科學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室中專門生長(zhǎng)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(cè)出來(lái)。
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(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的科學(xué)家表示，透過(guò)生長(zhǎng)碳納米管使拉曼光譜儀提高約10萬(wàn)倍的靈敏度，將可達(dá)到讓低成本可攜式電子鼻(E-nose)偵測(cè)器實(shí)現(xiàn)單分子偵測(cè)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(xiàng)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(cè)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(diǎn)或突破之處在于實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)便且價(jià)格低廉的方式來(lái)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(cè)?！?
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(shí)現(xiàn)超靈敏的化學(xué)檢測(cè)。(來(lái)源：H.G. Park / ETH Zurich)
拉曼光譜儀較傳統(tǒng)檢測(cè)方法更具有許多優(yōu)點(diǎn)。其工作原理是透過(guò)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(shí)別物質(zhì)。為了確定僅有的個(gè)別分子，這些頻率必須加以大幅地放大，通常會(huì)將偵測(cè)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(cè)到最微弱的拉曼散射光源信號(hào)。他們發(fā)現(xiàn)，緊密叢生的碳納米管束可以用來(lái)為電子鼻建置“熱點(diǎn)”，使靈敏度大大提高。
該技術(shù)透過(guò)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(cè)結(jié)果更可靠，該團(tuán)隊(duì)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(jì)的高密度納米尺寸熱點(diǎn)。
Bond說(shuō)，這種方式不但能夠大幅提高其靈敏度，同時(shí)使得檢測(cè)結(jié)果更可靠，也更具有可重復(fù)性。
接下來(lái)，研究人員將開始展開優(yōu)化過(guò)程，以及致力于讓可攜設(shè)備能現(xiàn)場(chǎng)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(cè)出微量的物質(zhì)。
