開啟檢驗單一分子新技術的奈米殼體感測器

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:Jan 18, 2003

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萊斯大學(Rice University)研究人員發展出精確控制奈米微粒週遭電磁場的能力，其所發明的奈米殼體感測器(nanoshell sensor)開啟了檢驗單一分子的新技術，能讓醫生、生命科學家與化學家對單一分子進行精確的化學分析。

奈米殼體(nanoshell)為萊斯大學Naomi Halas教授所發明，其結構與硬殼的巧克力糖相似，為疊層膠體(layered colloids)，由一個金屬薄殼覆蓋非傳導材料核心所組成。奈米殼體直徑僅為幾十個奈米，比分子稍大，藉著調整奈米殼體的性質，例如金屬殼的厚度，研究人員得以在分子等級進行精確的控制，調整奈米殼體的電性和光學性質。

依據1月13日刊登於Applied Physics Letters的研究文獻，"Controlling the Surface Enhanced Raman Effect via the Nanoshell Geometry"，此種新技術係利用廣泛應用於分子分析的拉曼光譜(Raman spectroscopy)技術，以及金屬奈米殼體光學性質的可調性，所發展出來的。

科學家利用光譜(spectroscopy)來辨識大到星河、小至個別分子中的詳細訊息，透過研究一個物體所發射的光譜，科學家能夠解釋那些元素出現於樣本中，或者可看出元素間的相互關係。尤其是拉曼光譜，能讓科學家觀察到分子的振動狀態，了解分子在何處以及其彎曲的程度，並且可對有興趣的特定分子進行辨識，例如環境污染物質或者化學、生物毒素。

科學家很早即知將樣本置放於膠體金屬(metal colloids)旁邊時，光譜會增強百萬倍。科學家甚至以此法觀察單一分子，但是未能精確控制膠體金屬的電磁狀態，所以實驗結果以及對研究的解釋莫衷一是。

萊斯大學的研究可以精確的控制表面增強拉曼散射(surface enhanced Raman scattering，SERS)，於萊斯大學的實驗，Halas的研究群能夠急遽的提升SERS效應，於某些情況，能讓其增強十億倍。由於奈米殼體的尺寸大小和精確的結構，能提升 SERS 並應用於其他用途。

奈米殼體發明人Naomi Halas教授稱：“此發現相當的重要，因為這是首次特別為了獲得分子化學資訊而設計與製造的奈米感應器，此種技術能廣泛的應用於環境科學、化學與生物感測(biosensing)上，同時也許會重用於癌症的早期偵測上。”

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