美國布法羅大學(xué)的研究人員報(bào)告了一種化學(xué)傳感芯片的新進(jìn)展，這種芯片可以使手持式設(shè)備檢測到微量化學(xué)物質(zhì)，包括非法藥物、污染物等，其速度就像酒精測試器識(shí)別酒精一樣快。
研究報(bào)告指出，這種芯片還可能用于食品安全監(jiān)測、防偽和其他分析微量化學(xué)物質(zhì)的領(lǐng)域。該研究的主要作者——美國布法羅大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電子工程Qiaoqiang Gan教授稱:“在許多領(lǐng)域，尤其是藥物濫用領(lǐng)域，都非常需要便攜式和成本效益高的化學(xué)傳感器。”
Qiaoqiang Gan教授
該研究涉及到制造一種在金和銀納米顆粒邊緣捕捉光的芯片。當(dāng)生物或化學(xué)分子落在芯片表面時(shí)，一些被捕獲的光與分子相互作用并“散射”到新能量的光中。這種效應(yīng)發(fā)生在可識(shí)別的模式中，作為化學(xué)或生物分子的指紋，能夠揭示環(huán)境中存在哪些化合物信息。
因?yàn)樗械幕瘜W(xué)物質(zhì)都有獨(dú)特的光散射特征，這項(xiàng)技術(shù)最終可以被集成到手持設(shè)備中，用于檢測血液、呼吸、尿液和其他生物樣本中的藥物。它還可以與其他設(shè)備結(jié)合，以識(shí)別空氣中或水中以及其他表面的化學(xué)物質(zhì)。這種傳感方法被稱為表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)。
雖然有效，但研究小組之前創(chuàng)造的芯片在設(shè)計(jì)上并不統(tǒng)一。由于金和銀的間距不均勻，這可能會(huì)使分散的分子難以識(shí)別，特別是當(dāng)它們出現(xiàn)在芯片的不同位置時(shí)。所以實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)一直在努力彌補(bǔ)這一缺陷。
該團(tuán)隊(duì)在制作過程中使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。最新的制造工藝是基于兩種技術(shù)：原子層沉積和自組裝單層膜，而不是電子束光刻技術(shù)，電子束光刻是SERS芯片更常見和更昂貴的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究出一種具有空前均勻性的SERS芯片，而且生產(chǎn)成本相對(duì)低廉。更重要的是，它接近量子極限傳感能力，這對(duì)傳統(tǒng)的SERS芯片是一個(gè)挑戰(zhàn)。
“我們認(rèn)為，除了手持藥物檢測設(shè)備，這種芯片還有很多用途。例如它可以用來評(píng)估空氣、水污染或食品安全。它可能在安全和國防領(lǐng)域有用，在醫(yī)療保健領(lǐng)域也有巨大的潛力”，Gan教授實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、文章第一作者Nan Zhang稱。
