美研制出增強拉曼散射傳感器 靈敏度提高10億倍

　　據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)3月22日(北京時(shí)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(lái)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(guò)介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運動(dòng)相互作用而引起光的頻率變化，1928年由印度物理學(xué)家錢(qián)德拉塞卡拉·拉曼發(fā)現。在拉曼散射中，一束單色光照射到一個(gè)物體后，其反射光會(huì )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)家幾十年來(lái)很難將拉曼散射付諸于實(shí)踐。

　　上世紀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(guò)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(lái)增強拉曼信號。但科學(xué)家隨后發(fā)現，這種增強的拉曼信號僅出現在傳感器表面的幾個(gè)隨機點(diǎn)上，很難預測其具體位置，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)導的團隊摒棄了以往設計和制造拉曼傳感器的方法，研發(fā)出一種全新的SERS結構：一塊芯片上布滿(mǎn)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(gè)柱子上部和底部各有一個(gè)由金屬制成的中空部分;柱壁上布滿(mǎn)直徑約為20納米的金屬粒子(等離子體納米點(diǎn))，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(zhù)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(guò)等離子體納米點(diǎn)，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(guò)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定，能可靠地應用于感應設備中。

　　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(shí)現高質(zhì)量、規�；�制造，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(shí)驗室的科學(xué)家也在進(jìn)行相關(guān)實(shí)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。