探测单分子的纳米技术

　　表面增强拉曼散射(SERS)技术是增加信号的一种新方法，使得单个分子可以识别并研究。SERS是一种增强的拉曼光谱技术，这种技术使用红外线激光来确定样本的分子成分，且不会造成任何永久性的改变。
　　SERS是一种高度敏感的技术，通过记录辐射频率的变化情况，来检测单个分子的原子随红外线的振动。但是，这种技术在室温下具有局限性，低温下设备的敏感性随着分子振动的减弱而降低。
　　来自EPFL的研究人员Philippe Roelli带领的团队已经可以证明，通过使用optomechanic腔，可以克服SERS的这个限制，optomechanic腔基于光和机械物体之间的交互作用制备而成。
　　拉曼光谱和弱振动
　　SERS是一种先进的拉曼光谱技术，利用激光影响分子振动的方式分析分子。分子的振动会引起化学键的伸长和弯曲以及辐射的吸收。这一吸收可以通过激光频率的变化观测到。特定的分子和官能团的转变具有特征频率，可以利用这一原理识别分子。
　　然而，利用拉曼光谱能并不能有效地完成单分子的分析过程，因为拉曼分子间的相互作用和辐射很弱，只有约不到1%的激光可以与分子发生相互作用。
　　这是因为单分子的尺寸大小比辐射波长的一千分之一还小，因此分子与辐射之间的相互作用很弱。SERS克服了这个限制，激光激活的金属纳米颗粒周围的电子云，也就是等离子体，可以将分子置于纳米级的位置。
　　金属纳米粒子可以向分子发射辐射。使用这种技术可以将SERS的灵敏度提高10倍。尽管这一技术解决了第一个问题，但拉曼光谱的第二个难题并没有解决。
　　这就是在室温下，分子与激光之间的相互作用很弱，分子的振动很弱。术语称为分子冻结，即对辐射无响应。
　　放大分子的振动
　　提出理论解决方案的是EPFL研究团队，这使得SERS的灵敏度和分辨率可以进一步提高。研究表明，通过振荡的等离子体电子云可以产生分子的强迫振动。
　　辐射诱导可以驱动分子振动的放大，根据不同的等离子体可以选择特定的波长进行研究。
　　获得更多的分子信号
　　辐射诱导可以增加分子的振动，进而增强分子与激光之间的相互作用。一旦加强了这种相互作用，利用SERS就可以检测到之前检测不到的分子信号。
　　Philippe Roelli指出：“我们的研究工作为设计更高效的金属纳米颗粒和SERS激活方案提供了具体的指导方针，利用它就可以推动SERS的灵敏度和分辨率的进一步提高。”
　　该研究开创了新的研究光与分子振动的方向，可以应用于生物学和化学量子技术领域。
　　该报告发表在《自然纳米技术》上。