科學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn)，實驗室中專門生長出的碳納米管能夠大幅增強(qiáng)拉曼光譜儀(Raman spectroscope)的靈敏度，從而使矩陣傳感器軌跡上的熱能連有害物質(zhì)的單分子都能檢測出來。
根據(jù)蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)與加州羅倫斯利物摩國家實驗室(LLNL)的科學(xué)家表示，透過生長碳納米管使拉曼光譜儀提高約10萬倍的靈敏度，將可達(dá)到讓低成本可攜式電子鼻(E-nose)偵測器實現(xiàn)單分子偵測的目標(biāo)。
ETH教授Hyung Gyu Park與LLNL研究科學(xué)家Tiziana Bond等人共同開發(fā)這項稱為表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)的技術(shù)，并宣稱已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種可為電子鼻等應(yīng)用提高SERS的易于制造方式。
“相較于許多現(xiàn)有的傳感器，我們的SERS傳感器大幅提高了偵測靈敏度達(dá)10,000～100,000倍之多，”Park指出，“我們的研究結(jié)果重點或突破之處在于實現(xiàn)了一種簡便且價格低廉的方式來制造這種超高靈敏度傳感器──它十分可靠且能重復(fù)化學(xué)組成檢測?！?
新式高靈敏度傳感器采用碳納米管束，可讓拉曼光譜儀散射光線，從而實現(xiàn)超靈敏的化學(xué)檢測。(來源：H.G. Park / ETH Zurich)
拉曼光譜儀較傳統(tǒng)檢測方法更具有許多優(yōu)點。其工作原理是透過雷射或單一頻率的光源照亮分子，然后觀察所得到的散射光源──其頻率模式可用作為指紋辨識別物質(zhì)。為了確定僅有的個別分子，這些頻率必須加以大幅地放大，通常會將偵測器表面置于非常接近樣本之處，因此將它稱為“表面增強(qiáng)”拉曼光譜儀。
研究人員們還發(fā)現(xiàn)一種更可靠的新方法，甚至可檢測到最微弱的拉曼散射光源信號。他們發(fā)現(xiàn)，緊密叢生的碳納米管束可以用來為電子鼻建置“熱點”，使靈敏度大大提高。
該技術(shù)透過彎曲碳納米管束的兩端，使拉曼光源可接觸到混雜于碳納米管之間的任何分子。為了更進(jìn)一步增強(qiáng)效果，使檢測結(jié)果更可靠，該團(tuán)隊首先用二氧化鉿涂覆在納米管的一端，然后用金在3D結(jié)構(gòu)下創(chuàng)造出具有數(shù)以千計的高密度納米尺寸熱點。
Bond說，這種方式不但能夠大幅提高其靈敏度，同時使得檢測結(jié)果更可靠，也更具有可重復(fù)性。
接下來，研究人員將開始展開優(yōu)化過程，以及致力于讓可攜設(shè)備能現(xiàn)場使用電子鼻，從環(huán)境污染物、藥物殘留與化學(xué)武器中檢測出微量的物質(zhì)。
