美國紐約州立大學水牛城分校(University of Buffalo)的研究人員們近開發(fā)出一種通用的納米級基板，可望為目前普遍使用的物質(zhì)傳感器技術(shù)——“表面增強拉曼散射”(SERS)提供關(guān)鍵的“萬能 鑰匙”(skeleton key)，進一步實現(xiàn)成本低廉的單芯片版本。
這種針對物質(zhì)傳感器開發(fā)的通用型納米級基板，能夠大幅削減目前的設(shè)備成本，包括從機場安全偵測器、疾病與環(huán)境污染的辨識，以及藝術(shù)畫作的鑒定。根據(jù)研究人員們表示，這種通用的基板可透過SERS技術(shù)，取代當今需要某種特定波長的基板。
“我們已經(jīng)開發(fā)出一種未經(jīng)報導的獨特基板，”約州立大學水牛城分校電子工程教授Qiaoqiang Gan表示，“我們能以納米圖案單層捕獲寬帶的光源，并將它擠壓于狹窄的縫隙中，以取得必要的局部場效增強效果。先前研究的納米結(jié)構(gòu)僅適用于窄頻?！痹撔?博士候選人Nan Zhang與Kai Liu也協(xié)助Gan進行了這項研究。
這種新式傳感器的秘訣在于可作為反射鏡的銀或鋁薄膜，以及二氧化硅或氧化鋁的電解層，用于隨機分離具有微小金屬納米粒子的反射鏡。Source：University of Buffalo
目前，SERS傳感器是一種辨識任何物質(zhì)種類時所廣泛用的方法；其作法是透過雷射光線照射，然后讀取該物質(zhì)的拉曼散射簽名，使其得以搭配廣泛可用且任何感興 趣的化學或生物物質(zhì)。遺憾的是，Gan指出，當今不同的物質(zhì)測試必須使用各種不同的基板，加上用于執(zhí)行這些測試的消耗品由于制造技術(shù)復雜而過于昂貴。
然而，由于約州立大學水牛城分校開發(fā)出新的“通用型”基板，透過納米級圖案技術(shù)可望改善SERS辨識物質(zhì)的能力，以及降低建置程序的成本。
Gan說：“在使用傳統(tǒng)技術(shù)時，人們必須利用能與相應波長搭配的合適基板，然后重復實驗不同波長時的結(jié)果，這十分浪費時間。而且還會消耗更多的物質(zhì)與基板?！?/p>
其秘訣在于這種新的納米圖案基板，具備了捕捉廣泛雷射波長的能力，從而可使單個組件快速執(zhí)行完光譜測試，而無需為所使用的每一種雷射波長進行手動調(diào)整。 Gan將它比喻為這一過程中的“萬能 鑰匙”，不必再為每一種所用光源的波長分別解鎖了。這種基板還增加了拉曼散射的響應密度，從而實現(xiàn)功耗更低且成本低廉的光源。
這種納米圖案基板利用(銀或鋁)薄膜在電介質(zhì)下方作為反射鏡，隨機測量納米級金金屬粒子。其結(jié)果是，在拉曼散射辨識技術(shù)中所用的光源節(jié)任何波長都有適當?shù)墓庾訄D案。
至于未來，Gan認為這項技術(shù)還不足以實現(xiàn)商業(yè)化，因此，目前正尋找制造合作伙伴或進行授權(quán)。
“我們正與一些企業(yè)合作，追求商業(yè)化的機會，因為我們的結(jié)構(gòu)是非常低成本的。目前，商用SERS基板仍然相對昂貴。我們相信這種通用芯片可為用戶提供一個選擇，使其進行第一次篩選試驗，確定在相同芯片上利用幾種不同波長的化學/分子是什么物質(zhì)，”Gan表示。
這項研究的經(jīng)費是由美國國家科學基金會(NSF)贊助。該研究的詳細結(jié)果已發(fā)表于近一期的《先進材料界面》期刊中。
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