该研究的第一作者、Gan实验室的博士后Nan Zhang博士说,“例如,它可以用来评估空气、水污染或食品安全。它可能在安全和国防领域有用,在医疗保健领域也有巨大的潜力。”

责任编辑:xj

原文标题:接近量子极限,手持设备就能探测痕量化学物质

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