新型分子识别传感器系统诞生破解红外光谱仪分析难题

据麦姆斯咨询讲解，红外光谱学是检测和分析有机化合物的一种基准方法。但是它必须简单的操作过程和大型、便宜的仪器设备，因此设备的微型化充满著挑战，妨碍了红外光谱技术的一些工业和医疗应用于，以及户外现场的数据搜集，例如污染物浓度的测量等。

此外，其比较较低的灵敏度拒绝较小的样本量，因而也彻底容许了其广泛应用。为此，EPFL（瑞士联邦理工学院）工程学院（瑞士洛桑）和AustralianNationalUniversity（ANU，澳大利亚国立大学）的科学家们研发了一款紧凑型、高灵敏度纳米光子传感器系统，需要用于传统的光谱学技术之后能辨识分子的特征吸取。

他们早已将该系统用作聚合物、农药和有机化合物的观测。更为重要的是，这项技术还与CMOS技术相容。将分子的特征吸取翻译为“条形码”有机物分子中的化学键都有其特定的方向和振动模式，这影响了分子对光的吸取，使每个分子都有其独一无二的“指纹吸取”。

红外光谱学通过检测样本否吸取分子的指纹特征频率，来观测样本中否所含等价分子。然而，这种分析必须尺寸可观、价格昂贵的实验室仪器。EPFL科学家研发的系统包括一种工程化的表面，覆盖面积有数百个被称作Metapixels（超强像素）的微型传感器系统，可以为表面认识的每个分子分解有所不同的“条形码”。

这些条形码可以用于先进设备的模式识别和分类技术（如人工智能神经网络）展开大规模分析和分类。这项研究成果已公开发表于今年6月出版发行的Science杂志。

EPFL研发的这款开创性传感器系统不仅灵敏度低，且需要构建微型化；它使用了需要在纳米尺度捕猎光的纳米结构，因而对系统表面上的样品具备极高的灵敏度。“我们想观测的分子是纳米级的，因此桥接这一尺寸鸿沟是必不可少的一步，”EPFL生物纳米光子系统实验室负责人及本研究牵头作者HaticeAltug说道。

该系统表面的纳米结构被分成数百个超强像素组，每个超强像素都以有所不同的频率共振。当一个分子与系统表面认识时，该分子对光的特征吸取，不会转变它认识的所有超强像素的振动。

“十分最重要的是，这些超强像素的排序方式，可使有所不同的振动频率同构于系统表面的有所不同区域，”本研究牵头作者AndreasTittl讲解说道。这之后取得了一种像素简化的光吸收图，可以翻译为分子条形码。

整个过程都不必须用于光谱分析仪。这款新的系统的潜在应用于很广。

“例如，它可以用作生产便携式医疗测试设备，为血液样本中的每种生物标记物都创立条形码，”本研究牵头作者DragomirNeshev说道。这项技术还可以和人工智能融合，为从蛋白质和DNA到农药和聚合物的各种化合物，创立并处置分子条形码库，为科研人员获取一种新的工具，较慢、准确地从简单样本中找到微量的化合物。

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