从家庭血糖仪到新冠病毒（COVID-19）快速检测，即时诊断（POCT）正在加速改善医疗保健服务。然而，持续升级并推动这些产品增长的传感技术，正面临越来越多的挑战。
例如，随着器件不断微型化，一些光学传感芯片所包含的纳米结构，几乎和它们需要检测的生物或化学分子一样小。这些纳米结构提高了传感器探测分子的能力。但是，它们的微小尺寸，也使得将分子引导到传感器的正确区域变得具有挑战性。
布法罗大学工程与应用科学学院电气工程助理教授Peter Q. Liu博士说：“这有点像开发一辆新的赛车，更流线的外型可以助其跑得更快，但它的车门太小，以至于驾驶员进入都非常困难。”
据麦姆斯咨询介绍，Liu博士及其实验室博士研究生Xianglong Miao和桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心的Ting Shan Luk博士合作，针对这一问题开发了一种了新型传感器。
这款新型传感器利用了表面增强红外吸收（SEIRA）光谱技术，该研究成果已于近期发表在Advanced Materials上。
光谱学涉及研究光如何与物质相互作用。虽然红外吸收光谱技术已经诞生了100多年，但研究人员仍在努力使这项技术更强大、更经济、更普适。顾名思义，这些传感器利用了电磁频谱中的红外波段。数十年来，红外技术已经应用于遥控、夜视等广泛领域。
SEIRA光谱可以提供无标记、无损、高灵敏且特异性的分析物鉴定，因此已广泛用于各种传感应用。SEIRA传感器通常采用共振纳米光子结构，以显著增强电场，从而在器件的某些纳米级热点中将光与物质的相互作用提高几个数量级。然而，更小的热点可以进一步增强电场，但是将分析物输送到这些热点变得越来越具有挑战性。
新型SEIRA传感器制作流程
研究人员开发的新型SEIRA传感器由数排微小的矩形金条阵列组成。然后，研究人员将阵列浸入1-十八烷基硫醇（通常缩写为ODT）中。在2900 cm⁻¹附近，大约10%的分子振动信号通过感测单层ODT实现。
然后，在该设计中，研究人员加入一滴液态金属镓作为传感器的基底。最后，他们在顶部放置一层薄薄的玻璃盖，形成一种三明治结构。
通过这种具有多层和腔体的传感器设计，构建了研究人员称为“纳米贴片天线”的高性能纳米光子SEIRA传感器，该天线将被测分子导入空腔，并吸收足够的红外光来分析生物和化学样品。
“我们传感器中的单层分子就可以使反射光量发生10%的变化，而传统典型传感器可能只能产生1%的变化。”Liu介绍称，“团队将继续改进传感器，目标是将其用于生物分析传感和医疗诊断应用，比如感知与某些疾病相关的生物标志物。”
此外，在测量ODT后，研究人员可以用拭子从传感器芯片表面去除液态镓。这一过程可以使传感器重复使用，这使其相比类似的替代品更具成本效益。
这种实现液态金属纳米光子结构的经济、高效且可靠的方法，为开发红外波段高性能传感器和其他光子学应用打开了新大门。
延伸阅读：
《分子诊断技术与市场趋势-2020版》
