有望检测病毒的新型拉曼化学传感器,由金线制成

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SERS(表面增强拉曼光谱)是一种利用激光和专门的传感器间接检测化学物质存在的方法。

金网为测量提供了一个理想的表面,因为它不干扰被测量的物质。

研究人员创造了一种特殊的超薄传感器,由黄金纺成,可以直接贴在皮肤上,不会刺激或不适。该传感器可以测量不同的生物标志物或物质来进行体内化学分析。它的工作原理是使用一种名为拉曼光谱的技术,即针对传感器的激光会根据此时皮肤上存在的任何化学物质发生轻微的变化。该传感器可以微调到非常灵敏,并且足够坚固,适合实际使用。

 

 

基于有限元方法的COMSOL Multiphysics可穿戴SERS传感器的数值模拟。

可穿戴技术并不是什么新鲜事。也许你或你认识的人戴着智能手表。其中许多可以监测某些健康问题,如心率,但目前它们无法测量可能有助于医学诊断的化学特征。智能手表或更专业的医疗监护仪也相对笨重,而且通常相当昂贵。由于这些不足,由东京大学化学系的研究人员组成的一个团队寻求一种新的方法,以无创、经济高效的方式感知各种健康状况和环境问题。

“几年前,我在东京大学的另一个研究小组中发现了一种制造坚固可拉伸电子元件的迷人方法。”研究期间的访问学者、现任中国扬州大学讲师Limei Liu表示,“这些设备是由镀金的超细线制成的,因此可以毫无问题地连接到皮肤上,因为黄金不会对皮肤产生任何反应或刺激皮肤。然而,作为传感器,它们仅限于检测运动,我们一直在寻找能够感测化学特征、生物标记和药物的东西。因此,我们基于这一想法,创建了一种非侵入性传感器,超过了我们的期望,并激励我们探索进一步改进其功能的方法。"

 

 

不同放大倍数下的金纳米网。这些纤维的厚度大约是人类头发的150倍。来源:Goda等人。

传感器的主要组成部分是细金网,因为金是非活性的,这意味着当它接触到团队希望测量的物质时,例如汗液中存在的潜在疾病生物标记物,它不会对该物质进行化学改变。但是,由于金网非常精细,它可以为生物标记物提供一个惊人的大表面,这就是传感器的其他组件的作用。

当低功率激光指向金网时,一部分激光被吸收,另一部分被反射。在反射的光中,大多数具有与入射光相同的能量。然而,一些入射光会将能量损失给生物标记物或其他可测量的物质,反射光和入射光之间的能量差异是所讨论的物质所特有的。一种称为光谱仪的传感器可以利用这种独特的能量指纹来识别物质。这种化学鉴定方法称为拉曼光谱法。

 

 

可穿戴SERS传感器的潜在应用。

助理教授Tinghui Xiao表示:“目前,我们需要对传感器进行微调,以检测特定物质,我们希望在未来进一步提高灵敏度和特异性。有了这个,我们认为像血糖监测这样的应用是可能的,它是糖尿病患者的理想选择,甚至是病毒检测。”

Keisuke Goda教授说:“该传感器还有潜力与拉曼光谱以外的其他化学分析方法合作,如电化学分析,但所有这些想法都需要更多的研究。无论如何,我希望这项研究能够带来新一代低成本生物传感器,从而彻底改变健康监测,减轻医疗保健的财政负担。”

 

 

尽管非常薄,但金纳米网传感器非常耐用,可以拉伸和变形而不会断裂。因此,它可以粘附在许多不同的表面,而不仅仅是人类皮肤,用于不同的传感目的。

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