양자 한계에 접근하는 화학 물질 감지 칩

University at Buffalo 연구원들은 음주 측정기가 알코올을 식별하는 것처럼 빠르게 미량 화학 물질(불법 약물에서 오염에 이르기까지 모든 것)을 감지하는 휴대용 장치로 이어질 수 있는 화학 감지 칩의 발전을 보고했습니다.

이 칩은 또한 식품 안전 모니터링, 위조 방지 및 미량 화학 물질을 분석하는 기타 분야에서 사용할 수 있습니다.

이 연구는 금과 은 나노입자의 가장자리에 빛을 가두는 칩을 만드는 것과 관련된 Qiaoqiang Gan 교수의 연구실의 이전 연구를 기반으로 합니다. 생물학적 또는 화학적 분자가 칩 표면에 떨어지면 포착된 빛 중 일부가 분자와 상호 작용하여 새로운 에너지의 빛으로 "산란"됩니다. 이 효과는 화학적 또는 생물학적 분자의 지문으로 작용하는 인식 가능한 패턴에서 발생하여 어떤 화합물이 존재하는지에 대한 정보를 나타냅니다.

모든 화학 물질에는 고유한 광산란 특성이 있기 때문에 이 기술은 결국 혈액, 호흡, 소변 및 기타 생물학적 샘플에서 약물을 감지하는 휴대용 장치에 통합될 수 있습니다. 또한 다른 장치에 통합되어 공기 또는 물뿐만 아니라 다른 표면의 화학 물질을 식별할 수도 있습니다. 감지 방법을 표면 강화 라만 분광법(SERS)이라고 합니다.

Gan 그룹이 이전에 만든 칩은 효과적이기는 했지만 디자인이 균일하지 않았습니다. 금과 은의 간격이 균일하지 않기 때문에 특히 칩의 다른 위치에 나타나는 경우 흩어져 있는 분자를 식별하기 어렵게 만들 수 있습니다. Gan과 연구원 팀은 이러한 단점을 개선하기 위해 노력해 왔습니다.

연구팀은 금 나노입자와 은 나노입자 사이의 간격 크기를 조절하기 위해 제조 과정에서 각각 길이가 다른 4개의 분자(BZT, 4-MBA, BPT, TPT)를 사용했다. 업데이트된 제조 공정은 SERS 칩에 대한 보다 일반적이고 값비싼 방법인 전자빔 리소그래피와 대조적으로 원자층 증착 및 자체 조립 단층이라는 두 가지 기술을 기반으로 합니다.

그 결과 비교적 생산 비용이 저렴한 우수한 균일성을 지닌 SERS 칩이 탄생했습니다. 더 중요한 것은 양자 한계 감지 기능에 접근한다는 점이라고 Gan은 말합니다. 이는 기존 SERS 칩의 과제입니다.