首次識別緊鄰不同分子拉曼光譜

納米尺度上的化學(xué)識別對于微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能調(diào)控至關(guān)重要，而實(shí)現(xiàn)相鄰不同分子的化學(xué)識別則代表著識別技術(shù)的一種極限挑戰(zhàn)。最近，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)董振超研究小組繼2013年成功實(shí)現(xiàn)亞納米分辨的單分子拉曼光譜成像之后，又在國際上首次實(shí)現(xiàn)緊鄰的不同分子的拉曼光譜識別，在高空間分辨的化學(xué)識別領(lǐng)域又取得重要進(jìn)展。

該成果7月27日在線發(fā)表于《自然-納米技術(shù)》，博士生江嵩為論文第一作者。審稿人稱贊:“這是一項(xiàng)非常令人驚訝的前所未有的工作，它實(shí)現(xiàn)了分析化學(xué)領(lǐng)域的終極目標(biāo)之一，即在分子分辨水平上實(shí)現(xiàn)不同分子及其化學(xué)狀態(tài)的識別?！?/p>

由于拉曼散射光中包含了豐富的分子振動結(jié)構(gòu)信息，不同分子具有不同“指紋”特征的拉曼光譜，因此拉曼光譜技術(shù)已成為物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域研究物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的重要手段。但常規(guī)拉曼技術(shù)無法在分子水平上識別微觀物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)，而新興的針尖增強(qiáng)拉曼(TERS)技術(shù)則結(jié)合了拉曼光譜技術(shù)高化學(xué)靈敏度和掃描探針顯微術(shù)高空間分辨的雙重優(yōu)勢。但TERS技術(shù)是否能夠克服相鄰不同分子的拉曼信號的干擾?相鄰分子的結(jié)構(gòu)相似度及其間距到底可以達(dá)到什么樣的識別水平?這些都是亟待解決的關(guān)鍵問題。

針對上述挑戰(zhàn)，董振超小組選取了兩種結(jié)構(gòu)相似的卟啉衍生物分子。研究結(jié)果表明，即便二者同屬卟啉分子家族，利用超高分辨的非線性TERS技術(shù)，仍然可以對距離約0.3納米的不同卟啉分子進(jìn)行清晰的化學(xué)識別，所測得的拉曼光譜具有各自特征的振動“指紋”，能夠明顯區(qū)分分子的“身份”和結(jié)構(gòu)。

董振超表示，該成果是化學(xué)識別極限能力的一個重要進(jìn)展，有可能在未來的表面反應(yīng)、催化、分子器件，甚至包括蛋白質(zhì)測序在內(nèi)的生物分子高分辨識別等研究中得到廣泛應(yīng)用。

(信息來源:中國科學(xué)報(bào))