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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)實(shí)現(xiàn)單分子拉曼成像
2013-6-18 閱讀(1343)
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)實(shí)現(xiàn)單分子拉曼成像
在綠色入射激光的激發(fā)下，處于STM納腔中的卟啉分子受到高度局域且增強(qiáng)的等離激元光的強(qiáng)烈影響，使得分子的振動(dòng)指紋信息可以通過拉曼散射光進(jìn)行高分辨成像。
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校的科學(xué)家們?cè)谏蠈?shí)現(xiàn)亞納米分辨的單分子光學(xué)拉曼成像，將具有化學(xué)識(shí)別能力的空間成像分辨率提高到的0.5納米。學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志于6月6日在線發(fā)表了這項(xiàng)成果。世界納米光子學(xué)專家Atkin教授和Raschke教授在同期雜志的《新聞與觀點(diǎn)》欄目以《光學(xué)光譜探測挺進(jìn)分子內(nèi)部》為題撰文評(píng)述了這一研究成果?！蹲匀弧啡粚徃迦耸①澾@項(xiàng)工作“打破了所有的紀(jì)錄，是該領(lǐng)域創(chuàng)建以來的zui大進(jìn)展”，“是該領(lǐng)域迄今質(zhì)量zui高的*工作，開辟了該領(lǐng)域的一片新天地”，“是一項(xiàng)設(shè)計(jì)精妙的實(shí)驗(yàn)觀測與理論模擬相結(jié)合的意義重大的工作”。
這一成果是由該校微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室侯建國院士的單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)董振超研究小組完成的，博士生張瑞、張堯?yàn)檎撐墓餐?作者。
光的頻率在散射后會(huì)發(fā)生變化，而頻率的變化情況取決于散射物質(zhì)的特性，這是物理學(xué)上獲得諾貝爾獎(jiǎng)的的“拉曼散射”。“拉曼散射光中包含了豐富的分子振動(dòng)結(jié)構(gòu)的信息，不同分子的拉曼光譜的譜形特征各不相同，因此，正如通過人的指紋可以識(shí)別人的身份一樣，拉曼光譜的譜形也就成為科技工作者識(shí)別不同分子的‘指紋’光譜。”論文通訊作者之一的董振超教授介紹說，拉曼光譜已經(jīng)成為物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段。
上世紀(jì)70年代以來，隨著表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)，特別是針尖增強(qiáng)拉曼散射（TERS）技術(shù)的發(fā)展，光譜探測的靈敏度以及拉曼成像的分辨率都有了極大提高。“迄今，科學(xué)家們已將TERS測量的*空間成像分辨率發(fā)展到幾個(gè)納米的水平，但這顯然還不適合于對(duì)單個(gè)分子進(jìn)行化學(xué)識(shí)別成像。”董振超說。
微尺度實(shí)驗(yàn)室單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來一直致力于自主研制科研裝備，發(fā)展了將高分辨掃描隧道顯微技術(shù)與高靈敏光學(xué)檢測技術(shù)融為一體的聯(lián)用系統(tǒng)。他們利用針尖與襯底之間形成的納腔等離激元“天線”的寬頻、局域與增強(qiáng)特性，通過與入射光激發(fā)和分子拉曼光子發(fā)射發(fā)生雙重共振的頻譜匹配調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了亞納米分辨的單個(gè)卟啉分子的拉曼光譜成像，使化學(xué)識(shí)別的分辨率達(dá)到的0.5納米，可識(shí)別分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和分子在表面上的吸附構(gòu)型。
“可以說，在任何需要在分子尺度上對(duì)材料的成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別的領(lǐng)域，該項(xiàng)研究成果都有很大的用途。”董振超說，這項(xiàng)研究對(duì)了解微觀世界，特別是微觀催化反應(yīng)機(jī)制、分子納米器件的微觀構(gòu)造和包括DNA測序在內(nèi)的高分辨生物分子成像，具有極其重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，也為研究單分子非線性光學(xué)和光化學(xué)過程開辟了新的途徑。
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