化学传感芯片迎新进展：接近量子极限，手持设备就能探测痕量化学物质

图片来源：Huaxiu Chen, University at Buffalo

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。

12月17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实验室之前的研究涉及到创造一种芯片，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研究小组之前创造的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。”

翻译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源：

https://phys.org/news/2021-01-quantum-limit-approaching-chemical-chip.html