原创 SERS传感器侦测灵敏度提升10W倍

科学家们最近发现，实验室中专门生长出的碳纳米管能够大幅增强拉曼光谱仪(Raman spectroscope)的灵敏度，从而使矩阵传感器轨迹上的热能连有害物质的单分子都能检测出来。

根据苏黎世联邦理工学院(ETH)与加州罗伦斯利物摩国家实验室(LLNL)的科学家表示，通过生长碳纳米管使拉曼光谱仪提高约10万倍的灵敏度，将可达到让低成本可携式电子鼻(E-nose)侦测器实现单分子侦测的目标。

ETH教授Hyung Gyu Park与LLNL研究科学家Tiziana Bond等人共同开发这项称为表面增强拉曼光谱(SERS)的技术，并宣称已经发现了一种可为电子鼻等应用提高SERS的易于制造方式。

“相较于许多现有的传感器，我们的SERS传感器大幅提高了侦测灵敏度达10,000～100,000倍之多，”Park指出，“我们的研究结果重点或突破之处在于实现了一种简便且价格低廉的方式来制造这种超高灵敏度传感器──它十分可靠且能重复化学组成检测。”

新式高灵敏度传感器采用碳纳米管束，可让拉曼光谱仪散射光线，从而实现超灵敏的化学检测。（来源：H.G. Park / ETH Zurich）

拉曼光谱仪较传统检测方法更具有许多优点。其工作原理是透过雷射或单一频率的光源照亮分子，然后观察所得到的散射光源──其频率模式可用作为指纹辨识别物质。为了确定仅有的个别分子，这些频率必须加以大幅地放大，通常会将侦测器表面置于非常接近样本之处，因此将它称为“表面增强”拉曼光谱仪。

研究人员们还发现一种更可靠的新方法，甚至可检测到最微弱的拉曼散射光源信号。他们发现，紧密丛生的碳纳米管束可以用来为电子鼻建置“热点”，使灵敏度大大提高。

该技术透过弯曲碳纳米管束的两端，使拉曼光源可接触到混杂于碳纳米管之间的任何分子。为了更进一步增强效果，使检测结果更可靠，该团队首先用二氧化铪涂覆在纳米管的一端，然后用金在3D结构下创造出具有数以千计的高密度纳米尺寸热点。

Bond说，这种方式不但能够大幅提高其灵敏度，同时使得检测结果更可靠，也更具有可重复性。

接下来，研究人员将开始展开优化过程，以及致力于让可携设备能现场使用电子鼻，从环境污染物、药物残留与化学武器中检测出微量的物质。

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