研究人员大幅缩减了用于指纹识别药物和其他化学物质的技术

随着新的传染病的出现和传播，针对新病原体的最佳解决方案之一就是寻找新药或疫苗。但是在将药物用作潜在的治疗方法之前，必须对药物的成分，安全性和纯度进行精心筛选。因此，对能够快速且实时地表征化合物的技术的需求不断增长。

为了满足这一未满足的需求，德州农工大学的研究人员现在发明了一种新技术，该技术可以大大缩小用于拉曼光谱仪的设备的尺寸，这是一种众所周知的技术，它利用光来识别化合物的分子组成。

电气和计算机工程学系以及材料科学与工程学系的助理教授林宝泰博士说：“拉曼台式机的安装时间可能长达一米，具体取决于所需的光谱分辨率。”“我们设计了一种系统，该系统可以用微小的光子芯片代替这些笨重的台式机，该光子芯片可以紧密地安装在指尖内。”

此外，林说，他们的创新型光子器件还具有高通量，实时化学表征的能力，尽管其尺寸很大，但其灵敏度至少是传统台式拉曼光谱系统的10倍。

在五月份的“分析化学”杂志上对他们的研究进行了描述。

拉曼光谱的基础是分子对光的散射。当受到一定频率的光撞击时，分子吸收来自入射光束的能量后会发生跳舞，旋转和振动。当分子失去多余的能量时，分子会发出能量较低的光，这是其形状和大小的特征。这种称为拉曼光谱的散射光包含样品中分子的指纹。

用于拉曼光谱的典型台式机包含用于操纵光的各种光学仪器，包括透镜和光栅。这些“自由空间”光学组件占用大量空间，并且在需要在狭小空间或难以到达的位置进行化学传感的许多应用中成为障碍。而且，台式机可能无法进行实时化学表征。

作为传统基于实验室的台式系统的替代方案，Lin和他的团队转向了称为波导的管状导管，该导管可以传输光而几乎没有能量损失。尽管许多材料都可用于制造超薄波导，但研究人员选择了一种名为氮化铝的材料，因为它产生的拉曼背景信号很低，并且不太可能干扰来自感兴趣的测试样品的拉曼信号。

为了创建光波导，研究人员采用了工业上用于在硅晶片上绘制电路图案的技术。首先，他们使用紫外线将感光材料NR9纺到二氧化硅制成的表面上。接下来，通过使用离子化的气体分子，它们沿着由NR9形成的图案轰击并覆盖了氮化铝。最后，他们用丙酮清洗了组件，留下了直径仅为几十微米的铝制波导。

为了测试作为拉曼传感器的光波导，研究团队将激光束传输通过氮化铝波导，并照射了包含有机分子混合物的测试样品。通过检查散射光，研究人员发现他们可以根据拉曼光谱识别样品中的每种分子，并且其灵敏度至少是传统拉曼台式计算机的10倍以上。

林指出，由于它们的光波导具有非常细的宽度，因此它们中的许多可以装载到单个光子芯片上。他说，这种架构非常有利于药物开发所需的高通量实时化学感应。