還在偷偷服用興奮劑？新型感測器讓你無所遁形！

知識 08-01

導讀

美國布法羅大學開發出一種新型光捕獲的感測器，在靈敏、廉價和多功能這三個方面都取得了進步。它可以用於檢測血液中的藥物或者空氣中的爆炸物成分。

關鍵字

感測器、光學、紅外

背景

為了尋找藥物、爆炸物成分和其他特殊化學物質的痕迹，科學家們通常會採用向需要分析的材料照射光線的方法。這種方法被稱為「光譜學」，它是研究光線（電磁波）如何與物質發生交互的科學。

（圖片來源：維基百科）

一種更加高效的光譜學就是「紅外線吸收光譜學」。科學家們利用它可以檢測血樣中高性能化的藥物和空氣中微小的爆炸物粒子。

過去十年以來，紅外線吸收光譜學取得了很大的進步。然而，研究人員仍在致力於將這項技術變得更加靈敏、廉價和多功能。

創新

布法羅大學（University at Buffalo）開發了一種新型光捕獲的感測器，相關研究發表於《高級光學材料研究》雜誌上。在靈敏、廉價和多功能這三個方面，它都取得了進步。

下面這張圖描繪了這種新型表面增強型紅外線吸收光譜學器件。紅外光線（白色）被金屬表面微小的間隙所捕獲，可用於追蹤特定物質。

（圖片來源：布法羅大學）

這項在Gan 的實驗室開展的研究將出現在9月份《高等科學新聞》雜誌的封面上，論文合著者還包括 Dengxin Ji、Alec Cheney、Nan Zhang Haomin Song 和 Xie Zeng ，其餘的合著者都來自於中國復旦大學和東南大學，以及美國威斯康星大學。

技術

這種感測器的工作需要的光線是處於電磁波譜中的中紅外波段。這部分的光譜通常用於遠程控制和夜視等應用。

（圖片來源：維基百科）

感測器由兩層金屬中間夾著一層絕緣體組成，這種結構如同三明治一般。研究人員採用了一種稱為「原子層沉積」的製造技術創造出這種器件，其兩層金屬之間的間隙小於5納米（一根人類頭髮絲的直徑差不多是75,000納米）。重要地是，這些間隙使得感測器可以吸收達81%的紅外線，相對於類似器件的吸收的3%的紅外線，它取得了顯著提高。

這個過程被稱為「表面增強型紅外線吸收」（SEIRA）光譜學。感測器作為被檢測材料的基底，提高了SEIRA 器件的靈敏度，使它檢測分子的解析度是之前報告的結果100到1000倍。

這種改進讓SEIRA 光譜學與另外一種光譜分析法（SERS）相差無幾，後者測量的是光線的散射，而不是吸收。

價值

Gan 實驗室的博士研究生、論文的首作者Ji 稱，SEIRA改進對於任何追蹤分子痕迹的方案來說都有用。這些包括且不限於檢測血液中的藥物、爆炸物材料、偽造的藝術品和追蹤疾病。

布法羅大學大學工程和應用科學學院電氣工程系副教授、論文的領導作者 Qiaoqiang Gan 博士稱：

「這種新型光學器件有望提高我們檢測各種各樣的生物和化學樣本的能力。」

研究人員計劃繼續開展這項研究，調查如何將SEIRA改進與先進的SERS相結合。

參考資料

【1】http://www.buffalo.edu/news/releases/2017/07/036.html

【2】http://dx.doi.org/10.1002/adom.201700223

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