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        研究人員大幅縮減了用于指紋識別藥物和其他化學物質的技術

        隨著新的傳染病的出現和傳播,針對新病原體的最佳解決方案之一就是尋找新藥或疫苗。但是在將藥物用作潛在的治療方法之前,必須對藥物的成分,安全性和純度進行精心篩選。因此,對能夠快速且實時地表征化合物的技術的需求不斷增長。

        為了滿足這一未滿足的需求,德州農工大學的研究人員現在發明了一種新技術,該技術可以大大縮小用于拉曼光譜儀的設備的尺寸,這是一種眾所周知的技術,它利用光來識別化合物的分子組成。

        電氣和計算機工程學系以及材料科學與工程學系的助理教授林寶泰博士說:“拉曼臺式機的安裝時間可能長達一米,具體取決于所需的光譜分辨率。”“我們設計了一種系統,該系統可以用微小的光子芯片代替這些笨重的臺式機,該光子芯片可以緊密地安裝在指尖內。”

        此外,林說,他們的創新型光子器件還具有高通量,實時化學表征的能力,盡管其尺寸很大,但其靈敏度至少是傳統臺式拉曼光譜系統的10倍。

        在五月份的“分析化學”雜志上對他們的研究進行了描述。

        拉曼光譜的基礎是分子對光的散射。當受到一定頻率的光撞擊時,分子吸收來自入射光束的能量后會發生跳舞,旋轉和振動。當分子失去多余的能量時,分子會發出能量較低的光,這是其形狀和大小的特征。這種稱為拉曼光譜的散射光包含樣品中分子的指紋。

        用于拉曼光譜的典型臺式機包含用于操縱光的各種光學儀器,包括透鏡和光柵。這些“自由空間”光學組件占用大量空間,并且在需要在狹小空間或難以到達的位置進行化學傳感的許多應用中成為障礙。而且,臺式機可能無法進行實時化學表征。

        作為傳統基于實驗室的臺式系統的替代方案,Lin和他的團隊轉向了稱為波導的管狀導管,該導管可以傳輸光而幾乎沒有能量損失。盡管許多材料都可用于制造超薄波導,但研究人員選擇了一種名為氮化鋁的材料,因為它產生的拉曼背景信號很低,并且不太可能干擾來自感興趣的測試樣品的拉曼信號。

        為了創建光波導,研究人員采用了工業上用于在硅晶片上繪制電路圖案的技術。首先,他們使用紫外線將感光材料NR9紡到二氧化硅制成的表面上。接下來,通過使用離子化的氣體分子,它們沿著由NR9形成的圖案轟擊并覆蓋了氮化鋁。最后,他們用丙酮清洗了組件,留下了直徑僅為幾十微米的鋁制波導。

        為了測試作為拉曼傳感器的光波導,研究團隊將激光束傳輸通過氮化鋁波導,并照射了包含有機分子混合物的測試樣品。通過檢查散射光,研究人員發現他們可以根據拉曼光譜識別樣品中的每種分子,并且其靈敏度至少是傳統拉曼臺式計算機的10倍以上。

        林指出,由于它們的光波導具有非常細的寬度,因此它們中的許多可以裝載到單個光子芯片上。他說,這種架構非常有利于藥物開發所需的高通量實時化學感應。

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